Глава 10. Аудио- и видеозапись

Рис. 10.5. Расположение диска с видеоголовкой и магнитной пенты при наклонно-строчной записи

1 - магнитная лента; 2 - направляющий барабан; 3 - вращающийся диск; 4 - видеогоповка; 5 - направляющие ролики

В настоящее время как в профессиональной, так и в бытовой аппаратуре видеозаписи практически используются только способы (форматы) наклонно-строчной записи.

Форматы наклонно-строчной записи. В профессиональной видеозаписи в основном применяется формат записи С с одной вращающейся видеоголовкой, обеспечивающей запись полного цветного ТВ сигнала в одном канале с использованием ЧМ. В соответствии с форматом С на магнитной ленте шириной 25,4 мм, кроме строчек видеозаписи, наклоненных к ее базовому краю на угол 2°34, располагаются четыре продольные звуковые дорожки и одна дорожка для записи сигналов управления. Линейная скорость движения магнитной ленты составляет 2,44 см/кадр.

Наибольшее распространение получили видеомагнитофоны бытового назначения, использующие формат записи VHS (Video Home System) [2]. В них применяется магнитная лента шириной 12,65 мм, помещенная в кассету размерами 188x102x25 мм. В зависимости от количества ленты толщиной около 19 мкм в кассете длительность проигрывания составляет от 30 до 240 мин при расходе магнитной ленты 1,07 м/ч. Видеосигнал записывается двумя вращающимися видеоголовками, расположенными под углом 180° на диске диаметром 62 мм. Частота вращения барабана составляет 1500 об/мин. Рабочие зазоры видеоголовок развернуты под углом ±6° относительно перпендикуляра к направлению движения головок (азимутальная запись). Разворот в разные стороны рабочих зазоров видеоголовок на небольшой угол приводит к тому, что направление намагниченности изменяется от строчки к строчке на величину двойного угла накпона рабочих зазоров. При воспроизведении своей строчки записи ори-

10.2. Магнитная запись телевизионных сигналов

Рис. 10.6. Распопожение дорожек записи в формате VHS

ентация намагниченности ленты совпадает с ориентацией зазора видеоголовки, а при воспроизведении с чужих строчек записи совпадение отсутствует. За счет этого уменьшается уровень воспроизводимого мешающего сигнала, что приводит к увеличению отношения сигнал-помеха в полезном сигнале. Каждая видеоголовка записывает одно поле изображения, а угол охвата диска видеоголовок лентой немного превышает 180°. Это создает перекрытие во времени сигналов, воспроизводимых видеоголовками, примерно на три ТВ строки. Видеоголовки коммутируются сигналом датчика оборотов диска с частотой 25 Гц примерно за 5-8 строк до начала КСИ.

Расположение продольных магнитных дорожек и наклонных строчек записи видеосигнала (при использовании формата VHS) показано на рис. 10.6. В данном случае продольные магнитные дорожки 1, 2 служат для записи двух звуковых сигналов, т.е. возможна стереофоническая запись звукового сопровождения. Продольная дорожка 4 используется для записи сигналов управления. Магнитные строчки записи видеосигнала 3 наклонены по отношению к продольному краю ленты на угол 9 приблизительно равный 5°58. Линейная скорость движения ленты составляет 2,34 см/с.

Сигнал цветного ТВ изображения системы SECAM-III записывается с предварительным разделением с помощью фильтров на два сигнала: яркости Еу и цветности Е (рис. 10.7, а). Выделенный ФНЧ с полосой пропускания около 3 МГц сигнал Еу поступает на частотный модулятор, где он преобразуется в ЧМ сигнал яркости с поднесущей частотой fo = 3,8 МГц (см. рис. 10.7, б). Сигнал цветности Е на дйух поднесущих частотах, выделенный полосовым фильтром со средней частотой 4,43 МГц и полосой пропускания около 1 МГц, преобразуется методом деления частоты в сигнал с низкими поднесущими частотами (см. рис. 10.7, б). При четырехкратном уменьшении частоты поднесущих цветоразностных сигналов вчетверо сокращается и диа-

3 4 о

б /МГц

О 1 1,56 2 3 /о 4 4,8/п б /МГц

Рис. 10.7. Схема записи полного сигнала цветного телевидения в формате записи VHS

а - частотные спектры разделенных сигналов яркости и цветности; б-частотные спе1ары преобразованных сигналов яркости и цветности

пазон девиации частоты. Таким способом осуществляется одновременная запись в одном канале сигналов Еу и Ец, разнесенных по спектру частот.

Формат VHS имеет ряд существенных недостатков. Они связаны, в первую очередь, с сокращением полосы частот сигнала яркости Еу до 3 МГц, с записью одной боковой полосы ЧМ сигнала яркости, с достаточно узкой полосой записываемых частот канала цветности. В целом все это ухудшает разрешающую способность ТВ изображения до 250-300 строк при его воспроизведении.

Конструкция бытового видеомагнитофона. Обобщенная функциональная схема современных бытовых видеомагнитофонов приведена на рис. 10,8. В ней можно выделить следующие основные функциональные блоки [2].

1. Блок сопряжения видеомагнитофона с ТВ приемником 3 содержит распределитель вьюокочастотных сигналов 2 с входами для подкпючения ТВ антенны и ультракоротковолнового передатчика 7. Выход распределителя соединен со встроенным в видеомагнитофон тюнером 1 и с помощью отрезка ТВ кабеля - с антенным входом приемника 3, Тюнер состоит из селектора сигналов 4, двух трактов усиления промежуточной частоты -изображения 5 и звука 6. Механический переключатель S предназначен для выбора источника сигнала (внешнего или внутреннего).

25 Гц

V V

V V V

>

Трекинг

Рис. 10,8. Функциональная схема бытового видеомагнитофона

2. На входы блока записи - воспроизведения 12 ТВ сигнал поступает через устройства автоматической регулировки усиления (АРУ) в канале изображения 8 и в канале звука 10. Ключевая АРУ 8 управляется селектором строчных импульсов 9, Две видеоголовки, расположенные на вращающемся диске блока видеоголовок 14, обеспе-

чивают запись и воспроизведение ТВ сигналов. Магнитная головка 15 обеспечивает общее стирание магнитной ленты, головка 16 - дополнительное стирание в канале звука, а головка 17 служит для записи - воспроизведения сигналов звукового сопровождения. Магнитные головки 15-17 являются неподвижными. Привод вращающегося диска блока видеоголовок осуществляется бесколлекторным электродвигателем постоянного тока 20, питающимся от электронного коммутатора 19.

3. Блок САР обеспечивает обусловленное форматом видеозаписи соотношение между скоростями движения и положением видеоголовок относительно магнитной ленты. В состав блока входят САР скорости диска (СД) блока видеоголовок 18 и САР скорости магнитной ленты (СЛ) 23, управляющей электродвигателем ведущего вала 25. Составляющими САР СЛ является канал управления 21, осуществляющий запись - воспроизведение сигналов управления с помощью универсальной головки 22, и регулятор Трекинг , дающий возможность подстройки САР СЛ вручную по качеству воспроизводимого ТВ изображения. Селектор цифровых импульсов 11 и делитель частоты 13 используются для формирования опорного сигнала САР в режиме записи.

4. Блок микропроцессорного управления 24 состоит из микро-ЭВМ, сенсорной панели и таймера с устройством отображения дискретной информации. Блок обеспечивает формирование жестких последовательностей команд, управляющих многодвигательным лентопротяжным механизмом видеомагнитофона в переходных режимах, а также его защиту от эксплуатации в непредусмотренных ситуациях. Последние определяются по состоянию датчиков, находящихся в блоке САР и лентопротяжном механизме. Таймер обеспечивает возможность программированного включения и выключения режима Запись видеомагнитофона и индикации программы устройством отображения. Основой таймера являются электронные часы.

Особенностью рассмотренной конструкции блока сопряжения является независимость работы ТВ приемника и видеомагнитофона. В принципе, селектором каналов ТВ приемника можно выбрать для просмотра видеозаписи любой из радиоканалов, выделенных для ТВ вещания, и только при установке селектора каналов в положение, соответствующее подстройке передатчика 7, контролируются ТВ сигналы, воспроизводимые видеомагнитофоном.

10.3. Цифровая магнитная запись электрических сигналов

Цифровая запись звуковых сигналов. Для осуществления записи - воспроизведения звуковых сигналов в полосе частот до 20 кГц с динамическим диапазоном свыше 90 дБ требуются: значение частоты

дискретизации 48 кГц; минимальное количество разрядов на отсчет 16. Вследствие этого для стереозаписи с учетом добавления проверочных данных помехоустойчивого кода скорость передачи информации составляет 2,5 Мбит/с. Если =3 мкм, то для записи цифрового звукового сигнала на две дорожки потребуется скорость движения магнитной ленты 1,9 м/с. При этом время звучания компакт-кассеты составит 1,5 мин. Это совершенно неприемлемо с технической точки зрения.

Уменьшение скорости движения ленты при цифровой записи может быть достигнуто за счет увеличения числа дорожек при одновременном уменьшении их ширины по сравнению с дорожками аналоговой записи.

Другой способ записи широкополосного цифрового звукового сигнала на ленту состоит в реализации требуемой вьюокой относительной скорости движения ленты относительно головки. Чтобы достичь желаемого результата при малом расходе ленты, используются головки, установленные на вращающемся диске. Такие способы применяются в аналоговой видеозаписи.

Одно из главных достоинств техники записи вращающимися головками - возможность достижения большой плотности по сравнению с продольной многодорожечной записью.

Особенности цифровой видеозаписи. Технология современного ТВ вещания требует многократной (до 10 раз) перезаписи отдельных ТВ программ. В случае использования аналоговых видеомагнитофонов при перезаписи возрастают линейные и нелинейные искажения, ухудшается отношение сигнал-шум примерно в 2 раза. Очевидно, что при большом числе перезаписей качество воспроизводимого ТВ сигнала становится крайне низким.

Цифровая видеозапись имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с аналоговой. Например, в цифровых видеомагнитофонах за счет регенерации сигнала число перезаписей практически не влияет на качество воспроизводимых ТВ сигналов. Кроме того, удается уменьшить влияние неидеальности и нестабильности аппаратурных характеристик отдельных узлов видеомагнитофона на качество воспроизводимого ТВ сигнала. Облегчается эксплуатация аппаратуры видеозаписи, так как отпадает необходимость в ее периодических регулировках.

Однако реализация достоинств цифровой видеозаписи связана с увеличением скорости записи - воспроизведения цифровой информации. Оценим скорость цифрового потока при использовании в видеозаписи цифрового стандарта 4:2:2, в соответствии с которым сигнал яркости и два цветоразностных сигнала кодируются раздельно. При этом частота дискретизации сигнала яркости составляет 13,5 МГц, а цветоразностных сигналов - 6,75 МГц. Все три сигнала