Бытовые видеомагнитофоны

На первом этапе развития систем бытовой видеозаписи видеомагнитофоны, предназначенные для использования населением, отличались чрезвычайно большим разнообразием как по форматам записи, так и по конструкции. Новые форматы записи разрабатывались с целью устранения недостатков предыдущих форматов. Первостепенной задачей конструкторов новых бытовых видеомагнитофонов являлось сокращение расхода ленты. Эта задача решалась уменьшением скорости движения ленты и ее ширины, уменьшением граничной длины волны записи , ширины дорожек записи и промежутков между ними.

В наиболее распространенных бытовых видеомагнитофонах формата VHS (Video Home System) используется наклонно-строчная запись двумя диаметрально расположенными вращающимися головками. На базе такого метода осуществляется запись одного поля телевизионного изображения на одной дорожке записи. Благодаря ряду новых технических решений, предложенных фирмой JVC, автора формата VHS, появилась возможность использования кассеты с автоматической заправкой ленты в лентопротяжный механизм и сокращения расхода ленты за счет уменьшения ширины дорожек записи и устранения промежутков между ними. Запись сокращенного спектра сигнала яркости потребовала выделения из него сигнала цветности и переноса поднесущей сигнала цветности вниз по частоте для записи его в одном канале с частотно-модулированным сигналом яркости. В видеомагнитофонах формата VHS осуществлено эффективное подавление помех от соседних дорожек записи с помощью встречного разворота рабочих зазоров видеоголовок по азимуту. Высокая продольная плотность записи благодаря применению улучшенных магнитных лент и головок ( мкм) позволяет записать на стандартную кассету ТВ программы длительностью до 4 ч в режиме SP (Standard playback) и до 8 ч в режиме LP (Long-play). Однако сокращение полосы частот по каналу яркости примерно до 3,0 МГц (с записью одной боковой ЧМ сигнала) и по каналу цветности до 0,5...0,8 МГц, естественно, приводит к ухудшению четкости, что для любительских целей вполне приемлемо.

Наряду с форматом VHS Международной электротехнической комиссией (МЭК) стандартизован кассетный аналоговый формат Video-8 (на пленке шириной 8 мм) фирмы Sony. Основные технические решения, используемые в этих видеомагнитофонах, сходны, однако данный формат наиболее широко применен в любительских видеокамерах Handycam.

В нашей стране бытовые видеомагнитофоны формата VHS стали наиболее популярными благодаря выпуску на отечественных заводах лицензионной модели видеомагнитофона типа «Электроника ВМ-12». В этих видеомагнитофонах используется лента шириной 12,65 мм, помещенная в кассету размерами 188x104x25 мм. Скорость движения ленты 23,39 мм/с, а скорость лента-головка – 4,84 м/с. При записи принята следующая расстановка частот для сигналов яркости: уровень белого 4,8 МГц, синхроимпульсов 3,8 МГц. Верхняя боковая полоса ЧМ сигнала полностью подавляется, а нижняя записывается в диапазоне 1,2...4,3 МГц. Так как из-за ограничения верхней полосы частот сигнала яркости запись сигналов цветности в полной полосе непосредственно не представляется возможной, полоса частот канала цветности сужается до 0,74 МГц. После этого поднесущая сигнала цветности переносится в диапазон частот 0,36...1,1 МГц и суммируется с ЧМ сигналом яркости. Сигнал яркости записывается с оптимальным током записи, а сигнал цветности – уменьшенным на 20...22 дБ током, чтобы не возникли перекрестные искажения.

При воспроизведении сигналы усиливаются, разделяются фильтрами, ЧМ сигнал яркости демодулируется, а сигналы цветности переносятся в диапазон частот 3,8...4,5 МГц, суммируются с сигналом яркости и поступают на формирователь композитного сигнала в одной из стандартных вещательных систем цветного ТВ (NTSC, PAL, SECAM).

Сигналограмма формата VHS показана на рис. 18.17. В верхней части ленты располагаются две звуковые дорожки 1 и 3, между ними – защитный промежуток 2. На нижнем крае ленты записывается дорожка сигнала управления 4. Видеосигнал записывается двумя вращающимися головками, расположенными под углом 180° на барабане диаметром 62 мм. Частота вращения барабана 1500 об/мин. Рабочие зазоры видеоголовок развернуты под углом ±6° относительно перпендикуляра к направлению движения головок. Каждая головка записывает одно поле изображения, а угол обхвата барабана видеоголовок лентой немного превышает 180°. Это создает перекрытие во времени сигналов, воспроизводимых видеоголовками, примерно на три телевизионные строки. Видеоголовки коммутируются сигналом датчика оборотов барабана с частотой 25 Гц примерно за 5-8 строк до начала синхронизирующего импульса полей.

Видеомагнитофоны формата VHS имеют, кроме этого, блок неподвижных головок (стирающая головка, звуковая головка и головка управления).

Как было отмечено, запись сигналов изображения без межстрочных промежутков повышает плотность записи и дает выигрыш в расходовании ленты. Примыкание вплотную дорожек записи, естественно, ухудшает отношение сигнал/помеха, так как видеоголовки при воспроизведении захватывают часть соседней дорожки. Для подавления помех от соседних дорожек рабочие зазоры видеоголовок развернуты по азимуту. Эффективность такого решения позволила также уменьшить ширину дорожек записи. Уменьшение ширины дорожек записи при воспроизведении видеоголовками с заметно большей шириной полюсных наконечников, т.е. с большей длиной

Рис. 18.17. Формат записи VHS ( ширина ленты 12,65 мм )

рабочего зазора, приводит к тому, что видеоголовка одновременно воспроизводит сигнал со своей и соседней дорожки записи. Как уже отмечалось, разворот в разные стороны рабочих зазоров видеоголовок на угол ±6° обеспечивает изменение направления намагниченности соседней дорожки на значение двойного угла наклона рабочих зазоров. При правильном воспроизведении строчки записи ориентации намагниченности ленты и зазора совпадают, а при воспроизведении соседних строчек – не совпадают. Возникающие при этом азимутальные потери значительно уменьшают уровень воспроизводимого мешающего сигнала, следовательно, повышается отношение сигнал/помеха.

Записываемый сигнал разделяется фильтром на яркостную и цветовую составляющие. На рис. 18.18,а показаны частоты, определяющие полосы пропускания фильтров, разделяющих сигнал яркости и цветности. На рис. 18.18,б показаны характеристики сигналов яркости и цветности после преобразования спектра. Сигнал цветности располагается в нижней части спектра. Девиация частоты равна 1 МГц.

Упрощенная структурная схема канала изображения видеомагнитофона формата VHS дана на рис. 18.19. Полный сигнал изображения, кодированный по системе SECAM, поступает на регулируемый усилитель 1, обеспечивающий постоянный уровень сигнала, не зависящий от уровня входного сигнала.

Рис. 18.18. Амплитудно-частотные характеристики фильтров разделения сигналов яркости и цветности (а) и АЧХ сигналов яркости и цветности после преобразования (б)

Видеомагнитофоны формата VHS широко распространены во всем мире и составляют примерно 90 % всего парка бытовых видеомагнитофонов.

В связи с тем, что формат записи VHS не обеспечивает вещательное качество изображения по разрешающей способности и отношению сигнал/помеха, особенно для стандарта 625/50, фирмой JVC был разработан формат S-VHS (Super-VHS). Запись сигналов по этому формату обеспечивает более высокое качество изображения. На рис. 18.19 приведена АЧХ сигналов яркости и цветности для формата S-VHS. Как видно из рисунка, в формате S-VHS существенно расширена полоса частот сигнала яркости – частота ЧМ поднесущей увеличена по сравнению с форматом VHS. Частота, соответствующая уровню белого, составляет 7 МГц, а уровень синхроимпульсов 5,4 МГц. Изменяя диапазон девиации частот для записи информации в канале яркостного сигнала, удалось увеличить частотный диапазон канала яркости от 3,2 МГц (VHS) примерно до 5 МГц (S-VHS). Это позволило получить разрешающую способность по горизонтали 400 ТВл (по сравнению с 240 ТВл для формата VHS) и снизить перекрестные помехи. Увеличение девиации частоты с 1 до 1,6 МГц позволило повысить отношение сигнал/помеха и динамический диапазон, т.е. улучшить контраст изображения.

Рис. 18.19. Частотная характеристика видеосигнала формата S-VHS

В видеомагнитофонах S-VHS применена очень тонкая магнитная лента с частицами гамма-окиси железа, модифицированная кобальтом (толщина магнитного слоя менее 1 мкм). Применение такой ленты повысило плотность записи, улучшило частотные характеристики, увеличило амплитуду сигналов. Для формата S-VHS (так же как и для VHS) предусмотрены два режима: SP со скоростью ленты 3,3 см/с и длительностью записи на одной кассете 120 мин и LP – 1,1 см/с и 360 мин соответственно.

Повышенные качественные показатели видеомагнитофонов формата S-VHS позволяют отнести их к полупрофессиональной видеоаппаратуре.

Видеомагнитофоны формата S-VHS, могут читать и воспроизводить видеозаписи формата VHS. Имеется несколько модификаций видеомагнитофонов этого формата. Отличия касаются в основном способов обработки сигналов цветности, что в итоге влияет на возможность многократного копирования с оригинала последующих копий. Первоначально способ записи и обработки сигналов цветности не обеспечивал удовлетворительного результата. Это приводило к одному из существенных недостатков формата S-VHS, заключающемуся в том, что уже вторая или третья копия не соответствовала требованиям к качеству изображения в профессиональном видеопроизводстве. Однако последующие усовершенствования формата привели к созданию используемого до настоящего времени полупрофессионального видеомагнитофона формата S-VHS, использующего способы обработки сигналов цветности, позволяющие повысить эффективность системы S-VHS при многократном копировании. Последние модели аппаратуры S-VHS снабжены встроенными блоками дополнительной обработки сигналов цветности, что позволило значительно улучшить качество ТВ изображения.