Наклонно-строчная видеозапись

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Накло́нно-стро́чная видеоза́пись (англ. Helical scan) — способ магнитной записи телевизионного сигнала, при котором получаемые дорожки видеозаписи располагаются под углом к направлению движения магнитной ленты[1]. Техника наклонно-строчной магнитной записи может использоваться для регистрации любых высокочастотных сигналов на магнитной ленте, например, в катушечных или кассетных видеомагнитофонах, цифровом формате записи звука Digital Audio Tape, разных устройствах хранения компьютерных данных на ленте.

Историческая справка[править | править вики-текст]

С распространением телевещания в Японии в начале 1950-х годов стала очевидной необходимость приспособления магнитной записи для хранения телевизионного сигнала. Прототип устройства с наклонно-строчной видеозаписью был разработан доктором Норикадзу Савадзаки в 1953 году.[2] Независимо от него способ наклонно-строчной записи разрабатывался в Германии инженером Эдуардом Шюллером.

Разработанный в 1956 году фирмой Ampex способ поперечно-строчной записи имел ряд недостатков, наиболее существенным из которых было отсутствие паузы или возможности вывода стоп-кадра, поскольку сигнал кадра был сегментирован или подвергался сегментации для возможности записи отдельных сегментов на ленту (16 линий кадра на один сегмент). Поэтому, когда движение ленты останавливается, головкам магнитфона доступен только один такой сегмент кадра. При наклонно-строчной видеозаписи такое ограничение снимается.

Технология наклонно-строчной записи была предложена телевизионной индустрии в 1959 году компанией Toshiba. В течение 1960—1970-х годов аппараты с наклонно-строчной записью были представлены многими производителями и стали предлагаться к покупке по всему миру. Технология достаточно быстро вытеснила с рынка видеозаписи системы с поперечно-строчной записью благодаря меньшей сложности, повышенной надежности, меньшим затратам на производство и обслуживание, меньшей массе устройств, сниженным затратам энергии, а также более гибким возможностям. Комплекс этих преимуществ позволил создать кассетные видеомагнитофоны, подходящие для домашнего использования.

Принцип действия[править | править вики-текст]

Схема наклонно-строчной видеозаписи

Широкополосный видеосигнал[* 1] записывается магнитными головками, установленными на специальном вращающемся барабане видеоголовок 3 (FIG. 1)[3]. Передача и приём сигнала с головок осуществляется с помощью встроенного вращающегося трансформатора[4]. Магнитная лента 10 охватывает цилиндрический барабан с видеоголовками[* 2] по спирали, благодаря чему головки при вращении барабана записывают на ленте наклонные строки видеосигнала[5][6]. Наклонно-строчная видеозапись пришла на смену поперечно-строчной, не позволявшей изменять скорость воспроизведения и осуществлять электронный видеомонтаж. Первые видеомагнитофоны, работающие по такому принципу, были разработаны фирмой «Бош» и использовали магнитную ленту шириной в 1 дюйм (25,4 мм)[7]. Такой способ позволяет записать высокочастотный сигнал благодаря высокой скорости движения видеоголовок относительно магнитной ленты и применяется в большинстве форматов видеозаписи, в том числе VHS, Betamax, U-matic, Betacam, Hi8, DV, дюймовом формате «С» и т. д. Кроме того, наклонно-строчная запись применяется при цифровой регистрации других типов информации[* 3].

Существуют видеомагнитофоны наклонно-строчной записи с одной и двумя видеоголовками на барабане. При этом всегда полный телевизионный кадр записывается за один оборот барабана. В форматах с двумя головками каждая из них записывает одно телевизионное поле за пол-оборота. Современные видеомагнитофоны могут содержать на барабане значительно больше головок, поскольку в некоторых видеоформатах запись разных составляющих видеосигнала осуществляется разными головками. Однако принцип двухголовочной записи при этом сохраняется, поскольку все эти головки всё равно записывают одно поле. Двухголовочная схема получила наибольшее распространение из-за большей простоты лентопротяжного тракта, использующего Ω-образное движение ленты.

Барабан видеоголовок видеомагнитофона наклонно-строчной записи формата VHS. На нижней неподвижной части барабана видна спиральная направляющая магнитной ленты

При описываемом способе видеозаписи на магнитной ленте получается сигналограмма, показанная на FIG. 2, где А — ширина магнитной ленты, В — ширина области видеозаписи, W — ширина области полного перекрытия видеоголовок, D управляющая дорожка, записываемая неподвижной магнитной головкой 6, и служащая для синхронизации движения ленты и вращения барабана видеоголовок, С — ширина двух звуковых дорожек, на которых записывается звуковое сопровождение неподвижными магнитными головками. Штрихи на дорожках видеозаписи изображают строчные гасящие импульсы, располагающиеся на соседних дорожках напротив друг друга за счет расчета геометрии сигналограммы. Это предотвращает сбой строчной синхронизации при отклонении видеоголовки и считывании сигнала соседней дорожки, отображающей соседнее поле изображения[8].

Такое расположение дорожек, в соответствии с «критерием строчной корреляции», повышает стабильность воспроизведения при отклонениях скорости ленты, а также в режимах замедленного или ускоренного просмотра[9][10]. Для синхронизации движения ленты и вращения барабана при воспроизведении, необходимой для точного следования видеоголовок по строкам сигналограммы, все видеомагнитофоны оснащаются системой автотрекинга[11].

В отличие от поперечно-строчной видеозаписи, при которой дорожки видеосигнала были почти перпендикулярны к направлению движения магнитной ленты, наклонно-строчная видеозапись позволяет увеличить длину дорожек и, как следствие, увеличить относительную скорость головка/лента при относительно компактных размерах и небольшой ширине пленки. В то же время, большая длина видеодорожек накладывает повышенные требования к точности натяжения магнитной ленты, изменения которого могут приводить к временны́м ошибкам при воспроизведении. С развитием цифровой магнитной видеозаписи, вытеснившей аналоговую, наклонно-строчная система также применяется в большинстве цифровых видеомагнитофонов.

Азимутальная запись[править | править вики-текст]

Любая система видеозаписи нацелена на то, чтобы хранить как можно большее количество информации на ленте заданной ширины, при этом информация на каждой следующей строке (то есть проходе головки) не должна нарушать ранее записанную информацию. Одним из способов решения данной проблемы является внедрение защитных промежутков (пустых областей между соседними строками записи), что приводит к нерациональному использованию дорогостоящей ленты. Во всех форматах катушечных видеомагнитофонов и ранних кассетных (например, VCR или U-matic) использовался этот способ.

В более поздних видеомагнитофонах с наклонно-строчной записью вместо этого использовался метод азимутальной видеозаписи, также известный как запись с симметричной фазой. В этом случае на барабане с двумя головками одна из них устанавливается с небольшим наклоном магнитного зазора влево, а вторая — вправо. Из-за разного наклона головок не происходит чтение информации, записанной под «неправильным» для данной головки углом, поэтому запись следующий строки можно производить без всяких защитных промежутков — одно телевизионное поле за другим и т. д. На практике ситуации, когда одна строка перекрывает какие-то данные отнюдь не редки. Азимутальная запись была использована не только в более поздних форматах видеозаписи (например, VHS или Betamax), но и в устройствах хранения цифровых данных.

Применение азимутальной видеозаписи позволяет использовать место на магнитной ленте, ранее оставляемое для защитных промежутков, и тем самым позволяет записывать больше информации на ленту той же длины.

Практические проблемы[править | править вики-текст]

Подвижная часть барабана головок, видны вращающийся трансформатор и 3 из 6 головок данного видеомагнитофона.

До массового внедрения технологии предстояло решить ряд связанных с ней проблем. Большая относительная скорость движения поверхности магнитных головок и ленты приводит к быстрому износу обеих поверхностей. Для исключения этого обе поверхности должны быть хорошо отполированы, а контактирующие с лентой поверхности головок должны быть изготовлены из прочного, износостойкого материала. Большинство систем наклонно-строчной записи работает с воздушным зазором между лентой и барабаном с головками. Также проблемой является передача сигнала с вращающихся головок. Эту проблему решают соединением сигнала(ов) индуктивно посредством вращающегося трансформатора. Лентопротяжный механизм существенно более сложный, нежели при зафиксированных головках, поскольку при загрузке лента должна быть протянута вдоль барабана, содержащего магнитные головки. Кроме того, в кассетных видеомагнитофонах лента должна быть извлечена из кассеты, протянута вдоль барабана, а также между тонвалом и прижимным роликом. Все это ведет к усложнению лентопротяжного механизма и возможному снижению надежности.

Различие с линейным способом записи[править | править вики-текст]

При записи с использованием неподвижной магнитной головки магнитная лента движется вдоль головки с постоянной скоростью. Магнитная головка создает изменяющееся магнитное поле в соответствии с записываемым сигналом, при этом магнитные области на ленте ориентируются соответственно магнитному полю головки. После удаления ленты от головки на ней остается заданная ориентация магнитных областей и, соответственно, «отпечаток» исходного сигнала. Однако при невысокой скорости лентопротяжного механизма запись высоких частот на магнитной ленте становится невозможной: полярность магнитных областей начинает меняться в соответствии с магнитными полями головки, оставаясь при удалении от головки в случайном положении. Поэтому полоса пропускания канала при записи сигнала зависит от скорости ленты: чем выше скорость, тем более высокочастотный сигнал возможно записать (подробнее см. Ширина магнитного зазора).

Требуемая полоса пропускания для записи видео существенно больше, чем для звукозаписи, поэтому лента должна протягиваться вдоль головки на очень высокой скорости. Это трудно осуществить на практике, поскольку для этого потребовалась бы лента крайне большой длины. Общепринятым решением этой проблемы является применение вращающихся против движения ленты головок так, чтобы их относительная скорость оказывалась высокой при низкой скорости протяжки ленты. Для достижения этого головка должна быть наклонена, чтобы при каждом обороте барабана с головками запись велась на новый участок ленты. Каждый сегмент сигнала записывается как диагональная строка через ленту. Разница в скорости движения головок относительно ленты и лентопротяжного механизма может быть существенной: 5800 мм/с против 35 мм/с лентопротяжного механизма.

Отличия от поперечно-строчной записи[править | править вики-текст]

Наклонно-строчный способ видеозаписи стал логическим развитием раннего способа видеозаписи, известного как поперечно-наклонная видеозапись, впервые предложенного фирмой Ampex. При этом барабан с головками вращается по сути перпендикулярно магнитной ленте шириной 2 дюйма (50,8 мм). Получаемые при этом штрихи записи оказываются практически перпендикулярными движению ленты. Системы поперечно-строчной видеозаписи, распространенные в США, имели барабан с четырьмя головками, вращающийся с частотой 14400 мин−1 (240 с−1). Каждое телевизионное поле записывалось 16-ю строками на ленте, для чего требуется достаточно сложная схема переключения головок. Для сравнения, в системах с наклонно-строчной видеозаписью из-за увеличения длины строк возможна запись целого телевизионного поля одной строкой, поэтому барабан с двумя головками вращается с кадровой частотой (половинной частотой полей) используемой телевизионной системы.

Запись всего телевизионного поля одной строкой позволяет реализовать функцию стоп-кадра при остановке магнитной ленты, а также осуществлять визуальный поиск при перемотке назад или вперед. Это в значительной мере облегчает процесс монтажа. Системы с поперечно-строчной записью неспособны выводить изображение в каких-либо режимах, кроме воспроизведения на номинальной скорости.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. По разным причинам непосредственная запись видеосигнала на магнитную ленту невозможна, поэтому видеосигнал подвергается при записи частотной модуляции, с последующей демодуляцией при воспроизведении.
  2. Магнитная лента непосредственно не соприкасается с головками и барабаном, потому что между ними образуется воздушный зазор в несколько мкм благодаря большой скорости вращения барабана.
  3. Например в цифровом аудионосителе Digital Audio Tape (и его расширении DDS для произвольных данных), некоторых стримерах. А также в различных решениях, в которых видеомагнитофон (или лентопротяжный механизм одного из стандартов видеозаписи) используется для записи цифрового звука или произвольных данных: ADAT, АрВид.

Источники[править | править вики-текст]

  1. ГОСТ 13699-91, 1992, с. 95.
  2. SMPTE Journal: Publication of the Society of Motion Picture and Television Engineers, Volume 96, Issues 1-6; Volume 96, page 256, Society of Motion Picture and Television Engineers
  3. Наклонно-строчная видеозапись (рус.). Сайт радиолюбителей. Проверено 2 сентября 2012. Архивировано 26 октября 2012 года.
  4. Журнал «Радио», № 2, 1989, с. 40.
  5. Фотокинотехника, 1981, с. 175.
  6. Наклоннострочная запись (рус.). Энциклопедия по магнитной записи. Проверено 2 сентября 2012. Архивировано 26 октября 2012 года.
  7. Форматы видеозаписи (рус.). Студия «Видеотон». Проверено 2 сентября 2012. Архивировано 15 октября 2012 года.
  8. Телевидение, 2002, с. 440.
  9. Остановись, мгновенье! Ты прекрасно! (рус.). Что есть что. Stereo&Video. Проверено 16 августа 2014.
  10. Валерий Самохин, Наталия Терехова Формату VHS — 30! (рус.) // «625» : журнал. — 2006. — № 8. — ISSN 0869-7914.
  11. Телевидение, 2002, с. 462.

Литература[править | править вики-текст]

  • В. Е. Джакония. Телевидение. — М.,: «Горячая линия — Телеком», 2002. — С. 431—451. — 640 с. — ISBN 5-93517-070-1.
  • Е. А. Иофис. Фотокинотехника / И. Ю. Шебалин. — М.,: «Советская энциклопедия», 1981. — С. 174, 175. — 447 с.

Ссылки[править | править вики-текст]