Системы записи и воспроизведения информации: Конспект лекций (Системы магнитной видеозаписи; цифровые магнитофоны; цифровые видеомагнитофоны; лазерные системы записи информации)

1. СИСТЕМЫ ВИДЕОЗАПИСИ

1.1. Общие положения

Необходимость консервации телевизионных программ возникла практически сразу после начала телевизионного вещания. В течение многих лет для записи таких программ с целью их последующей демонстрации в эфире использовалась киносъемка. Неудобства такого способа записи очевидны:

·  низкая оперативность, так как пленку необходимо проявлять, сушить, при монтаже программ резать и клеить, затем наносить на кинопленку звук, либо в процессе демонстрации давать закадровый дикторский комментарий;

·  сложность процесса, практическая невозможность его организации в домашних условиях;

·  невозможность организации при демонстрации программ спецэффектов (замедление, ускорение показа, «стоп-кадр»).

Конечно, широко известные преимущества магнитной записи привлекали телевизионщиков всегда, но долгие годы очевидное препятствие казалось непреодолимым. Этим препятствием являлся очень широкий диапазон частот, занимаемый спектром телевизионного видеосигнала, а точнее, высокий коэффициент перекрытия по частоте. Так, для записи самого качественного аудиосигнала коэффициент перекрытия составляет 1000 (20 Гц¸ ¸20 кГц), и уже при таком сравнительно небольшом коэффициенте перекрытия, как было показано ранее, возникают серьезные проблемы с реализацией приемлемых качественных показателей тракта записи-воспроизведения магнитофона. Для спектра телевизионного сигнала коэффициент перекрытия по частоте в 130 раз больше (50 Гц¸6,5 мГц), что не оставляет никаких шансов тем разработчикам, кто хотел бы записывать ТВ-сигнал тем же способом, каким пишется сигнал в аудиомагнитофонах. Кроме того, сложность для записи представляет и абсолютное значение верхней частоты (6,5 мГц) в спектре ТВ-сигнала. Как было показано ранее, для получения более или менее терпимых частотных искажений необходимо выполнить условие, при котором минимальная длина волны на поверхности магнитного носителя хотя бы в 1,5¸2 раза превышала ширину рабочего зазора магнитной головки. По состоянию на конец 40-х – начало 50-х годов, когда активно начались поиски способов магнитной видеозаписи, имеющиеся технологические возможности не позволяли с высоким качеством изготавливать магнитные головки с зазором менее 2 мкм. А это значит, как показывает простой расчет, что скорость движения ленты должна достигать около 25 м/с. Далеко не каждый магнитофон обеспечивает такую скорость даже в режиме перемотки. Именно все эти обстоятельства обусловили столь долгие попытки создать первый промышленный видеомагнитофон, отвечающий стандартам качества ТВ-вещания.

К началу 50-х годов ни у кого не вызывала сомнений необходимость поиска иных принципов организации записи ТВ-сигналов, в корне отличающихся от используемых ранее. Первой идеей, лежащей вроде бы на поверхности, было разделение телевизионного сигнала на отдельные компоненты с последующей их записью на соседних параллельных дорожках. Разделить сигнал можно было либо во времени, либо по спектру. Представляют интерес по крайней мере три способа, которые были доведены до практической реализации.

В 1952 г. была обнародована идея Бинга Кросби, заключающаяся в дискретизации аналогового сигнала яркости. При этом отсчеты видеосигнала распределялись по 10 магнитным дорожкам. В результате спектр сигнала, записываемого на каждую дорожку, был в 10 раз же спектра исходного видеосигнала. Тактовая частота составляла 3,39 МГц, что обеспечивало в каждом канале 339 тыс. отсчетов соответственно. Необходимо отметить, что, несмотря на наличие дискретизации во времени, система была аналоговая, не цифровая, так как записывались абсолютные мгновенные отсчеты сигнала, не использовался аналого-цифровой преобразователь. И это понятно: ведь даже при 8-разрядном кодировании полосу пропускания тракта записи-воспроизведения необходимо было расширять примерно на порядок. Согласно теореме Котельникова, информационный спектр ТВ-сигнала при тактовой частоте 3,39 МГц не мог превышать 1,695 МГц. Для записи сигналов строчной и кадровой синхронизации использовалась одиннадцатая дорожка, на двенадцатую дорожку записывался звук. Конечно, при ограничении спектра видеосигнала 1,695 МГц о хорошем качестве изображения не могло быть и речи. Более того, опытная эксплуатация показала, что и такое качество оказалось недостижимым. Практически при скорости движения ленты 2,5 м/с не удалось обеспечить необходимые фазовые идентичности каналов. В результате при воспроизведении наблюдались срывы строк, мерцание и муар на экране телевизора. Кроме того, длительность воспроизведения не превышала 16 мин. Идея умерла, едва успев родиться.

В 1953 г. фирма RSA предложила идею разделения ТВ-сигнала по спектру. Идея была довольно оригинальной. Спектр сигнала яркости до 1,5 МГц на пленку не записывался. Записывались на три дорожки три сигнала цветности (красный, синий, зеленый), ограниченные по полосе 1,5 МГц, т. е. формирование цветоразностных сигналов вообще не производилось. При воспроизведении телевизионный сигнал, сильно ограниченный по спектру, формировался простым сложением сигналов трех цветов. Для повышения четкости изображения оставшаяся часть спектра сигнала яркости от 1,5 до 3,5 МГц записывалась на четвертую дорожку. Всего на ленте шириной 0,5 дюйма (12,7 мм) располагалось шесть дорожек. Скорость движения ленты – 9 м/с, время демонстрации фильма на 2-километровой бобине составляло 4 мин. Было понятно, что выпуск даже ограниченной партии подобных видеомагнитофонов