Главная | Контакты



Главная > Технологии

VHS: Магнитная запись и воспроизведение сигналов изображения

Видеомагнитофоны являются наиболее сложным видом бытовой радиоэлектронной аппаратуры, отражающим достижения современной технологии во многих отраслях науки и техники. Видеомагнитофон - устройство, предназначенное для магнитной видеозаписи и воспроизведения сигналов видсофонограммы. Последняя представляет собой сигналограмму, получаемую в результате видеозвукозаписи.
В основу магнитной видеозаписи положены те же принципы намагничивания носителя и воспроизведения сигнала, что и магнитной звукозаписи. Однако процесс записи и воспроизведения телевизионных сигналов более сложен, чем звуковых. Это объясняется прежде всего широкой полосой частот телевизионного сигнала, верхняя граничная частота которого достигает 6,0 МГц.
Работа бытовых видеомагнитофонов основана на принципе наклонно-строчной записи - воспроизведения видеоинформации двумя диаметрально расположенными вращающимися головками. При этом запись - воспроизведение происходит при значительно более высокой относительной скорости головки-ленты, чем при магнитной записи звуковых сигналов. Данная скорость получается в результате вращения видеоголовок при одновременном перемещении магнитной ленты.
Частота вращения видеоголовок равна частоте смены кадров (полей) телевизионного сигнала, что при сравнительно небольших диаметрах блоков вращающихся головок (БВГ) соответствует линейной скорости движения видеоголовок 5 м/с.
Применяемые в видеомагнитофонах видеоголовки при ширине рабочего зазора 0,4 мкм и скорости движения относительно магнитной ленты 4,84 м/с (скорость записи - воспроизведения) обеспечивают запись телевизионных сигналов с максимальной частотой до 5,0 МГц. Однако присущие магнитной записи искажения (паразитная амплитудная модуляция) не позволяют перенести непосредственно на магнитную ленту широкий спектр частот телевизионного сигнала. Устранение паразитной амплитудной модуляции возможно при использовании частотной модуляции, определяемой индексом модуляции. Поэтому при записи телевизионных сигналов применяют частотную модуляцию с переменным индексом модуляции для разных частот. Таким способом удается записать на магнитную ленту телевизионные сигналы частотой до 2,8 МГц. Сохранение требуемых временных соотношений достигается применением высокоточных лентопротяжных механизмов и систем автоматического регулирования электродвигателей.
Следовательно, бытовой видеомагнитофон - это относительно узкополосное устройство, и на нем невозможно записать и воспроизвести полный цветовой телевизионный сигнал без его предварительной обработки.
Воспроизводимый сигнал также подвергается обработке, при которой выпадения сигнала из-за дефектов магнитной ленты становятся менее заметными, снижаются временные искажения, возникающие из-за отклонения скоростей при записи и воспроизведении, улучшается форма импульсной части телевизионного сигнала.

Mагнитные ленты и видеоголовки

Технические данные. Для магнитной видеозаписи применяются магнитные ленты с высокой разрешающей способностью 3 - 4-слойной конструкции. В бытовых видеомагнитофонах используется магнитная лента с рабочим слоем из диоксида хрома СrО2 на полиэтилентерефталатной основе шириной 12,65 мм и толщиной не более 27 мкм. В настоящее время предпочтение отдается магнитным лентам с рабочим слоем из оксида железа, легированным различными добавками из феррита кобальта, с ориентацией микрочастиц. Благодаря совершенной технологии изготовления в лучших образцах таких лент размеры элементарных ферромагнитных частиц слоя снижены до 0,2 мм, получено высокое качество воспроизведения видеозаписи, исключены эксплуатационные недостатки, присущие хромдиоксидным и металлопорошковым лентам.

Для бытовой видеозаписи выпускается лента типа Т4305-12Б с рабочим слоем из диоксида хрома. Поверхность ленты должна быть чистой, не иметь заметных царапин, короблений и растянутых мест. Склейка лент для видеозаписи производится таким же способом, как и лент магнитной звукозаписи, но эксплуатация лент со склейками нежелательна.

Видеомагнитофоны, разработанные в соответствии с международным стандартом VНS (Video Home System), комплектуются кассетой компланарного типа с лентой шириной 12,65 мм и толщиной 20 мкм. Размеры кассеты позволяют разместить в ней в одной плоскости (рис. 9.1) две катушки диаметром 89 мм, вмещающие при длительности воспроизведения 180 мин 260 м магнитной ленты. Диаметр внутренней бобышки при этом равен 26 мм. Для кассет с продолжительностью воспроизведения менее 90 мин диаметр этой бобышки увеличен до 62 мм, что уменьшает диапазон изменения натяжения ленты и при использовании лентопротяжного механизма с пассивными подкассетными узлами благоприятно сказывается на качестве изображения.

Устройство видеокассеты

Для возможности обмена записями жестко нормируются параметры видеофонограммы, т. е. размеры, расположение и назначение магнитных дорожек и строчек записи, записываемые сигналы и их основные параметры.

Видеофонограмма формата VHS на магнитной ленте

На рис. 9.2 показана видеофонограмма формата VНS, по которому в настоящее время работают бытовые кассетные видеомагнитофоны. Наиболее характерным для формата VНS является то, что магнитные строчки записываются без промежутков двумя вращающимися головками, рабочие зазоры которых имеют взаимный перекос. Поэтому перекрестные помехи, возникающие при случайном считывании соседних магнитных строчек, значительно, ниже, чем при считывании обычными головками. На каждой магнитной строчке размещаются все элементы одного кадра цветного телевизионного изображения, т. е. запись несегментная. Основные параметры видеофонограммы формата VНS приведены в табл. 9.1.

Параметры видеофонограммы формата VHS для отечественной бытовой аппаратуры

Кассеты выпускаются пяти исполнений: ВК-30, ВК-60, ВК-90, ВК-120 и ВК-180. Их габаритные размеры 188х104х25 мм, масса - соответственно не более 0,23, 0,25, 0,27, 0,28 и 0,31 кг.

Указания по эксплуатации. Кассета ВК предназначена для эксплуатации в видеомагнитофоне, работающем при температуре окружающей среды от 15 до 35°С и относительной влажности воздуха от 45 до 75%. Перед первым применением кассеты или после хранения ее более одного месяца рекомендуется полностью перемотать ленту с левой катушки на правую и обратно. Если в зимнее время кассета вносится с улицы в теплое помещение, необходимо выдерживать ее при комнатной температуре в течение 24 ч. Кассету следует хранить в футляре, установленном вертикально, на расстоянии не менее 1 м от нагревательных приборов. Ее нужно предохранять от попадания пыли, воздействия солнечных лучей, сильных магнитных полей (электродвигатели, трансформаторы и т.п.), ударов, резких изменений температуры и влажности.

Видеокассета имеет защитный упор, который предохраняет видеофонограмму от случайного стирания. Он должен быть не поврежден, чтобы можно было произвести новую запись. Однако для предохранения записи от случайного стирания рекомендуется удалить защитный упор. Для повторной записи на кассете с удаленным защитным упором следует заклеить образовавшееся углубление липкой лентой.

Блок вращающихся головок. Важнейшим электромеханическим узлом, входящим в состав видеомагнитофона, является блок вращающихся головок (БВГ). Обычно он выполняется в виде легкосъемной конструкции и заменяется при износе вращающихся головок. Его конструкция, размеры и форма зависят от формата записи, применяемого в видеомагнитофоне.

БВГ обеспечивает запись и воспроизведение видеофонограммы на магнитную ленту вращающимися магнитными головками наклонно-строчным способом. При этом БВГ снабжен электронной системой автоматического регулирования (САР) частоты и коррекции фазы вращения магнитных головок.

Для записи и воспроизведения сигналов изображения в БВГ используют видеоголовки 2х2х0,2 мм с ферритовыми сердечниками. На рис. 9.3 изображен блок вращающихся головок со встроенным электродвигателем.

БВГ со встроенным электродвигателем постоянного тока

Корпус электродвигателя 1 расположен внутри нижней неподвижной направляющей барабана 2. На вал 11, снизу упирающийся в подпятник 13, жестко посажен диск 4 с головками, ротором токосъемника 5 и датчиками частоты вращения (тахогенератор). Электродвигатель имеет разнесенные радиально-упорные подшипники 10 и 12. Отсутствие ременной передачи и непосредственное управление частотой вращения вала электродвигателя с помощью САР-СД (система автоматического регулирования скорости вращения диска с видеоголовками) позволяют получить минимальные качания, т. е. меньшие временные искажения воспроизводимого сигнала.

Верхняя направляющая барабана 3, выполненная подвижной, скрепляется с диском. При этом вал электродвигателя должен иметь паз для пропуска проводов от токосъемника 5 либо скрепляться с нижней направляющей 2 с помощью стойки 6. Между диском 4 и верхней крышкой 7 размещен предварительный усилитель воспроизведения, а иногда и оконечный каскад усилителя записи с целью максимального уменьшения длины проводов, идущих к головкам.

Наилучшие результаты дает использование специального электродвигателя постоянного тока с печатным ротором 8, имеющим большое число коллекторных пластин, к которым ток подводится щетками 16. Статор 9 электродвигателя выполнен в виде кольцевого постоянного магнита с несколькими полюсами. Прижим щеток осуществляется пружиной 15, а сила прижима регулируется держателем 14. Применяют также бесконтактные электродвигатели постоянного тока с коммутаторами, получающими питание от усилителей.

Сигналы к головкам БВГ подают через токосъемник с числом секций, равным числу головок. Контактный токосъемник представляет собой кольца, поверхность которых покрыта серебром или специальным малоокисляющимся сплавом. Щетки выполняют из мягкого графита или мягких пружинящих тонких проволочек.

Бесконтактный токосъемник изготавливают из двух ферритовых колец с пазами, в которые помещают обмотки. Со стороны пазов, по торцу, кольца закрепляют на валу и неподвижной верхней направляющей так, чтобы магнитный поток от статора к ротору замыкался через воздушные зазоры, размер которых не должен превышать 50 мкм. При использовании бесконтактных токосъемников с целью уменьшения помех диск с головками следует заземлять через специальную щетку.

Для замены изношенных головок БВГ должен сниматься с видеомагнитофона и разбираться. Новые головки устанавливают на диске с помощью специального оптического приспособления и тщательно юстируются. Разброс параметров головок, помещаемых на один диск, недопустим. Он приводит к искажению яркости соседних строк или изменению насыщенности цвета в соседних строках цветного изображения.

Блок неподвижных головок. Блок содержит стирающую и универсальную головки. В бытовых кассетных видеомагнитофонах применяется универсальная комбинированная головка типа 12ДЗЗ-1 с тремя магнитными системами. Магнитные цепи изготовлены из пермаллоя. Стирающая головка ФГС-1 имеет ферритовый сердечник.

Бытовые видеомагнитофоны формата VНS, в которых используются высококачественные магнитные головки и ленты, имеют следующие характеристики записи-воспроизведения телевизионных сигналов:

  • разрешающая способность но горизонтали, линий:для черно-белых изображений - 300
  • для цветных изображений - 240
  • отношение сигнал/шум канала записи-воспроизведения но сигналам яркости и цветности, дБ - 43
  • частотная характеристика канала звукозаписи-воспроизведения, Гц 50-12000

стандартизованные уровни входных и выходных сигналов следующие:

  • размах входных и выходных видеосигналов, В, на нагрузке 75 Ом
  • уровень входного и выходного сигналов звукового сопровождения, В - 0,29

Особенности лентопротяжных механизмов видеомагнитофонов

Лентопротяжные механизмы видеомагнитофонов выполняют те же функции, что и в магнитофонах магнитной звукозаписи. Поэтому конструкции их приемного, подающего и других узлов аналогичны соответствующим узлам магнитофона. Принципиальное отличие лентопротяжного механизма бытовых видеомагнитофонов от используемого в аппаратуре магнитной звукозаписи заключается в том, что реализация форматов наклонно-строчной видеозаписи обусловливает движение магнитной ленты по трехмерной пространственной траектории, содержащей участки винтовых линий. Особенностью лентопротяжного механизма является также наличие довольно сложного устройства заправки кассеты и магнитной ленты. В настоящее время общепринятыми являются закрытые кассетные тракты лентопротяжных механизмов с автоматизированной заправкой магнитной ленты.

В простых моделях бытовых видеомагнитофонов с вертикальным введением кассеты в лентопротяжный механизм сохраняются ручные операции вложения кассеты в контейнер и фиксации его в рабочем положении. В этом случае используется дополнительный электродвигатель заправки магнитной ленты, обеспечивающий ее извлечение из кассеты и перемещение в тракте лентопротяжного механизма. Более широкое применение получила фронтальная заправка кассеты но для этого требуется еще один электродвигатель.

В видеомагнитофонах с фронтальной заправкой кассета вводится в контейнер через специальное окно в передней панели видеомагнитофона. В момент введения кассета автоматически захватывается и досылается в контейнер. При этом она с помощью электродвигателя механизма контейнера сначала перемещается в горизонтальном направлении а затем вместе с контейнером - в вертикальном, занимая требуемое положение в лентопротяжном механизме. Затем автоматически включается электродвигатель заправки-расправки и производится предварительная заправка магнитной ленты в положение, соответствующее режиму "Стоп". При этом магнитная лента приводится в контакт со всеми компонентами тракта лентопротяжного механизма за исключением блока вращающихся головок. Для переключения лентопротяжного механизма и всего видеомагнитофона в нужный режим работы ("Запись", "Воспроизведение", "Перемотка вперед", "Перемотка назад" и др.) предусмотрен специальный программный механизм. Режимы ускоренной перемотки магнитной ленты можно производить только после приведения лентопротяжного механизма в положение "Стоп". Видеомагнитофон должен автоматически переходить в режим "Стоп" с расправленной магнитной лентой, если какая-либо из команд не выполняется, или в случае неисправности любой цепи обратной связи системы автоматического регулирования.

Основные функциональные блоки видеомагнитофонов

Приемопередающее устройство. В бытовых видеомагнитофонах приемопередающее устройство обеспечивает независимость работы телевизора и видеомагнитофона: тюнер представляет собой приемную часть телевизора и рассчитан на прием передач телевизионных программ; передающее устройство осуществляет преобразование видео- и звуковых сигналов, воспроизводимых с магнитной ленты в колебания радиочастоты свободного телевизионного канала диапазона МВ и плавную перестройку с канала на канал.

В режимах "Запись", "Перемотка" и "Стоп" видеомагнитофона приемопередающее устройство принимает с антенны сигнал вещательного телевидения, усиливает его и детектирует, одновременно обеспечивая просмотр принимаемой для записи программы на подключенном к аппарату телевизоре. При этом выбор канала телевизионного вещания может производиться как селектором каналов телевизора, так и тюнером видеомагнитофона, что создает дополнительные эксплуатационные удобства. В режиме "Воспроизведение" приемопередающее устройство формирует колебания радиочастоты, модулированные сигналами видео- и звуковой информации воспроизводимой программы и передает их на тот же телевизор или аналогово-цифровой преобразователь для оцифровки VHS на DVD.

Блок записи-воспроизведения телевизионных сигналов. Непосредственная запись на магнитную ленту телевизионных сигналов даже в ограниченной полосе частот приводит к неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), которую практически невозможно откорректировать средствами, используемыми в каналах магнитной звукозаписи. Кроме того, при высоких скоростях движения видеоголовок относительно магнитной ленты невозможно обеспечить постоянство механического контакта между ними и поэтому воспроизводимый сигнал характеризуется значительной паразитной амплитудной модуляцией.

Это основные причины, которые не позволяют перенести непосредственно на магнитную ленту широкий спектр частот телевизионного сигнала, показанный на рис. 9.4, а. Поэтому при записи используется узкополосная частотная модуляция. С целью сужения полосы частот ЧМ колебаний несущая частота 3,8 МГц выбрана близкой к верхней модулирующей. Яркостный и синхронизирующие составляющие полного телевизионного сигнала модулируют поднесущую частоту. Быстрым изменениям яркостного напряжения соответствуют боковые полосы ЧМ-сигнала. Верхняя боковая полоса ЧМ сигнала вследствие спада АЧХ почти полностью подавляется, а нижняя занимает интервал частот от 1,2 МГц до несущей. При этом обеспечивается относительное сжатие диапазона частот телевизионного сигнала до 2,8 МГц.

Спектральные диаграммы преобразования видеосигнала для записи на магнитную ленту

Следовательно, бытовой видеомагнитофон является узкополосным устройством, не позволяющим записать и воспроизвести полный цветовой телевизионный сигнал без предварительной обработки. В бытовых видеомагнитофонах в основном применяется способ записи с переносом спектра частот сигнала цветности в свободную низкочастотную область ЧМ сигнала.

Сущность способа состоит в том, что ПЦТС разделяется на сигнал яркости и сигнал цветности (рис. 9.4, б). После ограничения сигнал яркости должен модулировать поднесущую частоту видеомагнитофона таким образом, чтобы весь спектр ЧМ сигнала располагался в верхней части полосы частот, записываемых на магнитную ленту.

Полоса частот сигналов цветности сужается до 0,8 МГц и вследствие частотного преобразования (частота гетеродина составляет 5,06 МГц) она переносится в низкочастотную часть в интервале 0,3-1,1 МГц (рис. 9.4, в). Яркостный ЧМ сигнал складывается с ЧМ сигналом цветности (рис. 9.4, г) и записывается на магнитную ленту. Причем в процессе записи сигнал яркости обеспечивает высокочастотное подмагничивание видеоголовок для сигнала цветности. Сигнал яркости записывается без дополнительного подмагничивания, так как он частотно модулирован и занимает высокочастотную часть спектра, где влияние подмагничивания не столь существенно.

Наиболее просто способ переноса спектра сигналов цветности реализуется для записи-воспроизведения сигналов цветности, кодированных по системе СЕКАМ. Для систем ПАЛ и НТСК, чувствительных к фазовым искажениям, этот способ реализуется значительно сложнее. С целью подавления при воспроизведении в сигналах систем ПАЛ и НТСК перекрестных помех, которые обусловлены взаимным влиянием рядом расположенных магнитных дорожек, формат предусматривает изменение фазы записываемой цветовой поднесущсй на 90° в каждом следующем строчном интервале одного из полукадров видеосигнала, так называемое "вращение фазы".

При воспроизведении с магнитной ленты частотно-модулированные сигналы, воспроизводимые двумя видеоголовками, усиливаются и разделяются фильтрами на яркостный ЧМ сигнал и преобразованные сигналы цветности. Затем спектр сигнала цветности переносится в ту частотную область, которую он занимал до записи. Полученный после детектирования яркостный сигнал суммируется с сигналом цветности и образует полный цветовой телевизионный сигнал, близкий по параметрам к исходному.

Каждый видеомагнитофон располагает также каналом записи звукового сопровождения, который подобен каналам, реализуемым в обычных магнитофонах звукозаписи. Запись звука и изображения начинается со стирания информации, ранее записанной на магнитной ленте. Этот процесс осуществляется стирающей магнитной головкой, подключенной к выходу генератора тока стирания. Сигналы головок, предназначенных для записи-воспроизведения звука, поступают на вход канала звукового сопровождения, где соответствующим образом обрабатываются. Если для работы видеомагнитофона необходим сигнал управления, то его запись и воспроизведение производятся с помощью отдельной головки. Магнитные головки, обеспечивающие запись и воспроизведение телевизионных сигналов, расположены в блоке лентопротяжного механизма.

Блок лентопротяжного механизма. Основной функцией ЛПМ является перемещение магнитной ленты относительно барабана с магнитными головками. В состав лентопротяжного механизма, кроме всех магнитных головок, входит узел заправки магнитной ленты, электродвигатель ведущего вала, подающий и приемный узлы, ряд элементов кинематической схемы и датчики состояния лентопротяжного механизма.

Системы автоматического регулирования (САР). В видеомагнитофонах имеется несколько систем автоматического регулирования:

  • скорости движения диска с видеоголовками (САР-СД)
  • скорости движения магнитной ленты (САР-СЛ)
  • система натяжения ленты (САР-НЛ)
  • система автотрекинга (САТ)

Трекинг - это принудительное совмещение дорожки или строчки воспроизведения с дорожкой или строчкой записи.

Благодаря наличию САР-СЛ при воспроизведении осуществляется совмещение строчек записи с траекторией движения видеоголовок на ленте. Кроме того, САР-СЛ обеспечивает неизменность расстояния между строчками записи на видеофонограмме.

Высокая скорость видеоголовок относительно ленты, необходимая для записи высокочастотных сигналов изображения, достигается за счет вращения барабана, на котором они закреплены. Для вращения барабана применяется отдельный скоростной электродвигатель, который является исполнительным элементом системы автоматического регулирования частоты вращения (скорости) диска видеоголовок. С помощью САР-СД осуществляется стабилизация частоты и фазы вращения блока видеоголовок.

САР-СЛ и САР-СД представляют собой высокоточные устройства с фазированием вращения вала соответствующего электродвигателя по опорным сигналам. В режиме "Запись" в качестве опорного сигнала используются кадровые синхронизирующие импульсы, выделяемые из записываемого телевизионного сигнала, а в режиме "Воспроизведение" - импульсы кварцевого генератора видеомагнитофона.

САР-НЛ поддерживает постоянным натяжение магнитной ленты как во время записи, так и при воспроизведении изображения. Изменение натяжения ленты приводит к тому, что форма строчки записи постоянно меняется и качественные показатели воспроизводимого изображения ухудшаются.

САТ обеспечивает точное следование видеоголовок по строчке записи во время воспроизведения видеофонограммы. Система автотрекинга работает таким образом, что при сходе видеоголовки со строчки записи в системе вырабатывается сигнал управления, с помощью которого видеоголовка возвращается в исходное положение. Подобными системами снабжаются профессиональные видеомагнитофоны. В бытовых видеомагнитофонах регулятор задержки "Трекинг" используется для ручной корректировки положения магнитной ленты относительно видеоголовок. Необходимость в этом может возникнуть при воспроизведении записей, выполненных на других видеомагнитофонах, или из-за погрешностей реализации заданного формата сигналограммы.

Система управления и автоматики. В ее состав входит микроЭВМ и таймер с устройством отображения дискретной информации. Система обеспечивает формирование жестких последовательностей команд, управляющих многодвигательным лентопротяжным механизмом видеомагнитофона в переходных режимах, а также защиту его от эксплуатации в непредусмотренных ситуациях. Последние определяются по состоянию датчиков, находящихся в блоке лентопротяжного механизма и системе автоматического регулирования.

Например, включение режимов не должно происходить в условиях повышенной влажности окружающей среды, при неправильно вставленной в лентопротяжный механизм кассете, обрыве в цепи питания лампочки автостопа и т.п.

Таймер. Таймером управляет программатор, который позволяет путем нажатия кнопок "День", "Час", "Минута" заранее установить время начала и конца записи телевизионной передачи. Устройство, запускаемое таймером, автоматически включает видеомагнитофон в режиме записи на время, установленное в программаторе.

Материал взят с сайта: http://bercov.h1.ru/vhs.htm

Главная > Технологии