Запись изображения на магнитную пленку

Особенности магнитной записи телевизионных сигналов. Магнитная запись телевизионных изображений благодаря оперативности получила наибольшее распространение. Вместе с тем ее массовое внедрение связано с преодолением ряда трудностей. Как известно, магнитная запись осуществляется на ферромагнитном носителе (например, ленте) 4 (рис. 6.9) посредством магнитной головки 1 с зазором Δ, к которому непосредственно прилегает ферромагнетик.

В процессе записи магнитная лента равномерно перемещается относительно головки и при этом намагничивается магнитным полем 3 зазора в соответствии с сигналом, подведенным к обмотке 2 головки. При воспроизведении магнитная лента протягивается аналогичным образом относительно зазора приемной головки, в обмотке которой возбуждается э. д. с . за счет остаточного намагничивания ферромагнетика.

При качественной ленте полоса воспроизводимых частот f определяется эффективной шириной Δ_Э зазора магнитной головки и скоростью v перемещения ленты:

Сравнительно легко обеспечить зазор Δ=3÷4 мкм (эффективный зазор при этом Δ_Э =5 мкм); головки с зазором в десятые доли микрометров являются уникальными. Полагая Δ_Э = 5 мкм, определим, что для записи звукового сигнала в полосе 10 кГц достаточно иметь скорость перемещения пленки

а для записи телевизионного изображения в полосе 6 МГц

т. е. в 600 раз больше, чем при записи звука. Нетрудно подсчитать, что при таком способе записи для часовой программы потребуется 108 км пленки.

При таких скоростях пленка испытывает большие динамические нагрузки, поэтому она должна быть прочной, следовательно, достаточно широкой и толстой. Но при этом мал коэффициент использования поверхности пленки, неэффективно используется объем кассеты, велик расход материала. Для повышения плотности записи информации на пленке и уменьшения скорости ее протяжки применяют метод поперечной записи на широкой ленте, при котором направление движения ленты и направление записи составляют угол около 90. Достигается это тем, что в районе расположения магнитных головок с помощью специальной направляющей магнитной ленте 4 (рис. 6.10) придается форма цилиндрической поверхности. Четыре магнитные головки 3 располагаются на диске 2 так, что при его вращении с помощью двигателя 1 одна из головок касается поверхности ленты. В результате ее поступательного движения и вращательного движения головки образуются поперечные дорожки 2 (рис. 6.11) записи телевизионного сигнала. При поперечной записи удается снизить скорость движения магнитной ленты до 40 см/с . Дорожка звукового сопровождения располагается вдоль ленты. Для согласования работы четырех каналов (по числу головок) используется дорожка управления 4. Дорожка 3 предназначена для записи режиссерских указаний.

— максимальный магнитный поток, имеем:

(6.1)

уровень телевизионного сигнала в области низких частот становится, ниже уровня шумов.

Избежать этого удается путем смещения спектра в более высокочастотную область, например от 0,5 до 6,5 мГц, при этом перекрытие частотного диапазона уменьшается до 13.

Простейший способ смещения спектра за счет амплитудной модуляции с подавлением одной боковой полосы оказывается непригодным из-за возникновения больших амплитудных искажений сигнала, вызываемых разной чувствительностью головок, изменением прижима головок к ленте и т. д. Поэтому в рассматриваемых системах применяется способ узкополосной (с индексом модуляции меньше единицы) частотной модуляции. Но и при этом происходит существенный завал частотной характеристики как в области низких, так и в области высоких частот. На низких частотах из-за, того, что э.д.с. согласно (6.1) падает с уменьшением частоты, а на высоких — из-за протяженности поля записывающей головки, вследствие чего высокочастотное поле в головке изменяет свою полярность раньше, чем зазор головки успеет выйти за пределы данного элемента ленты.

Необходимость строгого согласования движения четырех головок, обеспечения одинакового прижима к ним ленты, идентичного усиления в каналах, компенсации частотных искажений и т. д. потребовала для высококачественной записи изображений сложной, громоздкой и дорогой аппаратуры.

Стремление упростить видеомагнито: фон привело к созданию двухголовочных (рис. 6.12, а) и одноголовочных (рис. 6.12, б) конструкций с наклонно-строчной записью. В двухголовочном магнитофоне лента 4 охватывает несколько больше половины направляющего цилиндра 1, состоящего из двух половинок, установленных друг относительно друга с небольшим зазором, в котором вращается диск 2 с двумя головками 3. На одной наклонной дорожке записывается видеосигнал одного поля. В одноголовочном магнитофоне лента 4 делает полный виток вокруг направляющих цилиндров 1, Угол наклона магнитной дорожки в 2 раза меньше, чем в двухголовочном магнитофоне.

На начальных этапах разработки двухголовочные и одноголовочные магнитофоны обладали более низкими качественными показателями, чем четырехголовочные, из-за сложности стабилизации положения ленты на цилиндрах, неравномерности ее натяжения по ширине и значительной деформации вследствие трения о поверхности цилиндров. Поэтому магнитофоны этой конструкции применялись только для бытовых и репортажных целей. Однако развитие техники и технологии изменило ситуацию. В настоящее время четырехголовочные магнитофоны с поперечной записью сняты с производства во всех странах в связи со сложностью конструкции, большими габаритами и массой, а также большим расходом магнитного носителя.

Международная электротехническая комиссия (МЭК) стандартировала для профессиональных видеомагнитофонов два формата записи — В и С , рассчитанные на применение ленты шириной 25,4 мм. Наличие единых мировых стандартов и широкое использование микропроцессорной техники для автоматического управления и стабилизации работы магнитофона, позволило осуществить конструкции, допускающие запись и воспроизведение видеограмм на разных аппаратах, что крайне важно для обеспечения возможности обмена программами между студиями разных стран.

Диапазон применения и технические возможности выпускаемых видеомагнитофонов очень широки. Наиболее высокое качество изображения обеспечивают студийные магнитофоны. Они обладают возможностями быстрого поиска нужного кадра, получения замедленного или остановленного изображения, комбинирования изображений и других специальных эффектов.

В последние годы широкое развитие получила полупрофессиональная и бытовая видеозапись на основе кассетных магнитофонов с двумя видеоголовками. МЭК утвердила несколько форматов видеозаписи. Наиболее распространенные из них VHS , Beta -format , Video -2000 с шириной строчек записи, соответственно 49; 32^8; 22,5 мкм на магнитной ленте 12,7 мм. Ведутся работы в направлении сокращения ширины строчки записи в системе Video -2000 до 11 мкм, что позволит увеличить время воспроизведения Информации, записанной на одной кассете-до 16 ч.

Важнейшими узлами видеомагнитофона (рис. 6.13) являются лентопротяжный механизм ЛПМ и блок вращающихся головок БВГ. В кассетных магнитофонах существенную роль играет и механизм заправки ленты МЗЛ. От постоянства скоростей перемещения ленты и вращения видеоголовок, а также от точности их взаимного расположения зависит качество воспроизводимого изображения. В связи с этим существенная часть электронных средств, используемых в видеомагнитофонах, направлена на стабилизацию указанных параметров. С этой целью в видеомагнитофонах используется ряд систем автоматического регулирования (САР): скорости движения ленты САР-СЛ; скоростного двигателя САР-СД, вращающего головки; натяжения ленты САР-НЛ; точности следования видеоголовки по строчке записи — система авто-трекинга CAT.

Применение этих средств не гарантирует высокое качество сигнала, считанного с ленты. Даже при идеальных канале записи КЗ и канале воспроизведения KB из-за дефектов магнитного покрытия возможно выпадение сигнала, т. е. пропадание или значительное уменьшение его уровня. В результате деформации пленки и ряда других причин возникают временные искажения, т. е. искажения, обусловленные преобразованием временного масштаба в линейный при записи и линейного во временной при воспроизведении. Часто в считанном с ленты сигнале оказываются искаженными синхронизирующие и гасящие импульсы.

С целью устранения указанных дефектов в видеомагнитофоны (в основном профессиональные) вводится система обработки воспроизводимого сигнала СОС, в которую входят: компенсатор выпадений, обеспечивающий замещение выпавшего сигнала сигналом предыдущей строки; корректор временных искажений, обеспечивающий определение необходимого времени задержки и организацию задержки воспроизводимого сигнала так, чтобы исключить его временной сдвиг относительно опорного; регенератор гасящих и синхронизирующих импульсов, обеспечивающий замену искаженных импульсов новыми.

Устройство видеомагнитофона. Устройство видеомагнитофона рассмотрим на примере отечественного кассетного магнитофона Электроника ВМ-12. ВМ-12 работает в формате VHS. На рис. 6.14 приведена видеофонограмма, соответствующая этому формату. Строчки записи 3, 4 телевизионного сигнала составляют с базовым краем ленты угол 6°, рабочие зазоры видеоголовок образуют с перпендикуляром к строчке записи углы р также по 6°, но противоположных знаков. Это предохраняет от считывания видеоголовкой сигнала соседней строки и способствует повышению плотности записи информации за счет устранения межстрочных промежутков. На краях ленты располагаются две продольные дорожки 1, 2 для записи стереозвукового сигнала и 5 для канала управления.

На рис. 6.15 представлена кинематическая схема видеомагнитофона. Лентопротяжный механизм обслуживают два двигателя: ведущего вала 1 и перемотки 3. Механизм лентозаправки и натяжения ленты ИЛ приводится в действие двигателем 2. Блок вращающихся головок БВГ работает от скоростного двигателя 5. Кроме двух вращающихся видеоголовок в БВГ в магнитофоне используются стирающая головка 4, головка автоматического управления двигателями 6 и звуковая головка 7. Благодаря большой ширине видеодорожки CAT в магнитофоне не применяется.

На рис. 6.16 представлена структурная схема канала изображения. Телевизионный сигнал с выхода камеры или тюнера видеомагнитофона поступает на схему АРУ для стабилизации уровня сигнала. Фильтр Ф 1 низких частот ограничивает спектр яркостного сигнала до 3 МГц. Этот сигнал поступает на частотно-модулируемый генератор ЧМГ и осуществляет девиацию частоты в пределах 3,8—4,8 МГц. Полученный ЧМ-сигнал пропускается через фильтр Ф 2 верхних частот для подавления составляющих спектра ниже 1,2 МГц.

Сигнал цветности выделяется полосовым фильтром ПФ 1 с полосой прозрачности 3,9—4,7 МГц. С помощью балансного модулятора БМ 1 , на который поступает также сигнал гетеродина Г с частотой f_r = 5,06 МГц, спектр сигналов цветности трансформируется в область 0,36—1,16 МГц и пропускается через фильтр ФЗ низкой частоты с границей среза 1,16 МГц.

Яркостный сигнал с Ф 2 и сигнал цветности с ФЗ поступают в блок коррекции ЕЕ, где они суммируются. Там же осуществляется коррекция ЧМ-сигналов, заключающаяся в подъеме высокочастотных составляющих спектра. С БЕ через трансформатор Т суммарный сигнал поступает на видеоголовки Г1 и Г2 работающие в режиме записи.

В режиме воспроизведения (переключатель П в Положении 1) сигналы, считанные с ленты головками Г1 и Г2, поступают соответственно на усилители У1 и У2. Применение раздельных усилителей позволяет скомпенсировать разброс частотных характеристик и разный уровень сигналов от двух головок. После суммирования в С 1 считанные сигналы поступают в канал цветности через фильтр Ф4 низких частот и в яркостный канал через фильтр Ф5 верхних частот. В канале цветности с помощью БМ 2 сигналы переносятся в область частот 3,9—4,7 МГц и после фильтрации в ПФ. подаются на N сумматор С3. В яркостный канал включен компенсатор выпадений KB, состоящий из линии задержки на длительность строки и детектора, с помощью которого анализируется уровень воспроизводимого сигнала. При регистрации выпадения с ЕВ на С 2 поступает сигнал предыдущей строки. Если выпадение больше одной строки, то в ЕВ циркулирует сигнал, момент поступления которого на линию задержки предшествовал интервалу выпадения. После С 2 яркостный сигнал, пройдя частотный детектор ЧД и фильтр Ф6 низких частот, суммируется в С3 с сигналом цветности. После пропускания через шумоподавитель ШП, представляющий собой фильтр с линейно падающей амплитудно-частотной характеристикой, ослабляющей влияние высокочастотных шумов тракта воспроизведения, которые были увеличены на предыдущих этапах коррекции, выходной телевизионный сигнал оказывается сформированным.