( partea i –înregistrarea video analogica partea ii ... · este proportional cu intensitatea...
TRANSCRIPT
( Partea I –înregistrarea video analogica
Partea II- înregistrarea video digitala, Partea III – înregistrarea digitala a sunetului – compact
discul, înregistrarea magneto-optica, sistemul DCC, sistemul DAT )
Sisteme de inregistrare audio-video analogice si digitale
Nevoile utilizatorilor sistemelor audio-video de a avea o reproducere cit mai fidela
atît a sunetului cît si a imaginilor au crescut vertiginous în ultima perioada de timp.
Progresele tehnologice facute de diferitele firme producatoare de aparatura audio-video
au permis satisfacerea în mare parte a acestor deziderate. Asistam astazi la o explozie a
sistemelor de prelucrare digitala a informatiei sonore si vizuale, prelucrare ce beneficiaza
de progresele facute în acelasi timp si de tehnica de calcul. Pe parcursul acestei lucrari se
vor prezenta principalele sisteme de prelucrare a sunetului si a imaginii, pornind de la
sistemele clasice analogice, multe dintre acestea fiind înca în dotarea anumitor utilizatori
si continuând cu sistemele digitale sub diferitele lor forme, care au aparut si chiar s-au
concurat pe piata specifica acestui domeniu. Prezentarea comparativa a diferitelor sisteme
si standarde utilizate, va permite cititoruli o mai buna întelegere atât a sistemelor clasice, a
limitarilor la care erau supuse acestea, precum si necesitatea trecerii la tehnologia digitala
de prelucrare, stocare si redare a informatiei audio-video.
Pe parcursul lucrarii se vor prezenta principiile de functionare si unele detalii
tehnice pentru urmatoarele categorii de aparate:
- inregistrarea si redarea audio analogica pe banda magnetica
- inregistrarea si redarea video analogica pe banda magnetica videorecorder/player
standardul VHS, S-VHS, 8m, super 8
- inregistrarea digitala a imaginii pe banda magnetica
- inregistrarea optica si magnetooptica pentru semnale video
- inregistrarea si redarea sunetului pe compact disc CD
- inregistrarea digitala a sunetului pe banda magnetica (sistemul DCC, sistemul
DAT).
PARTEA I
I.1. Prezentarea caracteristicilor de baza ale semnalului videocomplex
color (SVCC)
Pentru întelegerea sistemului de înregistrare magnetica a semnalului
video, sunt necesare cîteva precizarilegatura cu structura si spectrul
semnalului videocomplex alb-negru sau color.
Dupa cum se stie,receptorul TV saumonitoare, reproducerea imaginilor
se facecele mai multe cazuri folosind tuburi cinescop (alb-negru sau color).
Vom considera pentru simplificare , cazul unei imagini formata dintr-un
numar oarecare de bare verticale, albe si negre, asa cum sunt prezentatefig.1a.
În majoritatea cazurilor, aceasta imagine produsa de tubul cinescop este
discreta, formata din mai multe linii orizontale, a caror luminozitate este
modulata de semnalul videocomplex corespunzator. ( fig.1.b )
fig.1. a, b
Totalitatea liniilor orizontale care compun o imagine formeaza un
rastru denumit cadru TV. Fiecare cadru TV este compus din 2 semicadre,
denumite semicadrul par si semicadrul impar, iar liniile care compun fiecare
semicadru sunt întretesute unele fata de altele. Numarrul liniilor ce compun un
cadru, precum si duratele acestora sunt standardizate, determinînd asanumita
explorare întretesuta.
tara noastra suntvigoare standardele OIRT si CCIR,care un cadru TV are
perioada de 40ms (25Hz) si este compus din 625 de linii, avînd frecventa de
15625 Hz. Fiecare cadru este de fapt compus din 2 semicadre cu durata de
20ms (50Hz) continînd cîte 312,5 linii de imagine.
Dupa afisarea pe ecranul monitorului a liniei n, urmeaza o perioada
inactiva, denumita cursa inversa pe orizontala, dupa care urmeaza afisarea
liniei urmatoare de imagine, n+1, etc. La terminarea afisarii unui semicadru,
dupa ce a fost afisata ultima linie de imagine din partea de jos a ecranului,
urmeaza deasemenea o perioada inactiva din punctul de vedere a imaginii TV,
denumita stingere pe verticala, sau cursa inversa pe verticala. timpul stingerii
pe orizontala si pe verticala sunt transmise impulsuri de sincronizare pentru
baleiajul orizontal si vertical al monitorului.
Aceste impulsuri au durate bine determinate si sunt pozitionate fata de
semnalul video cafig.1.c, care este prezentata structura semnalului
videocomplex pentru o imagine AN (corespunzatoare celei din fig.1.a.)
Semnalul video cuprins între doua intervale de stingere orizontala (StH)
este proportional cu intensitatea luminoasa a imaginii transmise (în cazul
exemplului nostru este transmisa o imagine cu bare verticale albe si negre) si
se numeste semnal de luminanta, notat Y(t).
cazul transmiterii unor imagini color, suplimentar fata de semnalul de
luminanta este transmis si un semnal care poarta informatia de culoare,
denumit semnal de crominanta, notat C(t). Structura acestui semnal difera
functie de standardul de televiziune color folosit. Întrucît informatia de
culoare a imaginii transmise moduleaza într-un anumit fel purtatoarea de
crominanta, pentru demodularea semnalului de crominanta se transmitetimpul
stingerii pe orizontala cîte o "salva de sincronizare" (BURST) continînd circa
10 perioade ale frecventei purtatoare de crominanta. Aceasta salva este
necesara pentru sincronizareafaza a demodulatorului (decodorului)
color,scopul obtinerii celor 3 semnale color de baza care dau informatia de
culoare. Semnalul de crominanta se adauga peste semnalul de luminanta,
obtinîndu-se semnalul videocomplex color (SVCC).
St.v - durata stingerii pe verticalaSv - impuls de sincronizare pe verticalaSt.h - durata stingerii pe orizontalaS - impuls de sincronizare pe orizontalaT - perioada de repetitie a liniilor
H
H
fig 1.c
Functie de particularitatile semnalului purtator de crominanta sunt cunoscute
standardele de transmisie TV:
NTSC-folosit mai alesSUA , PAL si SECAM.
Diferentele si asemanarile dintre aceste standarde vor fi prezentate
ulterior. Pentru toate trei, frecventa purtatoare de crominanta este situatajurul
valorii de 4MHz ( pentru NTSC - 3,579454 MHz, pentru PAL - 4,33618 MHz
iar pentru SECAM - 4,25MHz si 4,46MHz).
I.1.1. Obtinerea semnalului videocomplex color (SVCC)
Acest semnal este furnizat de obicei de camera de luat vederi.
Exista o mare varietate constructiva de camere video. Acestea au la baza unul
sau mai multe traductoare de imagine (electrono-optice), care genereaza un
semnal electric functie de compozitia imaginii ce urmeaza a fi transmisa Este
cunoscut faptul ca o anumita nuanta de culoare poate fi descompusa, respectiv
compusa din trei culori fundamentale, combinate într-o anumita proportie.
Cele trei culori folosite sunt : rosu (R), verde (G) si albastru (B). Astfel
camerele video au în general 3 traductoare de imagine. Scena captata de
obiectiv este distribuita pe fata fotosensibila a celor 3 sensori, acestia
furnizind fiecare în parte cite un semnal proportional cu continutul în rosu,
verde si respectiv albastru a imaginii ce trebuie transmisa. Unele camere video
au 4 senzori, - unul pentru semnalul de luminanta si 3 pentru semnalul de
crominanta. Când se folosesc numai 3 senzori, atunci semnalul de luminanta
se obtine prin sumarea ponderata a celor 3 semnale de crominanta. Exista
artificii constructive care permit obtinerea celor patru semnale primare,
folosind un singur traductor de imagine (traductorul de imagine poate fi de tip
vidicon, unde explorarea imaginii de transmis se face prin baleerea unei
suprafete fotosensibile de catre un spot electronic, sau de tip circuit integrat cu
transfer de sarcina (CCD). În toate cazurile, de la traductorul de imagine se
obtin semnalele primare proportionale cu continutul imaginii în intensitate
luminoasa Ey, precum si proportionale cu continutul color al celor trei
componente de baza Er, Eg, Eb).
Semnalul de luminanta Ey, este semnalul transmis în cazul imaginilor
alb-negru si asigura compatibilitatea intre SVCC si SVC-AN.
Semnalele primare nu sunt utilizate ca atare ci sufera citeva
transformari cauzate de sensibilitatea diferita a ochiului uman fata de culorile
existente în natura, precum si de imperfectiunile dispozitivelor videocaptoare
si video reproducatoare. Prima corectie ce se aduce este corectia de gama (γ).
Aceasta consta în comprimarea semnalelor cu amplitudine mai mare în scopul
compensarii caracteristicii neliniare de redare a luminozitatii tubului cinescop.
Dupa corectia de "γ" se obtine un nou set de semnale notate E’y, E’r,
E’b, E’g. Prin sumarea în anumite proportii a semnalelor E’r, E’g, E’b, se
obtine semnalul de luminanta E’y astfel:
E’y = 0,30E’r + 0,59E’g + 0,11E’b
Daca E’r, E’g, E’b sunt maxime (culori complet saturate), atunci
E’y = 0,3 + 0,59 + 0,11 = 1 = "alb"
Proportiile semnalelor R, G, B din cadrul luminantei sunt diferite pentru
ca ochiul nu este la fel de sensibil pentru toate frecventele (culorile) din
spectrul video. În principiu, pentru a efectua o trnsmisie color este suficient sa
se transmita setul de patru semnale de mai sus. Pentru acest lucru ar fi
necesare patru canale de transmisie independente. Intrucit acest mod devine
foarte costisitor, mai ales pentru televiziunea radiodifuzata, s-au cautat metode
de conversie a celor patru semnale intr-un singur semnal videocomplex color
(SVCC) si care sa ocupe aceeasi banda de frecventa ca în cazul semnalului
videocomplex alb-negru (SVC-AN) cu care trebuie sa fie compatibil. Din
acest moment functie de modul de prelucrare a setului de semnale primare se
deosebesc standardele NTSC, PAL, SECAM.
Se face în primul rind observatia ca informatia de culoare se poate
transmite integral, transmitind numai doua semnale denumite "diferenta de
culoare" si semnalul de luminanta astfel:
Din semnalele primare se obtin semnale diferenta de culoare.: E'r
- E'y , E'g - E'y , E'b - E'y. Intrucit E' r - E'y , E'b - E'y au amplitudini mai mici
vor fi alese numai acestea. La receptie prin sumare corespunzatoare, din
E'r-E'y, E'b-E'y si E'y = 0,3E' r + 0,59E'g + 0,11E'b, se obtin E'r, E'g, E'b.
I.1.1.a Sistemul NTSC ( National Television System Comitte)
Asa cum am aratat mai sus, cele patru semnale primare pot fi refacute
daca se dispune de semnalul de luminanta Ey si de doua semnale diferenta de
culoare Er-Ey si Eb- Ey. Cele doua semnale diferenta de culoare vor
modulacuadratura o frecventa purtatoare, denumita purtatoare de crominanta
sau subpurtatoare de crominanta, pentru a o deosebi de purtatoarea de
luminanta,cazul transmisiilor radiodifuzate. Se alege modul de modulatie cu
purtatoare suprimata folosind numai cele doua benzi laterale rezultateurma
modultiei.
Notam cu ωsp pulsatia frecventei subpurtatoare de crominanta, cu ω1
pulsatia semnalului Er-Ey si cu ω2 pulsatia semnalului Eb-Ey. Subpurtatoarea
de crominanta are expresia :
E1 = Acos ωsp.t
Dupa modulare cu purtatoare suprimata de catre semnalul Er-Ey se obtine
1. E1 = (m1/2)·A cos (ωsp+ ω1)t + (m1/2)·A cos (ωsp- ω1)t
pentru al doilea semnal diferenta de culoare Eb-Ey se obtine similar:
E2 = Asinωsp.t (în cuadratura cu E1) si
2. E2 = (m2/2)· Asin(ωsp + ω2)t + (m2/2)· Asin(ωsp-ω2)t.
In final , dupa cîteva transformari simple relatiile 1si 2 devin:
3. E1 = K.·f(Er-Ey)cosωspt
4. E2 = K.·f(Eb-Ey)sinωspt
De fapt în NTSC , Er - Ey si Eb - Ey nu moduleaza direct subpurtatoarea
de crominanta. Din aceste doua semnale diferenta de culoare, se obtin alte
doua semnale EI si EQ, care,concordanta cu diagarma de repartizare a
culorilor, corespund : EI unei axe de culori pentru care ochiul are sensibilitate
maxima, iar EQ, perpendicular pe EI, unei sensibilitati mai reduse. Din acest
motiv si banda de frecventa alocata directiei EQ va fi mai mica decit pentru EI.
Semnalul de crominanta Ec, suma vectoriala a celor doua semnale EI si EQ,
este reprezentatfigura de mai jos.
fig.2
Se constata ca modulul semnalului Ec este proportional cu saturatia de
culoare iar faza ϕ este proportionala cu nuanta culorii. Relatia dintre EI, EQ si
semnalele diferenta de culoare este urmatoarea
5. EI =0,74(Er-Ey) - 0,27(Eb-Ey) - banda de 1,2MHz
6. EQ= 0,48(Er-Ey) + 0,41(Eb-Ey) - banda de 0,6MHz
Frecventele maxime ale semnalelor EI si EQ sunt limitate la 1,2 MHz si
respectiv 0,6MHz.
Odata obtinut semnalul de crominanta Ec, acesta se suprapune peste
luminanta Ey. Frecventa subpurtatoarei de crominanta Ec se alege astfel încît
aceasta sa fie cît mai putin observabila pe monitor. Dupa cum se va vedea la
analiza spectrului SVCC, liniile spectrale ale semnalului de crominanta nu se
suprapun peste cele ale semnalului de luminanta. Intrucît semnalul Ec este
obtinut prin modularecuadratura cu purtatoare suprimata, la receptie, pentru
refacerea (demodularea) semnalelor originale EI, EQ, respectiv Er-Ey, Eb-Ey
este necesara refacerea purtatoarei (ca frecventa si ca faza.) Din acest motiv la
începutul fiecarei linii active din SVCC se transmitetimpul stingerii pe
orizontala salva de sincronizare (burstul ) format din 10 alternante ale
purtatoarei de crominanta cu faza ϕ= 0 , ( fig. 1.c).
Mentionam faptul casistemul NTSC frecventa semicadrelor este de 60Hz iar
numarul de linii ce alcatuiesc rastrul este 512, avind frecventa liniilor de
15750 Hz. Dupa cum se vede din fig.2 este necesar ca semnalul de crominanta
sa fie transmis fara erori de faza, întrucît orice eroare de faza ϕ conduce la
alterarea nuantei de culoare transmisa.
I.1.1.b Sistemul PAL (Phaze Alternations Line)
Acest sistem functioneaza asemanator cu sistemul NTSC,sensul ca cele
doua semnale diferenta de culoare moduleazacuadratura o frecventa
subpurtatoare de crominanta. Diferenta constafaptul ca faza purtatoarei difera
cu 180° de la o linie de imagine la alta. Acest artificiu permite cresterea
considerabila a imunitatii la erorile de faza inevitabiletimpul transmisiei. Ca
sicazul sistemului NTSC,PAL nu semnalele diferenta de culoare sunt cele care
moduleaza directcuadratura purtatoarea de crominanta, ci un alt set de doua
semnale notate Eu si Ev, obtinute din primele, dupa cum urmeaza:
7. Eu = 0,493(Eb - Ey)
8. Ev = 0,877(Er - Ey)
Aceasta ponderare a semnalelor primare diferenta de culoare, se
facescopul de a nu se depasi cu mai mult de 30% nivelul de alb respectiv de
negru a semnalului de luminanta.(fig5)
Dupa modulare , se obtine pentru linia ''n'' vectorul Ec în cadranul I,
asemanator ca pentru sistemul NTSC (fig.3)
fig.3
Pentru linia n+1 faza purtatoarei modulata de vectorul Eu ramîne
neschimbatatimp ce faza purtatoarei modulata de Ev se schimba cu 180°. în
monitor (televizor) cele doua semnale de pe doua linii vecine sunt sumate
(dupa o întîrziere egala cu durata unei linii de imagine, (64 µs) obtinindu-se un
vector rezultant Ecr. (fig.4)
fig.4
In cazul aparitiei unui defazaj ∆ ϕ care se manifestaacelasi sens pentru
ambele linii de imagine, se observa ca sumarea celor doi vectori E’c(n) si
E’c(n+1) cu faza deviata, conduce la obtinerea unui vector Ecr' cu faza corecta
dar cu amplitudine putin mai mica.
Pentru refacerea purtatoarei necesaraprocesul de demodulare,timpul
stingerii pe orizontala se transmite secventa BURST avind faza ± 45° fata de
axa U (fig3, cadranul II si III)
Se constata în sistemul PAL o imunitate sporita la erorile de faza ale
semnalului Ec, singurul efect fiind scaderea în amplitudine, adica diminuarea
intensitatii culorii respective.
La alegerea frecventei subpurtatoarei de crominanta întrucât se
inverseaza faza purtatoarei de la o linie la alta, apar si componente spectrale
care se suprapun peste componentele spectrale ale semnalului de luminanta.
Pentru a diminua vizibilitatea lui Ec pe imagine, se alege aceasta frecventa, un
multiplu al frecventei liniilor si cadrelor astfel:
9. fsp = (n -1/4) · fH + 1/2fV = 4,433618MHz ± 1---5Hz.
Dupa aceasta prezentare se poate spune ca semnalul videocomplex
color SVCC se compune din urmatoarele semnale independente reprezentate
în fig.5.
-Semnalul de luminanta Ey
-Semnalul de crominanta Ec = Eu·sinωsp t ± Ev·cos ωspt , t ∈ duratei active a
unei linii TV
-Salva de sincronizare (burstul) Es = E· sin(ωsp t ± 45°), t ∈ intervalului de
stigere linii
-Semnalul de sincronizare pe linii si cadre Sv +SH
In figura 5 s-a considerat o imagine formata din bare verticale colorate diferit,
treptele din forma de unda Ey reprezinta luminanta variabila de la o bara la
alta. Primele trepte sunt pentru culorile albastru si rosu, care au luminante mai
mici iar ultimile sunt verde galben si alb. Ultima treapta este pentru culoarea
alb.
fig.5
I.1.1.c Sistemul SECAM (Sequeneielle a memoire)
In sistemul SECAM nu se transmit simultan cele doua semnale
diferenta de culoare, ci numai cîte unul în timpul unei linii de imagine iar
celalalt în timpul liniei urmatoare . Exista mai multe variante ale sistemului
SECAM , toate încercând sa micsoreze vizibilitatea purtatoarei de crominanta
pe imagine. Ne vom referi la sistemul SECAM 3 în uz în Franta. Pentru acesta
cele doua semnale diferenta de culoare, ponderate conform relatiilor 10 si 11,
moduleaza secvential în frecventa purtatoarea de crominanta.
10. Dr = 1,9 · (Er-Ey)
11. Db = 1,5 · (Eb-Ey), banda ocupata este de 1,5MHz.
Intrucit se foloseste modulatia MF(spre deosebire de modulatia MA
folosita în sistemele NTSC si PAL) este necesara o preaccentuare a
semnalelor diferenta de culoare modulatoare, în scopul îmbunatatirii
raportului semnal-zgomot. Pentru cele doua semnale Dr si Db sunt alocate
doua subpurtatoare de crominanta distincte :
12. fr = 4,40625MHz ± 2KHz
13. fb = 4,25MHz ± 2KHz
Deviatia de frecventa pentru modulatia MF este de
∆fr = ± 280KHz
∆fb = ± 230KHz
Fiind vorba de doua subpurtatoare, salvele de sincronizare se transmit
alternant la inceputul fiecarei linii video din componenta SVCC-SECAM. Ele
au frecvente diferite si deasemenea amplitudini diferite. Sincronizarea
bistabililor de comutare a liniilor (specific sistemului de decodare a culorii în
SECAM) se face în timpul stingerii pe verticala în primele linii succesive
inactive de pe cursa inversa ce urmeaza dupa fiecare impuls de sincronizare
verticala Sv.
I.1.2 Spectrul semnalului videocomplex color
Referitor la semnalul de luminanta se stie faptul ca pentru a putea reda
o imagine cu detalii cit mai fine este nevoie de o banda de frecventa cit mai
mare. Pentru aprecierea rezolutiei unei imagini TV se folosesc mire continind
bare verticale sau inclinate, desimea acestora determinind frecventa
fundamentala a semnsalului de luminanta transmis . Acest lucru pentru doua
situatii distincte (cazul unor frecvente joase, linia AA' si a unor frecvente
ridicate linia BB') este ilustrat în fig.6.
A A’
B B’
Linia A-A’
Linia B-B’
fig.6.
Aceste linii verticale din cadrul imaginii de test ce urmeaza a fi
transmisa se numesc linii TV . O transmisie este de buna calitate daca se pot
distinge pe ecranul monitorului un numar de minim 400 linii TV (in intervalul
de 52 µs, cit dureaza cursa directa). Aceasta corespunde la o frecventa a
semnalului transmis de circa 5MHz. O imagine de o calitate acceptabila poate
reproduce semnale video cu frecventa maxima de 2-2,5 MHz , iar o imagine
de foarte buna calitae poate reproduce semnale video cu frecventa de pina la
7-8MHz.
Având în vedere intreruperea consecutiva în timpul stingerii pe
verticala si orizontala, liniile spectrale sunt grupate în jurul multiplilor de
frecventa a liniilor si cadrelor. Cu aceste precizari spectrul semnalului de
luminanta Ey (care constituie cea mai mare parte din informatia video
transmisa prin semnalul videocomplex) si al crominantei Ec, arata ca în fig.7
fig.7
Se constata din analiza figurii 7 doua lucruri importante:
1. Aproximativ 80% din cantitatea de informatie transmisa de semnalul
de luminanta este grupata în jurul frecventelor joase pâna la 1MHz, iar
detaliile fine de imagine sunt repartizate la frecvente inalte , majoritatea fiind
incluse pina la frecvente de 3,5MHz. Pentru o imagine de inalta rezolutie
spectrul video se întinde pina la aproximativ 6 MHz., dar imaginea ramâne de
buna calitate chear daca spetrul semnalului Ey se limiteaza la 3,5 MHz.
2. Semnalul de crominanta Ec este plasat printre liniile de spectru ale
semnalului de luminanta , iar amplitudinea acestuia este cu circa 20-25dB mai
mica decit amplitudinea componentelor spectale de joasa frecventa ale
luminantei. Spectrul acestuia se intinde cu circa ±1,5MHz fata de frecventa
centrala a subpurtatoarei de crominanta, fsc.
I.2. Principiul inregistrarii pe banda magnetica a semnalelor
electrice
Pentru inregistrarea respectiv redarea semnalelor electrice pe banda
magnetica etse necesara existenta a doua elemente: traductorul de semnal si
suportul magnetic pe care va fi inmagazinata informatia.
Traductorul de semnal este constituit de capul de inregistrare / redare
iar suportul informatiei este constituit de banda magnetica.
Asupra caracteristicilor constructive ale acestor elemente se va reveni
ulterior.
In fig.8a este prezentat schematic un astfel de ansamblu.
fig.8a
Capul de înregistrare este constituit în principiu dintr-un circuit
magnetic realizat de obicei din ferita (M) pe care este înfasurata o
bobina(L).Circuitul magnetic prezinta un intrefier ( l ) în zona de contact cu
banda magnetica (B). Prin infasurarea capului magnetic trece un curent ( i ),
de obicei proportional cu semnalul electric de inregistrat, dar pe care în
aceasta faza a expunerii il consideram de frecventa constant. Acest curent
produce în circuitul magnetic un cimp magnetic (H), proportional cu
intensitatea curentului. Liniile magnetice la nivelul intrefierului se închid prin
sistemul magnetic al benzii, care determina o inductie magnetica remanenta
(Br). Relatia dintre Br si H este neliniara si este prezentata în fig.8b .
Pe acest grafic se disting doua portiuni AB si A'B' în care dependenta
Br = f(i) este liniara . Pentru a utiliza aceste zone , în principiu se procedeaza
prin doua metode:
-Se aplica o magnetizare permanenta, cu ajutorul unui curent IM pentru
a aduce punctul de functionare în zona C (fig.8c). Peste acest curent (IM) se
aplica semnalul util i(t). In acest fel se utilizeaza doar jumatate din
caracteristica de magnetizare. Acest procedeu nu se foloseste în practica
deoarece asigura un raport semnal-zgomot mai scazut.
fig.8.b.c.
-Al doilea procedeu, folosit atit înregistrarile audio cît si cele video
consta în aplicarea unui curent alternativ de premagnetizare ca în fig.8c.
Frecventa acestui curent se alege de 4-10 ori mai mare decit cea mai mare
frecventa din spectrul semnalului ce urmeaza a fi înregistrat. In acest fel
punctul de functionare este adus secvential în zonele c si c' a caracteristicii de
magnetizare. Peste acest semnal se adauga (prin adunare) semnalul util i(t). In
acest mod sunt folosite ambele ramuri ale caracteristicii de magnetizare,
obtinindu-se un raport semnal-zgomot superior pentru acelasi curent de
înregistrare.
Pina în acest moment nu s-a facut nici o precizare în privinta frecventei
semnalului ce urmeaza a fi inregistrat. In continuare se va arata ca aceasta este
strâns legata de viteza de deplasare a suportului magnetic prin fata capului de
înregistrare, precum si de caracteristicile construcive ale capului.
l= /2λ
l=λ
fig.9 a,b,c,d,e
In fig.9 s-a considerat un cap de magnetizare avind un intrefier (l) prin
fata caruia se deplaseaza suportul magnetic cu viteza v, parcurgind un anumit
spatiu x în intervalul de timp t.
t = x/v
Curentul prin înfasurarea capului are expresia:
i = I·sinωt = I·sin2πft
Fluxul remanent în banda va fi proportional cu acest curent.
Φ r = KIsin2πft
In functie de viteza de deplasare a benzii, frecventa f înregistrata va
avea în banda o anumita lungime de unda λ
λ = v/f, de unde Φr = KIsin2πx/λ
Considerind viteza de deplasare a benzii constanta, la redare acest flux
variabil va induce prin intermediul întrefierului la capetele înfasurarii ”L”, o
tensiune electromotoare “e” avind expresia:
12. e = -dΦ r/dt = - (dΦ r/dx) · (dx/dt) = - (KI·v/λ) · (2πcos 2πx/λ) =
K'·I·f·cosωt
Din relatia 12 se constata ca tensiunea indusa la redare are amplitudine
crescatoare cu frecventa semnalului înregistrat initial. In relatia 12 s-a
considerat ca marimea întrefierului " l " este tot timpul << decit lungimea de
unda a semnalului înregistrat. In realitate valoarea lui "l" limiteaza frecventa
maxima de lucru dupa cum se exemplifica în figura 9 b.c.d.
In fig.9.a este prezentata valoarea lui ∆Φ , deci si a tensiunii induse "e"
pentru cazul cind lungimea de unda λ este >> decit "l" .Pe masura ce lungimea
de unda λ scade, (f creste), simultan creste si "e" (fig.9 b.) In fig.9.c frecventa
a crescut astfel încît lungimea de unda λ a semnalului înregistrat a devenit
egala cu jumatate din marimea întrefierului "l". Pentru aceasta frecventa
valoarea fluxului variabil în unitatea de timp ∆Φ din fata capului atinge
valoarea maxima. Crescînd în continuare frecventa semnalului înregistrat (λ
scade) se ajunge la situatia în care lungimea de unda λ devine egala cu
marimea întrefierului (fig.9.d). în aceasta situatie variatia totala a fluxului
magnetic, ∆Φ este 0 si deci tensiunea indusa "e" va fi nula. In consecinta
caracteristica de raspuns a unui cap magnetic de inregistrare / redare este
prezentata în figura 9.e.
I.3. Limitari ce intervin în procesul de inregistrare- redare a semnaleor
electrice pe banda magnetica
Dupa cum se poate observa din fig.9.e. raportul λ / l este determinanta
în stabilirea frecventei maxime ce poate fi înregistrata respectiv redata.
O valoare a întrefierului "l" foarte mica, mareste limita superioara de
frecventa, dar în acelasi timp se micsoreaza tensiunea indusa, înrautatind
raportul semnal-zgomot.
Tehnologic s-a ajuns la un întrefier de 0,2-0,3µm pentru capetele video
obisnuite si de 0,1µm pentru cele HQ.(de inalta resolutie)
O valoare mare a lui "λ" ar conduce la cresterea frecventei maxime de
lucru. Si aici exista limit ari întrucât cresterea lui λ implica cresterea vitezei de
deplasare a benzii deci un consum prea mare de material magnetic. Uzual
viteza de deplasare a benzii este de 20 - 40 mm/s, iar viteza relativa dintre
capetele magnetice si banda este de 4 - 6 m/s.(dupa cum se va vedea ulterior
este vorba de capete rotative.).
Alta limitare mai ales la redarea frecventelor înalte, este cauzata de
dimensiunea particulelor magnetice din compozitia benzii. In cazul unui "l"
mic particulele sunt supuse unor variatii magnetice foarte rapide care nu pot fi
urmarite integral, ceea ce conduce la o scadere a fluxului magnetic remanent
Deasemenea, la frecvente ridicate adâncimea de patrundere a cimpului
magnetic este mai mica, ceea ce conduce la un flux magnetic remanent mai
scazut decât la frecvente mai coborâte, unde adâncimea de patrundere în
substratul magnetic al benzii este mai mare. Toate aceste fenomene conduc la
o curba de raspuns (tensiune la bornele capului de redare) functie de frecventa
semnalului înregistrat, cafig.10. Axa frecventelor este logaritmica. Tot pe
aceasta figura a fost reprezentat si spectrul semnalului videocomplex care
trebuie sa fie inregistrat sau redat pe banda magnetica.
fig.10
Se constata din figura 10 ca zona optim a de înregistrare redare a unui
cap magnetic, avind caracteristicile prezentate anterior, este situataa în
intervalul 3 – 5MHz. In aceasta zona semnalul video lipseste aproape complet
intrucit dupa cum s-a aratat, cca 80% din informatia video este grupata în zona
frecventelor joase pina la 1MHz. În consecinta nu este posibila inregistrarea
directa a SVCC prin aplicarea acestui semnal pe capetele de inregistrare
video. Doar componentele de crominanta ar putea fi inregistrate corect.
Pentru rezolvarea acestei probleme se recurge la o conversie de
spectru, în ceea ce priveste semnalul de luminanta si separat pentru cel de
crominanta pentru ca acestea sa fie compatibile cu caracteristica de
inregistrare / redare a capului video. Astfel, dupa ce sunt separate prin filtrare
cele doua semnale Ey si Ec ale SVCC , acestea sufera urmatoarele
transformari:
-luminanta Ey va modula în frecventa o purtatoare, avind frecventa
centrala f0 de circa 4MHz (in zona de maxima sensibilitate a capului video)
-pentru sistemul PAL purtatoarea este de 4,3 MHz, pentru NTSC
putatoarea este de 3, 9MHz. Aceasta purtatoare modulata MF joaca rol de
semnal de premagnetizare pentru semnalul de crominanta.
-semnalul de crominanta, Ec va fi convertit prin mixare în zona de joasa
frecventa în jurul frecventei de 625kHz unde va fi înregistrat ca atare, folosind
purtatoarea de 4,3 MHz a luminantei drept semnal de premagnetizare.
Modulatia MF a purtatoarei de luminanta se face cu un indice de
modulatie subunitar (β=0,366) ceea ce înseamna ca spectrul semnalului
modulat va fi asemanator ca întindere cu spectrul semnalului modulat MA (fo,
fo+fM , fo-fM), nde fM reprezinta frecventa maxima din spectrul semnalului
video. In cazul exemplului din fig 11, fM = 3 MHz
Schema de transpunere a spectrelor de frecventa este aratata mai clar în
fig.11
fig.11
I.4. Particularitatile constructive ale capetelor de inregistrare/ redare
video
I.4.1 Generalitati
Au existat o mare varietate constructiva pentru capetele de inregistrare
redare video , fiecare incercind sa imbunatateasca atit calitatea semnalului
reprodus cit si micsorarea consumului de banda magnetica.In prezent toate
sistemele de inregistrare analogica se bazeaza pe inregistrarea elicoidala (sub
forma unor piste oblice plasate pe banda magnetica unele linga altele) cu
ajutorul unui tambur rotativ continind doua capete video plasate pe
generatoare, la aproximativ 180° unul fata de altul. Axul de rotatie al
tamburului este inclinat fata de directia de inaintare a benzii în scopul obtinerii
pistelor elicoidale.(fig.12)
fig.12
La o rotatie completa fiecare cap CH1 si CH2 va descrie cite o pista.
Daca printr-o metoda oarecare (care va fi aratata ulterior) pe capul CH1 se
aplica semnalul corespunzator semicadrului impar iar capului CH2 i se aplica
semnalul corespunzator semicadrului par, atunci rezulta ca doua linii
succesive inregistrate pe banda vor contine informatia video a unui cadru TV
complet.
Bineinteles ca în urma inregistrarii elicoidale a SVCC este necesar ca la
redare, sa existe un sincronism perfect intre viteza de antrenare a benzii si
viteza de rotatie a tamburului cu capete astfel incit fiecare cap sa citeasca
exact pista corespunzatoare pe care a parcurs-o la inrgistrare . Din acest motiv,
pe banda video se vor inregistra si alte semnale destinate tocmai sincronizarii
despre care s-a vorbit anterior. Suplimemtar fata de semnalul video se mai
inregistreaza si semnalul audio aferent. Astfel cel mai simplu sistem de
inregistrare video va contine pe banda urmatoarele tipuri de inregistrari.fig.13
fig.13
1.inregistrare longitudinala a celor doua piste audio similar ca pentru
inregistrarile audio din casetofon. Acestea sunt plasate în partea de sus a
benzii.
2.inregistrare elicoidala a semnalului video realizata cu ajutorul
tamburului rotativ cu doua capete video,(discul cu capete). Semnalele sunt
transpuse spectral asa cum s-a aratat în fig.11
3.inregistrare în impulsuri pe pista de sincronizare, plasata în partea de
jos a benzii. Inregistrarea se face fara curenti de premagnetizare, utile fiind
doar refacerea fronturilor impulsurilor de sincronizare. Acestea au frecventa
de 25Hz si sunt sincrone cu impulsurile sincro vertical (Sv) din SVCC.
Intrucit tamburul cu capete video inregistreaza la fiecare rotatie un
cadru,( 2 semicadre) acesta trebuie sa aiba turatia egala cu perioada cadrelor
semnalului SVCC; deci turatia va fi de 25 rot/s =1500rot/min (pentru PAL,
SECAM) si de 30rot/s = 1800 rot/min ( pentru NTSC). Pentru mentinerea
riguroasa a vitezei de rotatie, constructiv sunt montati niste traductori de
turatie solidari cu echipajul mobil al motorului de antrenare a discului cu
capete asa cum este prezentat schematic în fig.14.
fig.14
Motorul M, antreneaza discul cu capete D . Sincron cu rotatia discului
se roteste si un ansamblu de piese magnetice FG( Frecvenci Generator) care
induc intr-o infasurare a traductorului o tensiune alternativa, care la turatia
normala are valoarea de 1500Hz. Deasemenea, în acelasi mod se genereaza si
un al doilea semnal "PG" (Pulse Generator) , cu valoarea de 25Hz. Aceste
doua semnale vor fi folosite de catre circuitele servomecanismului de reglare
si mentinere constanta a turatiei discului cu capete , mecanism ce va fi analizat
ulterior.
Pentru a se reduce influenta semnalului citit de unul dintre capete în
mod parazit de pe pistele vecine, la inceputul dezvoltarii tehnicii de
inregistrare video, pistele elicoidale erau separate de un spatiu de garda. Acest
lucru conducea la un consum mare de banda magnetica. în prezent, datorita
unor procedee speciale de compensare a "diafotiilor" (semnale parazite culese
de pe pistele vecine) inregistrarea se face fara spatiu de garda, pistele vecine
fiind lipite unele de altele. In fig.15a sunt prezentate doua piste consecutive,
continând informatia unui cadru TV, si suprapus peste acesta, semnalul
videocomplex reprezentind un semicadru, pentru a sugera pozitionarea fizica a
liniilor video de-a lungul pistei înregistrate
fig.15.a
β
β
lll
fig.15.b
In fig. 15b sunt prezentate cele doua piste adiacente , unde prin H s-a
notat lungimea înregistrata a unei linii de imagine (cu durata de 64µs în PAL),
prin “w” s-a notat latimea unei piste inregistrate, prin ”l” spatiul parcurs de
banda pâna când capul al doilea CH2 ajunge în aceeasi pozitie la începutul
pistei ca si capul CH1, β - unghiul de inclinare a pistei inregistrate pe banda.
In figura 12 este prezentat schematic discul cu capete având diametrul
D si banda video care înfasoara capul pe o portiune de circa 180°. S-a
considerat ca cele doua capete CH1 si CH2 sunt dispuse diametral opus. în
realitate unghiul dintre ele nu este chiar 180°, ci 179° 25' 15" . Aceasta se face
în scopul de a pozitiona fizic pe banda liniile de imagine fata în fata , anulînd
decalajul de 1/2 H dintre semicadre . Acest lucru are efect pozitiv în
reducerea semnalelor parazite de crominanta citite de unul din capete de pe
pistele vecine. Asupra acestui aspect se va reveni.
Cu aceste precizari se poate scrie:
tgβ = W/1,5H = sinβ/cosβ
v b = l/(T/2) este viteza benzii iar T este durata unui cadru = 40ms
In acest interval (T/2) discul cu capete efectuiaza o jumatate de cursa si
se trece de la o linie elicoidala la alta.
π D/2 = H ⋅ N/2, unde N/2 este numarul de linii ce constituie un
semicadru.
H = π D/N W = 1,5⋅H ⋅tg β=1,5 ⋅π ⋅(D/N) · tgβ
l = 1,5⋅H / cosβ, vb = l / (T/2) = 1,5⋅H⋅cosβ · 2 · fv sau
vb = 2⋅W⋅fv / sinβ
Principalii parametri constructivi ai sistemului de inregistrare video
pentru PAL si NTSC sunt tabelati mai jos:
PAL NTSC
------------------------------------------------------------------------------------------
fv(Hz) 25 30 frecventa cadrelor
fH(Hz) 15625 15737,25 frecventa liniilor
D(mm) 62±0,01 62±0,01 Diametrul disc capete
N 625 525 Nr. Linii rastru
β (°) 5°57’50,3’’ 5°58’9,9’’
W (µ) 48,6 58
v b mm/s 23,39 33,35
v m/s 4,85 5,8
fig. 16.
I.4.2 Influenta inclinarii intrefierului (azimutului) capului video
In continuare vom analiza influenta înclinarii întrefierului capului
video, fata de normala la directia de înaintare a benzii.
fig.17.a
+ αN S N S N S N S N
− α
Fanta(intrefier)cu azimut pozitiv
Fanta cu azimmutnegativ
Vb
Vb
Semnale inregistrate de frecventa ridicata
Semnale inregistratede joasa frecventa
+ α− α
N S
Ch1Ch2
Ch1 Ch2
fig.17.b,c
In fig.17.a este prezentat cazul unui cap de inregistrare, pentru care
fanta intrefierului este perpendicular pe directia de înaintare a benzii si
alaturat , acelasi cap pentru care intrefierul este inclinat cu unghiul α fata de
cazul initial. Aceasta inclinare se numeste azimut si poate fi pozitiva sau
negativa. Daca se face o înregistrare oarecare cu un cap cu azimut pozitiv si se
citeste informatia inregistrata tot cu acelasi cap, atunci semnalul reprodus va fi
neinfluientat cu nimic de existenta azimutului . Daca însã se înregistreazã un
semnal cu ajutorul unui cap cu azimut pozitiv si se citeste aceeasi informatie
cu un cap identic construdtiv, dar cu azimut negativ atunci se constata o
scadere accentuata a semnalului reprodus.
O explicare schematica este data în fig.17.b
Presupunem ca s-a inregistrat cu capul CH1 cu azimut +α, un semnal
rectangular avind frecventa f. Acesta determinabandã niste zone magnetizate
N si S. La citirea benzii de catre capul CH2 cu azimut -α, se observa ca prin
fata fantei se afla simultan si portiuni magnetizate N si portiuni magnetizate S,
aceasta conducind practic la anularea semnalului.
Cu totul altfel se petrec lucrurile daca frecventa semnalului înregistrat
este foarte scazuta. în fig.17 b, se observa ca efectul azimutului diferit nu
influienteaza prea mult citirea semnalului, diferenta fãcîndu-se simtitã
doarzona de trecere de la un domeniu la altul (deci totzona frecventelor
înalte).
In consecinta se poate concluziona ca efectul de atenuare al azimutului
diferit intre capetele de inregistrare si redare este pronuntat la frecvente
ridicate (frecvente care determina în banda o lungime de unda λ/2 comparabila
cu marimea intrefierului) si este practic inexistent la frecvente coborite.
Deasemenea efectul de atenuare este mai mare daca unghiul de decalare este
mai mare. Comportarea capetelor cu azimut diferit este data în graficul din
fig.17.c
fig.17.c
Din figura 17.c se constata ca atenuarea unui semnal de 4,5 MHz ,
pentru un azimut de 6° este de >40dB, la fel pentru frecvente de 3,5 MHz în
timp ce pentru frecvente joase, de exemplu 627kHz, atenuarea este de maxim
10 dB chiar pentru unghi α mai mare de 10°
Acest fenomen va fi folosit în eliminarea unei parti a semnalului parazit
cules de capul video de pe pistele vecine. în acest scop cele doua capete care
alcatuiesc discul rotitor vor avea azimuturi incrucisate, unghiul α fiind de ±6°
pentru sistemul VHS (α poate fi diferit functie de sistemul de inregistrare
adoptat).
In figura 18 sunt prezentate citeva piste elicoidale inregistrate cu
azimuturi alternante de la o pista la alta. La pozitionarea corecta a capetelor de
citire , acestea vor citi semnalul cu azimut corect de pe pista pe care este
pozitionat si un semnal parazit foarte mult atenuat , de pe pistele vecine, din
cauza ca acestea sunt inregistrate cu azimut opus de catre celalalt cap video.
fig.18
I.4.3. Transformatoarele de cuplaj si montura capetelor (pastilelor)
video
In fig 19 sunt date citeva indicatii constructive ale ansamblului disc cu
capete rotative.
fig.19
Se observa cã înfãsurãrile celor doua capete CH1si CH2 sunt
accesibileexterior prin intermediul unor transformatoare de cuplaj. Acestea au
înfasurarea primarã, bobinatã într-un inel de pe partea mobilã a ansamblului
cap rotativ, iar secundarul este dispus nitr-un alt inel concentric cu primul, dar
pe partea fixa a capului. Constructia propriuzisa a pastilelor ce alcatuiesc cele
doua capete CH1 si CH2 este data în fig.20
fig.20
α
3mm
4mm
Circuitmagneticdin feritainfasurare
Intrefier
Intrefier
Azimut α
Rasina
Circuit magnetic
Intrefier 1Intrefier 2
Infasurarecap magnetic
Conexiuni externeOrificiu de fixare pediscul rotativ
Cablajimprimat
Suportmetalic
Cap magn.
Cap maagnetic simplu Cap magnetic dublu
Pastila capvideo simplu
Rasina fixare
A
A’ BDisc cu un cap magnetic simplu si unul dublu. Pentruredare/inregistrare normalase foloseste perechea AB cu azimut incrucisat.Pentru stop cadru se folosesteperechea AA’ cu acelasi azimut.
Disc cu 4 capeteAB inregistrare/redarenormala, azimut incrucisat.A’B’-redare stop cadru,acelasi azimut.
Variante constructive ale discului cu capete
Dupa prezentarea particularitatilor si a principalelor probleme legate de
spectrul de frecventa a semnalului videocomplex vom face o succinta
prezentare a evolutiei în timp a diferitelor sisteme de inregistrare analogice
elaborat de diferite firme cu renume în acest domeniu.
Firma RCA realizeaza primele aparate de inregistrare a imaginii la inceputul anilor 1950, folosind inregistrarea longitudinala, iar viteza de deplasare a benzii prin fata capului fix era de cca. 9 m/s rezultind un mare consum de banda. Utilizarea unui cap rotativ, plasat perpendicular pe directia de inaintare a benzii a fost introdusa în 1956 de firma AMPEX. Prin acest procedeu s-a reusit micsorarea vitezei de derulare a benzii la circa 38 cm/s în timp ce viteza relativa cap-banda devenea 42 m/s, ceeaa ce permitea inregistrarea unui semnal video de pina la 18MHz. In 1959 firma TOSHIBA introduce inregistrarea elicoidala utilizînd un singur cap rotativ, iar apoi în 1964 firma PHILIPS foloseste tamburul rotativ cu doua capete video. Benzile de inregistrare erau rulate asemanator cu benzile audio, latimea fiind de cca. 12mm. Deasemenea, tot firma PHILIPS lanseaza si magnetoscopul cu role, destinat marelui public. Acest sistem insa nu s-a impus deoarece PHILIPS produce în 1972 videomagnetoscopul cu caseta, (VCR - videocassette recorder), perfectionat mai tirziu prin aparitia standardului VCR-LP, pentru care nu se mai folosea spatiu de garda intre pistele oblice inregistrate de capetele rotative. In acelaasI timp firma GRUNDIG realizeaza sistemul SVR (super video recorder), dar preocuparile continua în paralel cu firmele europene si în Japonia . Datorita firmei JVC apare sistemul VHS, iar firma SONY lanseaza sistemul BETAMAX în jurul anilor 1975. Datorita facilitatilor pe care le ofera (simplitate în utilizare, durata relativ mare a inregistrarii pe caseta), formatul VHS s-a impus, în prezent aproaape toaate videoscoapele cu caseta pentru marele public folosind acest format. Pentru a creste în continuare calitatea imaginii au aparut derivate ale acestui format si anume S-VHS (Super Video Home Sistem), S-VHS-HQ, S-VHS-HF, precum si formate noi: Video 2000 si Video 8mm, permitînd inregistrari video de buna calitate si în acelasi timp inregistrari audio comparabile cu cele facute pe compact disc. Deasemeni pentru camere video miniatura s-au dezvoltat formatele VHS-C si Video 8.
In tabelul din fig.21 sunt prezentate comparativ caracteristicile
principale pentru diferite standarde mai des intilnite.
De obicei banda video este bobinata pe o rola debitoare si dupa ce este
pozitionata în anume fel în fata discului cu capete este derulata pe rola
colectoare. în principiu realizarea constructiva este asemanatoare cu cea a
casetelor audio. Dupa introducerea casetelor în aparatul video, banda este
preluata de niste ghidaje care parcurg un traseu anumit în scopul de a
pozitiona banda infasurata partial în jurul capului rotativ.
SISTEMUL VCR-LP
BETAMAX VHS V-2000 FORMAT 8mm
Viteza benzii (cm/s) 6.56 1.87 2.34 2.44 2.00 Viteza relativa Vcb (m/s)
8.18 5.83 4.85
Latimea benzii (mm) 12.7 12.7 12.7 12.7 8 Latimea pistei video W(µm)
85 32 49 47 53,5
Diametrul tamburului cu Capete (mm)
105 75 62 65 40
Definatia (linii TV) 280 250 240 240 250 Azimutul intrefierului 90±15° 90±7° 90±6° 90±15° 90±10° Obs. Inregistrare
in ambele sensuri pe ½ banda 4 semnale de auto traking
Audio digital PCM 4 semnale de auto traking
Fig.21 In fig.22 este prezentata schematic o caseta inainte de
introducerea în lacasul destinat rularii în aparatul video si dupa ce a fost
pozitionata pentru a fi citita sau inregistrat - (pentru sistemul VHS)
I.5. Prelucrarea electronica a semnalului videocomplex color pentru
inregistrarea / redarea acestuia pe banda magnetica
(procedee analogice)
Consideratiile din acest capitol vor fi facute referitor la sisteme de
înregistrare si redare video VHS, acesta fiind unul dintre cele mai raspîndite
sistemeuz.
Dupa cum s-a aratat la paragraful III. SVCC nu se poate inregistra
direct pe banda magnetica, intrucit majoritatea informatiei video este grupata
în zona frecventelor joase iar capul video are o caracteristica de redare cu
maximul în zona frecventelor inalte (fig.10 în care este prezentat spectrul
SVCC si caracteristica de redare a capului video).
In consecinta se va prelucra separat semnalul de luminanta Ey în sensul
ca acesta va modula MF o purtatoare plasata în zona de maxima sensibilitate a
capului video, iar semnalul de crominanta Ec va fi translat în zona de joasa
frecventa (627kHz) unde va fi inregistrat folosind purtatoarea semnalului de
luminanta drept semnal de premagnetizare.(vezi fig 11)
I.5.1. Prelucrarea semnalului de luminanta în vederea inregistrari pe
banda
în fig.23 este prezentat schematic traseul semnalului de luminanta
pentru a fi inregistrat pe banda magnetica.
fig.23
Functionarea de principiu este urmatoarea :
Din semnalul de intrare SVCC care de regula are 1Vvv/75Ω se extrage
prin filtru trece jos numai semnalul de luminanta , cu componente spectrale
pina la 3 MHz. FTJ contine si o rejectie pentru semnalul de crominanta
acordat pe 3,8 MHz pentru NTSC, 4,43 MHz pentru PAL si 4,2-4,4 MHz
pentru SECAM. Intrucit acest semnal urmeaza sa moduleze MF o purtatoare,
pentru imbunatatirea raportului semnal-zgomot se trece printr-un circuit de
preaccentuare a frecventelor ianlte. în urma trecerii prin acest circuit apar
supracresteri în dreptul fronturilor asa cum este prezentat în figura 24. Pentru
a nu supramodula purtatoarea, dupa circuitul de preaccentuare semnalul este
trecut printr-un circuit de limitare a amplitudinii. Modulatia MF se face cu
indice de modulatie subunitar. Pentru ca limitarea " sus" si "jos" sa fie
controlata precum si pentru a avea o deviatie de frecventa deasemenea
controlata, este necesara fixarea semnalului video pe o componenta continua
(in caz contrar datorita trecerii prin condensatoare de cuplaj componenta
continua se pierde si deviatia de frecventa va fi influentata de componenta
imaginii- deci modulatia va fi diferita pentru cadre de imagini diferite). Pentru
sistemul VHS limitarea la alb (”sus”) se face la +60% iar (”jos”) la -40% din
amplitudinea SVCC.
Modulatorul video este un oscilator comandat în tensiune OCT care
primeste pe terminalul de comanda semnalul video prelucrat conform
descrierii anterioare.
Caracteristica frecventa de iesire / tensiune de comanda este liniara si este
reprezentata în fig.24
fig.24
Daca s-ar aplica semnalul video fara preaccentuare, deviatia de
frecventa a OCT ar fi ±1MHz (4,8MHz÷3,8MHz). La aplicarea semnalului
preaccentuat si limitat deviatia de frecventa ∆f v v = 2,2MHz.
Indicele de modulatie este dat de relatia: β = ∆fmax/2fM = 0,366, unde fM
este frecventa cea mai ridicata din spectrul semnalului modulator. în cazul
nostru spectrul luminantei a fost limitat la 3MHz.
Indicele de modulatie β rezultind subunitar se poate aprecia ca spectrul
semnalului modulat MF va avea aceeasi intindere ca si spectrul semnalului
purtator modulat MA. Rezulta deci ca spectrul se va intinde cu ±3MHz fata de
fo. în consecinta amplificatorul ce urmeaza dupa modulatorul MF va avea o
banda de trecere cuprinsa intre 1 si 7,5 MHz. Amplitudinea curentului de
iesire din amplificator este constanta, iar frecventa variabila în ritmul
semnalului video modulator .
fig.25
De obicei toate circuitele de procesare a semnalului de luminanta sunt
continute intr-un singur circuit integrat, fiind intilnite multe variante
constructive functie de producator. Se da mai jos exemplul circuitului A6310,
cu schema bloc interna si piesele exterioare integratului , fig.28
Spre procesare
crominantaΩ
SVCC 0.5-1Vvv
47uF
Reg. AmplifSpre capetelede inregistrare(dupa sumaare cucrominanta)
FTJ
DEV
Amplifvideo
AxareAxare
Modulaator MF
Preaccentuareliniara
Limitaatoralb-negru
Sincroseparator
Amplif.Video
RAADetector
FTJ
FTJ0-5Mhz
P1
Iesire SVCC
1Vvv/75
3MHz4,43MHz
C11 150pF
R8 2,7KC12120pF
D1 D2L2
47uH
C1327pF
R101,2K
+12VT1
R11560
C141uF
Cv47pF
P410K
T2
+12V
1K
R13270C20620pF
R142K
P3
Limit.negrruLimitalb
R1680KC1
1uFP2
5k
1K47uF
5MHz(PAL)4MHz(SECAM)
150KHz 1,5MHz
Limit. Negru P4
Limitare alb(P3)
100KHz 2MHz
AN631019
18
1614
13241 2 3 4
9 10 11 12
fig.
28
I.5.2 Reducerea semnalelor parazite citite de pe pistele vecine pentru
semnalul de crominanta
Dupa cum s-a precizat anterior, discul rotativ are cele doua capete de
inregistrare cu azimuturi incrucisate. Aceasta permite anularea semnalului citit
de pe pistele adiacente, intrucit frecventa semnalului purtator pentru luminanta
este un semnal MF cu f0 în jurul valorii de 4,3MHz. în acelasi timp semnalul
de crominanta va fi transpus în joasa frecventa ( frecvente de 600-1000KHz
functie de standard) si deci efectul azimutului incrucisat va fi practic nul
(fig.17.c) . Pentru reducerea semnalelor de joasa frecventa, respectiv de
crominanta, citite parazit de pe pistele adiacente procedeele sunt diferite
functie de standardul semnalului videocomplex color.
I.5.2.1 Pentru sistemul SECAM
Daca cele doua capete CH1 si CH2 ar fi pozitionate diametral opus
atunci doua piste adiacente ar avea la inregistrarea în banda un decalaj de 1/2
linii . Prin ”r” si ”b” s-a notat faptul ca în sistemul SECAM se inregistreaza pe
o linie informativa Dr iar pe cealata linie Db (vezi explicatiile de la sistemul
SECAM, relatiile 10,11,12,13)
fig.29.a.b.
Daca pozitia celor doua capete CH1 si CH2 este la 179º25'45" atunci
liniile video ce alcatuiesc semicadrele consecutive vor fi inregistrate fara
decalaj intre ele (fig.29.b), în aceasta situatie informatia citita parazit de unul
din capete, de pe linia adiacenta, dar din semicadrul vecin, va fi tot Dr
respectiv Db si intrucit informatia de culoare nu difera prea mult de la o linie
la alta si de la un semicadru la altul rezulta practic un semnal de crominanta
nealterat. Usoare distorsiuni de culoare pot aparea la trepte bruste de culoare
pe verticala.
I.5.2.2. Pentru sistemul NTSC
Pentru reducerea semnalului de crominanta citit parazit de pe pistele
vecine, la inregistrare vectorul Ec este rotit ca faza cu cite 90ºdupa fiecare
linie de imagine. Rotatia se face intr-un sens pentru capul de inregistrare CH1
si în sens opus pentru capul de inregistrare CH2.
Astfel pentru prima linie dintr-un semicadru, vectorul Ec se
inregistreaza cu faza normala de catre capul CH1 si CH2. Pentru a doua linie
de imagine vectorul Ec se inregistreaza cu faza rotita +90º de catre capul CH1
si -90º de catre capul CH2. Pentru a treia linie rotatia este +180º pentru capul
CH1 si -180º pentru capul CH2. Pentru a patra linie rotatia este de +270º
pentru CH1 si -270º pentru CH2 , dupa care lucrurile se repeta. La redare
sensul de rotatie a vectorilor cititi de capetele CH1 si CH2 vor fi în sens invers
decit la inregistrare.
Daca se sumeaza la redare semnalul astfel obtinut de unul din capete cu
acelasi semnal intirziat cu o linie (63,5us) pentru NTSC, se observa ca
semnalele citite parazit sunt aduse în antifaza si se anuleaza.
In fig. 30 este prezentata diagrama de fazori care ilustreaza cele aratate
anterior.
Ec
-Ec
Ec-Ec
Ec-Ec
Ec-Ec
Ec-Ec
Ec-Ec
Ec-Ec
Ec-Ec
EcEcEcEc
Identic pentru capul Ch2Semnal fara informatiiparazite de pe pistaele vecine
Ec
fig.30
I.5.2.3.1 Pentru sistemul PAL
Asa cum s-a aratat în explicatiile aferente figurii 3, vectorul crominantei
isi schimba faza cu 180º dupa fiecare linie de imagine. Din acest motiv pentru
a obtine o anulare a semnalului parazit de crominanta citit de pe pistele vecine
procedeul difera fata de sistemul NTSC. La inregistrare vectorul Ec
corespunzator capului CH1, se inregistreaza cu faza neschimbata (conform
standardului PAL faza alterneaza de la o linie la alta cu 180º).
Pentru capul CH2 care inregistreaza urmatorul semicadru, faza
vectorului Ec este rotita cu 90º de la o linie la alta asemanator ca la NTSC. La
redare semnalul citit de capul CH1 se pastreaza neschimbat în timp ce
semnalul citit de capul CH2 va fi rotit de la o linie la alta în sens invers decit
la inregistrare. în acest fel daca se sumeaza semnalul citit de unul din capete
cu acelasi semnal intirziat cu doua linii de imagine ( 2 x 64 us pentru PAL ) se
obtine semnalul util cu amplitudine dubla, în timp ce semnalul citit parazit
teoretic se anuleaza. Diagrama fazoriala care ilustreaza acest lucru este redata
în fig.31
fig.31
I.5.3. Procesrea semnalului de crominanta pentru inregistrare
In continuare vom prezenta schema bloc pentru inregistrarea semnalului
de crominanta în sistem PAL (NTSC avind o functionare similara) fig.32
F.T.B1 Conv1 F.T.B.2
FTB3A
B
OL
0* 90*180*270*
Comanda rot.Faze
x40FhSincroseparatorimp.H
Conv 2
S.V.C.C.
Crominanta
Luminanta
Fs1 Fs2+- Fs1
Fs2=Fs+40Fh+1/8Fh
Fs2-Fs140Fh + 1/8Fh
SUM.
627KHz
Fs+1/8Fh
4,433MHz+1/8Fh=4.4355719
Ch1 Ch2 Ch1 Ch2 Ch1
25 Hz impulsuri inregistrate pe pista sincro
Validare rotatie faze Ch2
625KHz
40Fh + Fs + 1/8Fh = 5,057MHz (trece prin FTB3)-40Fh + Fs + 1/8Fs = 3,811Mhz (blocat de FTB3)
Fs2 + Fs1 = 9,49Mhz (blocat de FTB2)Fs2 - Fs1 = 627KHz (trece prin FTB2)
A
B
Fh
Fh
1mHz
4,43MHz
4,43MHz
fig.32
Semnalul de crominanata este extras din SVCC cuajutorul filtrului trece
banda FTB1 axat pe 4,43 MHz si avind o latime de banda de 1 MHz. La iesire
se obtine semnalul FS1 . Acesta se mixeaza în blocul de conversie conv.1 cu
frecventa FS2. FS2 are valoare de 5,57 MHz. Dupa mixare se obtine FS2 ± FS1,
care este trecut prin filtrul trece banda FTB2 axat pe 627 KHz si care va lasa
sa treaca numai aceasta frecventa.
FS2 va avea faza rotata cu 90° dupa fiecare linie de imagine iar frecventa
sa provine din urmatoarea expresie :
FS2= FS + 40 FH + 1/8FH, unde FS + 1/8FH = 4,4355719MHz , (FS fiind
4,433618 MHz ) si provine de la un oscilator dotat cu cuart iar
40FH=40×15,625Hz=625 KHz . Componenta de 1/8 FH adaugata la
valoarea lui FS are rolul de a elimina unele interferente dintre spectrul transpus
al crominantei si spectrul luminantei modulata MF.
Frecventa de 625KHz se obtine deci prin multiplicarea cu 40 a
impulsurilor SH obtinute din SVCC. Acest semnal este introdus în etajul
defazor care furnizeaza simultan 4 semnale cu defazari de 90° intre ele. Prin
intermediul unui comutator electronic este aleasa faza 0°, 90°, 180°, 270°.
Comutatorul este comandat de impulsurile SH care sunt validate numai atunci
cind semnalul de la iesirea filtrului FTB2 este destinat capului CH2. Când
semnalul este destinat capului CH1 se blocheaza rotatia fazei, comutatorul
fiind cuplat pe pozitia 40FH si faza 0°.
In acest fel la iesirea FTB2 se obtine semnalul de crominanta translat la
frecventa de 627 KHz cu faza variabila de la o linie la alta conform fig.31.
Acest semnal se sumeaza cu semnalul de luminanta. Nivelul semnalului de
crominanta este cu circa 10dB mai mic decit cel al purtatoarei de luminanta
(in acest fel nu satureaza capul de inregistrare).
I.5.3.2. Redarea semnalului de crominanta
La redare pentru refacerea semnalului de crominanta se parcurg etapele
invers decit la inregistrare în conformitate cu diagrama fazoriala din fig.31. în
fig. de mai jos este reprodusa schema bloc a circuitelor de refacere a
semnalului de crominanta.
Amp.
FTJ1 Conv.1 FTS1 Intirziere2H
Direct Sum.
Luminanta
OCT
FTS2
Comp.Φ
OL
Det. Imp.Sincro H40Fh
Conv.2
0* 90* 180*270*
Formator
PG25Hz
Fs+40Fh+1/8Fh f∆+-
+-Fs+1/8Fh f∆
Fs=4,43MHz
SVCC’
Poartaburst
SVCCrefacut
fig.33
Semnalul provenit de la cele doua capete, dupa ce este amplificat, este
separat prin filtru în calea de luminanta si de crominanta. Filtrul trece jos ,
FTJ1 lasa sa treaca semnalele culese de cap pina la 1MHz. Datorita unor
eventuale imprecizii a turatiei modulului discului cu capete, frecventa de
627KHz a semnalului de crominanta rezultat poate diferi cu ± ∆f fata de
valoarea exacta . S-a notat astfel frecventa obtinuta dupa FTJ1, si anume FS1 =
40FH+1/8FH ± ∆f.
Mentionam în acest moment faptul ca la inregistrare a fost convertita
odata cu frecventa subpurtatoare de crominanta C si frecventa salva de
sincronizare (burstul). Frecventa burstului convertit are de asemenea 627KHz
si contine aproximativ 1,5 perioade. Revenind la schema din fig.33 eroarea ∆f
presupusa anterior trebuie obligatoriu compensata intrucit în caz contrar s-ar
denatura nuanta culorii reproduse. Pentru aceasta în convertorul conv1
semnalul care se mixeaza cu FC' are expresia: 40fH +1/8fH+_
∆f
Semnalul obtinut dupa conversie este trecut prin filtrul trece sus FTS1
care lasa numai componenta de 4,43MHz adica vectorul Ec refacut. Dupa
sumarea cu semnalul intirziat cu doua linii, în scopul eliminarii citirilor
parazite de pe pistele invecinate (conform diagramei fazoriale din fig.31),
semnalul de crominanta C se sumeaza cu semnalul de luminanta obtinind la
iesire SVCC.
Diferenta fata de schema bloc de la inregistrare, consta în faptul ca a
fost inlocuit oscilatorul local dotat cu cuart de frecventa 4,4355719 din fig.32,
cu un oscilator comandat în tensiune OCT. Acesta oscileaza pe frecventa fs
+1/8 fH +_
∆f compensîndacest fel eroarea de frecventa ± ∆f presupusa initial.
Functionarea acestei bucle este urmatoarea : poarta burst este deschisa
printr-un semnal obtinut de blocul sincroseparator si pozitionat în zona de
aparitie a burstului. Astfel este preluat din secventa citita de cap si convertita
de conv1 numai semnalul Fs corespunzator burstului notat Fs'. Acesta este
comparat cu Fs = 4,433MHz, frecventa produsa de oscilatorul OL dotat cu
cuart. Diferenta dintre aceste frecvente este tocmai ∆f necesar comenzii OCT-
ului. în rest functionarea generatorului de frecventa 40fh cu faza variabila cu
90° de la o linie la alta este similara cu cea deschisa la inregistrare (fig.32)
Mentionam doar faptul ca impulsurile de comutare a fazei sunt obtinute
din semnalul sincro-H de la iesirea video , iar semnalul de comutare a
capetelor de 25Hz este obtinut de la traductorul PG solidar cu rotorul discului
cu capete.
Pentru generarea frecventei de 625 KHz cu faza variabila se folosesc
circuite integrate. Se descrie mai jos functionarea de principiu a unui astfel de
circuit.fig.34
fig. 34.a.
fig. 34.b.
fig.34.c
Din SVCC se separa semnalele Sv si SH. Semnalul sincro H este (notat
fH în figura). Acest semnal trebuie sa fie în faza si de aceeasi frecventa cu
semnalul fH1 obtinut prin divizarea cu 40 din frecventa de 625KHz . Semnalul
de eroare de la iesirea comparatorului de faza comanda oscilatorul OCT care
oscileaza pe frecventa de 2,5MHz ( 2,5MHz = 160fH ).
Din aceasta frecventa prin divizare cu 4 (2 bistabile în cascada) se
obtine frecventa 40 fH. Prin alegerea corespunzatoare a iesirilor divizorului cu
4 se obtin simultan semnalele Φ1 Φ2 Φ3 Φ4 defazate intre ele cu 90° si
frecventa 265KHz. (vezi diagrama de impulsuri fig.34b)
In functie de semnalul de 25Hz de comutare a capetelor video, una
dintre fazele Φ1---Φ4 este disponibila la iesire.
I.5.2.4.1. Inregistrarea semnalelor de sincronizare a pistelor
La redarea semnalului video inregistrat pe banda este necesar ca
motorul discului cu capete (DRUM SYST.ASS'Y) si cel de antrenare a benzii
(cabestan) sa se roteasca astfel incit fiecare cap sa citeasca pista proprie. în
acest scop, în partea de jos a benzii sunt inregistrate semnale pentru
sincronizarea pistelor CTL (Control Traking Signal). Semnalele inregistrate
sunt obtinute din impulsurile de sincronizare pe verticala ale SVCC (fig.34.d).
a- impulsurile de sincronizare pe verticala (Sv )
b- forma de unda a curentului de înregistrare pt. pista de sincronizare
(CTL)
c- semnalul obtinut de la capul de citire imp. de sincronizare (CTL)
d- semnalul refacut pt. comutarea capetelor video
fig. 34.d
La înregistrare, impulsul alocat capului CH1 are o durata mai mare de
20ms.scopul de a fi detectat ulterior. Intrucît nu intereseaza decit fronturile
acestui semnal, curentul de înregistrare prin capul CTL se alege cu 10 % mai
mare decît cel necesar pentru saturatia benzii . Duratele corecte sunt refacute
dupa citire, cu ajutorul unor circuite de refacere. (monostabile)
I.5.2.4.2. Inregistrarea si redarea video pentru standardul
SECAM
Schema bloc al circuitului de inregistrare pe banda pentru sistemul
SECAM este data în fig.35 în aceasta figura s-au desenat si formele de unda
mai importante. Se observa ca ramura de prelucrare a luminantei ramine la fel
ca pentru sistemul PAL. Diferentele apar doar la inregistrarea crominantei.
Intrucit în SECAM exista 2 subpurtatoare de crominanta modulate MF (Dr si
Db) cu frecventele 4,462 si respectiv 4,25MHz, acestea, dupa parcurgerea
filtrului FB1 si a circuitului de preaccentuare si limitare LIM2 , sunt divizate
cu 4 cu ajutorul unei cascade cu 2 bistabili. Se obtin frecventele de
crominanta transpuse în joasa frecventa, si anume D'R=1,1MHz si D'B=1,06
MHz. Acestea , dupa trecerea printr-un filtru trece jos pentru eliminarea
armonicilor superioare, si dupa o preaccentuare tip SECAM sunt sumate cu
semnalul de luminanta si inregistrate în banda. Datorita zgomotelor ce apar pe
durata stingerii si a impulsurilor sincro, ca urmare a circuitului de limitare, se
blocheaza calea de crominanta pe timpul derularii impulsurilor de
sincronizare. Acest lucru se realizeaza prin comanda obtinuta la iesirea
monostabilului M1.
fig.35
Impulsul generat de acesta, dureaza de la inceputul impulsului SH si
pina la aparitia burstului. Pe durata aparitiei burstului (M2), este deschisa
poarta burst care permite trecerea acesteia spre filtrul TB2 , axat pe 4,5 MHz.
Dupa trecerea prin filtru, datorita flancurilor acestuia, (fig.35) burstul cu
frecventa 4,4MHz va avea o amplitudine mai mare iar cel cu frecventa
4,2MHz va avea o amplitudine mai mica. Dupa trecerea prin circuitul detector
de amplitudine ”1” se obtin niste pulsuri cu frecventa de repetitie egala cu
jumatate din frecventa liniilor adica 7,8KHz.
Aceste pulsuri sunt trecute printr-un filtru FTB3 acordat pe 7,8KHz iar
detectarea acestei frecvente determina comutarea modului de lucru pe
standardul SECAM. Lipsa acestui semnal conduce la comutarea pe modul
PAL. Comutarea standardului se poate face si manual de pe panoul de
comanda al aparatului video.
I.5.2.4.2.a. Sistemul de inregistrare MESECAM
Acest sistem permite inregistrarea si redarea semnalului video în
standardul SECAM , folosind circuitele PAL. Mentionam ca o astfel de
inregistrare nu poate fi redata cu ajutorul unui video echipat cu sistemul
SECAM descris mai sus.
Principiul de functionare este urmatorul:
-se folosesc circuitele PAL
-se suprima rotatia fazelor
-se vor converti cele doua subpurtatoare de crominanta Dr si Db prin
mixare cu 5,06 MHz, ceea ce conduce la obtinerea frecventelor Dr' =810 KHz
si Db'=660 KHz modulate MF
-se inregistreaza Dr' si Db' direct în banda prin sumare cu luminanta,
fara preaccentuare, ca pentru sistemul PAL
-la redare, semnalul inregistrat prcurge etapele descrise în PAL. Se
obtine o calitate mai scazuta a reproducerilor color datorita faptului ca nu s- a
efectuat o preaccdentuare la inregistrarea semnalelor Dr' si Db'.
I.6.Circuite specializate folosite pe calea de redare/ inregistrare a
semnalului video pe banda
I.6.1.Circuitele de sumare a celor doua cai , circuitul de comutare a capetelor,
preamplificatorul de redare
Exista o mare varietate constructiva pentru aceste circuite realizate cu
componente discrete sau integrate specializate. în fig.36a.b. este prezentata o
astfel de varianta constructiva realizata cu componenete discrete.
Semnalul de luminanta si crominanta procesate sunt preluate prin P1 si
P2 . Nivelul semnalului de crominanta se regleaza cu 10 - 12 dB mai mic decit
cel de luminanta. Amplificarea data de amplif. A1 este determinata de grupul
R5, R6 , R7,C2, care efectuiaza si o corectie de frecventa.
fig.36a
Semnalul comun de luminanta si crominanta este aplicat tranzistoarelor
T1,T2 care lucreaza ca generatoare comandate de curent în contratimp.
Sarcina acestui etaj consta în transformatoarele rotative Tr1 si Tr2 care
asigura cuplajul a cele doua capete CH1 si CH2. Pe pozitia inregistrare,
punctele A si B sunt puse la masa prin T3 si T4, în timp ce T5 ramine blocat.
Pe pozitia redare tranzistorul T5 se satureaza punind la masa
extremitatea comuna a transformatoarelor de cuplaj, iar T3 si T4 fiind blocate
se asigura semnal la intrarea preamplificatorului. în schema de principiu a
preamplificatorului T5 T3 T4 sunt figurate sub forma de contacte inchise
respectiv deschise.
fig 36.b.
Trimerii Cv1 si Cv2 se regleaza la rezonanta cu inductanta echivalenta
reflectata a capului CH1 CH2 , pentru o frecventa de 4,9 MHz. Prin circuitul
"reglaj Q" si P2 se asigura o amplitudine de circa 3 ori mai mare a raspunsului
la 4,4MHz fata de 2MHz. Validarea semnalului spre iesire de la cele doua
amplificatoare selective se face prin circuitul de comutare a capetelor
comandat de impulsurile PG (25Hz).
I.6.2 Circuitul de compensare a defectelor de inregistrare
"drop-out"
Acest circuit are rolul de a compemsa lipsa accidentala a semnalului
video citit de capetele de redare. Este vorba despre deficiente de redare
datorate zgirieturilor de pe banda sau a particulelor de praf care pot obtura
accidental si aleator (pentru scurta durata ) intrefierul capului de citire.
fig 36.c
Sa presupunem ca la un moment dat, în timpul citirii unui semicadru de
catre unul din capete, pe linia 44 exista o lipsa a semnalului inregistrat . în
acest moment, un circuit electronic detecteaza lipsa semnalului si determina
inlocuirea acestuia, cu cel existent pe linia anterioara (43). în acest scop
trebuie sa se dispuna de semnalul citit cu o linie în urma deci este nevoie de o
linie de intirziere de 1H. Functionarea schemei bloc cu aceste precizari este
urmatoarea:
Detectorul de nivel D1 se activeaza si genereaza la iesire un plus de
tesiune, numailipsa semnalului video (sau daca acestsa scade sub un anumit
nivel). Daca detectorul de nivel nu este activat atunci semnalul de intrare se
regaseste la iesire neafectat (semnalul E).
Acest semnal se aplica liniei de intirziere 1H (64µs pentru PAL si
SECAM ) si se va regasi intirziat la intrarea 1 a portii P1 . Daca detectorul de
nivel D1 sesizeaza scaderea semnalului la iesirea amplificatorului A1, atunci
se comanda prin generatorul de puls poarta P1 în sensul deschiderii canalului
1-2 . în acelasi timp este comandat comutatorul de iesire de pe pozitia 1-3 pe
pozita 2-3. Se realizeaza astfel inlocuirea semnalului ce lipseste cu unul
aproximativ la fel cu cel original, stiut fiind faptul ca diferentele de la o linie
la alta atit, pentru luminanta cit si pentru crominanta sunt în general foarte
mici.
Lipsa circuitului de corectie "drop-out" se manifesta pe imagine sub
forma unor linii sau puncte aleatorii albe sau negre, cu atit mai dese cu cit
calitatea benzii sau a inregistrarii este mai proasta.
I.6.3Circuite de blocare a culorii
In cazul în care semnalul de crominanta, are o valoare redusa datorata
unei inregistrari defectuase, atunci este de preferat blocarea caii de crominanta
, intrucit, functionarea demodulatorului de culoare cu nivel mic de
crominananta conduce la o imagine zgomotoasa si foarte suparatoare pentru
observotorul uman. în figura de mai jos este prezentata o schema de principiu
cu functionarea în PAL, NTSC, SECAM.
C3 R6
C1
R1
R2 R3
R4
R5
C2
L1
T1 T2
L2
C5
C4
D1
D2
C7
C8
A1+
-A
R7
R8
R9
C6
R12
P1
R10
R11
U3
U2
INTRARECROMINANTA
Alimentatla inregistrare
Semnalaxat
+
-
+
+ +
Impulsuri poarta burst
Uc8
U1
U1
U2
t(Burst)
AT3
Filtru4,5MHz
T4
C9
C10
D3
D4
P2 C11
R15
R14
R13
1/15,6KHz
1/7,8 Khz
7,8KHz
fig.37
Decizia blocarii culorii se poate face manual sau automat. Pe pozitia
"automat", decizia se ia la inregistrare functie de amplitudinea semnalului
burst, iar la redare functie de sincronizarea buclei de faza, descrisafig.33.
Semnalul de crominanta este amplificat de tranzistorul T1. Grupul L1C2,
acordat pe frecventa burstului, asigura o decuplare selectiva a rezistorului R3
din emitator.
Tranzistorul T2 se afla în starea blocata, datorita rezistorului R7. La
aplicarea impulsurilor de "poarta burst" , (pe durata existentei salvei de
sincronizare) prin C3R6 , T2 se deschide si semnalul de crominanta ( în cazul
de fata burstul) trece de la T1 la T2 care il amplifica prin circuitul selectiv R9
L2 C5. Din acest punct semnalul se ramifica în 2 parti . Pentru PAL-NTSC,
semnalul este fixat cu ajutorul circuitului de fixare C6 D1P1, fata de tensiunea
U1. (vezi graficul din fig.37). Urmeaza o detectie de virf , D2C8, iar tensiunea
de pe C8 este comparata cu U2 determinata de R11 R12. La scaderea burstului
sub o anumita valoare, UC8 devine mai mic decit U2 si A1 basculeaza
determinind bloarea caii de crominanta
Pentru SECAM (ramura A)
Semnalul amplificat în curent ( repetorul T3) este trecut prin filtrul de
4,5 MHz obtinindu-se cele doua semnale burst de 4,2 MHz si 4,4MHz cu
amplitudine diferita. Dupa treceea prin filtrul din colectorul lui T4 se obtine
frecventa de 7,8 KHz (similar ca în fig.35) . Dupa fixarea nivelului prin C10
D3 P2 si detectia facuta de D4 C11, urmeaza compararea cu tensiunea U2',
dupa care functionarea este la fel ca pentru circuitul PAL.
I.6.4 Circute de crestere a raportului semnal - zgomot
Sunt cunoscute metode anlogice si digitale de îmbunatatire a raportului
semnal-zgomot. Se folosesc pentru ambele metode particularitatile semnalului
videocomplex, cum ar fi corelarea puternicã ce exista intre semnalele de pe
liniile vecine sau din cadrele vecine si deasemeni sensibilitatea diferita a
ochiului uman pentru frecvente din spectrul SVCC ce reproduc detalii fine ale
imaginilor transmise. în fig.38 este data schema de principiu a unui circuit de
reducere a zgomotului, prin detectarea acestuia într-o anumita bandã de
freventã si scãderea lui din semnalul initial.
1
243
1
23’
4
+
- Lim+
-A2A1
0,5MHz fig.38
In graficul 1 din figura este prezentat SVCC afectat de zgomot
(zgomotul cel mai suparator este situat la frecvente mai mari de 800 KHz si
se manifestã ca o granulatie aleatoare suprapusa peste imagine ). Acest semnal
este aplicat la intrarea ”+” a amplificatorului A1. La cealata intrare “-“ este
aplicat semnalul ”2” care rezulta în urma filtrarii cu un filtru trece jos 0 - 500
MHz. Semnalul astfel filtrat nu mai are nici componentele utile de inalta
frecventa, deci va avea fronturile foarte rotunjite.(corespunde la cinci imagini
sterse, fara contururi ferme).
Semnalele din punctele 1, 2, 3, 4 pot fi evidentiate simbolic astfel:
1 : S + I + N
2 : S
3 : "1" - "2" = S + I + N – S = I + N
3’ : N
4 : S + I + N - N + S + I = k( S + I )
Unde S = semnal video de joasa frecventa ,
I = semnal video de înalt a frecventa,
N = semnal de zgomot
Din forma de unda 3 se constata totusi ca frecventele inalte,
corespunzatoare fronturilor semnalului video, sunt de amplitudine mai mare
decit zgomotul. în consecinta dupa trecerea prin limitator, forma de unda 3’ va
contine în principal numai zgomotul imaginii. Prin scaderea semnalelor 3’ si 1
se obtine semnalul 4. Acesta are fronturile aproximativ refacute si zgomotul
de o anumita frecventa eliminat. Se foloseste acest tip de circuit pentru semnal
video de amplitudine mare.
In fig 39 este prezentata schema unui circuit de reducere a zgomotului
cu functionare asemanatoare. Diferenta consta în faptul ca semnalul util
pentru operatia de sumare (forma de unda 3’ la intrarea sumatorului A2) este
semnalul ce depaseste limitele impuse de luminator (D1D2) .
+
+
+
-
A2A1
Inv
T2
R7OUT
D1
D2
R5
R6 C4 R4C5
T1
C3
R2R3
C2
R1
C1
IN1
2“
2
4
3’
4
2“
22’
3
3
3’
3’
fig 39.
Semnalul de intrare zgomotos 1 este filtrat FTJ si se obtine 2 si 2'. Prin
scaderea semnalelor 1 si 2' si prin limiatre cu diodele D1 si D2 se obtine 3’-
(forma de unda corespunzatoare practic numai tranzitiilor bruste) . în acelasi
timp semnalele 2 cu fronturile tesite, se sumeaza cu o parte a semnalului 1
care trece priun C2 de valoare mica, deci cu semnale corespunzatoare unor
tranzactii bruste si de amplitudine mare rezultind semnalul 2’’, filtrat de
zgomot dar totusi cu fronturile corespunzatoare frecventelor ridicate usor
refacute. Acest semnal se sumeaza cu 3’ , corespunzator fronturilor ce au
trecut de limitator si reface practic semnalul initial video cu o pondere mai
mica de zgomot.
Functionarea fiind pur analogica determinarea valorilor constantelor de
timp se face organoleptic pentru a se obtine o senzatie de imagine cit mai
putin zgomotoasa si care totusi sa reproduca acceptabil si detaliile fine.
In fig.40 este prezentata schema unui circuit bazat pe corelatia existenta
intre liniile de imagine vecine.
De la capulvideoMF
LIM
DEMOD
Y+N1 T1
64 sµ1H
T2
Y+N2
A1A2
OUT
Y+N
N2=zgonotul liniei n-1
N1=zgomotul liniei n
+-
++
Linie intirziere
fig.40
Circuitul permite reducerea practic la jumatate a continutului de zgomot
de pe semnalul video. Semnalul video obtinut de la demodulatorul MF, afectat
de zgomot este notat Y+N1 iar semnalul video la iesire este notat Y+N. Dupa
tranzistorul T1 repetor pe emitor , semnalul este distribuit în doua directii :
una catre amplificatorul A1 iar alta catre linia de intirziere 1H de o linie video
(64µs).
La iesirea tranzistoruluiT2 se gaseste sincron cu Y semnalul de pe linia
anterioara Y+N2 (se considera ca luminanta Y este aceeasi pentru doua linii
consecutive).
Circuitul A1 executa diferenta celor doua semnale de la intrari iar A2
suma semnalelor aplicate la intrarile sale. Presupunem la iesirea circuitului un
semnal videocomplex cu zgomotul aferent, de forma Y+N (s-a considerat ca
semnalul de luminanta de pe cele doua linii care intra în circuit sunt practic
identice). în aceste conditii sumarea algebrica realizata cu A1 si A2 conduce
la urmatorul rezultat :
Y + N1 - (Y + N) + Y + N2 = Y + N
Y + N1 + N2 = Y + 2N,
de unde rezulta
N = (N1 + N2)/2
Intrucit zgomotele N1 si N2 de pe cele doua linii pot fi considerate
complet necorelate, acestea nu se sumeaza si senzatia vizuala este de reducere
cu circa 1/2 a ponderii acestora.
I.6.5 Demodulatorul MF
Variante constructive mai vechi foloseau circuite de comutare pentru
realizarea demodularii MF conform fig.41
fig.41
U1 reprezinta semnalul inregistrat, modulat în frecventa si limitat. Dupa
trecerea acestuia printr-un circuit de derivare si o redresare dubla se ontine
semnalul U2 de comanda pentru T1. Atit timp cit T1 este blocat,
condensatorul C se reincarca la curent constant prin generatorul de curent T2.
Tensiunea Uc este liniar descrescatoare. T4 aduce la “0” tensiunea Uc, la
primirea impulsurilor scurte din baza lui T1. Dupa repetorul T3 se extrage din
U3 printr-un filtru trece jos semnaalul modulator care este componenta
continua lent variabila, desenata punctat în fig.41.
Acest tip de demodulator se mai intilneste în componenta circuitului de
reglare automata a turatiei si se va reveni asupra lui.
De obicei pentru semnalul video se foloseste demodulatorul de produs.
Acesta este constituit dintr-un multiplicator analogic dublu echilibrat.
τ2(f)τ1(f)
∆
τ(f)
U
f min f maxUzual f apartine(1-6MHz)=> U ~3V
∆
∆
C1 C3
C2 f1+f2
f1-f2
f2
f1
Pentru f1 = f2=> 2xf1 si “0”
f1
f1
FTJ
f1-f1=0
J.F. proportinala cu
τ(f)
τ(f)
fig.42
Daca se aplica multiplicatorului frecventele f1 si f2 atunci la iesire se
vor gasi f1+f2 si f1-f2. Pentru cazul cind f1îf2 la iesire se va gasi f1+f2 si o
componenta continua de joasa frecventa proportionala cu defazajul dintre f1 si
f2.
In consecinta la intrare multiplicatoruui se va aplica frecventa f1 pe
poarta "1" si f1 defazata pe cealata poarta. Circuitul de intirziere este functie
de frecventa aplicata. Caracteristica de raspuns ∆U iesire functie de ∆f intrare
este data în fig.42
Blocurile de prelucrare video prezentate anterior se gasesc de obicei
constituite intr-un singur circuit integrat.
Un exemplu în acest sens esate dat în fig.43.
Limit.
Zgomot
Limit.
Demod.
MF
F.T.J.
Amplif Y
Amplif.
Video
Sumator
Dela corectorul Drop-Out
R1L1
C1
R2 R3
R4C2
4
C3 C4
C5
6
7
9
11
Semnal
video Y
R5
T2 C8R10
C9
P1 L3C7
R8
D1 D2
R9
R6L2C6R7
T1
SVCC
OUT
Cromminanta
C out
Y out
100KHz 700 2MHz
f
A(dB) reglaj P1
fig.43.
Semnalul obtinut dupa corectia drop-out (modulat MF) este amplificat
de T1, avind o caracteristica de frecventa crescatoare, pentru a asigura
limitarea corecta si a semnalului de frecventa inalta. Semnalul trece apoi în
circuitul de limitare (pin 4) si în circuitul demodulator MF. La pinii 6 si 7 se
conecteaza reteaua de intirziere τ(f) , iesirea 9 este trecuta prin FTJ pentru a
obtine semnalul video Y(t). Aceasta este aplicat tranzistorului T2. în emitorul
acestuia se afla un circuit rezonant acordat pe 2 MHz, determinind o crestere a
amplificarii . Prin intermediul lui P1 se dozeaza supracresterea pe 2 MHz.
Efectul consta în accentuarea fronturilor semnalului de imagine.
Componentele C8 R10 realizeaza dezaccentuarea, compensînd accentuarea
facuta la modularea MF de la `nregistrare. Tot în emitorul lui T2 este montat
grupul L3 , C7, R8.D1 D2, care realizeaza deasemeni o reactie negativa
selectiva dar sensibila la amplitudinea semnalului.
Circuitul intra în functiune la semnale de amplitudine mare refacind
fronturile abrupte. Corectia este necesara datorita neuniformitatii de percepere
a ochiului uman . în continuare semnalul trece printr-un circuit de reducere a
zgomotului, dupa care este sumat cu semnalul de crominanta prelucrat separat.
Dupa o amplificare comuna , semnalul refacut este adus la iesire. Valoarea
standard este de 1Vw/75Ω (SVCC). Functie de natura utilizatorului, la iesirea
unor aparate video sunt disponibile si separat semnalele de luminanta (Y) si de
crominanta(C).
Facem precizarea ca semnalul de crominanta poate fi accesibil la iesire
fie cu purtatoare de 4,43MHz (notat C443) fie cu purtatoare de 627 KHz
(notat C627 )
I.7. 1. Prezentarea diferitelor formate de înregistrare video
Pânaprezent a fost prezentat principiul de baza folosit de toate firmele producatoare de aparatura video de înregistrare/redare, utilizând un tambur rotativ cu doua capete. In continuare vom analiza câteva realizari tehnice, care au condus la cresterea spectaculoasa a calitatii semnalului reprodus, aplicate mai întâi la aparatura de studio si în prezent si la aparatura de larg consum. Aceste metode au condus la aparitia diferitelor standarde sau formate de înregistrare: Video 2000, Video 8, S-VHS HI-FI, HQ, Betacam, MII etc.
I.7.1.1. Sistemul V 2000
Acest sistem a fost creat de firmele PHILIPS si GRUND1G1980. înregistrarea elicoidala
este facuta pe jumatate din latimea benzii video (care pastreaza latimea de 12,65 mm, ca la VHS). Din acest motiv caseta poate fi cititaambele sensuri, conducând la dublarea lungimii de înregistrare. Capetele magnetice sunt plasate pe un tambur rotativ cu diametrul de 65mm, având azimuturile de ±15°.
Datorita latimii pastilei video de numai 22,6 \xm si aîntrefierului mai mic, se pot înregistra componente spectrale ale semnalului modulat MF pâna la maxim 8 MHz.
…………………..
Deviatia de frecventa este situata între 3,3 MHz si 4,8 MHz. Ca element de noutate, fata de sistemul VHS, îl constituie lipsa pistei de sincronizare si introducereacompensatie, pentru pastrarea sincronizarii, a unui set de cinci frecvente, notate /, ¦ *¦ f5. De asemenea, pastilele video sunt montate pe tamburul cu capete prin intermediul unor cristale electrostrictive. Valorile frecventelor sunt urmatoarele: fx = 102,187 kHzJ2= 116,786 kHz,f3= 148,637 kHz, f4 = 163,5 kHz, f5 - 222,95 kHz.
Semnalele cu frecventele /",, fv f4 si f3 se înregistreaza succesiv pe pistele determinate de ChA si ChB, prin însumare cu semnalele de luminanta. Spectrul înregistrarii arata cafigura 47.
F I S U R A 47
Frecventele pilot ( DTF-Dynamic Track Following) sunt alese astfel încât diferenta dintre /, si f2 este de 15 kHz, iar diferenta dintre f3 si /", este de 47 kHz. înregistrând cele patru semnale, cu frecventele fv f2, f3 si f4, prin intermediul capetelor ChA si ChB,succesiunea 1, 2, 4 si 3, la redare capul ChA va citi, de exemplu, semnalul cu frecventa proprie fv precum simod parazit, prin diafotie, semnalele cu frecventele f3 si f2. Prin mixare si filtrare se obtin semnalele cu frecventele f2 - fx = 15 kHz si f3 - /, = 47 kHz.mod similar capul ChB va citi semnalul cu frecventa f2 si parazit semnalele cu frecventele fx si f4, rezultând semnalele cu frecventele f4 - f2 - 47 kHz si f2 - fx - 15 kHz. Prin compararea amplitudinilor celor doua semna le se deduce daca este realizata urmarirea exacta a pistei înregistrate de catre capul rotativ. Semnalul ………………
de eroare este aplicat servosistemului de comanda a motorului cabestanului si
cristalelor piezoelectrice pe care sunt montate capetele A si B pentru centrarea precisa pe mijlocul pistei.
Cea de a cincea frecventa este folosita la înregistrare. La înregistrare capul ChB este fix fata de discul cu capete,sensul ca tensiunea aplicata cristalului piezoelectric este fixa.
în acelasi timp, pentru cristalul capului A se aplica o tensiune de comanda (între + 150 V si - 150 V) pentru pozitionarea precisa a pistei descrise de capul A între pistele descrise de capul B.acest scop semnalul cu frecventa f5 este înregistrat pe banda simultan cu celelalte semnale, pe durata a 1,5 linii de imagine situateintervalul stingerii pe verticala, pentru a nu perturba suplimentarzona cursei active. Dupa înregistrarea semnalului cu frecventa fs sistemul trece pe pozitia redare tot pentru o durata de 1,5 linii de imagine.acest timp se compara semnalele citite parazit de pe pista învecinata (scrisa de capul ChB) cu semnalul citit asemanator de catre capul A. Daca exista diferente, acestea se traducaplicarea unui semnal de corectie pe cristalul piezoelectric al capului A,scopul eliminarii erorii.figura de mai jos este reprezentata situatia descrisa anterior pentru sistemul V 2000.
F I S U R A 48
Sistemul V 2000 (cu varianta V 2020) nu este prea raspândit. A fost totusi prezentat pentru noutatea introdusa de folosirea frecventelor pilot pentru urmarirea precisa a pistelor elicoidale. Acest procedeu a fost preluat de sistemul 8 mm.
………………….
I.7. 1.2. Sistemul 8 mm
Sistemul a fost produs de firma SONY1984. Principalul obiectiv a fost reducerea considerabila a dimensiunilor casetei video, pentru a putea fi utilizata camera video miniatura, dotata cu dispozitive videocaptoare integrate de tip CCD. De asemenea, cu toate ca dimensiunile s-au redus, fiind comparabile cu cele ale casetelor audio, parametrii imaginii reproduse s-au îmbunatatit fata de cei ai sistemului clasic VHS.
Dimensiunile casetei sunt 95 x 62 mm, latimea benzii video este de 8 mm (1/3 inch), iar viteza de deplasare a benzii de 2 cm/s, pentru sistemul PAL asigurând o durata a
înregistrarii de 90 min; latimea pistelor video este de 34,4 µm. Diametrul tamburului cu capete este de 40 mm, iar azimuturile celor doua capete sunt de ±10°. Viteza de rotatie a discului cu capete este de 1500 rot/ min.
Datorita întrefierului mic al capetelor video, frecventa maxima se apropie de valoarea de 8 MHz. Spectrul de frecventa al semnalelor electrice aplicate capetelor video este asemanator cu cel prezentat la sistemul V 2000, cu deosebirea ca sunt folosite numai frecventele pilot f1
– f4. În locul semnalului cu frecventa f5 se pastreaza o pista separata longitudinala de sincronizare. Suplimentar fata de sistemul V 2000 sunetul este înregistrat cu ajutorul capetelor rotative, prin modulare MF a unei purtatoare, si în plus prin modulare PCM.În acest scop banda video înfasoara discul cu capete pe o portiune mai mare, si anume 221°.
Unghiul de 221° se descompune astfel: 180° sunt folosite pentru pistele video normale, 36° pentru pistele audio PCM în continuarea pistelor video, iar 5° sunt folosite drept spatiu de garda, pentru suprapunerea corecta la schimbarea capetelor (intrarea si iesirea de pe pista). Tot în aceasta zona de 5° se înregistreaza si semnalele cu frecventele pilot.
Configuratia pistelor este datafigura 49. Se observa din figura ca frecventa purtatoare medie video de 4,8 MHz pentru luminanta
este superioara celei a sistemului VHS initial. Excursia de frecventa este 4,2 - 5,4 MHz, iar la sistemul Video HI 8, aparut ca o perfectionare a primului, frecventa purtatoare medie este 6,7 MHz, cu o excursie de 5,7 - 7,7 MHz. Acest lucru a fost posibil printr-o constructie speciala a capetelor magnetice, cu un întrefier redus aproape la jumatate fata de sistemul VHS.
De obicei, pe discul cu capete video se mai monteaza înca un cap suplimentar pentru „stergere cu cap volant". Asupra acestui procedeu, care permite montajul fara perturbatii pe imagine a mai multor secvente video, se va reveni în cele ce urmeaza. …………………..
F I S U R A 49
Ca o particularitate a sistemului Video 8 mm se remarca folosirea a trei modalitati de înregistrare a sunetului:
-o înregistrare longitudinala, care are performante scazute datorita vitezei mici de derulare a benzii; - o înregistrare folosind o purtatoare (1,5 MHz) modulata MF cu semnalul audio si care este însumata cu semnalele video modulate MF. Se asigura o calitate deosebita, apropiata de înregistrarile pe CD. Are dezavantajul ca se pierde o data cu stergerea informatiei video cu cap volant; - o înregistrare facuta, de asemenea, cu capetele video rotative (PCM), dar într-o zona fizica diferita de înregistrarea video a semnalelor de luminanta si crominanta. Modulatia PCM asigura, de asemenea, o calitate deosebita si în plus nu se sterge o data cu stergerea pistelor video, acest lucru fiind un avantaj în procesul de montare a secventelor în videostudiouri TV.
……………………….
I.7. 1.3. Sisteme derivate din VHS
I.7. 1.3.1. Sistemul Super VHS (S-VHS)
Evolutia tehnologica a determinat aparitia unor noi tipuri de standarde, superioare, în domeniul videocasetofoanelor. Aceste noi standarde trebuie sa tina seama de principiul compatibilitatii, în sensul pastrarii acelorasi dimensiuni pentru videocasetele utilizate si a posibilitatii noilor aparate de a reda vechile înregistrari.
Sistemul Super-VHS (sau S-VHS), lansat de firma JVCanul 1989, asigura o compatibilitate partiala. Aceasta înseamna ca vechile înregistrari VHS sunt perfect compatibile cu noile tipuri de videocasetofoane, în schimb înregistrarile S-VHS nu se pot reda cu vechile aparate de tip VHS. Îmbunatatirile aduse de sistemul S-VHS sunt si mai spectaculoase în ceea ce priveste videocamerele. Vizualizarea unor imagini de o calitate sensibil sporita este posibila doar utilizând receptoare de televiziune adaptate noilor norme.
Caracteristicile principale ale sistemului S-VHS
a).Spectrul semnaluluisistemul S-VHS
În figura 50 sunt reprezentate spectrele celor doua sisteme: VHS si S-VHS. Se poate remarca faptul ca excursia de frecventa a semnalului FM creste de la 1 MHz la 1,6 MHz, ceea ce determina îmbunatatirea raportului semnal/ zgomot.
în timp ce purtatoarea de culoare (crominanta) ramâne neschimbata la 627 kHz, purtatoarea de luminanta FM trece de la 3,8/4,8 MHz la 5,4/7 MHz, ceea ce determina cresterea benzii de trecere de la 2,9 MHz la 4,5 MHz.
Preaccentuarile se deplaseaza la 70 % pentru negru si 110 % pentru alb. ………………..
F I G U R A 50
…………………
b). Videocaseta S-VHS.
Tipurile de casete utilizate în cadrul sistemului S-VHS folosesc benzi magnetice cu ultraînalta densitate de sarcini magnetice.
O comparatie între curbele de raspuns ale benzilor magnetice VHS si S-VHS este prezentatafigura 51. Se poate observa o ameliorare sensibila în cel de-al doilea caz. Este posibila si o crestere a preaccentuarilor utilizateîn sistemul VHS. Casetele de tip S-VHS se pot
utiliza, fara nici o problema, si pe videocasetofoanele VHS, fiind de o calitate mai buna chiar decât tipurile profesionale de casete video utilizate în VHS.
FI S U R A 51
……………………
Capul de stergere rotativ, creat de firma Sony pentru sistemul sau Video 8, este si el prezent în videocasetofoanele S-VHS.
I.7. 1.3.2. Sistemele VHS HQ si Hi-Fi.
Aceste sisteme sunt, de asemenea, rezultatul îmbunatatirilor tehnologice, dar si de principiu a sistemului VHS standard.
Varianta VHS HQ, aparutaanul 1985, prezinta o crestere a calitatii imaginii redate, bazata pe doi parametri: ridicarea nivelului de limitare a supracresterilor la alb de la 60% la 80% si regenerarea prin metode electronice a detaliilor fine ale imaginii.
Varianta VHS Hi-Fi introduce modificari constructive ale tamburului cu capete, înregistrarea audio facându-se cu o a doua pereche de capete rotative, plasate la 60° fata de perechea de capete video, având azimuturile ± 30°. Purtatoarele de sunet au frecventele de 1,4 MHz si 1,8 MHz, modulate MF. Datorita frecventelor mai mici a purtatoarelor de sunet fata
FI S U R A 52
de purtatoarele de luminanta (4,3 MHz), adâncimea de patrunderebanda este mai mare. Peste pistele astfel înregistrate se face înregistrarea video cu o profunzime mai mica. …………………
Dimensiunea capului audio este mai mica decât a capului video, acesta din urma fiind de dimensiunea capului video din varianta VHS standard.
Pozitionarea pistei MF audio la mijlocul pistei MF video înregistrate se face prin plasarea capetelor audio putin decalat pe verticala fata de capetele video.
Structura a doua linii elicoidale astfel înregistrate prin multiplexare în adâncime (D-MPX) este redatafigura 62.
F I G U R A 62
I.7. 1.3.3. Formatul VHS-C
Acest format a aparut o data cu necesitatea miniaturizarii camerelor video cu posibilitatea înregistrarii pe caseta si, de ase menea, ca o replica a formatului 8 mm. Este vorba de folosirea unei casete de dimensiuni reduse, dar folosind banda video de 12 mm. Dimensiunile casetei sunt 92 x 59 mm si sunt prezentate în figura 63, comparativ cu o caseta VHS standard.
Dimensiunile capului video rotativ sunt reduse, iar pentru a pastra compatibilitatea formatului înregistrarii pe banda au fost introduse înca doua capete video, decalate cu 90° fata de primele.
Înfasurarea benzii pe cap este de 270°. Datorita reducerii diametrului tamburului cu capete de la Ø = 62 mm la Ø = 41,3 mm, pentru pastrarea formatului înregistrarii s-a crescut corespunzator turatia acestuia de la 1500 rot/min la 2250 rot/min. În aceste conditii cele patru capete video vor descrie pe banda piste elicoidale identice ca format ca în cazul sistemului VHS standard. Situatia este prezentatafigura 64.
……………….
F I S U R A 63
F I S U R A 64, a
Similar cu standardul VHS-C a aparut si o varianta miniaturala a sistemului 8 mm, denumita Video 8 Compact. Se foloseste un tambur rotativ cu diametrul redus de la Ø = 40 mm la Ø = 26,7 mm pe care sunt montate doua perechi de capete video, decalate cu 90° între ele. Turatia discului cu capete este crescuta corespunzator de la 1500 rot/ min la 2250 rot / mon,iar unghiul de înfaturare al benzii pe tamburul cu capete este de 292°.
…………………….
I.7. 1.4. Formatele profesionale (Betacam, Formatul M, MII, L)
Formatul Betacam, dezvoltat de firma SONY, foloseste caseta video a formatului Betamax, dar modul de înregistrare a informatiei video este total diferit. Pentru asigurarea unei benzi de frecventa video cât mai mare s-a recurs la înregistrarea pe componente separate a semnalului de luminanta, Er si a celui de crominanta, Ec. În aceste conditii luminanta modulata MF va ocupa o pista video, iar crominanta sub forma semnalelor diferenta de culoare, R-Y si B-Y, va ocupa o a doua pista elicoidala. O
particularitate în plus o constituie faptul ca cele doua semnale de crominanta corespunzatoare unei linii de imagine, sunt înregistrate separat, tot pe durata unei linii de imagine, dar comprimate în timp. Astfel ambele semnale, comprimate la jumatate fiecare, vor ocupa împreuna aceiasi durata ca si linia de imagine a luminantei.
F I S U R A 66
…………………………..
Acest lucru nu afecteaza calitatea imaginii TV color reprodusa, întrucât se stie ca banda de frecventa a semnalului de crominanta este aproximativ jumatate din banda de frecventa a semnalului de luminanta.
Procedeul este ilustrat de figura 66, unde sunt prezentate câteva piste elicoidale consecutive, precum si spectrul semnalelor modulate MF aferente.
Structura liniilor de imagine n, n+1, n+2,... este datafigura 67.
Aceeasi tehnica este folosita de standardul MII (care foloseste caseta tip VHS), si
anume multiplexarea prin comprimarea în timp a semnalului de crominanta ( CTCM - Chroma Time Compresed Multiplex).
Structura de principiu a unui tambur cu mai multe capete rotative este data în figura 68.
Semnalul audio este modulat MF pe doua canale si înregistrat pe pista semnalului de crominanta de catre capetele rotative respective. În figura se observa perechile de capete care înregistreaza semnalele de luminanta si crominanta (Rec & PB), precum si perechile suplimentare folosite numai la redare (PB). De asemenea, se remarca perechea de capete de stergere volanta.
Compresia în timp a celor doua semnale diferenta de culoare se face prin procedee digitale. Burstul este înregistrat pe banda împreuna cu semnalul de luminanta (crominanta ar reduce la jumatate durata burstului).
………………
Alocarea de frecventa este aproximativ aceeasi pentru MII ca si pentru sistemul L. Deviatiile de frecventa respective sunt:
? fY : 6,63 + 9,2 MHz (2,57 MHz);
?fc : 5,4 H- 7 MHz (1,6 MHz) semnal CTCM.
Formatul M este specific normei NTSC; cele doua semnale de crominanta, I si Q, moduleaza purtatoare diferite: EQ moduleaza MF o purtatoare de 1 MHz, iar E I o purtatoare de 5,5 MHz. Aceste purtatoare sunt înregistrate ca atare pe pista C,timp ce semnalul de luminanta modulat MF este înregistrat pe pista Y. ……………….
De remarcat faptul ca formatul L si MII (care utilizeaza comprimarea CTCM) sunt independente de un anumit standard de televiziune,timp ce formatul M este specific standardului NTSC.
F I S U R A 68
I.7. 2. Procedee de îmbunatatire a calitatii imaginii reproduse
Dupa prezentarea unor sisteme mai performante de înregistrare video, vom analiza în continuare câteva procedee de crestere a calitatii imaginii reproduse de pe benzile video.
VII.2.1. Folosirea procedeului de stergere a pistelor video utilizând capul magnetic rotativ
Sistemul utilizat pentru prima dataformatul Video 8 constaintroducerea pe tamburul cu capete, pe lânga cele doua capete de înregistrare/ redare, a unui al treilea cap destinat stergerii.acest fel stergerea nu se mai face cu un cap separat, plasat pe toata latimea benzii video, ci se sterge pista cu pista. Marele avantaj al introducerii capului de stergere „volant" apare atunci când se doreste introducerea unor secvente video înregistrate cu alte surse video, în scopul realizarii un montaj coerent (destinat de obicei studiourilor TV).
Vom urmari în continuare modul de introducere a unei noi secvente într-o înregistrare deja facuta, operatiune mult mai delicata decât asamblarea secventelor succesive.
În figura 69, a este prezentata schematic modalitatea de realizare a capului de stergere volant pentru sistemul VHS si Video 8. De asemenea,figurile 69, b si c se prezinta comparativ dispunerea pistelor video la începutul introducerii unor noi secvente, la un aparat cu cap de stergere fix si la unul cu cap de stergere volant.primul caz, pe banda, se constata existenta, lânga zona libera (stearsa), a unei zone cu paraziti, datorata faptului ca pistele video care preced noua înregistrare sunt partial sterse. Acest lucru devine vizibilmomentul citirii benzii.
În cazul introducerii unei noi secvente, folosind un aparat care dispune de cap de stergere volant, se poate observa ca noua înregistrare se leaga, fara salturi de imagine si fara paraziti, de cea precedenta.
Sfârsitul introducerii noii secvente da nastere, în cazul unui aparat prevazut cu cap de stergere fix, unor pierderi de imagine si unor paraziti, datorita faptului ca pistele video care urmeaza sfârsitului noii secvente sunt partial sterse. Aceste fenomene dispar în cazul unui aparat cu cap de stergere volant. …………………
F I S U R A 69, a
F I G U R A 69, b
………………..
F I G U R A 69, c
I.7.2.2.
În principiu, pentru efectuarea unui stop cadru este suficienta oprirea înaintarii benzii magnetice (decuplarea rolei presoare de pe axul motorului cabestanului). Imaginea astfel obtinuta este însa instabila si afectata de zgomot sub forma unor benzi orizontale. Acest lucru se datoreaza faptului ca banda fiind oprita, capetele video vor citi partial informatia de pe pista înregistrata corespunzator si partial de pe o pista ce nu le era destinata (adica înregistrata cu azimut opus).
Situatia este ilustratafigura 70.
F IGURA 70
A, B - capete video cu azimuturi încrucisate si întrefieruri standard
………………. Liniile de paraziti vor fi situate deasupra sau dedesubtul imaginii atunci când capetele
sunt centrate pe pista (aranjate simetric fata de începutul si sfârsitul semicadrului citit). O prima îmbunatatire a acestui neajuns o constituie folosirea unui al treilea cap montat în imediata vecinatate a unuia din capetele de lucru sau folosirea unui cap magnetic dublu, ca în figura 71.
Notam cu A si B cele doua capete principale. Capul A' introdus suplimentar (fig. 71.a.)are acelasi azimut ca si A. La redare, în modul stop cadru, se
FISURA 71, a
A, B - capete video cu azimuturi încrucisate A, A' - capete video cu azimuturi identice §i întrefieruri standard
decupleaza capul B si se folosesc capetele A si A'. Întrucât banda nu avanseaza, acestea vor citi mereu aceeasi pista, deci acelasi semicadru. Este sarcina servomecanismului cabestanului sa avanseze banda si sa o plaseze de o asemenea maniera încât citirea sa se faca simetric la începutul si sfârsitul semicadrului. Acest lucru se face prin analiza zgomotului existent pe imagine si actionarea servomecanismului (prin intermediul microprocesorului ce controleaza functionarea, în sensul reducerii la minim a acestui zgomot).
Pentru a compensa pierderile de nivel la începutul si sfârsitul pistei citite, în modul STILL (stop cadru) se folosesc 4 capete video. Se renunta la fo losirea capetelor standard A si B si se face comutarea pe capetele A' si B' (fig. 71, b). Acestea au acelasi azimut si sunt mai late decât cele standard,în scopul acoperirii în întregime a pistei citite.În acest fel se ajunge la constructia tamburului cu 4 capete video, doua pentru modul PLAY si doua pentru STILL.
Toate aceste artificii nu sunt decât procedee de citire mecanica a pistelor video înregistrate, care permit obtinerea stop cadrului si a derivatelor sale (relanti-ul si derularea
cadru cu cadru a imaginilor). Videocasetofoanele moderne folosesc procedee pur electronice, utilizând o memorie de
cadru pentru a „digitiza" o imagine. Astfel de procedee ofera o perfecta stabilitate a imaginii reproduse prin memorarea unui cadru, oferind si posibilitatea introducerii unor efecte video, cum ar fi „stroboscopia" (descompunerea unei miscariparti succesive), „solarizarea" si fragmentarea imaginii într-un mozaic de parti componente.
Prin aceasta digitizare, utilizând o memorie de cadru se poate da posibilitatea introducerii unei alte imagini într-o imagine vizualizata pe ecranul televizorului de control.
Aceasta tehnica este denumita „picture în picture" (pip). Exista posibilitatea de a mari mai mult sau mai putin, de 4, 8 sau 16 ori, o imagine pentru a
scoate în evidenta un anumit detaliu sau o portiune de imagine interesanta (zoom electronic).
Toate aceste operatiuni se pot realiza plecând de la semnale care au beneficiat anterior de o conversie analog/numerica.
I.7.2.3. Înregistrarea sunetului cu ajutorul capetelor rotative
Cele doua semnale audio corespunzatoare pentru o înregistrare stereofonica vor modula MF separat câte o purtatoare. Aceste semnale audio sunt trimise la capetele rotative, la fel ca si semnalele de crominanta si luminanta, simultan cu acestea (procedeu folosit si la formatul Video 8). ……………..
Spectrul de frecventa este dat în figurile 72 si 73 pentru sistemul VHS si respectiv sistemul Video 8 si variantele lor.
F I S U R A 72
………………..
F I G U R A 73
…………………..
Pentru sistemul Video 8 amplitudinea celor doua purtatoare audio este cu circa - 13 dB mai mica decât cea a purtatoarei de crominanta, pentru a evita riscul de intermodulatie.
În varianta mono, purtatoarea MF este centrata pe 1,5 MHz, iar în varianta stereo apare o a doua purtatoare centrata pe 1,75 MHz. Pentru a asigura citirea înregistrarilor stereo pe aparate mono, prima purtatoare se utilizeaza pentru a transmite suma semnalelor stereofonice corespunzatoare canalelor stânga si dreapta (L + R), iar a doua purtatoare se utilizeaza pentru transmiterea semnalului diferenta dintre canalele stânga si dreapta (L -
R). În primul caz compatibilitatea este asigurata de însumarea celor doua semnale, pe când
în al doilea caz reconstituirea mesajului stereofonic se face dupa urmatorul algoritm:
(L. + R) + (L - R) = 2L pentru canalul stânga;
(L + R) - (L - R) = 2R pentru canalul dreapta.
Datorita vitezei relative mari dintre cap si banda, precum si preaccentuarii si dezaccentuarii specifice modulatiei MF, se asigura semnalului audio înregistrat proprietati deosebite, comparabile cu cele ale înregistrarile facute pe compact disc. Dintre acesti parametri mentionam câtiva mai importanti:
- raportul semnal/zgomot: > 85 dB; - dinamica semnalului: > 80 dB; - banda de frecventa: 20 Hz - 20 kHz; - fluctuatii: < 0,005 %.
Dezavantajul constaîn faptul ca o înregistrare audio nu poate fi stearsa decât o data cu înregistrarea video.
I.7.2.3.1. înregistrarea sunetului cu ajutorul capetelor rotative suplimentare, montate pe tamburul cu capete video (procedeu folosit la VHS Hi-Fi)
Se foloseste un tambur rotativ cu doua capete video si doua capete audio. Purtatoarea semnalului audio fiind de frecventa mai scazuta (cea. 1,5 MHz) fata de purtatoarea semnalului video (cea. 4,5 MHz), aceasta se va înregistra cu o adâncime de patrundere mai mare în materialul magnetic al benzii.
Peste aceasta înregistrare se face înregistrarea video cu azimut încrucisat, care are o adâncime de patrundere mai mica (înregistrare de suprafata). Aceasta multiplexare în profunzime „D-MPX" (Depth Multiplex Recorder) este prezentata în figura 74. În figura 74, a se prezinta dispunerea capetelor audio Hi-Fi rotative la un tambur de analiza cu doua capete. La înregistrarea „în profunzime" dispunerea capetelor rotative audio si video pe tambur este astfel facuta încât înregistrarea semnalului audio o precede pe cea a semna lului video. întrefierul capului audio este de circa 0,65 um, în timp ce întrefierul capului video este de circa 0,1 - 0,3 µm.
F I S U R A 74. b
FISURA 74,
……………………..
În figura 74 sunt precizate si azimuturile corespunzatoare capetelor re spective. De
F I S U R A 74, c
asemenea, sunt prezentate variante constructive ale discului cu capete si traseul urmat de banda.
Pistele audio Hi-Fi si cele video sunt centrate unele în raport cu altele ca în figura 74, c. Pentru sistemul VHS Hi-Fi, care utilizeaza aceasta metoda, purtatoarele semnalului de sunet
sunt de 1,4 MHz si 1,8 MHz si sunt caracterizate de o excursie de frecventa de ± 150 kHz.
I.7.2.3.2. înregistrarea numerica a informatiei audio folosind capetele video rotative
Înregistrarea audio se face separat ca pozitionare fizica pe banda fata de înregistrarea video, dar tot cu ajutorul acelorasi capete video. Acest lucru este posibil întrucât înfasurarea benzii magnetice pe discul cu capete se face pe mai mult de 180°. Procesul este utilizat la formatul Video 8, unde unghiul de înfasurare este de circa 221°.
....................... Semnalul audio este convertitsemnal digital PCM (Puise Code Modulation) si aplicat apoi
capetelor video, dupa ce se termina înregistrarea unui semicadru. Spectrul de frecventa ocupat este datfigura 75, iar forma înregistrari în banda este data în
figura 76.
F ISURA 75, a
F I S U R A 75. b
Din analiza spectrului de frecventa se observa ca frecventa semnalului PCM este situata în domeniul de pâna la 200 kHz. De mentionat faptul ca acest semnal nu este simultan cu semnalul de luminanta sau crominanta, el fiind separat fizic pe banda, asa cum s-a mai aratat, si înregistrat dupa semnalul video (corespunde pozitiei unghiulare de 36°). Acest lucru permite stergerea sau înlocuirea semnalului de sunet independent de cel de imagine.
FISURA 76
I.7.2.4. înregistrarea semnalelor pilot
Aceste semnale sunt specifice formatului Video 8, dar si formatului Video 2000. Semnalele respective sunt plasate, din punct de vedere al spectrului de frecventa, în zona 100 HZ - 150 kHz (fig. 73 si 76) si sunt multiplexate în timp cu semnalele video. Aceasta înseamna ca sunt înregistrate cu capetele video rotative, da în ralta zona fizica a benzii, si anume în portiunea corespunzatoare zonei unghiulare de 5° din figura 76.
Referitor la figura 76, se observa ca, în mod alternant, la sfârsitul fiecarei piste video se înregistreaza impulsuri cu frecventele f1 = 101,02 kHz, f2 =117,19 kHz, f3 = 162,74 kHz, f4 = 146,48 kHz.
Capetele video culeg inevitabil informatii si de pe pistele adiacente. Tocmai aceasta informatie (culeasamod parazit) este utilizata pentru comanda servosistemului de antrenare a benzii (fig. 77).
Astfel, când un cap citeste, de exemplu, semnalul cu frecventa pilot f2, el citeste si semnalele cu frecventele pilot f1 si f3, înscrise pe pistele adiacente. Daca nivelurile semnalelor cu frecventele pilot f1 si f3 sunt identice, atunci capul video este perfect centrat pe pista si nu trebuie efectuata nici o corectie de catre sistemul automat de urmarire a alinierii (TRACKING sau ATF). Este cazul capului mobil din figura 77 când V1 - V2 = 0. Tensiunea V1 se gaseste la
bornele circuitului acordat pe 16 kHz, iar V2 la bornele circuitului acordat pe 45 kHz. Aceste frecvente apar prin fenomenul de „batai" (f2 – f1 ; f3 - f2 etc.) între frecventele pilot citite de capete.
FISURA 77
Daca viteza de deplasare a benzii scade, atunci tensiunea corespunzatoare diferentei
frecventelor f2 si f1 va fi mai mare decât cea provenita de la circuitul aferent frecventelor f3 si f2, deci V1 > V2 Diferenta V1- V2 este transmisa procesorului de control, care ia decizia de accelerare a turatiei cabestanului. Lucrurile se petrec în mod similar, determinând scaderea vitezei de rotatie a cabestanului, daca se presupune o tendinta de neurmarire a pistei care provoaca V1 < V2.
Comanda cabestanului nu se face pentru fiecare pista citita, ci numai pentru fiecare a doua, circuitele acordate urmând a se comuta corespunzator.
………………..
I.7.3. Constructia motorului discului cu capete video si a motorului
cabestanului
Motorul discului cu capete (Head Cylinder Motor)
Motorul discului cu capete este de curent continu cu actionare directa,
fara perii . Acest tip de motor a fost ales pentru posibilitatea deosebita de
control a turatiei, stabilitate în functionare si fiabilitate. Vom descrie în
continuare citeva variante constructive.
a. în principal motorul consta dintr-un rotor sub forma unui inel
magnetic cu 16 poli, care se roteste în jurul a trei bobine defazate geometric
cu 120°, avind cite 4 poli fiecare. De asemenea exista si o infasurare
suplimentara dispusa trifazat (decalaj unghiular de 120°) constituind trei
traductoti de pozitie.
fig 55
. în fig.55 este prezentat schematic un astfel de motor, unde sunt
prezentate partile mobile si fixe.
Principiul de functionare consta în a comuta secvential curentul prin
cele trei bobine principale (fiecare cu cite 4 poli, fig 56) creindu-se astfel un
cimp magnetic invirtitor. Inelul rotor ( plasat în exteriorul motorului ) se va
roti la un moment dat pentru a se apropia cu polii corespunzatori de cei creati
de bobinele statorului. Acest lucru este sesizat de detectorul de pozitie care
determina comutarea curentilor pentru a continua rotatia, s.a.m.d.
A
A’
B
B’
A
A’
B
B’
Discul cu capete
partea rotativa
partea fixa
Bobina traductor pozitie
Bobinajul principal (stator)
Rotor format din poli magnetici (16)
Piese polare traductor (8)
In fig.56 este prezentata schematic o sectiune la nivelul A - A' prin
zona traductorului de pozitie. Se observa pe rotor plasate cele 8 piese polare
(magnetice). Acestea invirtindu-se odata cu rotorul , determina modularea în
amplitudine a curentului indus de infasurarea primara în cele 3 secundare.
Fig.56
Infasurarea primara este conectata la un generator de 65KHz si este alcatuita
din 3 parti decalate geometric cu 120° (conf. fig.56).
Fiecare parte este cuplata cu cite o infasurare secundara. Intrucit piesele polare
modifica cuplajul dintre primar si secundare va rezulta o modulare în
amplitudine cu frecventa variabila functie de viteza de rotatie a rotorului.
La rotatia nominala, discul cu capete trebuie sa aiba o turatie egala cu
frecventa cadrelor (25Hz) . în consecinta cele 8 piese polare, la turatia
nominala, vor determina o frecventa modulatoare de f=25Hz x 8piese =
200Hz. Datorita decalajului de pozitie de 120°, frecventa modulatoare este
decalata ca faza tot cu 120° de la un secundar la altul. Aceste semnale sunt
preluate de un circuit detector MA si vor fi folosite pentru comanda curentilor
prin infasurarile principale ale motorului.
Formele de unda la iesirea din traductorul de pozitie si demodulator
MA sunt date deasemenea în fig.56. unde în continuare este data schema
electrica de principiu pentru sectiunea prin zona infasurarilor principale B-B'
precum si blocurile de comanda continute în circuitul integrat asociat
motorului.
Dupa demodularea semnalelor de pozitie A,B,C, se obtin tensiunile
sinusoidale cu frecventa de 200Hz (pentru inregistrare sau redare cu viteza
normala) si decalate cu 120° unele fata de altele. Acest sistem de tensiuni
trifazate sunt amplificate si aplicate tranzistoarelor de comutatie T1 T2 T3.
Acestea vor determina prin cele trei infasurari, a cite 4 poli fiecare, curenti
defazati astfel incit se creaza cimpul magnetic invirtitor cu frecventa de
200Hz, care va determina rotirea inelului magnetic rotor.
Motorul va fi mentinut la turatia constanta prin intermediul tensiunii de
eroare aplicata la pinul corespunzator al integratorului (tensiune marcata cu P
în schema de principiu din fig.53.) .Aceasta tensiune va determina comanda
limitatarii curentului prin tranzistorii T1 T2 T3 astfel incit sa compenseze
tendinta de deviatie a turatiei de la valoarea prescrisa. Semnalul BFG,
nefolosit în cazul descrierii de fata poate fi folosit în alte variante constructive
în bucla de control a turatiei.
b. O alta varianta constructiva o constituie inlocuirea traductorului de
pozitie descris anterior, cu traductori optici (folosind diferiti optocuplori), sau
magnetici folosind senzori Hall.
In fig.59 este prezentata schema de functionare a unui motor de CC fara
peri cu comanda optica.
fig.59
Rotorul este format dintr-un inel magnetic iar statorul erte constituit din
trei infasurari decalte geometric cu 120° Pozitia rotorului este detectata cu
precizie cu ajutorul a 6 senzori optici montati la 60° pe corpul rotorului. Un
disc semicircular montat pe axul rotor permite trecerea luminii si în acest fel
+Vcc
1 3 5
2 4 6
1
6
Circuit
comanda
Fascicullumina
1
2
3
45
6Semnal deeroare
FotoelementeDisc opac
comanda tranzistoarelor corespunzatoare bobinelor generatoare de cimp
magnetic.
O alta varianta constructiva, la care pozitia rotorului este detectata cu
ajutorul unor senzori magnetici, este prezentata mai jos.
fig.60.
Rotorul este format dintr-un inel magnetic alcatuit din 8 poli. Bobinajul
statorului este constituit sin 3 infasurari a cite 4 poli fiecare, dispuse la 90°
una fata de alta. Pozitia este detectata cu 3 senzori HALL, montati la 120°
unul fata de altul.( Senzorul HALL, este alcatuit dintr-un semiconductor care
pe una dintre fete este alimentat cu un curent constant Ih. Atunci cind
perpendicular pe directia curentului Ih apare un cimp magnetic B, se
genereaza o tensiune, notata Uh, culeasa pe celelalte doua fete ale cristalului
HALL , tensiune care are expresia:
Uh = K ( Ih * B / d )
unde : K - coeficient de material HALL
B
d
Ic
Uh120o
Detector pozitiecu senzor Hall
Bobinaj stator(3 infasurari cu4 poli fiecare)
Rotor magnetic
d - grosimea cristalului semiconductor
Ic - intensitatea curentului electric;
B - densitatea de flux magnetic
In general motorul de antrenare al rolelor este actionat la infasurarea
rapida a benzii în directia inainte sau inapoi. Deasemeni în timpul operatiei de
descarcare a benzii , motorul de antrenare a roelor este comandat pentru
rotirea rolei debitoare în sensul de stringere a benzii desfasurate de pe traseul
normal.
Aceste operatii pot fi executate prin comanda motorului cu o tensiune
constanta.
La multe tipuri de casetoscoape , acest motor mai are si sarcina de a
deplasa banda pe modul de redare cu viteza marita inainte si inapoi (VIDEO
SEARCH).
Daca motorul ar fi alimentat cu o tensiune constanta, viteza de
deplasare a benzii ar depinde de numarul de spirale aflate pe bobina debitoare
si ar influenta negativ atit calitatea imaginii cit si presiunea dintre banda si
capetele magnetice video.
Pentru a elimina aceste neajunsuri acest motor este actionat prin
intermediul unui servosistem care citeste impulsurile de sincronizare a pistelor
si comanda motorul astfel incit banda sa fie deplasata cu viteza de un anumit
numar de ori mai mare fata de viteza standard.
Sensul de rotire al motorului este comandat de sistemul de control al
functiunilor mecanice , iar tensiunea de eroare pentru reglajul turatiei poate fi
formata în mai multe moduri prin prelucrarea impulsurilor de sincronizare a
pistelor.
In fig.61 se prezinta o schema bloc pentru formarea tensiunii de eroare
care controleza viteza motorului pentru antrenarea rolelor pe modul de redare
cu viteza marita inainte sau inapoi.
fig.61
Variante ale controlul vitezei discului cu capete
In timpul inregistrarii si redarii normale, viteza discului cu capete va fi
mentinuta constant la 1500 rot/min . La redarea cu viteza marita inapoi, viteza
va fi 1457 rot/min iar la redarea cu viteza marita inainte viteza va fi 1529
rot/min. Acest lucru se produce intrucit la redarea cu viteza marita se modifica
frecventa pe orizontala din semnalul video reprodus, neajuns eliminat prin
stabilizarea imaginii data de usoara modificare a vitezei cilindrului cu capete
C
Amplif
Generatorimp. rampavariabila
M 1 M 2
Repetor FTJ
+
- Comandamotorsens
M
Circ
uit
coma
anda
tran
zist
ori
Circ
uit
coma
anda
tran
zist
ori
U.ref
+
Generator impuls esantionare
Cap sincropiste
Formator impuls
video.
Alte functionari ale servosistemul motorului cabestanului
Banda este presata de catre rola presoare de cauciuc pe axul cabestan
care la inregistrare si redare va imprima acesteia o viteza constanta de 2,339
cm/s. Viteza poate fi incetinita pentru modul 1/5 SLOW (incetinit), 1/10
SLOW sau 1/25 SLOW; de doua ori mai mare pentru QUICK (rapid), de
cinci ori mai mare pentru modul CUE/REVIEW (derulare rapida cu imagine
inainte/inapoi).
PARTEA a II a
Inregistrarea digitala a informatiei video (SVCC) pe banda magnetica.
II.1. Generalitati
Pentru a inregistra pe banda magnetica un semnal video sub forma
digitala, este necesara parcurgerea urmatoarelor etape:
-Semnalul video analogic este esantionat. Esantioanele preluate din
semnalul video trebuie sa fie în concordanta cu teorema esantionarii, adica
frecventa de esantionare trebuie sa fie de cel putin 2 ori mai mare decit
frecventa maxima a semnalului ce urmeaza a fi astfel prelucrat.
-Dupa o cuantizare a esantioanelor preluate din SVCC, urmeaza
conversia acestora în semnal numeric. Numarul de biti cu care este codat
fiecare esantion se va stabili functie de cerintele de calitate a imaginii ce
urmeaza a fi redata sau inregistrata. Dupa cum se stie, cu cit numarul de biti
cu care se codeaza un esantion este mai mare, cu atit va rezulta o definitie si
un raport semnal zgomot mai bun. în acelasi timp o data cu cresterea
numarului de biti, creste si frecventa maxima de transmitere a informatiei,
(adica debitul de informatie). O imagine buna poate folosi codarea unui
esantion cu 6 biti, iar pentru echipamente profesionale se foloseste codarea
unui esantion cu 8 biti.
-Dupa conversia analog digitala urmeaza o etapa de codificare, în
scopul obtinerii unei imunitati sporite fata de semnalele perturbatoare. Se
obtine un cod de conversie care trebuie sa permita detectarea si corectarea
eventualelor erori, precum si o reducere pe cit posibil a debitului de informatie
ce trebuie transmis. în acest sens se folosesc proprietatile stastistice si
redundanta semnalului video analogic, asupra caruia se actioneaza.
-Dupa codificare, dupa cum se va arata ulterior, frecventa maxima de
lucru ramine în continuare superioara posibilitatilor tehnologice de
inregistrare magnetica, folosind 2 capete rotative, asa cum au fost ele
prezentate la inregistrarea video analogica. Din acest motiv, inregistrarile
digitale se fac folosind mai multe canale de inregistrare simultana (in paralel),
aceasta implicind o alta constructie a cãilor de semnal, fatã de inregistrãrile
analogice.
II.2.Conversia analog-digital si digital- analog a semnalului video.
Sursele de semnale video sunt =n marea lor majoritate semnale
analogice. Acestea pot fi semnalele primare R,G,B, sau semnalele SVCC
codate în NTSC , PAL sau SECAM. Pentru a decurge normal conversia A/D
este necesar ca nivelul de stingere din SVCC sa fie mentinut la aceeasi valoare
indiferent de continutul imaginii. Aceasta se realizeaza prin axarea semnalului
analogic, fata de o componenta continua, la intrarea convertorului analog
digital.
…………………….
II.2.1. Conversia analog digitala
Pentru a obtine semnalul video digital este necesara parcurgerea a 3
operatii de baza: esantionarea , cuantizarea si codarea. în practica,
esantionarea , cuantizarea si codarea primara se realizeaza intr-un singur
dispozitiv care este convertorul analog-digital (A/D). Principalul parametru de
care se tint seama în cazul conversiei A/D a semnalului video sete viteza de
conversie, respectiv timpul de conversie. Perioada minima de esantionare a
semnalului video trebuie sa fie sub 60 - 80 ns. Dupa cum se va arata frecventa
de esantionare este în majoritatea cazurilor 13,5 MHz, avind o perioada de
74,074 ns. Extragerea unui esantion din semnal trebuie sa ocupe o durata mica
fata de perioada de discretizare pentru a lasa timp suficient pentru cuantizare
si codare. De obicei convertoarele A/D utilizate de televiziune sunt de tipul
paralel . Pentru aceste convertoare semnalul analogic actioneaza simultan
asupra dispozitivelor cu prag , care au rolul de a compara semnalul analogic
cu o scala de cuantizare. în acest exemplu scala de cuantizare este data de
rezistentele serie alimentate intre tensiunille de referinta Ur1 si Ur2. Schema
bloc a convertorului este data în fig.62 .
1
2
i
j
254
255
R1
R
R/2
R/2
Ra
R
R2
Codor
8 bitiD1...D8
Latch
Strob
a b
Functie de a si b se obtine codul binar, binar inversat,complement fata dse 2
D1...D8
U intrare
analogic
Tens. Referinta
Tensajustareval mediea scalei
Ur1
Urm
Ur2Enable
fig.62
Semnalul video analog se aplica simultan la toate cele “n “comparatoare .
Tensiunea de referinta pentru fiecare comparator este preluata de la un divizor
rezistiv de tensiune , alimentat intre tensiunile Ur1 si Ur2. Punctul mediu al
scalei poate fi ajustat cu ajutorul tensiunii Urm. La aplicarea unui semnal
analogic la intrare, un numar de comparatoare vor avea iesirea în “1” logic, iar
celalalte în “0” logic. La aplicarea impulsului de esantionare pe intrarea
“Strob” aceste valori sunt transferate în circuitele cu logica combinationala
care fac conversia în binar, iesirea fiind pe 8 biti D1----D8. Urmeaza apoi un alt
circuit combinational care poate transmite în functie de comenzile a si b, un
anume cod binar la intrarea bistabililor registrului de iesire. Acestea sunt
incarcate periodic cu D1—D8 în ritmul impulsurilor de esantionare.
In continuare vom defini citeva marimi pe baza carora se va justifica
procedura tehnica adoptata pentru înregistrãrile video digitale
-Fluxul (debitul) de informatie ce urmeazaa a fi înregistrat pe banda,
notat R (bit/s)
Debitul de informatie pentru SVCC este R=216Mbit/s. Valoarea lui R
în cazul inregistrarii va fi totusi mai mare 250-270Mbit/s) intrucit pe linga
informatia digitala strict legata de SVCC se mai transmit suplimentar si
informatii legate de sincronizare, detectare si eliminarea erorilor.
-Cantitatea de informatie ce trebuie inregistrata, notata Q
Q=R.t (bit)
-Densitatea inregistrarii, notata G (bit/mm) (densitate liniara)
Se cunoaste lungimea de unda minima λmin (coresp. frecxventei
maxime ) ce poate fi inregistrata pe banda. La tehnologia actuala de executie
λmin = 1 - 1,2 µm, aceasta corespunzind la o densitate liniara de inregistrare
Gl = 1,7kbit/mm---2kbit/mm
-Consumul de banda notat S
S=R/G (mm2/s)
-Numarul de canale de inregistrare / redare care lucreazaparalel notat q
q = R/Gl.vCB ,
unde vCB este viteza relativa cap-banda. în graficul din fig.63 este prezentata
dependenta dintre viteza vCB si numarul de canale de inregistrare-redare
simultana (nr.de capete magnetice simultane).
20 40 60 80 100 120 140 160
q
Vcb
R=250 Mbit/sG=1700 Kbit/m
m/s
8
7
6
5
4
3
2
1
fig.63
Se constatã cã pentru o vitezã vCB de 30-40 m/s comparabila cu vCB de
la inregistrarea analogica sunt necesare 3-5 capeteparalel . în practica se vor
folosi discuri rotative cu capete diametral opuse (CH1 si CH2), fiecare în
parte fiind compus din 4 capete independente montate pe aceeasi generatoare
(q = 4 ).
-diametrul discului cu capete D = vCB / fD · π = vCB / k · fV · π
unde fD este frecventa de rotatie a discului cu capete
(de aceasta data fD ≠ fV; fV fiind frecventa semicadrelor)
Relatia dintre fV si fD este :
fD = k · fV , fV=50Hz,
ceea ce inseamna ca la o rotatie a discului cu capete nu se înregistreazã un
cadru ca la înregistrarea analogicã ci numai un segment de semicadru. Un
cadru complet (respectiv un semicadru complet )se va inregistra în k rotatii.
Uzual k = 2 ceea ce inseamna ca fiecare semicadru este impartit în doua
segmente.
Rezulta în aceste conditii:
FD = 100Hz D = 135mm
Q = 4 vCB = 42,4m/s Gl = 1768,6 bit/mm
Rq - fluxul de informatie pentru un singur cap va fi :
Rq = R : q = 250 Mbit/s : 4 = 62,5 Mbit/s
Banda magnetica infasoara capul pe un unghi de 300°.
Aceasta permite ca dupa ce se parcurge un arc de cerc de 180°
corespunzator inregistrarii digitale a imaginii capetele multiple sa inregistreze
în continuare, tot digital, informatia sonora.
In fig.64 este prezentata configuratia unei inregistrari digitale în
conditiile enuntate mai sus. (varianta posibila nestandardizata)
fig.64
Se obsrva ca cele doua segmente ce realizeaza inregistrarea unui semicadru
sunt inregistrate cu cite un cap multiplu fiecare avind cite 4 capete individuale
q1,q2,q3,q4.
Inregistrarea sunetului în zona fizica separator de zonaa de imagine,
permite monatajul separat al sunetului si a imaginii în studiou. în partea de sus
a benzii se pastreaza pentru compatibilitate si varianta de inregistrare
longitudinala analogica a sunetului pe 2 piste independente.
Dupa circuitul de esantionare si cuantizare codificarea informatiei se
face în codul NRZ . Acesta contine pentru semnalul video serii lungi de "1" si
"0" logic, ceea ce corespunde unei valori mari a componentei continue si de
joasa frecventa. Aceste serii generatoare de joasa frecventa dupa cum se stie
de la inregistrarea analogica nu pot fi inregistrate direct pe banda.
S-a constat cã una dintre metodele de eliminare a acestui neajuns este
folosirea codului 8/10 care inseamna folosirea celor m = 8 biti necesari pentru
codificarea a 256 trepte de luminanta alesi dintre n = 10 biti de codificare
(dintre cele 1024 de combinatii a 10 biti). în acest sens se va alege dintre cele
1024 combinatii numai 252 care contin un numar de 5 de “0” si 5 de “1” logic
VIDEO
AUDIO
Segmentul 1 Segmentul 2
q=4 k=2 Pista sincro
Piste audio longitudinale, L R
(efect pozitiv, scade componenta continua cu 50%) . Pierderea de 4 trepte de
cuantizare (de la 252 la 256) este nesemnificativa. Aceste 4 combinatii vor fi
folosite drept cuvinte de control. Folosirea codului 8/10 determina o crestere
cu 25% a fluxului de informatie ajungîndu-se de la 216Mbiti/s la 270Mbiti/s
(efect negativ).
Dintre cele 1024 de cuvinte de 10 biti rãmîn nefolosite 1024 - 252 =
772 cuvinte. Aceste combinatii detectate în secventa citita dupa `nregistrare
indica prezenta erorilor. Erorile ce conduc la aparitia unei combinatii valide
nu pot fi detectate.
8/10 NRZ
NRZ
M2
0.5T 1/T 1,25T f
Spectrulde putere
fig 64. b
Din cauza cresterii numarului de biti de codificare de la 8 la 10 creste si viteza
de tact cu 1,25%. Acest lucru determina cresterea frecventei de lucru si deci o
adincime de patrundere a magnetizarii în banda mai mica. Scãderea adincimii
de patrundere va determina o înrãutatire a raportului semnal-zgomot cu
aproximativ 2 dB, (efect negativ poate conduce la decodari eronate).
-codul 8/10 este foarte usor realizabil. Codificarea este scrisa intr-o
memorie ROM care are ca adresa codul de 8 biti, iar continutl este livrat pe 10
biti.
La sesizarea unui esantion transmis eronat acesta este inlocuit cu media
a doua esantioane de pe aceeasi linie sau de pe doua linii adiacente sau de pe
aceeasi linie a celuilalt semicadru. Pentru aceasta este nevoie de o memorie de
un esantion, respectiv de o linie sau de un semicadru. Notam cu P1 efectul de
crestere a fluxului de informatie de 1,25 pentrru codul 8/10.
Un alt procedeu tehnic care afecteaaza fluxul de informare, de aceasta
data cu efect pozitiv, este faptul ca informarea video codata se va transmite
intr-un timp mai lung folosindu-se si portiunile aferente stingerii pe linie.
(vezi schema din fig.65)
fig.65
In acest fel cele 52µs corespunzatoare cursei directe se transmit în
intervalul de 64 µs cit dureaza o linie directa si o intoarcere. Se reduce astfel
fluxul de informatie cu 52/64 =0,81 ( notam acest coeficient P2)
Acest lucru impune adaugarea unei memorii de o linie de imagine, la
inregistrare si redare.
Pentru transmiterea informatiei de sincronizare se adauga o
secventa de 8 biti la inceputul si sfirsitul fiecarei linii. Acest lucru determina o
12µs
64 sµ
12µs
52µs
Semnal video analogic
Date corespunzatoare liniei active de 52 sµ
crestere cu 3% a fluxului de informatie. Notam acest coeficient cu P3 .
In sfirsit, la secventa codificata se adauga bitii de codare si de corectie a
erorilor . Acest lucru determina o crestere cu 12% a fluxului de
informatie.(notat P4 )
Dupa cele prezentate schematic mai sus se poate deduce fluxul de
informatie final ca fiind:
R = P1 · P2 · P3 · P4 · Ro ~ 268 Mbit/s
II.2.1.1. Standardizari privitoare la prelucrarea digitala a
semnalului video
In 1982 a fost adoptata prima recomandare referitoare la codarea
digitala a semnaalorr video în studiourile de televiziune. Prin aceasta s-a creat
posibilitatea schimburilor de informatii video dintre diferiti utilizatori sau
producatori.
Codarea semnalului video poate fi facuta pe ansmblul SVCC sau pe
componentele acestuia.
In studiourile de televiziune se foloseste un standard principal de codare
pe semnale componente în care frecventele de esantionare ale sistemului de
luminanta si semnalele diferenta de culoare sunt în raportul 4:2:2. Numarul 4
ales arbitrar reprezinta frecventa de esantionare în canalul de luminanta, iar
celelalte cifre se refera la raportul în care se afla frecventa de esantionare a
crominantei fata de luminanta.
In afara acestui standard mai sunt folosite standardele 4:4:4 pentru
calitate deosebitã, dar cu un debit de informatie de 324 Mbit / s; standardul
4:1:1, pentru calitate medie, cu un debit de informatie de 162 Mbit / s; si
standardul 2:1:1, cu un debit redus de informatie, de 108Mbit / s, folosit în
jurnalisticã.
Principalele caracteristici ale standardului 4:2:2
Parametrii codarii conform standardului 4:2:2 sunt dati în tabelul din
fig.66. Din tabel rezulta ca semnalele supuse codarii sunt: semnalul de
luminanta Y si doua semnale de culoare R-Y si B-Y. Codarea celor trei
componente se face utiliz\nd cuantizarea uniforma MIC cu 8 biti pe esantion.
Frecventele de esantionare sunt de 13,5 MHz pentru semnal de luminanta si
de 6,75 MHz pentru semnale diferenta de culoare, pastrind o structura de
esantionare ortogonalã.[3]
Parametrii Sistemul cu 525 de linii, 30 cadre/s Sistemul cu 625 de linii, 25 cadre/s
1. semnale codate Y, R-Y, B-Y
2. numarul de esantioane pe intreaga linie: -semnal luminanta (y) -fiecare semnal diferenta de culoaare (R-Y, B-Y)
858 429
864 432
3. structura de esantionare
Ortogonala , repetitiva pe linii, semicadre si cadre. Semnalele R-Y si B-Y sunt situate spatial pe fiecare linie cu esantioanele impare aale semnalului Y.
4.frecventa de esantionare: -semnal luminanta (y) -fiecare semnal diferenta de culoaare (R-Y, B-Y)
13,5MHz 6,75MHz
5.modul de codare Uniform cuantizat MIC cu 8 biti pe esantion pentru fiecare din semnalele Y, R-Y, B-Y.
6.numarul de esantioane pe linia digitala activa: -semn al luminanta (y)
720
-fiecare semnal diferenta de culoaare (R-Y, B-Y)
360
7.corespondenta dintre nivelurile semnalului video si nivelurile de cuantizare: -semnal luminanta (y) -fiecare semnal diferenta de culoaare (R-Y, B-Y)
220 niveluri de cuantizare cu nivelul de negru corespunzator nivelului 16 si cu nivelul de alb corespunzind nivelului 235. 224 niveluri de cuantizare cu nivelul zero corespunzator nivelului 128.
fig.66
Alegerea structurii ortogonale de esantionare presupune ca frecventa de
esantionare sa fie un multiplu al frecventei liniilor. Se stie ca frecventa liniilor
este de 15625Hz (ceea ce corespunde la o duratã a liniei de 64µs) în sistemul
cu 625 linii si de 15734,265 Hz (ceea ce corespunde la o durata a liniei de
63,5µs) în sistemul cu 525 linii. Comparind aceste valori se observa cã
fH(625) = f H(525) · 143/144
Se mai observa ca multiplii comuni ai acestor dua frecvente sunt
multiplii frecventei de 2,25MHz. Valorile cele mai apropiate ale frecventei de
esantionare care satisfac cerintele amintite mai sus sunt 11,25MHz
(5·2,25MHz); 13,5MHz(6·2,25MHz) si 15,75MHz (7·2,25MHz). Valoarea de
11,25 MHz este insuficientã ( nu este mai mare decit dublul frecventei video
maxima, care se presupune a fi 6 MHz ), iar valoarea de 15,75MHz este prea
mare. Pentru standardul principal de codare digitala a semnalului de luminanta
s-a ales frecventa de esantionare egala cu 13,5 MHz . Aceasta frecventa are o
valoare suficient de mica pentru a permite realizarea economicoasa a
echipamentelor digitale si este suficienta pentru procesãri complexe de
imagini . Durata unui esantion este dat de relatia :
tE = 1 / fE = 1/13,15·106 =74,074 ns
Y
Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 t
B1 B2 B3 B4
R-Y
R1 R2 R3 R4
2te
2te
B-Y
t
t
Te
fig.67
In figura este prezentata pozitia esantioanelor în structura ortogonala.
Prin Y1, Y2, Y3, sunt simbolizate esantioanele preluate din semnalul analogic
Y, si în mod similar B1..Bn si R1..Rn sunt esantioanele semnalului B-Y
respectiv R - Y.
Pentru semnalele diferenta de culoare, s-aa constatat experimental ca o
banda de 3 MHz este suficienta, astfel incit esantionarea cu o frecventa egala
cu jumatate din frecventa de esantionare a luminantei (adica de 13,5 : 2 =
6,75 MHz ) respecta teorema esantionaarii si asigura pozitionarea ortogonala a
esantioanelor conform fig.67.
Norma prevede ca esantioanele semnalelor diferenta de culoare sa fie
situate spatial în aceleasi linii cu esantioanele impare ale semnalului de
luminanta , 1,3,5,-------,etc.
In figura 67 se observa ca durata bitilor ce vor codifica semnalului de
luminanta este egala cu tE =74,074ns iar durata bitilor semnalelor diferenta de
culoare este egala 2tE=148,148ns. Dupa cum s-a aratat pentru a face
comparatie cu alte standarde a fost adaptata reprezentarea simbolica 4:2:2.
Raportul 4:2:2 mai indica si faptul ca toate cele 3 semnale se transmit
simultan.
Cunoscind duratele liniilor în sistemele cu 625 linii si 525 linii si durata
bitilor ce vor codifica esantionul, se poate calcula numarul esantioanelor
semnalului de luminanta pe durata unei linii
ny625 = TH / te = 64 · 10-6/ 74,074 · 10-9 = 864
ny525 =TH / te = 63,5 · 10-6/ 74,074 · 10-9 = 858
Pentru semnalele diferenta de culoare durata unui element de
esantionarre este egla cu 2tE=148,148ns. Deci numarul esantioanelor pe durata
unei linii este egal cu 864 : 2 = 432 pentru sistemul cu 625 linii si 858 : 2 =
429 pentru sistemul cu 525 linii.
Cu precizarile facute pina în prezent, se poate alcatui schema bloc a
unui magnetoscop digital, ca în fig.68
Fig. 68
Pentru redare, semnalului digital inregistrat parcurge un traseu invers fata de
cel parcurs la inregistrare. El este disponibil la iesire fie sub forma digitala, fie
sub forma analogica videovomplex sau pe componente.
SVCCYCR-YB-YRGB
Selector
sursa
semnal
Conv. A/D
Inter-fatadigitala
Semnale digitalede la alte sursede program 4:2:2
Expandare
52 sµ 64 sµ
Expandare
52 sµ 64 sµ
Expandare
52 sµ 64 sµ
Ch1(4 capete)
q=4
Ch2Amplif. final
Expandare
52 sµ 64 sµ
Amplif. final
Conversiecod canal (8/10)
Conversiecod canal (8/10)
Detectie si corectieerori
Conversiecod canal (8/10)
Detectie si corectieerori
Canal B
Canal A