Магнитная запись звука и изображения

В устройствах магнитной записи звука принято различать аналоговый и цифровой методы. Они отличаются способом подготовки информации перед ее нанесением на носитель. В аналоговой записи на носитель путем некоторых физических преобразований наносится как бы отпечаток исходного сигнала, его аналог (отсюда и название способа). В магнитофоне электрический входной сигнал преобразуется головкой записи в магнитное поле. Под действием этого поля изменяется ориентация магнитных частиц в магнитном слое ленты.

Основная беда аналогового способа заключается в нелинейности тракта. Преобразования сигнала ведут к потере информации, как в игре «испорченный телефон», где каждый следующий участник немного привирает. Самое слабое звено магнитной записи – это лента. От нее требуется, чтобы изменения ориентации магнитных частиц в точности соответствовали изменению входного сигнала и магнитного поля головкой записи, а это очень непросто по объективным физическим причинам. Впрочем, определенные успехи в разработке магнитных лент достигнуты.

Цифровой способ записи несколько сложнее. Сначала сигнал превращается в поток данных. Это можно представить, примерно, так: очень быстродействующий вольтметр несколько десятков тысяч раз в секунду измеряет напряжение входного сигнала и выдает показания в виде непрерывной последовательности чисел. Эта последовательность потом записывается на носитель, но уже не в виде отпечатка сигнала, а числовой информации о нем. Число записывается на пленку в виде последовательности импульсов. Это проще, поскольку от носителя требуется только различать «есть – нет». Таким образом, можно в значительной степени избавиться от недостатков самой магнитной среды. Платой за простоту является повышенная скорость потока данных. Кроме того, исходный сигнал приобретает некоторую дискретность, то есть раздробленность, поскольку подвергается сугубо нелинейному преобразованию из аналоговой формы в цифровую. Это, конечно же, не может не отразиться на звуке.

В настоящее время стало ясно, что удобство и возможности цифровой записи перевешивают качество аналоговой, по крайней мере, если говорить о профессиональном использовании. На некоторых стадиях работы еще иногда применяют аналоговую запись, но сам финальный продукт (CD, мини-диск, видеодиск, DVD) в подавляющем большинстве случаев – цифровой. Цифровые носители и рекордеры совершенствуются, качество записи растет и догоняет аналоговую.

Видеомагнитофон имеет много общего со звуковыми магнитофонами. В нем, как и в звуковом магнитофоне, есть лентопротяжный механизм, перемещающий магнитную ленту вдоль магнитных головок. В головке записи колебания электрического тока, пропорциональные записываемому сигналу, преобразуются в изменения магнитного поля, намагничивающего ленту. Благодаря эффекту гистерезиса за головкой записи остается магнитная дорожка на ленте – сигналограмма. При воспроизведении магнитная лента перемещается вдоль головки воспроизведения. Остаточная намагниченность сигналограммы преобразуется в головке воспроизведения в электрический сигнал.

Однако имеются значительные отличия телевизионного видеосигнала от звукового сигнала. Надо отметить более широкую полосу частот, занимаемую видеосигналом. Особенности телевизионного сигнала обусловливают и высокие требования к стабильности скорости перемещения ленты относительно головок [8].

Видеозапись стала возможной благодаря принципиально новым решениям, найденным специалистами фирмы Ampex. Сигнал записывается отдельными строчками, расположенными поперек ленты. Такая запись получила название поперечно – строчной. Перенос спектра в высокочастотную область с целью согласования частотного диапазона видеосигнала с возможностями процесса магнитной записи – воспроизведения выполнен в аппарате Ampex с помощью частотной модуляции.

Таким образом, новыми решениями, позволившими ввести видеозапись в практику телевидения, являются:

- строчная запись вращающимися головками;

- частотная модуляция.

Эти решения оказались настолько удачными, что были использованы во всех видеомагнитофонах, служащих для записи аналогового видеосигнала. На их основе были созданы также высококачественные аппараты магнитной звукозаписи. Метод строчной записи используется и в цифровых видеомагнитофонах [8].

К проблеме цифровой видеозаписи подключились международные организации. В 1979 году были образованы рабочие группы SMPTE и EBU по цифровой видеозаписи. В результате интенсивной совместной работы фирм – производителей телевизионной аппаратуры, вещательных компаний и международных организаций по стандартизации был создан стандарт компонентной цифровой видеозаписи, получивший название D-1. Через несколько месяцев был разработан формат D-2, затем D-3, D-5. С тех пор новые форматы видеозаписи на магнитную ленту появлялись практически каждый год.

Значительным этапом развития цифровой видеозаписи стало объединение усилий таких ведущих фирм, как Sony, Matsushita, Philips, Thomson, JVC, Hitachi, Sanyo, Sharp, Toshiba в рамках проекта DVC (Digital Video Cassette – цифровая видеокассета). В результате их работы были разработаны спецификации на семейство кассет, формат ленты, стандарт видеокомпрессии.

Достаточно упомянуть системы DCT и Digital Betacam, Betacam SP, Digital – S, DV, DVCPRO, DVCAM, Betacam SX.

Обилие форматов цифровой видеозаписи обусловлено многими факторами. Это отражает стремление фирм – производителей аппаратуры улучшить параметры и эксплуатационные характеристики цифровых видеомагнитофонов, расширить сферу их применения. Это объясняется и большей гибкостью, которая обеспечивается цифровыми методами обработки сигналов. Прогресс цифровой видеозаписи неразрывно связан также с увеличением плотности записи информации: уменьшением ширины ленты, шага строчек записи, скорости транспортирования ленты, что достигается благодаря новым и более совершенным носителям записи. В значительной мере прогресс цифровой видеозаписи определяется успехами в теории информации и кодирования и достижениями в электронике. Потенциал всех перечисленных областей науки и техники велик, поэтому, вероятно, появятся и новые форматы цифровой видеозаписи.