Видеомагнитофоны с наклонно-строчной записью

Катушечный видеомагнитофон черно-белого изображения Panasonic NV-204 (лента 1", две видеоголовки, конец 60-x годов прошлого века)

Портативный видеомагнитофон AKAI VTS-150 (лента 1/4", 1974 г.) имел на борту вещательный корректор временных искажений (TBC) и предназначался для выездных телевизионных съемок

Портативный видеомагнитофон AMPEX/NAGRA VPR-5 (лента 1" тип C, 1984 г., производство Швейцарии) использовался совместно с видеокамерой для записи телепередач в полевых условиях

Профессиональный видеомагнитофон Sony BVU-850 формата U-Matic SP — надежнейшая машина, такие до сих пор используют в некоторых видеоаппаратных

Иллюстрация из рекламного буклета, выпущенного к выходу первого домашнего видеорекордера Philips VCR1500 (формат VCR, 1974 г.)

Видеомагнитофон Grundig BK2000 COLOR формата VCR, выполненный в слим-дизайне (высота аппарата 13 см)

Видеомагнитофон Sony SL-C6ES формата Betamax со стереосопровождением

Следующим значительным шагом в развитии магнитной видеозаписи было появление в 1961 г. наклонно-строчного метода записи, который был разработан для упрощения электромеханической и электрической части видеомагнитофона. ВМ начали производиться не только для эфирного телевизионного вещания, но и для замкнутых систем телевизионного вещания. Были разработаны устройства сначала для механического, а затем и для электронного монтажа. Впоследствии точность монтажа была доведена до одного кадра с возможностью предварительного просмотра и исправления ошибок. С помощью ВМ были созданы системы для покадрового производства мультфильмов. Применение временного управляющего кода позволило обеспечить автоматический монтаж программ, при котором поиск места монтажа на обоих ВМ и сам монтаж осуществляются без участия оператора по заранее составленной программе.
Временная нестабильность воспроизводимого сигнала была значительно уменьшена, что вместе с улучшением отношения сигнал/шум обеспечило возможность многократной перезаписи программ сигналов цветного телевидения. Этому также способствовало повышение частоты сигнала, записываемого на ленту. Взамен целого ряда ручных регулировок были введены автоматические, что увеличило стоимость ВМ.
Вместе с тем, применение ВМ в других областях и особенно как бытовой аппаратуры требовало их удешевления с приемлемым качеством воспроизводимого изображения. Это представляло собой сложную задачу, первые успехи в решении которой были достигнуты в начале 60-х годов в Японии, США и Голландии.
Широкое распространение, эксплуатационные удобства и относительно невысокая стоимость современных бытовых ВМ во многом обеспечивается двумя конструктивными признаками. Первым из них является применение наклонно-строчного способа записи, а вторым — использование кассеты, которая вместе с содержащейся в ней магнитной лентой загружается в ВМ.
Суть наклонно-строчной записи заключается в том, что в зоне контакта магнитной ленты с вращающимися головками ей придается изгиб в форме отрезка винтовой спирали, внутри которой вращается диск или коромысло с одной или двумя видеоголовками. Записываемые таким образом строчки находятся под небольшим (несколько градусов) углом к краю магнитной ленты и поэтому могут быть значительно длиннее, чем при поперечно-строчной записи. Если при этом обеспечить угол охвата блока видеоголовок (БВГ) 180°, то непрерывную видеозапись можно реализовать двумя видеоголовками, а если 360°, то одной. Возможны варианты и с другим количеством ВГ, главное, чтобы при этом сохранялся формат записи.
Еще в конце 50-х годов некоторыми фирмами были предприняты попытки создания ВМ с наклонно-строчной записью, так как к этому времени преимущества подобных ВМ по сравнению с 4-головочными аппаратами, в частности, по эксплуатационным расходам, стали очевидны. Например, в те годы японской фирмой JVC и американской Telechrom IVC был разработан первый 2-головочный ВМ для телевизионного вещания, технические характеристики которого были на уровне требований того времени. Однако широкого распространения эти ВМ не получили, так как в них был использован способ наклонно-строчной записи с малым углом наклона строчек записи, причем сами строчки имели слишком большую длину по сравнению с шириной. Деформации магнитной ленты, возникающие из-за теплового растяжения и непостоянства ее натяжения, а также, из-за неточности изготовления узлов ЛПМ, изменяли конфигурацию строчек записи так, что это приводило к невыполнению важнейших требований по взаимозаменяемости записей, сделанных на различных ВМ одного формата. Это не только ограничило распространение одно- и двухголовочных ВМ в телевидении, но и в то время полностью исключало возможность крупномасштабного производства бытовых ВМ.
Тем не менее работы по усовершенствованию ВМ с наклонно-строчной записью продолжались. В 1964 г. появились такие катушечные видеомагнитофоны, например Panasonic Video Master, работающий на дюймовой магнитной ленте с разновысоким расположением подающей и приемной катушек. В 1969 году Ассоциация электронной промышленности Японии (EIAJ) стандартизировала основные параметры аналогичного формата СР-504 черно-белой видеозаписи на полудюймовой магнитной ленте. Несколько японских фирм тут же стали выпускать видеомагнитофоны этого формата. К ним относятся модели Panasonic NV-3020 (1969 г.) и Sony CV-2000ACE, некоторые особенности конструкции ЛПМ которых показаны на рисунке (см. врезку). Видеомагнитофон формата EIAJ СР-504 привлек внимание генерального директора воронежского НПО «Электроника» В.Г. Колесникова, в дальнейшем последнего Министра электронной промышленности СССР, основавшего завод «Видеофон» по выпуску видеомагнитофонов с наклонно-строчной записью. Первым отечественным видеомагнитофоном формата EIAJ СР-504 был «Электроника 501», внешне очень похожий на японские аналоги.
В результате эксплуатации катушечных видеомагнитофонов выяснилось, что одной из причин, ограничивающих темпы роста выпуска бытовых ВМ, является сложность процесса заправки ленты. Людям, которые даже имеют отношение к технике, необходимо внимательно заправлять ленту в ЛПМ, так как любые ошибки при этом делают нормальную работу ВМ невозможной. Однако значительная часть населения не может, не хочет или не имеет времени этим заниматься каждый раз, когда возникает желание послушать музыку или посмотреть видеофильм. В 1963 г. проблема упрощения заправки ленты была решена голландской фирмой Philips, разработавшей компакт-кассету для звукового магнитофона, внутри которой содержалась магнитная лента, перемещающаяся с одной катушки на другую. Эта кассета получила мировое признание, так как надежно защищала ленту в период ее хранения и могла быть оперативно вставлена в аппарат или вынута из него в любой момент даже ребенком.
За период развития магнитной видеозаписи было разработано большое количество разнообразных форматов. Сегодня наиболее распространены форматы с записью на магнитную ленту шириной 12,7; 8 и 6,35 мм. Их реализация стала возможной благодаря серьезным технологическим достижениям в области магнитной записи:
— разработке высокоэффективных магнитных головок с узким рабочим зазором;
— выпуску высокоразрешающих магнитных лент с большой коэрцитивной силой;
— повышению качества поверхности и точности сохранения геометрических параметров лент;
— улучшению точности и качества изготовления компонентов ЛПМ и БВГ.
Успешному развитию бытовой видеозаписи способствовали также достижения в области систем автоматического регулирования и разработки новых способов обработки сигналов.
Первостепенной задачей конструкторов бытовых видеомагнитофонов является сокращение расхода ленты, обеспечение взаимозаменяемости записей, а также уменьшение массогабаритных показателей. Очевидно, для этого следует уменьшать скорость движения ленты, ширину строчек записи и зазор между ними. Параметры основных форматов наклонно-строчной записи, разработанныe в 70-х годах минувшего века, приведены в таблице на стр.64.
В 1971 г. японская фирма Sony поставила на рынок первый вариант кассетного ВМ, реализованного в соответствии с форматом U-Matic, в котором использовалась кассета с лентой шириной 3/4 дюйма (19,5 мм). Формат U-Matic принципиально отличается от СР-504 одинаковым, а не противоположным направлением движения магнитной ленты и ВГ, т.е. векторы их скоростей образуют острый, а не тупой угол. Это обеспечило более стабильный контакт ВГ с лентой и уменьшение шумов цветности, хотя и за счет чуть меньшей относительной скорости. ВМ U-Matic получились очень надежными, а их функциональные возможности настолько расширились, что они стали использоваться и в профессиональных целях для изготовления рабочих копий записей, полученных на 4-головочных ВМ, с целью дальнейшей обработки, например, для электронного монтажа. В дальнейшем аналогичные ВМ стали выпускаться и другими фирмами, в частности JVC, и вплоть до конца 80-х годов они служили эталоном качества изображения для ВМ, работающих на полудюймовой магнитной ленте.
Важнейшими форматными параметрами ВМ с наклонно-строчной записью являются диаметр БВГ, угол расположения на его поверхности опорной винтовой направляющей для магнитной ленты и константа k, задающая количество строк телевизионного сигнала, проходящих за пол-оборота диска БВГ. Константа k зависит от скорости движения магнитной ленты и обычно выбирается равной полу-целому количеству строк телевизионного растра, содержащего в зависимости от ТВ-стандарта 262,5 или 312,5 строк в каждом поле. Такой выбор получил название метода строчной корреляции, так как записываемые при этом в смежных строчках синхроимпульсы телевизионного сигнала оказываются на ленте рядом, а воспроизводимые видеосигналы — хорошо коррелированными, т.е. создающими минимум перекрестных помех, возникающих из-за неточностей следования воспроизводящих головок по строчкам записи. Константа k считается положительной, если векторы скорости видеоголовки Vг и магнитной ленты Vл по направлению почти совпадают (находятся под острым углом), и отрицательна, если направления этих векторов почти противоположны (находятся под тупым углом).
В 1972 г. на рынке появились полудюймовые ВМ формата VCR (Video Cassette Recorder), разработанного Европейскими фирмами Philips и Grundig. Таким образом, был дан старт грандиозной битве форматов, которая продолжалась почти 10 лет и завершилась победой бытовых ВМ формата VHS (Video Home System), разработанного фирмой JVC при поддержке других японских фирм. Заметим, что союз голландской фирмы Philips (в данном случае интересной как изобретатель удачной магнитофонной кассеты) и немецкой Grundig (прославившейся как создатель магнитофонов с лучшими в мире ЛПМ) по тем временам был самым сильным европейским альянсом в области магнитной записи, и только он имел шансы на успех в предстоящей схватке титанов за рынок бытовых ВМ.
Первые образцы ВМ записывали на ленте строчки с защитными промежутками между ними и поэтому имели ограниченное, по современным понятиям, время воспроизведения изображения, записанного на одной кассете. Например, ВМ формата U-Matic имел кассету размерами 221х140х32 мм с катушками, расположенными на одном уровне, которой хватало на 63 минуты. В отличие от нее кассета VCR имела соосно (одна над другой) расположенные катушки, размеры 143,3х127х41 мм, и ее хватало на 45 минут. Такой продолжительности недостаточно для записи полнометражного фильма, что было весьма существенным недостатком первых ВМ. Кроме того, у ВМ обоих типов был довольно сложный механизм заправки с поворотной платформой, прецизионно выставленными на ней направляющими стойками и опорной винтовой направляющей на поверхности БВГ. Схема механизма для ВМ формата VCR показана на рис. 7. Здесь БВГ 3 смонтирован на поворотной платформе 2, на которой запрессованы две направляющие стойки Р. После введения кассеты в ВМ эти стойки оказываются за магнитной лентой и извлекают ее из кассеты, заправляя вокруг БВГ поворотом платформы по часовой стрелке. Угол охвата БВГ магнитной лентой несколько превышает 180°, что вполне достаточно для нормальной работы 2-головочных ВМ. После поворота платформы прижимной ролик 4 и двухдорожечная синхрозвуковая головка входят в контакт с лентой через окно в боковой стенке кассеты.
Увеличить продолжительность видеозаписи позволяет использование только одной ВГ с пропуском полей, т.е. только одного поля телевизионного изображения. Во вторую ВГ ток записи не подается, а при воспроизведении каждая строчка записи воспроизводится дважды. Для получения чересстрочного видеосигнала, необходимого для нормальной работы телевизора, воспроизводимые двумя ВГ сигналы сдвигаются относительно друг друга на время, равное половине длительности телевизионной строки. Сдвиг по времени может обеспечиваться линией задержки или соответствующим угловым смещением, например ВГ относительно ВГ1 на 180° + 17'16,8". Если при этом сдвиг ВГ по высоте сделать равным длине рабочего зазора, то получится полукадровая запись удвоенной продолжительности без защитных промежутков. Так как качество изображения при записи только половины строк (312,5) ухудшается не очень заметно из-за частотных ограничений (максимальная четкость полноформатной записи 625 строк составляет 240 ТВЛ), именно полукадровые ВМ впервые обеспечили приемлемую продолжительность записи на одном носителе — 2 часа. Заметим, что возможность получения временного сдвига путем углового смещения ВГ позволяет выбирать форматную константу k сдвига строчек записи целым числом.
В 1975 г. фирмой Sony был впервые продемонстрирован видеомагнитофон формата Beta с записью без промежутков между сточками. У этого ВМ рабочие зазоры ВГ находились под углами + или –a относительно перпендикуляра к направлению строчки записи, что позволило исключить межстрочные промежутки при сохранении качества изображения. При этом удалось снизить скорость ленты и увеличить до 195 минут продолжительность записи на одну кассету размерами 156х96х25 мм с более тонкой (20 мкм) магнитной лентой. Несколько позже в том же году появились первые ВМ формата VHS. Модификации PAL/SECAM видеомагнитофонов Beta появились на европейском рынке в 1978 г. Схема заправки магнитной ленты, применяемая в ВМ формата Beta отличается от аналогичного у кассетных ВМ VCR в основном «одноэтажностью» кассеты и БВГ меньшего диаметра, но не менее сложна. Это является, пожалуй, основным недостатками ВМ обоих форматов, которые предопределили их поражение в грядущем сражении с ВМ VHS.
Европейский ответ на японские форматы Beta и VHS последовал незамедлительно в виде ВМ форматов VCR-LR и SVR. Эти ВМ разработаны с использованием БВГ и кассеты VCR с уменьшенной скоростью более тонкой магнитной ленты (15 мкм), но механизм заправки остался старым. Впрочем, уже тогда появились слухи о том, что Philips и Grundig готовят нечто необыкновенное с переворачивающейся кассетой и системой автоматического слежения за строчкой записи, надеясь повторить успех, сопутствующий звуковой компакт-кассете.
Тем временем в Советском Союзе мелкими партиями выпускалось несколько ВМ форматов EIAJ, VCR и VCR LP, в частности, модели «Электроника-501» и «-508» в Воронеже, «Электроника 590» и «-591» в Новгороде, «Спектр-203» во Львове, «Сатурн-505» в Раменском и полукадровый «Электроника Л1-08» в Ленинграде. С перечисленными моделями автору этих строк пришлось непосредственно столкнуться, разрабатывая учебный курс по видеомагнитофонам в Московском технологическом институте. Оказалось, что все они из-за плохой взаимозаменяемости записей и низкой ремонтоспособности мало пригодны для использования в учебном процессе. В результате экспериментов лучшим из них был признан «Электроника-591», выпускаемый заводом «Спектр» ПО «Комплекс» Министерства электронной промышленности. О том, как удалось в уже погибающем Советском Союзе освоить производство бытовых видеомагнитофонов формата VHS, читатели смогут узнать в одном из следующих номеров журнала.