Лабораторная работа № 10. Основы телевидения и видеотехника. Стандарты видеозаписи (аналоговые и цифровые технологии видеозаписи)
1. Цель работы
Изучить основы аналогового и цифрового способов видеозаписи, принцип действия, устройство и условия применения аналоговой и цифровой видеотехники, получить навыки ее практического применения.
2. Теоретическая справка
Видеозапись. История записи изображений на магнитную ленту сравнительно непродолжительна, так как реализация принципов записи видеоизображения требовала определенного уровня развития технологий.
Еще в конце 50-х годов XX в. почти все телепередачи шли в прямом эфире. Существенно облегчить жизнь телеведущим позволило применение студийных видеомагнитофонов, упоминание о которых появилось впервые в 1956 г. Первым производителем серийных видеомагнитофонов стала американская компания АМРЕХ, которую основал русский эмигрант Александр Михайлович Понятов. Как полковник царской армии, он имел право на обращение «Его Превосходительство», или по-английски – Excellence. Аббревиатура из его инициалов и двух первых букв обращения титула и стала названием фирмы.
Понятову удалось собрать в коллективе своей компании множество крупных специалистов, среди которых, например, был небезызвестный Рэй Долби. Созданная компанией АМРЕХ система видеозаписи произвела фурор на телевидении. Долгое время сам процесс видеозаписи называли ампексированием. 14 марта 1956 г. в Национальной ассоциации радиотелевизионных журналистов в Чикаго фирма Понятова впервые продемонстрировала свое творение – видеомагнитофон VRX-1000 с использованием поперечно-строчного способа магнитной записи видеосигналов, а через полгода – 30 ноября 1956 г. – CBS впервые использовала его для отсроченной эфирной трансляции программы новостей.
При поперечно-строчной записи одна или несколько головок располагались на вращающемся диске, ось вращения которого совпадала с направлением движения ленты. При одновременном движении ленты и вращении диска головки «прочерчивали» на ленте практически поперечные строчки записи. Причем относительная скорость записи (головка – лента) оказывалась гораздо более высокой, чем скорость протягивания самой ленты. Таким образом, удалось существенно повысить плотность записи и уменьшить линейную скорость движения ленты, а значит, и сократить ее расход.
Конструкция механизма видеомагнитофона с поперечно-строчной записью была достаточно сложна. Более простым решением оказалось применение наклонно-строчного способа записи (рис. 1), при котором головки крепились на барабане, ось вращения которого была расположена под определенным углом к продольной оси ленты. Дорожки видеозаписи в этом случае представляли собой отдельные строчки, расположенные под углом к продольной оси ленты.
Рис. 1. Применение БВГ позволяет использовать сравнительно небольшую скорость движения ленты
Следует отметить, что наклонно-строчный способ записи был известен задолго до экспериментов с видеозаписью. Так, еще в 1946 г. советский инженер Александр Федорович Малютин получил авторское свидетельство на изобретение устройства для записи аудиосигналов наклонно-строчным способом.
Первые видеомагнитофоны были катушечными и предназначались в основном для профессионального использования. Одной из причин, сдерживающих распространение видеомагнитофонов в быту, кроме высокой цены, была сложность заправки ленты в лентопротяжный механизм катушечного видеомагнитофона. Эра бытовой видеозаписи началась в начале 70-х годов с появлением первых кассетных видеомагнитофонов, в которых заправка ленты происходила автоматически. Первые системы были предложены фирмой Sony видеомагнитофоном формата U-Matic (1971 г.) и фирмой Philips видеомагнитофоном формата VCR (1972 г.), но широкого распространения они не получили.
Середину 70-х годов можно охарактеризовать как период ожидаемого во всем мире прорыва в области бытовой видеотехники. В то время уже выпускались видеомагнитофоны форматов VCR, VCR LP и SVR с блоком вращающихся головок, разработанные фирмами Philips и Grundig. Видеомагнитофоны перечисленных форматов не оснащались ТВ-тюнерами, не обеспечивали записей по собственному таймеру и беспроводного дистанционного управления, требовали деликатного обращения были дороги как сами по себе, так и в эксплуатации. Кроме того, для их применения необходимо было «хирургическое» вмешательство в телевизоры, не имеющие низкочастотных входов-выходов. Наконец, на рынке ощущался дефицит готовых видеозаписей. Компании Philips и Grundig работали над устранением перечисленных недостатков и созданием новой электроники с высокой степенью интеграции.
Необходимо было создать новый формат видеозаписи, отвечающий требованиям экономической рентабельности решений по всем проблемным вопросам без исключений. Претендующий на победу бытовой видеомагнитофон должен быть приемлем по цене, совместим с любым телевизором, обеспечивать как минимум 2 часа непрерывной записи с достаточно высоким качеством изображения, быть простым и недорогим в эксплуатации. Реализация этих концептуальных проектов оказалась очень сложной и дорогостоящей задачей. Так как видеомагнитофон это в первую очередь прецизионное электромеханическое устройство, его эксплуатационные показатели определяются совершенством конструкции и точностью изготовления ленточно-протяжного механизма. Поэтому механизмы бытовых видеомагнитофонов должны изготавливаться только на автоматизированных производствах, оснащенных универсальным и уникальным оборудованием с компьютерным управлением.
В декабре 1974 г. стало известно об успехах Sony по разработке бытового видеомагнитофона Beta. Его размеры были гораздо меньше, чем у катушечных аналогов, при высоком качестве изображения и времени записи в течение часа. В августе 1975 г.,спустя три месяца с начала продажи аппаратуры Beta, была завершена подготовка опытного образца видеомагнитофона VHS (Video Home System). История создания бытовых видеомагнитофонов формата VHS неразрывно связана с историей японской компании JVC, основанной в 1927 г. как дочерняя фирма американской корпорации Talking Machine, впоследствии – RCA Victor. С 1930 г. JVC – самостоятельная компания, специализирующаяся на выпуске проигрывателей и грампластинок в Японии.
Чтобы добиться признания нового формата, компания JVC пошла на беспрецедентный шаг, предложив опытный образец видеомагнитофона без всяких условий другим фирмам. 3 сентября 1975 г. члены рабочей группы в своей лаборатории продемонстрировали президенту компании Matsushita (торговая марка Panasonic) опытный образец видеомагнитофона формата VHS. Затем был установлен контакт с крупнейшим на то время производителем бытовой электротехники в Японии – компанией Hitachi. Она к тому моменту отказалась от собственных разработок видеомагнитофона и собиралась выпускать Beta. В результате проделанной работы была создана межфирменная проектная группа для распространения видеоаппаратуры VHS. Все это сыграло решающую роль в грядущей победе VHS над видеомагнитофонами конкурирующих форматов.
7 сентября 1976 г. компания JVC продемонстрировала первый кассетный видеомагнитофон HR-3300 формата VHS (рис. 2), и этот день считается датой начала новой эры в истории бытовой видеотехники.
Рис. 2. Один из первых серийных видеомагнитофонов формата VHS
В результате совместной работы специалистов компаний Matsushita, Hitachi, Sharp и др. в 1977 г. видеомагнитофоны формата VHS появились в США, а год спустя – в Европе.
За право быть первым боролись не только японские компании. Одновременно с видеомагнитофонами Beta и VHS какое-то время выпускались аппараты формата SVR(Super Video Recording) с более высоким качеством записи и продолжительностью записи 4 часа. Кроме того, Philips начал разработку видеомагнитофонов Video 2000 с переворачивающейся кассетой, обещая не только лучшее качество изображения и большее время записи, но и 100 %-ную взаимозаменяемость записей. Благодаря установке вращающихся головок в БВГ на пьезоэлектрических преобразователях напряжения в перемещение, они получили возможность изменять свое положение в пространстве, следя за строчками записи на магнитной ленте.
В 1981–1983 гг. «война» форматов еще продолжалась, однако VHS постепенно начал одерживать верх. Формат Beta поддерживали фирмы Sony, Sanyo, Toshiba и Nec, a VHS объединил вокруг себя Akai, Hitachi, JVC, Mitsubishi, Matsushita (Panasonic), Sharp и др. К этому времени появился еще один конкурирующий формат видеозаписи Video 2000, выпускаемый фирмами Philips, Grundig и др.
Каждый из союзников VHS старался внести свой технический вклад в совершенствование видеомагнитофонов этого формата. Так, в 1982 г. Akai представила систему экранных меню и дистанционного программирования таймера. В том же году появились компактные кассеты VHS-Compact (VHS-C) и адаптер для них в виде полноразмерной кассеты VHS, a Sharp выпустил для них первую портативную деку с питанием от аккумуляторов. Она предназначалась для работы с видеокамерами, и ее размеры были чуть больше книги. В 1984 г. компания JVC выпустила первый камкордер GR-C1 формата VHS-C, а год спустя Matsushita выпустила камкордер Panasonic NV-M1, работающий на стандартной кассете VHS. В результате отставание пришлось ликвидировать компании Sony, разработавшей видеокамеру формата ВЕТАСАМ, оказавшуюся громоздкой на фоне Videomovie (VHC-C). Поэтому компания Sony сосредоточилась на создании видеотехники камерных форматов 8 мм (Video-8, Hi-8 и MiniDV).
В 1984–1985 гг. появились признаки того, что рынок предпочитает формат VHS. Наконец, в середине 1988 г. свой первый VHS-видеомагнитофон выпустила фирма Sony. По нескольким параметрам видеомагнитофоны капитулирующих форматов не уступали, а по качеству изображения превосходили VHS. Оценивая сегодня причины, по которым победил VHS, следует признать, что качество изображения само по себе не являлось фактором, определяющим массовый спрос видеотехники. Более важным является ее цена и доступность видеозаписей.
В 1987 г. в Японии появляется стандарт Super VHS и первые камкордеры этого формата, а год спустя первые видеомагнитофоны S-VHS приходят в Европу. К концу 80-х годов образовался некий паритет камкордерной техники JVC, Matsushita и Sony, который с переменным успехом этих фирм сохраняется и в настоящее время.
Интенсивная работа в области лазеров привела к появлению в 1972 г. оптического видеодиска – детища компании Philips, который, вопреки ожиданиям, не получил широкого распространения. Вслед за ним появился диск большей емкости Selectavision, разработанный компанией RCA (США), но и данный формат не нашел широкого распространения.
Цифровые технологии обработки информации привели к появлению новых цифровых форматов видеозаписи, основанных на универсальности цифровой платформы новых оптических носителей CD и DVD,– Video CD, Super Video CD, Video DVD и т.д.