1.3. Классификация бытовых видеомагнитофонов

Развитие бытовой видеотех­ники в последние 25 лет характеризуется снижением длины волны записи с 3 до 0,7 мкм и менее, уменьшением строки за­писи с 200 до 10 мкм, повышением точности обработки деталей лентопротяжного механизма и блоков магнитных голо­вок от ±30 до ±2 мкм.

Наиболее массовой бытовой видеоаппаратурой являются магнитофоны формата VHS, видеокамеры формата VHS и его модификаций, а также модели формата Video-8. Причина настолько определенного и всеобщего интереса именно к кас­сетным аппаратам заключается в том, что их характеризуют легкость и простота заправки МЛ в тракт ЛПМ магнитофона и надежная защита ленты от механического по­вреждения и загрязнения в процессе эксплуатации.

По сравнению с предшествующими моделями видеоаппа­ратуре формата Betamax и особенно наиболее массового совре­менного формата VHS (от англ. –Video Home System) свойственны улуч­шенные АЧХ и импульсная характеристика видеоканала; по­вышенное отношение сигнал/шум канала звукового сопро­вождения; применение видеокамер на ПЗС, которые обеспечи­вают автоматическое регулирование баланса белого цвета и автоматическую фокусировку.

При расстановке поднесущих частот транспонированного спектра видеосигнала 3,4...4,4 МГц с девиа­цией 1 МГц, присущих формату VHS, фирмы JVC и Sony моди­фицировали данный формат, сместив названные параметры до 5,7...7,0 и 1,6 МГц соответственно. Одновременно фирма Sony предложила модификацию ED формата Beta, изменив в нем расстановку частот с 4,4...5,6 на 6,8...8,6 МГц. Это позволило по­высить разрешающую способность изображения в системе S-VHS с 240 до 300, а в системе ЕD Веtа – до 500 линий.

Классификация бытовых видеомагнитофонов весьма ус­ловна. Согласно одной из возможных классификаций все из­делия данного класса можно подразделить на четыре группы. К первой относятся аппараты только для записи – воспроизве­дения телевизионных программ при номинальной скорости движения маг­нитной ленты. Аппараты второй группы оснащены, как прави­ло, декодерами VPS (кода телепрограмм), системой повыше­ния качества изображения. Они позволяют осуществлять за­медленное и ускоренное воспроизведение записей и пере­запись звука. Видеомагнитофоны третьей группы обеспечива­ют стереозвукозапись на продольных дорожках, дают возмож­ность программировать запись телевизионных программ на срок до одного года, и снабжены гнездом для подключения видеокамеры. Ско­рость записи на магнитную ленту в аппаратах этого типа может быть снижена в 2 раза. Особенностью аппаратов четвертой группы является применение частотной модуляции при записи сигналов звукового сопровождения.

1.4. Распространенные форматы записи

Формат записи – это упорядоченное расположение на поверхности ленты строчек и дорожек, намагниченных под действием разнообразных сигналов. Описание формата дает однозначное указание, каким образом произ­водится запись или воспроизведение. Стандартизация форматов записи поз­воляет обеспечить взаимозаменяемость записей, изготовленных различными фирмами, и возможность их воспроизведения на различных ВМФ.

За короткий 35-летний период развития магнитной видеозаписи было разработано большое количество разнообразных форматов записи, и только в профессиональной области наблюдалась определенная стабильность, где долгое время господствовали четырехголовочные системы (поперечно-строчные).

В настоящее время имеется много форматов записи. После продолжительного периода возникли условия, которые поколебали единоличное господство поперечно-строчных форматов, на смену им приходят новые однодюймовые наклонно-строчные форматы, а 3/4-дюймовые форматы, которые до настоящего времени считались непригодными для профессиональных целей ставят под сомнение и будущее поперечно-строчных форматов. Их создание стало возможным благодаря новейшим достижениям в области магнитной записи – разработке миниатюрных записывающих систем, встраиваемых в видеокамеры. В этих кассетных устройствах используется новая, отличная от предыдущих система записи: вместо записи полного цветового телевизионного сигнала производится компонентная запись сигнала яркости и цветоразностных сигналов, которая по качеству удовлетворяет требованиям профессиональных систем.

Возникающие новые форматы записи всегда имеют целью устранение каких-либо недостатков предыдущих форматов. Первостепенной задачей в бытовых аппаратах является сокращение расхода ленты. Это возможно при уменьшении скорости движения ленты и ширины ленты, т. е. уменьшении граничной длины волны записи, ширины строчек записи и ширины межстрочных промежутков (лента лучшего качества, более качественные видеоголовки, лучшее регулирование, более сложные схемы). А в этих областях наблюдается исключительно быстрый прогресс, чем и объясняется значительное увеличение разнообразных форматов записи.

Цель уменьшения расхода ленты - не только снижение эксплуатацион-ных расходов, но и уменьшение габарита, что важно и для профессиональных устройств. Вместе с тем здесь имеют такое же важное значение и улучшение качества, расширение функциональных возможностей, снижение эксплуата­ционных требований и упрощение обслуживания устройств.

Ниже (в гл. 2) будет отдельно рассмотрен формат VHS, как самый распространенный. Остальные форматы будут рассмотрены в обобщенном виде с акцентом на расстановку частот при записи. Естественно, что в объеме пособия нельзя рассмотреть все форматы в полной мере. Например, совершенно ничего не говорится о требовани­ях, предъявляемых к параметрам схем или к механическим характеристи­кам лент, и о кассетах. Задача состоит в том, чтобы только проиллюстриро­вать вышеизложенное, а не подробно описывать форматы.

1.4.1. Формат Вetamax. В видеомагнитофонах новейших модификаций этого фор­мата фирмой Sony повышена разрешающая способность видеосигнала по яркостному каналу до 500 линий, предусмотрены раз­дельные выходы сигналов яркости и цветности. Применение высокоэнергетических металлопорошковой, либо металлизи­рованной магнитных лент и ферритовых магнитных головок с напыленным сендастовым слоем позволило существенно по­высить несущую частоту ЧМ-сигнала яркости, расширив поло­су частот по ТВ-каналу до 9,3 МГц.

Появление видеодисков и цветных телевизоров с улуч­шенным качеством изображения оказало влияние на повыше­ние требований пользователей к системам записи и воспроиз­ведения изображения. Поэтому многие японские фирмы при­ступили к разработке новых систем с улучшенными характе­ристиками. Так, фирма Sony сконструировала систему ЕD Beta - усовершенствованный вариант системы Веtamax и сов­местно с рядом фирм определила технические условия для системы Нi-Band Beta. В обеих системах значительно повышена разрешающая способность, а следовательно, и лучше четкость изображения.

Как видно из рис.2.1,б в системе ЕD Веtа ЧМ-сигнал яркости смещен на 3,7 МГц в область более высоких частот и распола­гается в диапазоне 6,8...9,3 МГц. В системе Нi-Band Beta (рис.2.1,а) данный диапазон составляет 4,4...5,6 МГц). Девиация частоты ЧМ-сиг­нала яркости увеличена с 1,2 до 2,5 МГц. Это позволяет полу­чать более высокое качество изображения, сравнимое с ка­чеством изображения студийных видеомагнитофонов. Макси­мально достижимая разрешающая способность в системе ЕD Веtа составляет более 500 линий.

В видеомагнитофонах системы ЕD Веtа используются раз­дельные сигналы яркости и цветности, ввод-вывод которых осуществляется через специальные разъемы типа S. Это дало возможность избавиться от перекрестных искажений «яр­кость – цветность».

Для видеокассет системы ЕD Веtа разработана специальная лента с металлическим магнитным носителем. Для распозна­вания кассет с такой лентой в их корпусе предусмотрено иден­тификационное отверстие. Видеокассеты формата ЕD Веtа нельзя использовать в аппаратуре формата Веtamax, в то время как кассеты со стандартной лентой системы Веtа можно применять для кассетных видеомагнитофонов системы ЕD Веtа в режиме Hi-Band. Для видеоаппаратуры формата ЕD Веtа фирма Sony разработала сендастовую видеоголовку, представ­ляющую собой напыленную тонкую сендастовую пленку с за­зором 0,35...0,4 мкм на стеклянной подложке.

1.4.2. Формат VHS. Первый видеомагнитофон этого наиболее массового фор­мата был разработан фирмой Matsushita - дочерней фирмой компании JVC и быстро завоевал мировой рынок. До сих пор этот формат в своей модификации D-VHS конкурирует с форматом оптической записи DVD.

Базовый формат VHS. Особенностью видеомагнитофонов формата VHS является широкое использование в них цифро­вой техники. Эти модели снабжены блоками памяти на 7...10 БИС с информационной емкостью не менее 256 Кбит каждая, применение которых обеспечивает работу в телевизионных канале аппара­тов с частотами дискретизации сигналов яркости до 10 МГц и цветоразностных сигналов до 5 МГц.

За рубежом производятся ВМФ этого фор­мата нескольких версий. Как уже говорилось, подробно базовый формат VHS будет рассмотрен в гл.2. Выше в разд.1.3 указывались расстановки частот для него. Кроме базового формата существует множество вариантов схемно-технических решений, реализуемых в процессе производства и непре­рывного совершенствования изделий данного формата. Рас­смотрим кратко каждую из версий формата VHS.

Версия S-VHS (Super-VHS). Разработка версии принадлежит фирме Panasonic (Япония). Уже в первой модели несущая час­тота ЧМ-сигнала на уровне белого цвета была равна 7, а на уровне синхроимпульсов - 5,4 МГц, полоса частот яркости достигала 5,5 МГц. Как и в базовом формате VHS, в данной версии используется двухскоростной режим транспортирова­ния магнитной ленты: при номинальных скоростях 2,34 и 1,17 см/с. Переключение на последнюю сопровождается снижением отношения сигнал/шум на 1,4 дБ при работе с металлопорошковой магнитной лентой.

Продолжительность записи телевизионных программ на магнитную ленту шириной 12,7 мм при номинальной скорости ЛПМ равна 3 ч. Видеомагнитофоны данной версии совместимы с аппара­тами базового формата VHS, но стандартные видеокассеты, за­писывающие информацию в версии S-VHS, не воспроизводят ее правильно.

Особенность схемы видеомагнитофонов данного типа сос­тоит в использовании двухканальных соединителей для пере­дачи сигналов звукового сопровождения. В этих аппаратах реализованы конструктивно-технологические решения, позво­лившие приблизить качество видеоизображения к теоретическо­му пределу. Аппаратам свойственны раздельная обработка сигна­лов яркости и цветности перед их записью и воспроизведени­ем, расширенная до 7 МГц полоса частот частотно-модулиро­ванного яркостного сигнала на уровне белого цвета и увели­ченная до 1,6 МГц в этом же канале девиация. Полоса частот канала звукового сопровождения (класса Hi-Fi) расширена до 20...20000 кГц при динамическом диапазоне не менее 90 дБ. В видеомагнитофонах использовано дистанционное управле­ние. Такой существенный прогресс во многом обеспечен благо­даря применению высокоэнергетических магнитных лент но­вых типов.

По внешнему оформлению и функциональным особеннос­тям видеомагнитофоны системы S-VHS не отличаются от стан­дартных кассетных видеомагнитофонов системы VHS, однако они позволяют достичь значительно более высокого качества изображения. Это стало возможно благодаря расширению по­лосы частот видеосигнала, увеличению девиации частоты до 1,6 МГц (в формате VHS она составляет 1 МГц) и переносу ее в более высокочастотную область спектра (нижняя граница 5,4 МГц, в кассетных видеомагнитофонах системы VHS - 3,4 МГц), а также использованию двухступенчатой схемы час­тотной коррекции. Расширенная полоса частот сигнала изобра­жения содержит видеоинформацию, достаточную для обеспе­чения разрешающей способности 430 линий.

В ВМФ версии S-VHS изменена также схема обработки сигналов яркости и цветности: в отличие от ВМФ формата VHS эти сигналы записываются совместно, но не объединяются в единый сложный видеосигнал. Как известно, даже в высококачественных телевизорах или видеомониторах при выделении из сложного видеосигнала сигналов яркости и цветности невозможно избавиться от перекрестных помех, которые проявляются в виде ухудшения резкости или волнообразных искажений краев изображения. В системе S-VHS перекрестные помехи «яркость – цветность» отсутствуют и одновременно возникает возможность повысить уровни сигналов цветности, что обеспечивает формирование более яркого и естественного изображения. Для приема раздельных сигналов яркости и цветности телевизионный приемник оборудован специальным штепсельным Y/С-разъемом типа S (Y и С - инженерные сокращения для обозначения яркости и цветности соответственно), который содержит четыре кон­такта.

Кассетные видеомагнитофоны системы S-VHS совместимы со стандартными телевизорами и видеомониторами. Но в этом случае, естественно, отсутствует выигрыш в разрешающей спо­собности, которая ограничивается возможностями приемных устройств (для высококачественных видеомониторов 350 ли­ний).

Чтобы повысить качество записи в системе S-VHS фирмы создали новую кобальтированную маг­нитную ленту. Ее можно использовать и в обычных видеомаг­нитофонах формата VHS, однако тогда улучшения качества изображения, разумеется, достичь не удастся. В корпусе кассеты имеется специальное идентификационное отверстие, кото­рое служит маркером использования кобальтированной маг­нитной ленты (для стандартных видеомагнитофонов формата VHS оно не играет роли). При установке в видеомагнитофон версии S-VHS кассеты с обычной магнитной лентой (без иден­тификационного отверстия) автоматически производится его переключение на стандартный режим работы в формате VHS. Однако при воспроизведении на обычном кассетном видеомаг­нитофоне формата VHS записи, выполненной на магнитной ленте в системе S-VHS, на экране телевизора возникает «снег». Это объясняется разницей между полосами частот записи ви­деосигнала в системах VHS и S-VHS. Видеокассеты с магнит­ной лентой для версии S-VHS выпускаются как стандартных размеров, так и уменьшенных (для видеокамер).

Версия VHS-HQ. Ее создатели - японские фирмы JVC и Sony. Обозначение HQ (от англ. – High Quality) в наименовании моделей означает «высококачественная». В этих аппаратах уровень ограничения белого цвета поднят со 170 до 190 % и введена динамическая система НЧ-предыскажений, глубина которых зависит от уровня видеосигнала. Одновременно повышена чет­кость изображения.

1.4.3. Формат Video-8. К числу принципиальных научно-технических реше­ний, заложенных уже в первых конструкциях аппаратов дан­ного типа, относятся следующие:

- осуществление записи звука и изображения двумя вра­щающимися видеоголовками, размещаемыми на барабане под углом менее 180° с углом охвата барабана магнитной лентой 221°;

- продолжительность записи 9 ч при номинальной скорос­ти движения носителя и 18 ч при его замедленном движении. Равномерная в диапазоне частот 20 Гц...20 кГц АЧХ звукового канала. Отношение сигнал/шум не менее 80 дБ при частоте дискретизации 44,1 кГц.

На начало 1992 г. видеомагнитофоны формата Video-8 приб­лижались к практическому пределу микроминиатюризации бытовой видеоаппаратуры. Малые габариты и масса видеомагнитофонов, минимальное энергопотребление достигаются в конкретных моделях благо­даря применению новых интегральных микросхем с одновременным уменьшением размеров ЛПМ. Видеозапись в ВМФ осуществляется на магнитную ленту шириной 8 мм.

В видеомагнитофонах данного формата используется наклонно-строчная запись двумя вращающимися видеоголовка­ми, сигналы яркости записываются способами ЧМ и переноса сигналов цветности по спектру в сторону НЧ. Запись звуково­го сопровождения производится магнитной головкой на вспо­могательной продольной дорожке. В аппаратах формата Video-8 используется блок вращающихся видеоголовок на барабане диаметром 40 мм. Возможен также режим записи звука цифровым способом (ИКМ) в течение 18 ч с сохранением при этом «профессионального» качества.

В видеокамерах данного формата также применяются но­вые методы управления движением магнитной ленты без виб­раций.

В стандарте, одобренном 128 зарубежными фирмами - изготовителями бытовой видеотех­ники, регламентированы два варианта эксплуатации аппара­тов в режимах записи - воспроизведения: стандартный SP (с шириной строки записи 34,4 мкм) и LP (с удвоенной длитель­ностью записи при ширине строки 17,2 мкм). Интерес к бытовой видеотехнике формата Video-8 объясня­ется рядом присущих ему достоинств: надежный механизм заправки и транспортирования магнитной ленты; возможность записи на одной кассете 4-часовой ТВ-программы; высокое ка­чество звукового сопровождения, особенно при использова­нии металлизированной магнитной ленты и применении спо­соба ЧМ либо ИКМ.

Дальнейшее повышение разрешающей способности и чет­кости изображения обеспечивается системой Hi-Band Video-8, совместную разработку которой осуществили три фирмы: So­ny, Matsushita и Hitachi.

Распределение частот в системах Video-8 и Hi-Band Video-8 представлено соответственно на рис. 2,а и рис. 2,б. Верхняя частота ЧМ-сигнала яркости в системе Hi-Band Video-8 смещена в область более высоких частот на 2,3 МГц. Девиация частоты ЧМ-сигнала яркости увеличе­на до 2 MГц, в результате чего повышено отношение сигнал/шум. Ширина полосы сигнала яркости в системе Hi-Band Video-8 составляет примерно 5,4 МГц, что позволяет обеспечить разрешающую способность по горизонтали более 400 линий.

Запись звуковых сигналов в системе Hi-Band Video-8, cогласно принятым техническим условиям, должна была осу­ществляться таким образом, чтобы эта система совмещалась с существующей стандартной системой Video-8. При этом допускалось применение любого из трех способов записи: с частотной модуляцией Hi-Fi, ИКМ и продольная запись в режиме c неподвижной головкой.

Аналогично системам S-VHS и ED Beta в системе Hi-Band Video-8 применяются раздельные сигналы яркости и цветности на входе и выходе, что, как указывалось, препятствует возникновению перекрестных искажений «яркость – цветность».

Сравнение технических характеристик видеоаппаратуры форматов Video-8 и S-VHS показывает, что последняя обеспечивает более высокое качество изображения.

В видеокассетах системы Hi-Band Video-8 используется но­вая высококачественная магнитная лента типов МР и МЕ. Это позволяет получить разрешающую способность примерно 430 линий. Лента МЕ является основным носителем записи в ви­деокамерах формата Hi-Band Video-8. Максимальная длитель­ность записи на видеокассетах системы Hi-Band Video-8 состав­ляет 120 мин. В стандартной видеоаппаратуре системы Video-8 использу­ется магнитная лента типа МР. Лента типа МР практически ни­чем не отличается от металлизированной магнитной ленты, применяемой в звуковой аппаратуре. Технология ее производства относительно проста. Производство же ленты типа МЕ более сложное и дорогое.

Е ще одним моментом, влияющим на распространение сис­темы Hi-Band Video-8 является ее так называемая односторонняя совместимость (аналогично системе S-VHS), т. е. на аппаратуре системы Hi-Band Video-8 можно воспроизводить записи сделанные в формате Video-8, в то время как ВМФ формата Video-8 не позволяет воспроизводить записи, сделанные в системе Hi-Band Video-8.

Глава 3

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВИДЕОМАГНИТОФОНА

Видеомагнитофон «Электроника ВМ-12», как и большинство современных точных электромеханических устройств, содержит системы автоматического регулирования (САР). Их три: блока вращающихся головок (САР БВГ), ведущего вала (САР ВВ) и автотрекинга (САТ). Первые две обеспечивают синхронизируемые вращение ротора двигателя БВГ и движение магнитной ленты в тракте лентопротяжного механизма (ЛПМ) в основных режимах работы («Запись» и «Воспроизведение»), а также создание необходимых вращающих моментов на подкатушечных узлах ЛПМ и реверсирование направления движения ленты в дополнительных режимах («Ускоренный поиск», «Замедленный поиск», «Пауза при записи», «Пауза при воспроизведении», «Продолжение записи», «Кратковременный реверс», «Перемотка вперед», «Перемотка назад»). Режимы работы изменяются системой управления видеомагнитофона. САТ обеспечивает точное слежение (трекинг) видеоголовок строчкам записи.

САР БВГ и ВВ представляют собой высокоточные устройства с фазированием вращения вала соответствующего двигателя по образцовым сигналам. В режиме «Запись» в качестве образцовых используются кадровые синхроимпульсы, выделяемые из записываемого телевизионного сигнала, в режиме «Воспроизведения»- импульсы кварцевого генератора видеомагнитофона. Для работы САР БВГ в режимах «Запись» и «Воспроизведение» и САР ВВ в режиме «Запись» сигналы обратной связи снимаются с датчиков, установленных на двигателях БВГ и ВВ. В режиме «Воспроизведение» таким сигналам для САР ВВ служит считываемые с магнитной ленты импульсы управления.

В режиме «Запись» САР БВГ обеспечивает такое вращение ротора их двигателя, при котором к моменту поступления каждого кадрового синхроимпульса записываемого телевизионного сигнала одна из двух видеоголовок ротора (поочередно) находится в начале дорожки записи на магнитной ленте. В свою очередь САР ВВ стабилизирует скорость вращения его двигателя, а следовательно, и скорость движения магнитной ленты с точностью частоты следования тех же кадровых синхроимпульсов. С этой САР импульсы управления кадровой частоты записываются на специальную дорожку магнитной ленты для синхронизации ее движения при воспроизведении.

В режиме «Воспроизведение» САР ВВ регулирует вращение его двигателя, а, следовательно, и положение магнитной ленты так, чтобы каждая видеоголовка прошла точно по записанной видеодорожке. САР БВГ в этом режиме стабилизирует только скорость вращения их двигателя с точностью частоты следования импульсов кварцевого генератора.

Получение дополнительных режимов обеспечивает САР ВВ. При этом изменяется скорость движения магнитной ленты или направление перемещения. Режим «Ускоренный поиск» включается при подаче на двигатель ВВ максимального питающего напряжения, соответствующего повышенной скорости движения ленты, приблизительно в 5 раз больше номинальной. В режиме «Замедленный поиск» на двигатель ВВ поступает импульсное напряжение, среднее значение которого соответствует скорости его движения, приблизительно в пять раз меньше номинальной. В режиме «Пауза при воспроизведении» двигатель ВВ выключается и магнитная лента останавливается. При этом САР БВГ продолжает работать.

Режим «Кратковременный реверс» включается каждый раз при переходе видеомагнитофона из режима «Запись» в режим «Стоп» или в режим «Пауза при записи». В этих случаях САР ВВ через реле реверса изменяет направление вращения двигателя ВВ на время 2с. Реверс необходим для обратного перемещения отрезка размагниченной ленты и продолжения записи без разрыва информации (при этом лента перемещается со стабилизированной скоростью на 30% выше номинальной). Для того чтобы обеспечить отсутствие разрыва информации при переходе из режима «Воспроизведение» в «Стоп», предполагая опять воспроизведение, также включается режим «Кратковременный реверс».

Ускоренно в обоих направлениях (режимы «Перемотка вперед» и «Перемотка назад») лента перемещается со стабилизированной скоростью вращения двигателя ВВ в два раза выше номинальной. Изменяется также и передаточное число механической передачи «двигатель ВВ – подкатушечные узлы».

Скорость вращения (частоту) двигателей БВГ и ВВ обе САР регулируют по частотным и фазовым каналам.