Запись видеосигналов

Верхние частоты видеосигнала составляют около 5 МГц, а частотный диапазон видеосигнала равен примерно 5 декадам (100 дБ или 100 000 раз). Это делает практически невозможной непосредственную запись телевизионного сигнала на ленту по следующим причинам.

1. Для записи верхних частот видеосигнала необходима высокая скорость движения ленты относительно магнитной головки. Если принять G=1 мкм, то для воспроизведения частот f=5 МГц требуется скорость движения ленты V=2fG=10 м/с. Но при высокой скорости практически невозможно обеспечить постоянство механического контакта между головкой и магнитоносителем. При изменении степени контакта меняется уровень сигнала, как при записи, так и при воспроизведении. Поэтому воспроизводимый сигнал имеет значительную паразитную амплитудную модуляцию, которая при амплитудной записи приводит к сильным искажениям сигнала. Имеет значение и тот факт, что при высокой скорости движения ленты при записи видеосигнала получается большой её расход.

2. При воспроизведении магнитной динамической головкой разных частот наблюдается значительная неравномерность уровня воспроизводимого сигнала. В средней области частот уровень воспроизводимого сигнала пропорционален частоте, поэтому при изменении частоты на 5 декад изменение уровня сигнала составляет около 100 дБ, что практически невозможно скорректировать в электронных усилителях (рис. 10.2).

Рис. 10.2 Амплитудно-частотная характеристика ленты-головки: Е_ВЫХ - наводимая в обмотке головки ЭДС, сплошная линия – идеальная, пунктир – реальная; f – частота сигнала; 1 – область НЧ искажений; 2 - область ВЧ искажений

Для преодоления указанных трудностей телевизионный видеосигнал подвергается при записи преобразованиям, обеспечивающим относительное сжатие частотного диапазона и переход от амплитудной модуляции к частотной. Сжатие частотного диапазона позволяет уменьшить неравномерность амплитуд составляющих сигнала разных частот. Использование частотной модуляции позволяет устранить паразитную АМ глубоким ограничением ЧМ сигнала.

В магнитной записи ТВ сигналов используют узкополосную частотную модуляцию, которая получается при индексе модуляции меньше единицы. Индекс модуляции определяется отношением

; (10.3)

где Δf – девиация частоты, F – модулирующая частота.

Ширина спектра ЧМ сигнала равна

; (10.4)

где FMAX– максимальная частота модулирующего сигнала.

Поэтому при небольших Ψ ширина спектра ЧМ сигнала мало отличается от ширины спектра АМ сигнала (Δfам=2Fmax), то есть происходит лишь незначительное расширение спектра частот.

Рис. 10.3. Идеализированные спектры телевизионного (а) и ЧМ сигналов ( б – полный, в – с отфильтрованной верхней боковой )

Для обеспечения возможности обмена программами частоты, соответствующие определённым уровням ТВ сигнала, стандартизованы. Это нормирование частоты называется расстановкой частот. Пример расстановки частот в профессиональном видеомагнитофоне приведен на рис.10.4.

Рис.10.4 Расстановка частот ЧМ сигнала для ВЧ стандарта 625/50

На рис.10.5 приведен пример записи на магнитную ленту сигнала от объекта, состоящего из двух участков различной яркости, чёрного и белого.

	в
		г

Рис. 10.5. Преобразование ТВ сигнала в ЧМ сигнал и его запись на магнитную ленту: а – черно-белый переход на строке, б – форма видеосигнала, в – форма записываемого ЧМ сигнала, г – магнитограмма

Яркостный переход на строке от черного к белому приводит к уменьшению яркости ТВ сигнала от уровня U_Ч к уровню U_Б (рис.10.5,б). В соответствии с расстановкой частот это приводит к изменению частоты ЧМ сигнала от f_Ч к f_Б (рис. 10.5,в).

Вследствие воздействия магнитного поля головки на ленту, её рабочий слой намагничивается. Остаточная намагниченность (рис.10.5,г) представляет собой ряд элементарных магнитов, расположенных по длине ленты. Материал ленты доводится до насыщения, так что величина магнитной индукции для черного и белого участков одинакова. Уровень яркости отображается на ленте в виде линейной плотности переходов (нулей) намагниченности.

Преобразование ТВ сигнала в ЧМ сигнал осуществляется в ЧМ генераторах. К ним предъявляются следующие требования: линейность модуляционной характеристики, малые нелинейные искажения, малая величина паразитной АМ, большая девиация частоты. В современных устройствах видеозаписи применяют два вида частотных модуляторов: гетеродинные и прямые. Гетеродинный модулятор осуществляет частотную модуляцию несущей высокой частоты (50…100 МГц), которая затем преобразуется (понижается) до требуемого значения. Прямой модулятор работает на той частоте, которая записывается на магнитную ленту. В качестве прямых модуляторов обычно используются мультивибраторы, частота которых определяется уровнем входного сигнала.

Считываемый с ленты сигнал представляет собой, как и записанный, ЧМ колебание. Для получения яркостного ТВ сигнала он подвергается детектированию. Частотный детектор должен обеспечить линейную детекторную характеристику в широкой полосе частот и возможность разделения спектра модулирующего и модулированного сигналов при модулирующих частотах, близких к несущей.