Основные принципы записи и воспроизведения визуальной и звуковой информации электронными системами

Электромагнитное преобразование основано на свойствах ферромагнитных материалов намагничиваться и сохранять это состояние. Молекулы ферромагнитных материалов за счет магнитного взаимодействия объединяются в домены – микрообъемы, в которых магнитное поле имеет одно направление. Магнитный носитель (магнитный слой), например оксид железа, модифицированный СгО₂ и др., наносят на прочную основу (ленту). Связующим веществом при изготовлении рабочей среды используют специальные лаки. Толщина лент, например полиэтилентерефталатных, составляет 11...14 мкм.

Магнитная головка представляет собой магнитопровод с зазором и намагничивающей обмоткой, через которую протекает ток сигнала изображения. В процессе записи магнитный поток замыкается через участок рабочей среды (магнитное сопротивление этого участка существенно ниже, чем зазора, заполненного немагнитным материалом). Измерения показывают, что намагничивание осуществляется в пределах времени менее 10 нс.

Для получения требуемой относительной скорости (лента - видеоголовка) используют построчную запись (воспроизведение) вращающимися видеоголовками. Видеоголовки размещаются в цилиндрическом барабане, который составляет основу блока видеоголовок. Специальный механизм вытягивает ленту из видеокассеты и направляет её в лентопротяжный механизм. Подвижные направляющие стойки прижимают магнитную ленту к барабану видеоголовок и к стационарным магнитным головкам записи-воспроизведения сигналов звукового сопровождения и управления.

Рис. 219. Схема наклонно-строчной магнитной видеозаписи:

1, 4 – цилиндрический барабан; 2, 5, 8, 9 – магнитные видеоголовки; 3 – магнитная лента; 6, 7 – подвижные направляющие магнитной ленты

Магнитная лента при прохождении через блок видеоголовок принимает форму Ω-петли со смещением вдоль оси вращения примерно на ширину ленты. Видеоголовки перемещаются под некоторым углом к направлению линейного движения ленты (рис. 219). В результате на магнитной ленте записываются наклонные строчки.

Оптическая видеозапись.Совершенствование оптических дисковых устройств записи и воспроизведения изображений стимулируется рядом достоинств по сравнению с аналогичными устройствами магнитной записи. К числу их следует отнести более высокую плотность записи (до 10⁸ бит/см² при емкости диска до 10¹⁰ бит), бесконтактный способ считывания, простой доступ к фрагментам записи, простые способы реализации режимов ускоренного и замедленного (до стоп-кадра) воспроизведения изображения, простоту тиражирования и др. Оптическая видеозапись по сравнению с магнитной позволяет получить лучшее качество воспроизводимого изображения и звука. Вместе с тем ряд технологических трудностей приводит к практически неконкурентному, параллельному развитию систем оптической и магнитной видеозаписи.

На оптическом диске информация записывается по спиральной траектории. Излучение с длиной волны полупроводникового лазера фокусируется при помощи микрообъектива на поверхности диска и формирует информацию об изображении в виде микрорельефа на материале диска (рис. 220). Изменение оптической длины пути излучения осуществляется за счет формирования в процессе термического воздействия и расплавления полимера микроуглублений-питов (продолговатых углублений на поверхности диска), количество и длина которых несут информацию о записанных сигналах.

Считывание записанной видеоинформации осуществляется путем регистрации детектором (рис. 220) отраженного светового потока, фокусируемого с помощью микрообъектива, используемого для фокусировки первичного пучка и направляемого на детектор полупрозрачным зеркалом. Вся рассмотренная оптическая система находится в головке считывания видеопроигрывателя. Оптическое считывание реализовано на базе эффектов, изменяющих состояние падающего света при отражении. Оптическая считывающая головка преобразует отраженный световой пучок в сигнал изображения.

Рис. 220. Принцип оптической видеозаписи:

1,2 – лучи; 3 - алюминиевое покрытие; 4 – детектор; 5 – зеркало; 6 – лазер; 7 - полупрозрачное зеркало; 8 – диск.

В устройствах оптической видеозаписи используют различные форматы записи, к ним относятся CD-ROM, Video-CD, DVD и др. За один оборот диска воспроизводится один кадр изображения. Путем повторения или пропуска дорожек легко реализовать режимы замедленной или ускоренной передачи. Более экономичным, обеспечивающим увеличение времени записи или воспроизведения является режим с постоянной линейной скоростью дорожки относительно считывающего пятна (в процессе записи или считывания при переходе от внутреннего к внешнему радиусу частота вращения диска уменьшается).

Для записи или воспроизведения сигналов звукового сопровождения в видеодисковых системах применяют широтно-импульсную модуляцию путем изменения протяженности питов. Таким образом, расстояние между центрами питов модулируется телевизионным сигналом, а протяженность пита – сигналом звукового сопровождения. Детектор излучения видеопроигрывателя наряду с сигналами изображения и звукового сопровождения выделяет сигналы ошибки радиального слежения за дорожкой и ошибки фокусировки. Эти сигналы используются для управления автоматическими устройствами радиального слежения и фокусировкой микрообъектива.

Воспроизведение электронного черно-белого изображения.Снятый видеокамерой фильм обычно просматривают на экране телевизионного приемника. При этом устройством отображения служит электронно-лучевая трубка – кинескоп. Кинескоп представляет собой стеклянную колбу, из которой откачан воздух. На переднюю поверхность кинескопа нанесен слой люминофора, а в задней части расположен электронный прожектор (рис. 221 вверху).

Электронный прожектор формирует электронный луч, который управляется посредством нескольких отклоняющих индукционных катушек и, перемещаясь из верхнего левого угла экрана в правый нижний, прочерчивает горизонтальные строки в слое люминофора.

Электронный луч в телевизионных приемниках (рис. 221) начинает свое движение не левого верхнего угла как в компьютерных мониторах, а с середины первой строки. Когда электронный луч достигает правого конца строки, его перемещают к левому концу следующей строки. Во время этой операции, называется обратным ходом горизонтальной развертки, электронный луч отключается. В противном случае во время движения луча в обратном направлении на изображении возникали бы помехи. Когда электронный луч достигает последней строки, он также отключается и возвращается к первой строке (обратный ход вертикальной развертки).

За счет энергии электронного луча происходит возбуждение люминофора кинескопа и излучение света. Длительность и яркость свечения зависит как от типа люминофора, так и от интенсивности электронного луча. Если во время движения электронного луча по слою люминофора изменять его интенсивность, на экране трубки можно получить последовательность точек различной яркости. По этому принципу работают черно-белые телевизионные приемники и монохромные мониторы.

Рис. 221. Принцип действия кинескопа (вверху). Схема движения электронного луча в кинескопе (внизу).

У цветных кинескопов каждая цветная составляющая изображения (красная, зеленая и синяя) формируется соответствующим электронным лучом, перемещающимся по экрану параллельно с остальными. Таким образом, цветное изображение формируется тремя электронными лучами.

В телевидении и видеозаписи используют стандарты разложения изображения на горизонтальные строки с числом 625 (европейский стандарт), 525 (американский стандарт), 1125 и 1250 (стандарты ТВЧ).

Телевизионное изображение в соответствии со стандартом, принятым в России, состоит из 625 строк. Из них 575 строк используются для получения видимого изображения. Остальные 50 строк частично используются для передачи телетекста. В дальнейшем будем исходить из числа строк равного 625, поскольку это позволяет определить максимально возможное разрешение изображения. При этом всегда нужно помнить, что реально имеется только 575 строк.