Принципы записи видео.
Магнитная запись изображения.
Спектр частот полного видеосигнала (50 - 6 000 000 Гц) требует очень широкой полосы канала записи – воспроизведения.
Для записи сигнала яркости – применяется частотная модуляция, несущая которой всего на 10-20% выше максимальной частоты спектра видеосигнала. Сигнал цветности, перед записью, при помощи гетеродина переносится в диапазон более низких частот и далее суммируется с частотно-модулированным сигналом яркости.
При воспроизведении сигнал яркости детектируется, а сигнал цветности при помощи гетеродина возвращается в исходный диапазон частот.
Для записи на ленту видеосигнала применяются специально разработанные материалы сердечников магнитных головок.
Последовательно технология магнитной записи изображения прошла три этапа:
- высокая скорость протяжки ленты;
- поперечно – строчный метод записи (строчки записи расположены почти перпендикулярно направлению движения ленты);
- наклонно – строчный метод записи (строчки записи наклонены к направлению движения ленты).
Для записи - воспроизведения видеосигнала двумя последними методами были использованы вращающиеся видео головки, где для передачи сигналов от усилителя записи к головкам и от головок к усилителям воспроизведения использовались вращающиеся трансформаторы.
Применение вращающихся головок позволило снизить требования к стабильности скорости движения ленты, но привело к усложнению лентопротяжных механизмов.
Наибольшее распространение получили видеомагнитофоны формата VHS, использующие наклонно-строчный метод записи изображения.
Стандарт VHS обеспечивал четкость 240 линий по горизонтали и поддерживал все существующие стандарты цветности (PAL, SECAM, NTSC). Для записи – воспроизведения изображения в них применялся блок вращающихся видеоголовок (2 головки). Скоростью вращения видеоголовок при воспроизведении и синхронностью при записи - управляет САР (система автоматического регулирования) блока видеоголовок, которая с высокой точностью поддерживает скорость вращения 25 об/сек. Головки работают поочерёдно. Одна головка записывает и считывает только одно телевизионное поле (например только нечетные строки), соответственно другая – только второе поле (например только четные строки). Напомним, что длительность каждого телевизионного поля – 20 мС и состоит из 312,5 строк. Переключение головок происходит в момент кадрового гасящего импульса, поэтому помехи от переключения головок на изображении не видны. Для снижения помех от соседних строк - зазоры в головках наклонены в противоположные стороны на 6 градусов относительно перпендикуляра. Кроме того схема «трекинга» тщательно следит за тем, чтобы головки двигались точно по своим дорожкам. Данная схема входит в состав САР движения ленты.
Как и любой из аналоговых методов записи – формат VHS вносил искажения при перезаписи видеосигналов. А при многократной перезаписи – потери качества были очень заметными.
Технологии, наработанные при создании видеомагнитофонов, в дальнейшем были использованы при разработке цифровых звуковых магнитофонов (R-DAT), а позже цифровых видеомагнитофонов и видеокамер.
Видео запись.
Принцип формирования изображения ЭЛТ идеально подходит для черно-белой картинки, но для передачи цветной нужно более сложное устройство.
ЭЛТ выпускает на волю три электронных луча, каждый из которых имеет свой цвет: красный (R), зеленый (G) и синий (B). Они формируют на экране цвета, по-разному сочетаясь друг с другом. Три размещенные рядом точки, образованные определенным сочетанием лучей, настолько малы, что человеческий глаз воспринимает три эти точки как одну определенного цвета.
Для перехода луча на следующую строку необходим обратный ход луча, поэтому изображение в классических моделях ЭЛТ-телевизоров формируется чересстрочно: вначале луч проходит нечетные строки изображения, а при втором ходе – четные. Таким образом получается полный кадр. Пробег луча по строкам называют строчной разверткой (ее частота в разных странах равна 50 или 60 Гц, у нас - 50 Гц).
В современных мониторах и цифровых телевизорах электронный луч формирует изображение полностью и не разбивает его на поля, то есть строки выводятся последовательно за один проход. Такие кадры называются прогрессивными. Чересстрочное формирование применялось в первых моделях мониторов и в классических телевизорах.
Только если картинки сменяются с частотой 24 кадра в секунду, человек воспринимает их как фильм - так последовательность кадров превращается в видео.
Идея аналогово-цифрового преобразования основана на дискретизации – разделении непрерывного сигнала на бесконечно малые части и на записи в цифровом виде величины соответствующих частей аналогового сигнала. При этом аналоговый сигнал как бы сглаживается и становится менее подверженным искажениям, менее зависимым от аппаратной реализации воспроизведения, появляется возможность практически любой его обработки на цифровой аппаратуре, которая теперь сводится только к программным задачам. А с цифрами на компьютере можно вытворять уже что угодно.
Структура DVD-дисков и принцип записи
Основой записи и хранения данных на дисках DVD–RAM и DVD-RW является технология изменения фазового состояния вещества. При записи и считывании информации используется различие отражательной способности поверхности в зависимости от того, находится ли она в кристаллическом или аморфном состоянии.
При считывании информации с диска измеряется различие между темными аморфными и яркими прозрачными зонами. Эту технологию вполне можно назвать оптической - для чтения и записи достаточен всего лишь лазер. Послойная структура одной половины диска показана на рисунке.
Оптическая запись
За последние годы оптическая запись, использующая изменение фазового состояния вещества, значительно продвинулась. Теперь это полноценная технология для создания перезаписываемых носителей информации.
Помимо общих преимуществ, обусловленных бесконтактным считыванием информации, технология оптической записи совместима с широко распространенным стандартом CD.
Принцип работы
Луч лазера вызывает кристаллографические изменения в активном слое оптического диска (а именно, в результате облучения вещество меняет свое состояние с кристаллического на аморфное и наоборот).
Запись аморфных областей показана на этом графике. Короткий лазерный импульс высокой мощности расплавляет записывающий материал (температура нагрева превышает температуру плавления материала, T > T плавл). Затем следует охлаждение ниже температуры кристаллизации (T крист).
Результат охлаждения - предотвращение образования центров кристаллизации. таким образом, роста кристаллической фазы не происходит, и вещество остается в аморфном состоянии.
Следующий график объясняет механизм стирания данных. Для стирания надо вернуть вещество в кристаллическое состояние. Опять же с помощью лазера аморфное вещество нагревают до температуры Т, которая меньше температуры плавления, но больше температуры кристаллизации (T крист < Т < Т плавл). Нагрев (а точнее, отжиг) продолжается в течение времени (t отж), достаточного для восстановления кристаллического состояния вещества. Это время должно быть больше, чем так называемое время кристаллизации (t крист, t крист < t отж).
Если необходима очень быстрая запись, например для DVD-RW, то жизненно необходима быстрая кристаллизация. Поэтому время t крист должно быть ниже 100 наносек, а это строго ограничивает выбор используемого материала. Оптимально использование различных сплавов Ge, Sb и Te - они не только удовлетворяют требованию к времени кристаллизации, но и обладают большим оптическим контрастом между аморфной и кристаллической фазой. Кроме того, они имеют приемлемые температуры кристаллизации и плавления (Tкрист = 150-200°C, Tплавл = 600°C).
Механизм записи
Существенной частью каждого метода, основанного на изменении длительности импульса, является использование многоимпульсной стратегии записи.
Каждая записываемая метка формируется посредством мощных лазерных импульсов (P записи = 12 мВт, длительность импульса 15 нс). Между импульсами интенсивность лазерного излучения уменьшается. Таким образом, после каждого импульса расплавляемый материал охлаждается до температуры ниже температуры кристаллизации, формируя область с аморфной фазой. Стирание (то есть кристаллизация) достигается посредством длительного импульса лазера (P стирания < P записи). Чтение информации осуществляется уже при гораздо меньшей мощности лазера (P чтения = 0,5-0,6 мВт). Метка записывается посредством серии мощных импульсов. Стирание достигается длительным лазерным воздействием с мощностью P стир < P записи.
