Видеомагнитофон

Видеомагнитофон предназначен для записи на магнитную ленту и последующего воспроизведения электрических сигналов изображения и звукового сопровождения телевизионных передач.
Казалось бы, что после создания магнитофона запись изображения на магнитную ленту не будет представлять больших проблем.
Вначале предпринимались попытки записи изображений с помощью продольного способа, который применялся для магнитной записи звука. При этом способе лента протягивается относительно неподвижной головки. Но этот способ оказался неэффективным.
Причина в следующем: чтобы записать спектр звука с максимальной частотой 20 кГц, ленту протягивают мимо головки со скоростью около 9,5 см/с; при скорости вдвое меньшей, то есть 4,7 см/с, предельная частота записи 10 кГц, а при скорости 2,4 см/с – не более 4–5 кГц. Таким образом, для увеличения максимальной частоты записываемого сигнала нужно в два раза повысить скорость протягивания ленты.
В действительности многое зависит от состава ферромагнитного слоя, его зернистости, толщины и ширины зазора в головке. Но, в общем, суть проблемы не меняется: чем меньше скорость, тем ниже частота, которую еще можно записать.
Приведенные цифры относятся к магнитной записи звука. А вот как обстоят дела с записью изображения.
В большинстве телевизионных стандартов мира при считывании картинки электронный луч прочерчивает по ней 625 строк, в каждой строке может быть воспроизведено примерно 800 точек различной яркости. То есть телевизионная картинка – это мозаика из 625?800=500 000 точек. Для воспроизведения движения картинка передается 25 раз в секунду, поэтому каждую секунду в телевидении может передаваться 500 000?25=12,5 млн сообщений о яркости различных точек. То есть ток считывающего луча может меняться более 12 млн раз в секунду и в спектре видеосигнала могут быть составляющие с частотой более 6 мегагерц. Это в 300 с лишним раз превышает наибольшую частоту в спектре звукового сигнала (20 кГц). Если для записи звука магнитная лента протягивается мимо головки со скоростью 9,5 см/с, то для записи видеосигнала нужно протягивать ленту в 300 раз быстрее, т. е. со скоростью 30 м/с или около 100 км/час.
На заре видеозаписи были попытки записывать видеосигнал, протягивая пленку на больших скоростях. Подобные попытки не дали желаемых результатов. Несмотря на это, видеозапись стала реальностью – решение проблемы в принципе оказалось очень простым.
Первые серьезные результаты были получены в начале 1950?х годов благодаря использованию поперечно?строчного способа магнитной записи видеосигналов. При поперечно?строчной записи одна или несколько головок располагались на вращающемся диске, ось вращения которого совпадала с направлением движения ленты. При одновременном движении ленты и вращении диска головки «прочерчивали» на ленте практически поперечные строчки записи. Причем относительная скорость головки относительно ленты была гораздо более высокой, чем скорость протягивания самой ленты. Это существенно повысило плотность записи и уменьшило скорость движения ленты, а следовательно, и ее расход.
Этот способ изобрели американские инженеры Гинзбург и Андерсон из фирмы АМРЕХ, которую создал русский эмигрант А. М. Понятов. В его честь сам процесс записи долго называли «ампексированием».
Еще одним новшеством было применение переноса спектра телевизионного сигнала при записи в более высокочастотную область. Оно осуществлялось путем частотной модуляции несущего колебания. Его частота была чуть больше, чем верхняя частота видеосигнала. Это позволило регистрировать сигнал изображения в необходимой полосе частот 50 Гц–5,5 МГц.
Конструкция механизма видеомагнитофона с поперечно?строчной записью была достаточно сложной. Более простым решением оказалось применение наклонно?строчного способа записи, при котором лента со сравнительно небольшой скоростью протягивается вперед, а вращаются головки, закрепленные на барабане. Ось вращения барабана расположена под определенным углом к продольной оси ленты. Дорожки видеозаписи представляют собой отдельные строчки, расположенные одна рядом с другой под углом к продольной оси ленты.
Необходимая скорость движения головки относительно ленты достигается довольно легко – если головка расположена на барабане диаметром 10 см и он совершает 6 тысяч оборотов в минуту, то скорость движения головки относительно ленты составляет около 30 м/с.
Первые видеомагнитофоны были катушечными и предназначались для профессионального использования. Одной из причин, по которой распространение видеомагнитофонов в быту было медленным, являлась сложность заправки ленты в лентопротяжный механизм катушечного видеомагнитофона.
Первые кассетные видеомагнитофоны, в которых заправка ленты происходила автоматически, стала выпускать фирма «Сони» в формате U?Matic в 1971 г. и фирма «Филипс» в формате VCR в 1972 г.
Сейчас наиболее распространенным форматом бытовой видеозаписи является VHS (Video Home System), разработанный японскими фирмами «Мацусита» и JVC в 1975 г., а также его модификации.
В этом стандарте лента шириной 12,65 мм располагается в кассете размером 188?104?25 мм. Продолжительность записи зависит от толщины ленты и может достигать 300 минут для одной кассеты при стандартной скорости движения ленты.
Сначала для записи и воспроизведения изображения применялся вращающийся барабан с двумя видеоголовками, расположенный наклонно относительно ленты. Одна из них записывала один полукадр на одной наклонной строчке. После окончания записи полукадра, первая головка отходила от пленки, а вторая подходила к ней и начинала писать на соседней строке следующий полукадр. Эти строки располагались рядом без зазора.
В дальнейшем стали использовать четыре видеоголовки. Это позволило вести экономную запись и воспроизведение при меньшей скорости ленты (режим «long play»). Кроме того, их применение улучшило качество воспроизводимого изображения при замедленном, ускоренном и покадровом воспроизведении.
По верхнему краю видеоленты проходит продольная дорожка, на которой при помощи неподвижной головки осуществляется запись звука.
Для записи стереозвука позже начали применять блок из двух головок. Из?за малой скорости движения ленты – всего 2,4 см/с, диапазон записываемых звуковых частот был узким – 70–8000 Гц. Затем, благодаря улучшению качества лент и применению более совершенных головок, его удалось расширить до 40–13 000 Гц.
В нижней части ленты находится дорожка управления, на которой записываются управляющие сигналы. Они синхронизируют вращение барабана при воспроизведении так, чтобы головки точно попадали на дорожки записи. Относительная скорость видеозаписи составляет 4,84 м/с. Это позволило записывать и воспроизводить видеосигналы с разрешающей способностью около 240 линий по горизонтали.
В 1984 г. формат VHS был утвержден в качестве формата бытовой видеозаписи.
Позже были разработаны и другие форматы видеозаписи, представляющие собой усовершенствованный формат VHS: VHS?HQ, Hi?Fi VHS, Super VHS и др.
В 1980?е годы были созданы и другие стандарты видеозаписи, например Video?8 (Hi?8) и Бетакам.
В 1986 г. фирма «Сони» создала первый промышленный цифровой видеомагнитофон DVR?1000 формата D1. Так начался этап цифровых видеомагнитофонов, обеспечивающих более высокое качество записи и воспроизведения.