1. Системы видеозаписи

1. Общие положения

Необходимость консервации телевизионных программ возникла практически сразу после начала телевизионного вещания. В течение многих лет для записи таких программ с целью их последующей демонстрации в эфире использовалась киносъёмка. Неудобства такого способа записи очевидны:

• низкая оперативность, так как плёнку необходимо было проявлять, сушить, при монтаже программ резать и клеить, затем наносить на киноплёнку звук, либо в процессе демонстрации давать закадровый дикторский комментарий;

• сложность процесса, практическая невозможность его организации в домашних условиях;

• невозможность организации при демонстрации программ спецэффектов (замедление, ускорение показа, "стоп-кадр").

Конечно, широко известные преимущества магнитной записи привлекали телевизионщиков всегда, но долгие годы очевидное препятствие казалось непреодолимым. Этим препятствием являлся очень широкий диапазон частот, занимаемый спектром телевизионного видеосигнала, а точнее, высокий коэффициент перекрытия по частоте. Так, например, для записи самого качественного аудиосигнала коэффициент перекрытия составляет 1000 (20 Гц20 кГц), и уже при таком сравнительно небольшом коэффициенте перекрытия, как было показано ранее, возникают серьёзные проблемы с реализацией приемлемых качественных показателей тракта записи-воспроизведения магнитофона. Для спектра телевизионного сигнала коэффициент перекрытия по частоте в 130 раз больше (50 Гц6,5мГц), что не оставляет никаких шансов тем разработчикам, кто хотел бы записывать ТВ сигнал тем же способом, каким пишется сигнал в аудио магнитофонах. Кроме того, сложность для записи представляет и абсолютное значение верхней частоты (6,5 мГц) в спектре ТВ сигнала. Как было показано ранее, для получения более или менее терпимых частотных искажений необходимо выполнить условие, при котором минимальная длина волны на поверхности магнитного носителя хотя бы в 1,52 раза превышала ширину рабочего зазора магнитной головки. По состоянию на конец 40-х - начало 50-х годов, когда активно начались поиски способов магнитной видеозаписи, имеющиеся технологические возможности не позволяли с высоким качеством изготавливать магнитные головки с зазором менее 2 микрометров. А это значит, как показывает простой расчет, что скорость движения ленты должна достигать около 25 метров в секунду. Далеко не каждый магнитофон обеспечивает такую скорость даже в режиме перемотки. Именно все эти обстоятельства обусловили столь долгие попытки создать первый промышленный видеомагнитофон, отвечающий стандартам качества ТВ вещания.

К началу 50-х годов ни у кого не вызывало сомнений необходимость поиска иных принципов организации записи ТВ сигналов, в корне отличающихся от используемых ранее. Первой идеей, лежащей вроде бы на поверхности, было разделение телевизионного сигнала на отдельные компоненты с последующей их записью на соседних параллельных дорожках. Разделить сигнал можно было либо во времени, либо по спектру. Представляют интерес по крайней мере три способа, которые были доведены до практической реализации.

В 1952 году была обнародована идея Бинга Кросби, заключающаяся в дискретизации аналогового сигнала яркости. При этом отсчёты видеосигнала распределялись по 10 магнитным дорожкам. В результате спектр сигнала, записываемого на каждую дорожку, был в 10 раз уже спектра исходного видеосигнала. Тактовая частота составляла 3,39 МГц, что обеспечивало в каждом канале 339 тысяч отсчётов соответственно. Необходимо отметить, что, несмотря на наличие дискретизации во времени, система была аналоговая, не цифровая, так как записывались абсолютные мгновенные отсчёты сигнала, не использовался аналого-цифровой преобразователь. И это понятно: ведь даже при 8-разрядном кодировании полосу пропускания тракта записи-воспроизведения необходимо было расширять примерно на порядок. Согласно теореме Котельникова, информационный спектр ТВ сигнала при тактовой частоте 3,39 МГц не мог превышать 1,695 МГц. Для записи сигналов строчной и кадровой синхронизации использовалась одиннадцатая дорожка, на двенадцатую дорожку записывался звук. Конечно, при ограничении спектра видеосигнала 1,695 МГц о хорошем качестве изображения не могло быть и речи. Более того, опытная эксплуатация показала, что и такое качество оказалось недостижимым. Практически при скорости движения ленты 2,5 метра в секунду не удалось обеспечить необходимые фазовые идентичности каналов. В результате при воспроизведении наблюдались срывы строк, мерцание и муар на экране телевизора. Кроме того, длительность воспроизведения не превышала 16 минут. Идея умерла, едва успев родиться.

В 1953 году фирма RSA предложила идею разделить ТВ сигнал по спектру. Идея была довольно оригинальной. Спектр сигнала яркости до 1,5 МГц на плёнку не записывался. Записывались на 3 дорожки три сигнала цветности (красный, синий, зелёный), ограниченные по полосе 1,5 МГц, то есть, формирование цветоразностных сигналов вообще не производилось. При воспроизведении телевизионный сигнал, сильно ограниченный по спектру, формировался простым сложением сигналов трёх цветов. Для повышения чёткости изображения оставшаяся часть спектра сигнала яркости от 1,5 до 3,5 МГц записывалась на четвёртую дорожку. Всего на ленте шириной 0,5 дюйма (12,7 мм.) располагалось 6 дорожек. Скорость движения ленты – 9 м/сек., время демонстрации фильма на двухкилометровой боббине составляло 4 минуты. Было понятно, что выпуск даже ограниченной партии подобных видеомагнитофонов не состоится, что и подтвердило время.

Последняя, отчаянная попытка записать видеосигнал неподвижной многощелевой головкой на быстро движущуюся ленту была предпринята Британской радиовещательной компанией ВВС в 1958 году. При этом была использована идея разделения по спектру. Спектр видеосигнала был поделён на 2 участка: 0100 кГц и 100 кГц3 МГц. Поскольку первый поддиапазон имел бесконечное перекрытие по частоте, он записывался на поднесущей частоте 750 кГц с частотной модуляцией по первой дорожке. По второй дорожке записывался второй поддиапазон. Сигнал звука записывался по третьей дорожке на поднесущей с частотной модуляцией.

Вариант компании ВВС лишен серьёзного недостатка: ни по одной из дорожек не записывался сигнал с коэффициентом перекрытия по диапазону более 30. При этом качество записи звука было очень высоким, чего никак нельзя было сказать о качестве изображения. Необходимость записи частоты 3 МГц потребовал очень высоких скоростей движения ленты. При этом требования к стабильности этой скорости и стабильности натяжения ленты оказались практически недостижимыми.

Стало очевидным, что в магнитной видеозаписи нужна революция, принципиально новые идеи. Прорыв был предпринят в самом неожиданном месте: были придуманы и технически реализованы быстро вращающиеся магнитные головки, что позволило в десятки раз уменьшить скорость движения магнитной ленты. При этом видеоголовки закреплялись на быстро вращающемся диске, плоскость которого располагалась перпендикулярно плоскости ленты и вектору её движения. В результате на ленте оставались магнитные дорожки, расположенные не вдоль, а поперёк длины ленты. На каждой такой дорожке размещался фрагмент телевизионного изображения, содержащий обязательно целое число строк телевизионной развёртки.

Как известно, телевизионный сигнал не является непрерывным, так как передаётся отдельными "кусочками" (кадрами и строками), каждый из которых можно записывать и воспроизводить отдельно, своей вращающейся головкой, выстраивая при воспроизведении в непрерывную цепь электронными коммутаторами. При этом никаких скачков зритель не заметит, так как коммутации можно производить в течение кадровых или строчных импульсов, когда экран телевизора всё равно бланкируется по яркости. А звук можно записывать традиционным способом неподвижной головкой на отдельную дорожку, расположенную по краю магнитной ленты.

Как всякая революция, идея вращающихся головок породила массу проблем: как располагать отдельные фрагменты записи на ленте, сколько строк или кадров телевизионного изображения включать в каждый фрагмент, как обеспечить попадание воспроизводящих головок точно на дорожки записи и длительно удерживать их в таком состоянии. Все эти и масса других проблем решались практически одновременно и уже к середине 50-х годов стало ясно, что построение видеомагнитофона, отвечающего всем высоким стандартам телевизионного сигнала, состоялось.