Видеомагнитофон. Видеокассеты и видеодиски

Видеомагнитофон – это аппарат для записи на магнитную ленту и последующего воспроизведения электрических сигналов изображения и звукового сопровождения телевизионных передач. По принципу действия видеомагнитофон аналогичен обычному магнитофону. Однако для магнитной записи видеосигналов, занимающих полосу частот до 6 - 7 МГц, необходима значительно большая скорость перемещения ленты относительно магнитной головки. Это стало возможно при использовании вращающегося диска с магнитными головками, перемещаемыми со скоростью 20 - 50 м/с под некоторым углом к движению ленты в продольном направлении со скоростью 20 - 40 см/с.

Исторический период, связанный с техническим поиском записи изображений на магнитную ленту, оказался сравнительно непродолжительным. Первые серьезные результаты в видеозаписи были достигнуты в 50 - е годы прошлого века благодаря изобретению американскими инженерами Гинзбургом и Андерсоном (фирма «Ampex») поперечно - строчного способа магнитной записи. До них пытались записать изображение с помощью продольного способа, широко распространенного и сегодня для магнитной записи звука, при котором лента протягивается относительно неподвижной головки. Однако этот способ оказался не эффективным. Дело в том, что диапазон частот видеозаписи гораздо шире, чем при записи звука. Попытки увеличить скорость протягивания ленты приводили к значительному ее расходу. Следовательно, надо было повышать плотность записи, что и предложили американские изобретатели.

При поперечно - строчной записи одна или несколько головок располагались на вращающемся диске, ось вращения которого совпадала с направлением движения ленты. При одновременном движении ленты и вращении диска головки «прочерчивали» на ленте практически поперечные строчки записи. Причем относительная скорость головка – лента оказывалась гораздо более высокой, чем скорость протягивания самой ленты. Именно таким образом удалось существенно повысить плотность записи и уменьшить скорость движения ленты, а значит и ее расход.

С помощью видеоголовок видеосигнал записывается на магнитную ленту, то есть электромагнитные колебания превращаются в магнитную информацию. Диапазон записываемых частот составляет свыше 3 МГц. Отсюда возникают некоторые проблемы. По физическим причинам ширина зазора видеоголовки должна быть меньше самой короткой записываемой на ленту длины волны. Она рассчитывается из относительной скорости между головкой и лентой в отношении к наивысшей записанной частоте. Таким образом, величины зазора головки составляют 0,2 - 0,9 мкм. Так как ширина записанной дорожки составляет лишь 20 - 80 мкм, то у видеоголовок очень небольшие размеры. Ширина составляет около 3 мм, глубина – около 2 мм. Толщина составляет около 0,2 мм. Для достижения высокой износоустойчивости применяются твердые материалы, так называемые сендастовые сплавы. Сендаст (англ. sendust, от названия японского города Сендай, где этот сплав был впервые изготовлен, и англ. dust – пыль, порошок). Это сплав на основе железа, характеризующийся высокими значениями магнитной проницаемости, электрического сопротивления и механической твёрдости.

Рабочая поверхность головки, по которой скользит лента, определяет качество контакта ленты с головкой. Поверхность головки должна иметь максимальную точку изгиба точно на зазоре. Даже незначительные смещения приводят к значительным потерям передачи сигнала из - за неудовлетворительного контакта ленты с головкой.

Конструкция механизма первых видеомагнитофонов, в которых использовалась поперечно - строчная запись, была достаточно сложна. Более простым и эффективным решением оказалось использование наклонно - строчного способа записи, при котором головки крепились на барабане, ось вращения которого была расположена под определенным углом к продольной оси ленты. Дорожки видеозаписи в этом случае представляли собой отдельные строчки, расположенные под углом к продольной оси ленты.

Обычно в видеомагнитофонах используется широкая магнитная лента (ширина 12,7 или 50,8 мм), на которой располагаются наклонные дорожки (строчки) видеозаписи. Звуковое сопровождение записывается неподвижной магнитной головкой вдоль одного из краёв ленты. Синхронизация частоты вращения диска с головками и скорости движения ленты осуществляется системой автоматического регулирования, в которой используется сигнал управления, записываемый также неподвижной магнитной головкой на другом краю ленты. Эта синхронизация обеспечивает при видеозаписи постоянство расстояния между наклонными дорожками (шаг записи) и точное следование головок по дорожкам при воспроизведении,

Так как каждая из головок видеозаписи соприкасается с лентой в течение некоторой части своего полного оборота, то для получения непрерывного видеосигнала применяют электронный переключатель, поочерёдно подключающий головки к усилителю воспроизведения.

Первые видеомагнитофоны были катушечными и предназначались в основном для профессионального использования. Распространение катушечных видеомагнитофонов в быту ограничивалось не только их высокой ценой, но и сложностью заправки ленты в лентопротяжный механизм. Эра бытовой видеозаписи началась в начале 70 - х годов ХХ века, с появлением первых кассетных видеомагнитофонов, в которых заправка ленты происходила автоматически. Пионерами в создании бытового видеомагнитофона стали фирма «Sony» с видеомагнитофоном формата U - Matic (1971 г.) и фирма «Philips» с видеомагнитофоном формата VCR (1972 г.).

Наиболее распространенным сегодня в бытовой видеозаписи, особенно в СНГ, остается формат VHS (Video Home System), разработанный японскими фирмами «Matsushita» и «JVC» еще в 1975 году. С тех пор он подвергся значительным изменениям. В настоящее существует в нескольких модификациях. В зависимости от толщины используемой ленты возможна запись программ продолжительностью до 300 минут на одну кассету при стандартной скорости ленты (SP - standard play).

Первоначально для записи и воспроизведения изображения применялись две видеоголовки, размещенные на вращающемся барабане, расположенном наклонно относительно ленты. Затем для получения экономной записи и воспроизведения при меньшей скорости ленты (режим LP - long play), а также для улучшения качества воспроизводимой картинки в режимах замедленного, ускоренного и покадрового воспроизведения стали использовать четыре видеоголовки.

Запись звука осуществляется на продольной дорожке, расположенной по верхнему краю видеоленты, с помощью неподвижной головки. Позднее для записи стереозвука начали применять блок из двух головок. Так как скорость движения ленты составляла всего 2,399 см/с, не велик был и диапазон записываемых звуковых частот. В первых моделях видеомагнитофонов он составлял 70 - 8000 Гц при отношении сигнал/шум менее 40 дБ. В дальнейшем с улучшением качества лент и применением более совершенных головок этот диапазон удалось расширить до 40 – 13000 Гц.

За счет вращения видеоголовок относительная скорость видеозаписи составляет 4,84 м/с. Это позволило записывать и воспроизводить видеосигналы с разрешающей способностью около 240 линий по горизонтали, при отношении сигнал/шум канала изображения не менее 40 дБ.

Формат VHS позволяет записывать и воспроизводить сигналы всех трех основных систем цветного телевидения PAL, SECAM и NTSC.

Формат VHS в первоначальном своем варианте не обеспечивал совершенного качества изображения. При сопоставлении качества телепрограммы, принимаемой из эфира, и изображения, воспроизводимого с VHS видеомагнитофона, сравнение было явно не в пользу последнего. Ухудшение качества видео еще в большей степени проявлялось при нескольких перезаписях с видеомагнитофона на видеомагнитофон.

В связи с этим дальнейшее техническое усовершенствование видеомагнитофонов проводилось в трех основных направлениях:

– повышения качества записи - воспроизведения изображения;

– повышения качества записи - воспроизведения звука;

– расширения набора сервисных возможностей.

В современных высококлассных видеомагнитофонах все эти три направления улучшения качества изделия продвинуты достаточно далеко.

В рамках этой стратегии фирмой JVC была разработана технология HQ (High Quality Picture Technology), полностью совместимая с обычной VHS. По этой технологии перед записью на ленту производится коррекция видеосигнала, повышающая четкость воспроизводимого изображения. Эта и другие технологии, повышающие качество записи видеосигналов, позволили в настоящее время получать такое качество записи, которое сравнимо с качеством эфирных программ, даже на недорогих VHS видеомагнитофонах.

Скромные параметры сигналов звукового сопровождения, записываемого и воспроизводимого с помощью неподвижных головок, привели к следующей модернизации: была разработана разновидность формата, получившая название Hi - Fi VHS (High Fidelity VHS), которая позволила качественно улучшить параметры звукового канала. Запись звука теперь осуществлялась не только неподвижными головками, но и двумя вращающимися головками, расположенными на барабане вместе с видеоголовками.

Звуковые сигналы подаются на вращающиеся видеоголовки не напрямую, а в виде частотно - модулированных колебаний с определенной несущей частотой для каждого стереоканала (1,4 и 1,8 МГц). Видеосигнал записывается поверх аудиосигнала, но так как более низкочастотные аудиосигналы записываются на большую глубину магнитного слоя ленты, при воспроизведении имеется возможность разделить записанные на общих наклонных строчках видео- и аудиосигналы. При воспроизведении с помощью частотного детектора выделяются первичные аудиосигналы. С учетом большой относительной скорости лента – вращающиеся головки такой метод записи позволяет получить диапазон звуковых частот не менее 20 - 15000 Гц, при отношении сигнал/шум около 80 дБ и коэффициенте нелинейных искажений менее 0,3 %, что соответствует параметрам высококачественных звуковых кассетных магнитофонов.

Подобная система записи звука была применена и в усовершенствованном формате Super VHS. В этом формате составляющие яркости и цветности обрабатываются раздельно, что уменьшает перекрестную помеху. Расширена полоса частот сигнала цветности. Для формата разработана новая лента, обладающая большей способностью к намагничиванию. Форматы S - VHS и VHS односторонне совместимы. Это означает, что записи формата S - VHS не могут быть воспроизведены на видеомагнитофоне формата VHS, в то же время на S - VHS видеомагнитофоне можно воспроизводить как S - VHS, так и VHS видеозаписи.

Последние десятилетия в производство бытовой электронной техники активно внедряются цифровые технологии. Так, новый, полностью цифровой формат D - VHS (Digital VHS), позволяет вести запись цифрового видео максимально возможного качества (поток видеоданных до 14,1 Мбит/с), в течение 7 часов в режиме STD (Standard) или 21 час на скорости, в три раза меньшей (LS3), с качеством DVD - видео (4,7 Мбит/с). Данные записываются в том виде, в котором они поступают на вход видеомагнитофона, без восстановления сжатых данных.

Технические параметры современных видеомагнитофонов дают возможность использовать по желанию большое число различных режимов работы аппарата. К наиболее распространенным режимам относятся:

Лупа времени. Благодаря изменению режима воспроизведения от стоп - кадра до нормального возникает эффект временной лупы (замедленного воспроизведения). При использовании четырех видеоголовок состояние изображения может быть существенно улучшено.

Временное сжатие. Скорость протяжки ленты в этом режиме повышается.

Стоп - кадр. С помощью 4 - головочной техники можно достичь остановки кадра с абсолютно чистым, без помех, изображением.

Автоматический поиск передачи с прямым вводом. Эта функция обеспечивает автоматический поиск программ и запоминание каналов.

Экранное меню. Наличие этой функции позволяет отобразить на экране дисплея меню возможных режимов, что облегчает управление видео- магнитофоном.

Видеопрограммный сервис. Благодаря цифровому коду, который содержит информацию о начале и окончании ТВ - передачи, о характеристике ТВ - программы легко обеспечивается программное включение и выключение на запись видеомагнитофона синхронно с ТВ - передачей.

Функция памяти. Движение ленты при использовании этого режима останавливается в определенных, промаркированных местах, что облегчает поиск начала видеопрограммы на ленте.

Воспроизведение NTSC. Эта функция обеспечивает возможность просматривать видеопрограммы, записанные в стандарте NTSC, на телевизоре, работающем в стандарте PAL.

Режим 16:9. При наличии такой функции имеется возможность записи и воспроизведения передач, ведущихся в формате 16:9.

Кроме перечисленных функций, современные видеомагнитофоны высокого класса оснащаются также некоторыми режимами, которые особенно необходимы при работах по монтажу видеопрограмм.

Функция монтажа. Эта функции обеспечивает состыковку последовательности кадров без заметных искажений изображения.

Функция вставки. При использовании этой функции возможно дополнительное подсоединение изображения в проигрываемую ленту.

Звуковое дублирование. В этом режиме возможно озвучивание видеозаписи через микрофон или с аудиокассеты в монофоническом режиме. Запись фонограммы происходит на продольную звуковую дорожку видеоленты.

Генератор заглавия. С помощью такого генератора существует возможность дополнить видеопрограмму.

Система Jog - Shuttle. Эта системы облегчает управление режимами поиска, замедленного просмотра вперед и назад, просмотр последовательности отдельных кадров.

Одним из самых качественных источников видеопрограмм являются сегодня DVD - проигрыватели (DVD - плееры). Стандартом на DVD - Video предусматривается запись на диск в цифровом виде сигналов цветного телевидения систем PAL и NTSC (10 бит/ 27 МГц) и сигналов звука (16, 20, 24 бит / 48, 96, 192 МГц). Разрешающая способность цветного изображения, записанного на DVD - видеодиске, составляет 480 - 500 строк по вертикали и около 720 линий по горизонтали. Для сравнения: в форматах видеозаписи VHS и Video CD разрешение по горизонтали составляет 240 линий, а у лазерных видеодисков системы Laser Disc (LD) - 400 - 425 линий. Для уменьшения объема записываемых данных сигнал изображения перед записью на диск «сжимается» по методу MPEG - 2.

Данные в формате DVD записываются на диск, имеющий размеры и близкий по конструкции обычному аудиокомпакт - диску. В то же время диск DVD может содержать гораздо больший объем цифровой информации – минимум 4,7 Гбт у DVD и 0,65 Гбт на аудиокомпакт - диске. Серийно выпускаемые сегодня диски DVD имеют объем, эквивалентный объему 7 - 14 обычных CD дисков. В отличие от обычных компакт - дисков, DVD диски могут быть двухсторонними и иметь по два слоя информации на каждой стороне. Двухсторонний двухслойный диск имеет максимальную информационную емкость 17 Гбт.

В зависимости от вида и назначения различают следующие типы дисков:

• DVD - Video – для записи видеопрограмм в цифровом виде;

• DVD - Audio – для записи высококачественного цифрового звука без сжатия данных;

• DVD - ROM – для записи компьютерных программ и другой цифровой информации;

• DVD - R – диски с возможностью однократной записи цифровой информации;

• DVD - RAM (DVD - RW) – диски с возможностью многократной перезаписи данных.

По конструкции различают четыре типа DVD дисков (в скобках приведена максимальная емкость записи):

• DVD - 5 (Single - sided, single - layer disc) – однослойные односторонние диски. Запись данных только на одной стороне диска в одном слое (4,7 Гбт);

• DVD - 9 (Single - sided, double - layer disc) – односторонние диски, запись на которых осуществляется в двух слоях (8,5 Гбт). Внутренний слой данных образуется прессованием и напылением отражающего слоя, как в обычном аудиокомпакт - диске. Внешний полупрозрачный слой наносится поверх внутреннего. Считывание данных с внутреннего или внешнего слоя производится с помощью перефокусировки оптической системы;

• DVD - 10 (Double - sided, single - layer disc) – двухсторонний диск с одним информационным слоем (9,4 Гбт);

• DVD - 18 (Double - sided, double - layer disc) – двухсторонний диск с двумя информационными слоями (17 Гбт).

Все разновидности дисков имеют габариты обычного CD диска (диаметр 12 см, толщина 1,2 мм). В настоящее время серийно выпускаются видеодиски DVD - 5 и DVD - 10.

В считывающем устройстве используется лазер с длиной волны излучения 0,635 - 0,650 мкм (в обычных CD - проигрывателях – 0,780 мкм). Уменьшение длины волны лазерного луча позволило считывать более плотно расположенные, чем у обычных CD - дисков, биты информации.

Для защиты авторских прав владельцев видеопрограмм стандартом DVD - Video предусмотрен региональный код как для самих DVD - дисков, так и проигрывателей для них. С этой целью весь мир условно поделен на шесть зон, каждой из которых присвоен соответствующий код. Для каждой из этих зон выпускаются предназначенные для нее версии DVD - дисков и соответствующие им DVD - пригрыватели. При этом проигрыватели определенного регионального кода могут воспроизводить диски только «своего» региона. Например, код США – 1; Европы – 2; стран СНГ – 5. Номер зоны обязательно указывается на каждом DVD - диске и каждом DVD - проигрывателе. Эта маркировка имеет вид стилизованного изображения земного шара, внутри которого помещен номер регионального кода. Существует также мультизонный вариант DVD - дисков и проигрывателей. В этом случае вместо номера региона на маркировке имеется надпись «ALL». Диски, имеющие такую маркировку, могут быть воспроизведены на проигрывателе любой зоны, а мультизонные проигрыватели могут воспроизвести любой диск. Мультизонные проигрыватели, однако, намного дороже однозонных.

Кроме регионального кодирования, формат DVD - дисков имеет схему предотвращения перезаписи на видеомагнитофоны. Встроенная схема антикопирования производит специальные импульсы, не мешающие смотреть воспроизводимую программу на экране телевизора, но делающие практически невозможной запись на видеомагнитофон.

Кроме собственно воспроизведения, видео- и аудиопрограмм DVD - проигрыватели в зависимости от модели могут иметь множество функций, позволяющих создать эффект присутствия.

Проигрыватели DVD оснащаются всем спектром выходных разъемов, позволяющих оптимально подключить к ним телевизор любого класса.