Spiralformet scanning - Helical scan

Helical optagelsesmetode

Hovedtromlen til en Hi-Fi NTSC VHS VCR ; tre af de seks hoveder vender mod læseren. Båndets spiralformede bane omkring tromlen kan tydeligt ses.

Den samme hovedtromle med den roterende del hævet for klarhedens skyld

Den roterende del af hovedtromlen, der viser den roterende transformer og tre af de seks båndhoveder, der er brugt i denne særlige videobåndoptager

Helical scan er en metode til optagelse af højfrekvente signaler på magnetbånd . Det anvendes i åben-hjuls video båndoptagere , videobåndoptagere , digitale audio tape optagere og nogle computer båndstationer .

Sammenligning med lineær båndoptagelse

I et fast bånd hoved registreringssystem, magnetbånd trækkes forbi hovedet med en konstant hastighed. Hovedet skaber et svingende magnetfelt som reaktion på signalet, der skal optages, og de magnetiske partikler på båndet tvinges til at stille sig i linje med feltet ved hovedet. Når båndet bevæger sig væk, bærer de magnetiske partikler et aftryk af signalet i deres magnetiske retning. Hvis båndet bevæger sig for langsomt, vil der ikke blive præget et højfrekvent signal: partiklernes polaritet svinger simpelthen i nærheden af hovedet for at blive efterladt i en tilfældig position. Således båndbredde kanalkapacitet kan ses af det registrerede signal at være relateret til båndhastigheden: jo hurtigere hastighed, jo højere frekvensen, der kan optages.

Video har brug for betydeligt mere båndbredde end lyd , så meget, at bånd skal trækkes forbi hovederne med meget høj hastighed for at fange dette signal. Dette er upraktisk, da bånd af enorm længde ville være påkrævet: VERA , udviklet af BBC mellem 1952 og 1958, brugte 52 cm (20 ") ruller, der kørte med en hastighed på 5,08 m / s (16,7 ft / s), og kunne kun optager cirka 15 minutter med 405-linjers monokromt program. Den generelt vedtagne løsning er at dreje hovedet mod båndet med høj hastighed, så den relative hastighed er høj, men selve båndet bevæger sig med en lav hastighed. For at opnå dette, hovedbærer (normalt benævnt hovedtromle ) skal vippes, så der ved hver rotation af tromlen passerer et nyt båndområde over hovedet. Hvert segment af signalet registreres som en diagonal stribe over båndet. Dette er kendt som en spiralformet scanning, fordi båndet vikles rundt om den cirkulære tromle i en vinkel, bevæger sig op som en helix. Forskellen mellem hovedets skrivehastighed og lineære båndhastighed er stor: for eksempel 580 centimeter pr. sekund (230 in / s) hastighed ved en lineær hastighed på 3,5 cm / s (1,4 in / s).

Historie

Med fremkomsten af tv-udsendelser i Japan i begyndelsen af 1950'erne så de behovet for optagelse af magnetisk tv-signal. Dr. Kenichi Sawazaki udviklede en prototype spiralformet scanningsoptager i 1953. Uafhængigt i Tyskland udviklede Eduard Schüller også en spiralformet scanningsmetode til optagelse.

Da Ampex udviklede quadruplex- magnetbåndoptagelsessystemet i 1956, havde det visse begrænsninger, måske den vigtigste af dem var manglen på pause eller still-frame-kapacitet, fordi billedsignalet blev segmenteret eller opdelt i diskrete segmenter, der skulle optages på båndet individuelt (kun 16 linjer i billedet i hvert segment). Når båndbevægelsen blev stoppet, var der således kun et enkelt segment af billedoptagelsen til stede ved afspilningshovedene. Det spiralformede scanningssystem overvandt denne begrænsning.

Toshiba introducerede helical-scan-teknologi til tv-industrien i 1959. I løbet af 1960'erne og 1970'erne blev helical-scan-optagemaskiner introduceret af mange producenter og markedsført over hele verden. Teknologien overtog hurtigt markedet for videooptagelse på grund af dens reducerede kompleksitet, større pålidelighed, lavere produktions- og servicekostnader, lettere vægt, lavere energiforbrug og mere alsidige funktioner sammenlignet med quadruplex-systemet. Disse faktorer gjorde det også muligt i sidste ende at bringe videooptagelse til brugerne derhjemme i et kassetteformat .

Praktiske problemer

Der var en række problemer, der skulle løses med dette system. Den høje bånd- / hovedhastighed kan føre til hurtig slid på både båndet og hovedet, så begge skal poleres meget, og hovedet er lavet af et hårdt, slidstærkt materiale. De fleste systemer fungerer med et luftleje, der adskiller hovederne fra tromlens overflade. Levering af signaler til et roterende hoved er også problematisk: Dette opnås normalt ved at koble signalet / signalerne induktivt gennem en roterende transformer . Transportmekanismen er også meget mere kompleks end et fast hovedsystem, da båndet under læsning skal trækkes rundt om en roterende tromle, der indeholder hovedet / hovedene. I en videobåndoptager skal for eksempel båndet trækkes ud af kassettekassen og trækkes rundt om tromlen og mellem capstan og klemrulle. Dette fører til kompleks og potentielt upålidelig mekanik.

Transportsystemer

To transportsystemer udviklede sig i de tidlige videomaskiner, kendt som alpha wrap og omega wrap . I alfa-wrap-maskinerne vikles båndet rundt om tromlen i hele 360 grader (båndet ligner det små græske bogstaver alpha ). Der er kun et hoved, der skriver en komplet stribe til hver omdrejning i hovedet. Dette system har problemer, når hovedet overføres fra et stykke tape til det næste, hvilket giver et stort signalgab mellem felter. Maskinen skal udfylde dette hul med rammesynkroniseringsimpulser. Sådanne maskiner er begrænset til at bruge beskyttelsesbåndoptagelse (se nedenfor).

I omega- indpakningsmaskinerne er båndet kun viklet rundt om hovedet i 180 grader. Der kræves to videohoveder, der hver skriver alternative felter. Dette system har et meget mindre signalgab mellem felter, men rammesynkroniseringsimpulserne kan optages på båndet. Kassettebaserede systemer kan kun bruge omega-wrap-teknikken, da det er upraktisk for et automatisk belastningssystem at indføre en løkke i båndet. Tidlige omega-wrap-systemer bruger beskyttelsesbåndoptagelse, men tilstedeværelsen af to hoveder muliggør udvikling af skrå-azimuth-teknikken. Senere udviklinger bruger stigende antal hoveder til at optage video ved hjælp af mindre trommer og til optagelse af HiFi- lyd også.

En variation af omegaindpakningen, som den, der blev brugt af Echo Science Corporation i Mountain View, Californien i dets instrumentering og højopløsningsvideooptagere i slutningen af 1970'erne og 1980'erne, vikler 1-tommers bånd omkring 190 grader omkring den tohovedede tromle , så der er signal overlapning mellem de to hoveder. Hovedskift i videooptagere sker øjeblikkeligt i videomodellerne under et vandret synkroniseringsinterval. Med et standard NTSC-videosignal kan et hoved dække en sjettedel af et felt hver gang det passerer over båndet. Skift i instrumenteringsmodeller er gradvis, så signalerne fra begge hoveder overlapper kortvarigt og producerer et transientfrit udgangssignal, hvor det originale signal ikke indeholder bekvemme døde intervaller, hvor en skiftende transient kan skjules.

Slant-azimuth-optagelse

Hvert videobåndsystem forsøger at pakke så meget video som muligt på et bånd i en given størrelse, men information fra en optagestribe (pass af videohovedet) må ikke forstyrre information om tilstødende striber. En metode til at tilvejebringe isolering mellem striberne er brugen af beskyttelsesbånd (uindspillede områder mellem striberne), men dette spilder værdifuldt båndplads. Alle de tidlige open-reel maskiner og de første kassetteformater, Philips VCR og Sony U-matic , bruger dette system.

Senere spiralformede scanningsoptagere bruger i stedet normalt en metode kaldet skrå-azimuth-optagelse , også kaldet symmetrisk faseoptagelse . Hovedtromlen indeholder normalt to hoveder med det magnetiske hul i det ene hoved skråt let mod venstre, og det magnetiske hul på det andet hoved skråt let mod højre. (Hældningen på et magnetisk hoved kaldes dets justering af azimut ). På grund af de skiftende skråninger læser hvert hoved ikke forkert signalet, der er optaget af det andet hoved, og striberne kan optages umiddelbart ved siden af hinanden, skiftevis mellem venstre skråning på et tv-felt og højre skråstilling på det næste tv-felt. (I praksis er det ikke ualmindeligt, at de optagede striber overlapper noget). Senere maskiner inklusive JVC VHS og Sony Betamax bruger skrå-azimuth-optagelse såvel som alle senere maskiner og deres digitale derivater.

Ved brug af skrå-azimut-optagelse elimineres behovet for beskyttelsesbånd fuldstændigt, hvilket gør det muligt at placere mere optagelse på en given båndlængde.

Kontrast med quadruplex-optagelse

Helical scanning var en logisk progression ud over en tidligere ordning (udviklet af Ampex ) kendt som quadruplex optagelse, også omtalt som tværgående optagelse. I dette skema kører den roterende hovedtromle i det væsentlige vinkelret på et 51 mm bredt bånd, og de skiver, der er optaget på tværs af båndet, er næsten vinkelrette på båndets bevægelse. US quadruplex systemer dreje hovedet tromlen ved 14.400 omdrejninger i minuttet (240 omdrejninger per sekund) med fire hoveder på tromlen, således at hver tv felt er opdelt i 16 striber på båndet (hvilket kræver passende kompleks head-skift logik). Til sammenligning indeholder den længere stribe, der er optaget af en helix-scan-optager, normalt et helt videofelt, og den tohovedede tromme drejer ved billedhastigheden (halv felthastighed) for det anvendte tv-system.

Optagelse af et helt felt i et enkelt pass giver disse maskiner mulighed for at afspille en synlig stillramme, når båndet stoppes, og vise en synlig billedsekvens, mens de skubbes frem eller tilbage. Dette letter i høj grad redigeringsprocessen. Quadruplex-systemerne kan ikke vise video fra båndet, medmindre de afspilles med normal hastighed, medmindre de har en separat billedbuffer .