1.2.4. Режим воспроизведения

Переключатель Π подсоединяет вращающиеся магнитные головки, осуществляющие считывание видеосигнала, с усилителем У2, после чего сигнал поступает на коммутатор К2. Коммутатор выстраивает отдельные магнитные строчки из 15-16 телевизионных строк в непрерывный сигнал, который поступает на частотный демодулятор. В демодуляторе частотно-модулированный сигнал превращается в полный телевизионный сигнал, который поступал на вход видеомагнитофона в режиме записи. Поскольку в процессе магнитной записи и воспроизведения возможны дефекты сигнала, обусловленные неидеальностью тракта, возможными дефектами ленты, наличием на ленте мелких пылинок и другими причинами, в профессиональном магнитофоне данного класса предусмотрено устройство обработки и восстановления сигнала ОиВ. Как известно, соседние строки на экране телевизора очень сильно коррелированы, поэтому соседние строки сравниваются и при наличии сильной помехи дефектная строка заменяется предыдущей, а так как строки расположены очень близко, зритель этой подмены не замечает. Далее сигнал поступает на видеовыход магнитофона. Сигнал звука воспроизводится головкой 4 и через усилитель подается на выход звука.

Системы автоматического регулирования скорости вращения обоих двигателей работают в том же режиме, с тем лишь отличием, что на фазовый детектор ФД2 синхросигнал поступает с головки 5. Поскольку система астатическая (детектор фазовый), она обеспечивает протяжку мимо диска вращающихся видеоголовок ровно 1000 вертикальных магнитных строчек в 1 с, и этот режим движения ленты сохраняется в течение всего времени воспроизведения одной катушки ленты.

Типичным представителем профессиональных видеомагнитофонов с поперечной записью (формат Q) является аппарат «Кадр-ЗПМ» производства Новосибирского завода точного машиностроения.

1.3. Устройства наклонной видеозаписи

Устройства поперечной видеозаписи имеют очень существенные недостатки. Одним из главных недостатков является то, что телевизионное поле (полукадр) в процессе воспроизведения как бы собирается «по кусочкам», так как каждая из четырех головок считывает только 15 или 16 строк телевизионного изображения, что составляет примерно 1/20 часть размера изображения по вертикали. При заметном отличии характеристик головок, что возможно в процессе как их производства, так и эксплуатации, на экране телевизора может появиться заметная «полосатость», т. е. наличие горизонтальных фрагментов изображения с различными яркостью, контрастностью, четкостью или цветовой насыщенностью.

Другие недостатки – очень большой расход магнитной ленты на запись изображения (около 400 мм² на одно телевизионное поле), невозможность ускоренного или замедленного воспроизведения или установки режима «стоп-кадр». Поэтому для реализации так называемых спецэффектов пришлось придумать специальный дисковый магнитофон на 40-сантиметровых магнитных дисках, заимствовав их из дисковых накопителей ЭВМ того времени. Ранее уже указывалось и на очень большие габариты и вес аппаратуры, что не позволяло встраивать ее в переносные комплексы тележурналистики.

Для преодоления этих недостатков понадобились годы поиска. Во-первых, необходимо было усовершенствовать технологию производства магнитных головок, уменьшив ширину рабочего зазора до долей микрометра (примерно 0,3 мкм). Во-вторых, были предприняты все меры для того, чтобы одно телевизионное поле записывалось на одной непрерывной магнитной строчке. Поскольку поперек ленты такую длинную строчку разместить не удается, была реализована идея наклонного размещения (рис. 1.5).

Для хранения ленты в кассетах ее ширину стараются брать небольшой, поэтому угол α получается довольно малым (несколько градусов). На рис. 1.5 кроме наклонных строчек видеозаписи видны две продольные магнитные дорожки. Одна с наклонной записью из них - звуковая, часто их

бывает две (стерео), а другая - дорожка синхронизации, на которую записывается синхросигнал, используемый в режиме воспроизведения для работы систем автоматического регулирования лентопротяжным механизмом. В рамках данного курса лекций не будут рассматриваться вопросы записи на эти дорожки, так как собственно видеосигнал на них не пишется.

Рассмотрим центральную часть магнитной видеозаписи, где располагаются наклонные магнитные дорожки с сигналом изображения. На рис. 1.6 в сильно увеличенном масштабе показан короткий фрагмент видеозаписи, содержащий только две соседних магнитных дорожки. На этом рисунке не выдержаны пропорции. На самом деле, если их выдержать в данном масштабе ширины магнитных дорожек Н, то их длина L выйдет далеко за пределы рисунка. Две дорожки выбраны потому, что на каждую из них записывается одно телевизионное поле (полукадр), а обе вместе они содержат информацию о полном телевизионном кадре. Частота следования телевизионных полей составляет 50 в 1с, а кадров - 25. Два соседних полукадра записываются разными головками, расположенными на противоположных сторонах диска магнитных головок. Угол охвата магнитной лентой блока (барабана) магнитных головок равен 180°. Таким образом, в контакте с лентой в любой момент времени находится одна головка, затем на смену ей приходит другая и т.д.

Рассмотрим рис. 1.6. На нем показан вариант размещения магнитных дорожек шириной h с просветом между дорожками Ah. В бытовых видеомагнитофонах и в некоторых форматах профессиональной видеозаписи просвет Ah отсутствует.

Рис. 1.6. Основные размеры магнитограммы

В этом случае необходимо обеспечить разворот рабочих зазоров обеих головок в разные стороны на некоторый угол, чтобы каждая головка в режиме воспроизведения читала свою строку и практически не читала соседнюю. Тем не менее, хотя и в значительно ослабленном виде, головка будет чувствовать сигнал не своей дорожки, Это почти не заметит зритель, если по всей своей длине магнитные строчки (куда входят чуть более 300 строк телевизионной развертки) расположены так, что все строчные синхроимпульсы на соседних дорожках будут располагаться рядом, напротив друг друга. Дело в том, что синхроимпульсы имеют большую амплитуду, и если наводка от них попадет в пределы экрана телевизора, то по экрану будут видны темные вертикальные полосы, что совершенно недопустимо. Именно это обстоятельство накладывает жесткие ограничения на все параметры магнитограммы, показанной на рис. 1.6. В частности, необходимо, чтобы по длине AI, размещалось целое число строк телевизионной развертки. Напомним, что частота следования строк телевизионной развертки во все странах Евро-Азиатского континента составляет 15625 Гц при частоте следования телевизионных полей 50 Гц, откуда частота следования кадров, состоящих из двух полукадров (полей), равна 25 Гц. Именно поэтому в 1 с на магнитной ленте записываются 50 магнитных строчек, две из которых показаны на рис. 1.6. Несложный расчет показывает, что в каждое телевизионный кадр входит 625 телевизионных строк, 312 из которых пишутся на одну магнитную строчку видеозаписи, а 313 - на другую.

Все устройства наклонной видеозаписи можно разделить на три группы:

1. профессиональные (студийные);

2. полупрофессиональные (комплексы тележурналистики);

3. бытовые.

Лекция 9

1.3.1. ФОРМАТЫ НАКЛОННОЙ ВИДЕОЗАПИСИ

Под форматом понимают совокупность технических решений, обеспечивающих взаимозаменяемость фонограмм. Фонограмма, записанная на одном видеомагнитофоне, может быть воспроизведена на другом аппарате с таким же форматом, но не может быть воспроизведена на магнитофоне другого формата.

1.3.1.1. ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ ВИДЕОМАГНИТОФОНЫ

Среди профессиональных видеомагнитофонов с наклонной видеозаписью исторически первым появился формат В. Состояние технологии производства магнитных головок и магнитных лент на тот период времени не позволило целиком избавиться от главного недостатка поперечной видеозаписи – «полосатости» изображения, но кое-что изменилось в лучшую сторону. Так, на одной непрерывной наклонной магнитной строчке записи располагалось не 16 строк телевизионного изображения, а 52. При этом скорость вращения блока из двух магнитных головок снизилась с 15000 до 9000 об/мин. В два раза удалось уменьшить и количество видеоголовок (до двух), и ширину магнитной ленты (до 25,4 мм). Дальнейшее совершенствование профессиональных видеомагнитофонов с наклонной записью привело к появлению формата С. Главное достоинство этого формата – возможность записи целого полукадра телевизионного изображения на непрерывную магнитную строчку. При этом длина магнитной строчки увеличилась до 411,5 мм, что заставило, с одной стороны, при ширине ленты 25,4 мм сильно уменьшить угол наклона строчки записи, а с другой, – для уменьшения диаметра барабана магнитных головок увеличить угол охвата лентой барабана до 350° (360° сделать конструктивно невозможно). На недостающих 10° теряются примерно 13 строк телевизионной развертки, но эти строки находятся внутри кадрового синхроимпульса и не видны на экране телевизора. Это позволило улучшить качество изображения и реализовать в режиме воспроизведения без особых проблем спецэффекты, такие, как замедленное и ускоренное воспроизведение и режим «стоп-кадр». Поскольку головка, записывающая полное поле изображения, одна, между наклонными строчками записи имеется довольно большой просвет для исключения наводок с соседних строчек. Ширина строчки записи составляет 160 мкм при просвете между дорожками 50 мкм.

Оставшиеся не записанными 13 строк телевизионной развертки вместе с сигналами, которые они несут, записываются отдельной головкой по краю ленты. Эти строчки записи очень короткие, поэтому формат С назвали полутороголовочным. Звуковые дорожки и дорожки служебной информации записываются так же, как и в форматах Q и В – по краям ленты неподвижными головками. Поскольку скорость протяжки ленты довольно высокая (24 см/с), качество звука получается хорошим. Типичным представителем профессионального видеомагнитофона формата С является аппарат «Кадр-ЮЗ СЦ» производства Новосибирского завода точного машиностроения.

В заключение рассмотрения вопроса профессиональных видеомагнитофонов необходимо отметить, что во всех рассмотренных форматах записи пишется полный композитный телевизионный сигнал на поднесущей частоте порядка 8,5 мГц со спектром от 2 до 15 мГц, поэтому качество считываемого сигнала при просмотре первой копии записи практически не уступает качеству прямой трансляции. По этой же причине в профессиональных видеомагнитофонах скорость движения магнитных головок относительно ленты составляет десятки метров в секунду.

В табл. 1.1 приводятся сводные данные трех наиболее распространенных форматов профессиональной видеозаписи.

Таблица 1.1

Параметры форматов наклонной видеозаписи

Параметр	Форматы записи
	Q	В	С
Скорость движения ленты, см/с	39,7	24,3	23,98
Ширина ленты, мм	50,8	25,4	25,4
Количество видеоголовок	4	2	1
Длина строчки записи, мм	46	80	411,5
Ширина строчки записи, мм	0,25	0,16	0,16
Ширина межстрочного промежутка, мм	0,15	0,04	0,05
Скорость вращения диска (барабана), об/мин	15000	9000	3000
Количество ТВ-строк, записываемое на одной строчке записи	15,625	52	300
Скорость перемещения видеоголовок относительно ленты, м/с	41,3	23,8	21,4
Угол наклона строчек к краю ленты	90°33'	14,298°	2°33'44"
Угол охвата диска (барабана) видеоголовок лентой, грал.	100	190	350
Расход ленты. см/кадр	8,1	2,47	2,44

1.3.1.2. КОМПЛЕКСЫ ТЕЛЕЖУРНАЛИСТИКИ

Среди полупрофессиональных видеомагнитофонов, которые чаще называют комплексами тележурналистики, также существует несколько форматов. В комплексе тележурналистики видеомагнитофон конструктивно объединен в единый корпус с видеокамерой и микрофоном, что делает его мобильным и удобным для оперативного освещения событий с мест. За счет некоторою снижения четкости записываемого сигнала и относительно малой продолжительности записи на одной кассете масса и габариты комплекса тележурналистики позволяют переносить его и удерживать на плече в процессе оперативной съемки одному человеку (оператору). Возможна также установка комплекса тележурналистики на специальный штатив.

Одним из самых распространенных форматов комплексов тележурналистики является формат L «Betacam», использующий ту же кассету, что и бытовой формат «Betamax». Известны также формат М, использующий кассету VHS, и формат Lineplex, использующий CVC-кассету. Все форматы комплексов тележурналистики объединяют некие общие черты. Во-первых, записанную на них ленту можно воспроизвести только на специальных стационарных аппаратах, находящихся в телестудиях. Во-вторых, длительность записи и воспроизведения одной кассеты порядка 20 мин (такая же кассета в бытовом видеомагнитофоне дает длительность просмотра 3 ч). В-третьих, телевизионный сигнал пишется в компонентной форме, когда сигнал яркости и цветоразностные сигналы записываются отдельно, что существенно повышает качество цветного изображения. В-четвертых, воспроизведенную запись нельзя посылать в эфир без специальной обработки. В-пятых, стирание сигнала производится специальными вращающимися стирающими головками, что позволяет производить прицельное стирание и облегчает электронный монтаж программы при подготовке ее к эфиру.

Рассмотрим подробнее формат L («Betacam»). В основе этого формата лежит система наклонной видеозаписи, как в профессиональных студийных форматах В и С. Однако все остальное имеет существенные отличия.

На барабане вращающихся головок формата L имеется шесть видеоголовок: две головки для записи сигнала яркости, две головки для записи цветоразностных сигналов и две головки стирания. Размещаются они под строго определенными углами и на определенной высоте. В результате наклонные строчки записи сигналов яркости и цветоразностные чередуются, так что при записи одного телевизионного поля (полукадра) на магнитной ленте остается две наклонных строчки (яркости и цветности), следовательно, один кадр изображения требует четыре строчки. Если необходимо удалить (стереть) один полный кадр, головка стирания удаляет четыре наклонные магнитные строчки записи.

Ниже приводятся некоторые технические параметры магнитограммы формата L.

Ширина магнитной ленты 12,5 мм

Диаметр барабана вращающихся головок 74,5 мм

Угол наклона строчек к краю ленты 4,68°

Длина наклонной строчки записи 116 мм

Ширина строчки сигнала яркости 86 мкм

Ширина строчки сигнала цветности 73 мкм

Ширина межстрочного промежутка 5 мкм

Рабочие зазоры видеоголовок каналов яркостного и цветового сигналов развернуты на угол ±15° для уменьшения проникновения сигналов из канала в канал.

Отличительной особенностью формата L является уплотнение двух цвегоразностных сигналов R-Y и B-Y («красного» и «синего») в один общий канал цветности перёд подачей на частотный модулятор с использованием временной компрессии. Это необходимо для того, чтобы за один проход головки цветности записать оба цветоразностных сигнала. Ведь в реальном масштабе времени два цветоразностных сигнала существуют одновременно, и без компрессии их пришлось бы записывать разными головками в разные строчки, что увеличило бы число головок до 8 при большем расходе магнитной ленты. Суть компрессии состоит в том, что имеется большой запас по ширине спектра в канале цветности. Действительно, полоса частот каждого цветоразностного сигнала составляет около 1,5 мГц. Если их записать в устройство компрессии с одной скоростью, а считать с удвоенной, то спектр каждого цветоразностного сигнала расширится до 3 мГц, что будет почти соответствовать ширине спектра канала яркости. В этом случае оба сигнала цветности поместятся в одну строчку видеозаписи один за другим. При считывании производится декомпрессия, цветоразностные сигналы восстанавливаются в своей исходной скорости, разделяются и могут быть использованы для формирования полного телевизионного сигнала. Именно поэтому для чтения видеозаписи формата L требуется специальный студийный видеомагнитофон. У оператора, снимающего сюжет в формате L, имеется возможность оперативно просмотреть снятый материал в видоискателе телекамеры, но только в черно-белом изображении. Для компрессирования и декомпрессирования цветоразностных сигналов применены аналоговые регистры сдвига с зарядовой связью, позволяющие записывать сигнал с одной скоростью, а считывать с другой. На современной элементной базе всю эту процедуру можно реализовать чисто цифровым способом с использованием аналого-цифровых, цифро-аналоговых преобразователей и оперативных запоминающих устройств емкостью в несколько мегабайт.

Как указывалось выше, качество изображения по четкости яркостного канала в комплексах тележурналистики несколько ниже, чем в профессиональных студийных видеомагнитофонах. Так, частота записываемого на ленту ЧМ-сигнала яркости изменяется в пределах от 4,4 мГц на уровне вершин синхроимпульсов до 6,4 мГц на уровне белого (для студийных видеомагнитофонов ~ 7,6 и 9,3 мГц соответственно), а сигналов цветности – от 4,5 до 5 мГц (при передаче цвета со 100-процентной насыщенностью). Однако некоторое снижение четкости изображения считается допустимым как своеобразная плата за возможность тележурналистов вести оперативные съемки с места события, когда скорость доставки информации бывает важнее высокого качества.

1.3.1.3. БЫТОВЫЕ ВИДЕОМАГНИТОФОНЫ

Среди устройств бытовой магнитной видеозаписи наиболее известными являются четыре формата записи: VHS, V2000, Веtamax, 8mm-Video. В России наиболее распространен формат VHS (Video Home System). Именно в этом формате записаны практически все продаваемые в стране видеокассеты. В дальнейшем будем рассматривать именно этот формат, о других будут даны лишь краткие технические параметры.

Все системы бытовой видеозаписи имеют некоторые общие черты:

1. размещение магнитной ленты только кассетное;

2. ширина ленты - 12,65 мм (кроме формата 8mm-Video);

3. запись только наклонная;

4. угол наклона магнитных строчек к краю ленты – до 6°;

5. количество видеоголовок – 2;

6. скорость записи – около 5 м/с;

7. минимальная длина волны записи – около 1 мкм;

8. полоса записываемых частот – не более 5 мГц;

9. запись компонентная с переносом сигналов цветности в НЧ-часть спектра;

10. скорость протяжки магнитной ленты – 20-25 мм/с;

11. как правило, автотрекинг отсутствует;

12. запись ведется без междустрочных промежутков;

13. используется азимутальный разворот головок (до ±15°);

14. звук записывается неподвижными головками по краю магнитной ленты.

Автотрекинг, Трекинг (англ. Tracking) — система поддержания точного следования видеоголовки по записанной на магнитной ленте дорожке при воспроизведении видеосигнала c наклонно-строчной или поперечно-строчной видеозаписи. Работа автотрекинга основана на согласовании систем автоматического регулирования скорости вращения барабана видеоголовок и скорости движения ленты, которые синхронизируются так, чтобы головки попадали точно на записанные видеодорожки. При этом в качестве опорного сигнала используются кадровые гасящие импульсы, записываемые на управляющей дорожке вдоль магнитной ленты. При неправильной работе трекинга уровень выходного сигнала видеоголовки существенно снижается, потому что часть рабочего зазора вместо полезной информации считывает пустой защитный промежуток или соседнюю дорожку, на которой записано соседнее телевизионное поле. При этом снижается отношение сигнал/шум, и на экране появляются помехи или характерные горизонтальные полосы, соответствующие промежутку. В некоторых случаях может нарушаться синхронизация из-за недопустимо низкого уровня синхросигнала. Ручная подстройка трекинга в видеомагнитофонах позволяет точно фазировать вращение барабана для получения максимального уровня видеосигнала и исключения помех.