ضبط ویدیو سیستم های ضبط و پخش
مقدمه
از ابتدای عرضه برنامه های تلویزیونی لزوم یک روش قابل اطمینان برای ضبط اطلاعات مربوط به تصویر بطوری که بتوان بلافاصله بعد از ضبط مجدداً آن را پخش و مورد ارزیابی و اصطلاح قرار داد احساس می شد چه اصلاحات می بایست قبل از پراکنده شدن هنرمندان و اجراکنندگان با بررسی صحنه های ضبط شده انجام شود. علاوه براین در ممالک پهناوری مانند امریکا که دارای مناطق زمانی مختلف است و همین طور برای پخش برنامه هائی که می بایست در یک کشور تولید و در کشور دیگر پخش شود برنامه های تلویزیونی بدون وجود سیستم قابل قبولی برای ضبط با امکانات محدود کننده ای همراه بود.
قبل از پاگرفتن ضبط ویدیو شرکتهای پخش برنامه های تلویزیونی از روش فیلم برداری برای کنسروبرنامه های تلویزیونی استفاده می کردند. برای این کار معمولاً یک دوربین فیلم برداری مقابل مونیتور قرار می گرفت و از برنامه های روی صفحه فیلم می گرفت. طبعاً نتیجه حاصل به هیچ وجه بصورتی که امروزه مورد قبول است نبود . بین زمان ضبط و پخش همواره یک فاصله زمانی که اغلب هم طولانی تر می شد وجود داشت و اگر در صحنه ی اشکالات فنی وجود داشت شانس موجود برای اصطلاح آن کم و نیز گران بود.
اولین دستگاه موفق ضبط مغناطیسی در سال 1900 عرضه شد. در این سال آقای valdemar poulson دستگاه خود را که تلگرافون نام نهاده بود. به عنوان اختراع در امریکا به ثبت رساند. این دستگاه ضبط مغناطیسی سیمی بود که سیگنال حاصل از آن خیلی ضعیف و پر از نویز بود.
در سال 1906 آقای pederson و poulson کشف کردند که با مغناطیسی کردن اولیه سیم در دستگاه تلگرافون سیگنال خروجی خیلی افزایش می یافت ولی مساله ضعف نسبت سیگنال به نویز هنوز حل نشده باقی ماند.
در سال 1927 دو مهندس بنامهای carpenter وcarlson متوجه شدند که با استفاده از جریان متناوب به عنوان بیاز برای نوار یا سیم مغناطیسی نتیجه حاصل به نحو بی سابقه ای اصلاح می شد و روش خود را در امریکا به ثبت رساندند.
در سال 1928 دکتر p fleumer در آلمان اختراع یک نوار پلاستیکی را که دارای بسیاری از خواص مکانیکی مورد لزوم و با لایه ای از پودر ماده مغناطیسی پوشیده شده بود به ثبت رسانید. اولین اختراع در سال 1935 با استفاده از اکسید آهن به عنوان ماده مغناطیسی اصلاح کرد و در همین سال در اروپا اولین دستگاه ضبط مغناطیسی عرضه شد . در حین جنگ بین الملل دوم پیشرفتهای قابل توجه ای در آلمان در این زمینه حاصل شد . که نتایج بدست آمده از این دستگاه را با بازده فیلم و صفحه قابل مقایسه ساخت.
بعد از جنگ در سال 1948 یک شرکت کوچک در کالیفرنیا که در طول جنگ موتورهای برقی تولید می کرد. اولین دستگاه ضبط با نوار مغناطیسی را در امریکا عرضه کرد. این شرکت با ابداعات خود در ضبط ویدیو انقلابی به وجود آورد بطوری که تا سالها بعد از عرضه دستگاه مزبور در استودیوهای تولید ضبط کردن برنامه ها را (( Ampex)) کردن آن می نامیدند و نام این شرکت مترادف با ضبط مغناطیسی بود.
با تولد دستگاه ضبط ویدیو در پخش برنامه های تلویزیونی نیز انقلابی به وجود آمد. صحنه های زنده برنامه ها تقریباً از بین رفت و جزو گذشته ها شد. روشهای تولید با استفاده از دستگاه ضبط عوض شدند چه دیگر لازم نبود برنامه ها در یک دوره زمانی پیوسته تولید شوند و روشهای ویرایش قابل اطمینان و ساده ای زاده شدند.
بعد از پیدایش تلویزیون رنگی طبعاً دستگاه ضبط نیز می بایست به پیروی از سیر زمان بتواند برنامه های رنگی هر سه روش معمول تلویزیون رنگی را می توان به خوبی ضبط و با کیفیت خوب پخش کرد. با وجود این ضبط ویدیو در ایستگاه فرستنده یک دستگاه گران قیمت و پیچیده ای است. تقریباً کمتر نوعی از فن مدار الکترونیکی یافت می شود که ازآن در دستگاه ضبط ویدیو استفاده نشده باشد و هیچ فرستنده تلویزیونی نیست که بتواند بدون استفاده از تعداد قابل توجه ای ضبط ویدیو برنامه های خود را پخش کند.
در کنار فرستنده های تلویزیونی و سیستمهای تلویزیونی مدار بست دستگاه های ضبط ویدیو در تعلیم و تربیت دانشگاهها و مدارس برای مهندسین رادار و لابراتور، آژانسهای تبلیغاتی، دولت و صنعت و تمام مراجع استفاده کننده از سیستم کامپیوتر از اجزاء لاینفک و عدم وجود آنها غیرقابل تصور است .
به علت گرانی و پیچیدگی این دستگاه بیش از سی سال بین عرضه یک ضبط ویدیو برای استفاده در استریو و عرضه ضبط ویدیو برای استفاده عمومی طول کشید. حتی برای ساده تر و ارزان تر کردن از صفحه های مخصوصی نیز برای ضبط ویدیو استفاده شد و شرکت تلفن کن دستگاه پخش تصویر رنگی تلویزیون را با استفاده از صفحه پلاستیکی مخصوصی عرضه کرد که به علت محدود بودن مدت قابل ضبط و پخش پا نگرفت. شرکتهای فرستنده از ابتدای کار موفق شدند استانداردی در ساختمان دستگاه های ضبط ویدیویی سازندگان مختلف به وجود آورند بطوری که بتوان نوار ضبط شده روی دستگاه یک سازنده را روی دستگاه سازنده دیگر پخش کرد. در مورد دستگاهای ضبط ویدیویی که امروزه برای استفاده عمومی ساخته می شوند هنوز این استاندارد به وجود نیامده است .
در سال 1968 تولید کننده گان ژاپنی در یک گرد هم آئی استنداردی برای استفاده از نوارهای نیم اینچی در دستگاهای ضبط وضع کردند . این استاندارد که به استاندارد EIAJ معروف شد چهار چوبی برای خواص مکانیکی و الکترونیکی نوار ضبط تصویر سیاه سفید به وجود آورد . یکسال بعد این استاندارد در مورد ضبطهای رنگی نیز گسترش داده شد و دستگاههایی که با این استاندارد توسط تولید کنندگان ژاپنی ساخته شدند به خوبی توسط بازار صنعت و آموزش پذیرفته شدند ولی در دستگاههای مورد استفاده عمومی تشتت سلیقه باقی ماند.
در سال 1969 شرکت Ampex دستگاه ضبط خود را با استفاده از یک نوع کاتریج با نواری بر اساس استاندارد EIAJ عرضه کرد ولی برای تولید و فروش دستگاه خود اقدامی به عمل نیاورد در سال 1970 شرکت SONY دستگاه ویدیو کاست خود را که در آن از نوار اکسید کرم به پهنای3/4 اینچ به جای نوارهای معمول اکسید آهن استفاده می شد معرفی کرد و در سال1972 به معرض فروش گذاشت. حداقل ده شرکت مختلف ژاپنی حق انحصار ساخت دستگاههای کاست با نوار 3/4 اینچ را از SONY ابداع کردند و این اندازه نوار از آن زمان تقریباً به طور عمومی مورد قبول قرار گرفت و برای دستگاههای مورد استفاده در صنعت آموزش و تمرینهای نظامی از آن پیروی شد. ضبط ویدیو به صورت مغناطیسی دارای خواص ذاتی ویژه ای است که این روش را ارجح برهر نوع روش دیگر می سازد . خاصیت نوار مغناطیسی که بلافاصله و بدون صرف وقت قابل پلاریته خود را به صورت خواسته شده تغییر می دهد و تا زمان مورد لزوم حفظ می کند به معنای پایداری دائمی اطلاعات کنسرو شده است. این تنها ماده ای است که می توان آن را به طور پیوسته پاک کرد و دوباره مورد استفاده قرار داد که صرفه اقتصادی آن را نمایان می سازد. نسبت سیگنال به نویز سیگنال بدست آمده از آن را می توان به میزان قابل بالا برد اعوجاج سیگنال در آن با رعایت حدود مدولاسیون بسیار کم است و در شرایط حد وقتی حالت اشباع به وجود آید این حالت به تدریج رخ می دهد و حدود دینامیک سیگنال آن بسیار وسیع است .
این خواص را می توان به سختی از یک ماده کنسرو کننده دیگر انتظار داشت با وجود این امکان پخش مجدد سیگنال بلافاصله بعد از ضبط از خواص غیر قابل رقابت نوار مغناطیسی است.
دستگاههای ویدیو کاست که در آن نوار مغناطیسی در یک جعبه بسته و محفوظ قرار دارد و از تغییر فاصله ارتعاش و گرد و غبار مصون می ماند راه گسترش ضبط ویدیو را به خانه ها باز کرده اند. می توان پیش بینی کرد که با توجه به موقعیت دستگاههای ضبط صوت ویدیو کاست با خواص خاص خود موقعیت بزرگتری را عاید خود کنند.
بررسی تئوری و مشخصات ویدیو و توضیح دستگاههای مختلف که در فرستنده و صنعت مورد استفاده اند احتیاج به نوشتن کتابی جداگانه و بحثی جداگانه دارد. آنچه اینجا مورد توجه و هدف بوده است ارائه تئوری مقدماتی و اولیه و معرفی تکنیک ضبط و پخش در دستگاه ویدیو کاست و آشنایی با اجزاء مداری آن می باشد.
اصول ضبط ویدیو
ایجاد یک باریکه از مغناطیس رمانت روی نواری که لایه ای از ماده مغناطیسی پوشیده شده است اساس کار ضبط ویدیو می باشد پلاریته سطح مغناطیسی شده در داخل باریکه بستگی به پلاریته میدان مغناطیسی دارد که در لحظه ای که سطح نوار مزبور از مقابل شکاف هد عبور می کند از همین شکاف به خارج نفوذ می کند. شکل مغناطیسی باریکه از لحاظ پلاریته و شدت میدان متناسب با جهت و شدت جریان ، جریانی که در هر لحظه از سیم پیچ هد مغناطیسی می گذرد تغییر می کند قطعه های قطبی هد از ماده مغناطیسی با قابلیت نفوذ مغناطیسی خیلی بالا ساخته شده اند در حالی که شکاف هد از ماده ای با قابلیت نفوذ مغناطیسی برای عبور از یک قطب هد به قطب دیگر از داخل ماده مغناطیسی روی نوار که قابلیت نفوذ بالائی دارد می گذرند .
دارای یک گشتاور مغناطیسی برآیند هستند و به صورت میله های مغناطیسی میکروسکوپی عمل می نمایند پر شده است . این گشتاور مغناطیسی از آنجا ناشی می شود که میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط هر یک الکترون در ئاخل هر اتم ماده توسط دیگری به طور کامل خنثی نمی شود و بدین ترتیب هر اتم به تنهائی دارای یک میدان مغناطیسی برآیند می شود . وقتی یک میدان مغناطیسی خارجی وجود نداشته باشد گشتاورهای مغناطیسی اتمهای مختلف به جهتهای دلخواه متوجه اند و میدان مغناطیسی ماده مزبور صفر است . وقتی یک میدان مغناطیسی از خارج موثر واقع شود این میدان گروهای اتمهای قطب دار را مجبور به تبعیت از خطوط فلوی خود می کند. موادی مانند اکسید آهن (Fe2o3) و اکسید کرم (Cro2) که در پوشش نوارهای مغناطیسی از آنها استفاده می شود دارای این خاصیت هستند که دارای میدان مغناطیسی رماننت شوند . بدین ترتیب اتمهائی که در اثر میدان خارجی چرخانده شده اند بعد از حذف این میدان جهت خود را حفظ می کنند و یا حداقل فقط به میزان کم به جهت اولیه خود بر می گردند .
منحنی B-H
با افزایش شدت میدان خارجی رابطه بین B,H خطی می شود و می توان برای هر مقدار H مقدار B متناسب با آن را تعیین کرد .در مواد مغناطیسی صفر شدن شدت میدان عملاً باعث صفر شدن دانسیته فلو نمی شود بلکه منحنی از قسمت خط چین تبعیت می کند بطوری که بعد از صفر شدن 1H فلوی 1B و بعد از صفر شدن 2H فلوی 2B باقی می ماند .
با افزایش باز هم بیشتر H منحنی خم دیگری به خود می گیرد و صاف می شود و دانستیه فلو دیگر از افزایش H تبعیت نمی کند و عملاً ثابت باقی می ماند . این ناحیه اشباع مغناطیسی است و دارای این مفهوم است که تمام اتمهای قطب دار جهت خطوط میدان مغناطیسی خارجی چرخیده اند و با افزایش شدت میدان دیگر تغییری در وضع آنها ایجاد نمی شود و در نتیجه دانستیه فلو ثابت باقی می ماند.
ضبط با جریان مبنا
اهمیت رابطه خطی و یکنواخت دانستیه فلو و شدت میدان خارجی برای اصالت ضبط و پخش سیگنال امری آشکار و بدیهی است. این رابطه فقط در قسمت مستقیم منحنی برقرار است و تا موقعی که تغییرات شدت میدان بین دو خم منحنی برای برای مقادیر خیلی بالا و خیلی پایین محدود می شود فلوی حاصل در ماده مغناطیسی به میزان قابل قبول تصویر اصیل میدان مغناطیسی خارجی است . به عبارت دیگر سیگنال پخش شده اصیل و مشابه سیگنال ضبط شده است و اعوجاج حاصل می نیمم می شود . در دستگاه ضبط صوت برای رعایت این موضوع از یک سیگنال ac به عنوان مبنا استفاده میشود. برای این کار یک سیگنال ac با فرکانس بالا به سیگنال صوتی مورد ضبط اضافه می شود بطوری که می نیمم و ماکزیمم سیگنال دیگر به قسمتهای خمیده منحنی جائی که اعوجاج آغاز می شود نمی رسند.در ضبط صوت سیگنال مبنا فرکانسی بین 75 تا 95 کیلوهرتز را دارد که عملاً به جریان سیگنال صوتی اضافه میشود . با وجودی که سیگنال مبنا برای ضبط صوت دارای اهمیت فوق العاده- ای است با این وصف در ضبط صوت از تکنیکهای دیگر نیز کاهش اعوجاج استفاده میشود.
طول موج سیگنال ضبط شده
تصویر طول موج سیگنال ضبط شده و یا فاصله ای که یک طول موج کامل سیگنال بر روی نوار هنگام ضبط اشغال می کند تصور ساده ای است . لیکن برای درک بهتر وضع سیگنال هنگام پخش تجسم این طول رل مهمی را ایفا می نماید .
به آسانی می توان دریافت که سرعت حرکت نوار و فرکانس سیگنال دو عامل تعیین کننده طول فاصله اشغال شده برای یک پریود کامل سیگنال هستند . حال فرض می شود که سرعت حرکت نوار ثابت ولی فرکانس سیگنال به 10 هرتز افزایش یابد . واضح است که در طول 15 اینچ نوار درست 10 پریود کامل سیگنال قرار می گیرد و طول موج ضبط شده 5/1 اینچ می باشد. بدین ترتیب :
مشخصات سیگنال پخش شده
هنگام حرکت نوار از مقابل شکاف هدسیگنال پخش دو سر بوبین هد ظاهر می شود . در حین این حرکت نوار یک حلقه مغناطیسی از طریق بخشی از نوار که در هر لحظه مقابل شکاف قرار می گیرد به داخل هسته خود هد بسته میشود. خطوط فلو در اثر تغییرات شدت وفرکانس میدان حاکم در شکاف منقبض و منبسط شده و ولتاژ سیگنال ضعیفی در بوبین هدالقاء می کنند که با تقویت دامنه آنبه حد لازم رسانیده میشود . واضح است که فقط وقتی خطوط فلو تغییر کنند این ولتاژ به وجود می آید و وقتی میدان نوار مغناطیسی ثابت یا صفر باشد هیچ گونه ولتاژی القاء نمیشود. دامنه ولتاژ القاء شده به شدت تغییرات فلو نسبت به زمان و به عبارت دیگر به فرکانس سیگنال ضبط شده بستگی دارد .
نسبتی که سیگنال خروجی با فرکانس افزایش می یابد معین و از مشخصات نوار ضبط می باشد. ولتاژ خروجی برای هر فرکانس ضبط شده دو برابر میشود. هر اکتاو فاصله ای از درجه بندی فرکانس است که در آن فرکانس دو برابر می شود . به عنوان مثال فاصله 30 هرتز تا60 هرتز یک اکتاو 60 هرتز تا 120 هرتز یک اکتاو و 120 هرتز تا 240 هرتز یک اکتاو دیگر را تشکیل می دهد و به همین ترتیب . بنابراین بین 30 هرتز و 240 هرتز 30 اکتاو قرار دارند .
خاصیت تغییر ولتاژ خروجی براثر فرکانس که ناخواسته و از بین برنده اصالت سیگنال اسن را می توان با طرح یک تقویت کننده با منحنی مشخصه ای معکوس منحنی جبران کرد . با این عمل که پری امفاز نامیده می شود ولتاژ خروجی تقویت کننده به اندازه Db6 برای هر اکتا افزایش فرکانس کاهش می یابد .
دامنه دینامیکی
حدود پری امفاز توسط دامنه دینامیکی نسبت کوچکترین سیگنال قابل قبول به بالاترین سیگنال قابل استفاده تعیین می شود. در صفحه گرام این حدود توسط نویز سطحی در انتهای تحتانی تا نقطه ای که سوزن گرام شروع به اثر گذاشتن روی شیار مجاور می نماید در انتهای فوقانی مشخص می شود . نوارهای مورد استفاده امروزی دارای دامنه دینامیکی حدود Db70 هستند . این دامنه اجازه ضبط مستقیم تا بیش از 10 اکتاو یک سیگنال را می دهد . ضبط صوتهای با کیفیت خوب سیگنال صوتی از Hz20 تا KHz20 را به صورت مستقیم ضبط می کنند.
دامنه دینامیکی نوار مغناطیسی امکان ضبط مستقیم سیگنال ویدیو را که دارای باند فرکانسی گسترده از صفر تا MHz5 است حذف می کند . حتی با تکنیک خاص نمی توان بیش از نصف باند سیگنال رنگی را به طور مستقیم ضبط کرد برای باند فرکانس Hz30 تا MHz3 هنوز به بیشتر از 13 اکتاو دامنه دینامیکی احتیاج است .
یک راه حل برای این محدودیت کاهش دامنه اکتاو سیگنال تلویزیونی به وسیله مدولاسیون است . برای این کار به علل چندی از مدولاسیون FM استفاده می شود . قبل از همه مدولاسیون FM دستگاه را در مقابل تغییرات دامنه ای که به علت غیر خطی بودن منحنی مشخصه پخش ایجاد و باعت تغییرات سیگنال پخش و اعوجاج می شوند مصون می سازد. تغییرات دامنه می تواند علل مکانیکی مانند تغییر فاصله نوار از هد نیز داشته باشد . علاوه بر آن از آنجائیکه FM در مقابل تغییرات دامنه مصونیت دارد می توان بدون ترس از اعوجاج اجازه داد که نوار هنگام ضبط به حد اشباع برسد که در نتیجه سیگنال پخش بالاتر و یکنواخت تری بدست آید. به همین ترتیب به علت عدم الزام توجه به اعوجاج احتیاجی به استفاده از سیگنال مبنا بافر کانس بالا به گونه ای که در ضبط مستقیم از آن استفاده می شود نیست . بالاخره مولفه dc سیگنال تلویزیونی با استفاده از FM حذف نمی شود.
در تمام ضبط ویدیوهای امروزی از مدولاسیون FM استفاده می شود. دستگاههائی که در فرستنده ازآنها استفاده می شود از فرکانسهای حامل نسبتاً بالائی استفاده می کنند .در حالیکه در بیشتر دستگاههای ضبط ویدیو عمومی میزان انحراف فرکانس از تقریباً 1 مگاهرتز تا 5 مگاهرتز است در دستگاههای ویدیوی فرستنده ها این انحراف از 06/7 مگاهرتز تا 10 مگاهرتز گسترده است . باید توجه داشت که در اثر روش FM دامنه اکتاو به میزان زیادی محدود می شود بطوری که پهنای باند از MHz1 تا MHz 5 بیش از 3 اکتاو را در بر نمی گیرد. با وجود این دستگاهی مانند ویدیو کاست باید باز هم قادر به ضبط فرکانسهای بالائی تا MHz5 و بیشتر باشد .
حد عملی فرکانسهای بالا
تمام دستگاههای ضبط مغناطیسی دارای یک حد عملی در انتهای فوقانی فرکانس هستند. سیگنال خروجی به میزان db6 برای هر اکتاو افزایش می یابد تا موقعی که یک حالت اشباع ظاهر شده و بعد از آن منحنی به سرعت سیر نزولی را تا صفر طی می کند.
توضیح این پیامد ساده است وقتی در نظر گرفته شود که طول موج سیگنال ضبط شده با افزایش فرکانس مرتب کاهش می یابد . در یک نقطه طول موج سیگنال ضبط شده مساوی ضخامت شکاف هد می شود . در این حالت بین دو کفشک قطبی هد در حد فاصل شکاف آن یک طول موج کامل قرار می گیرد که از دو نیم موج هر کدام با پلاریته مخالف تشکیل میدان برآیند آن حذف و دامنه سیگنال به صفر میل می کند.
بالا بردن فرکانس صفر به دو صورت امکان پذیر است .
یکی اینکه شکاف هد تا حد ممکن کوچکتر ساخته شود .
و دیگر اینکه با افزایش سرعت حرکت نوار در مقابل شکاف هد در واقع طول موج بالاترین فرکانس سیگنال انبساط داده شود . در عمل از هر دو امکان استفاده می شود. کاهش ضخامت شکاف هد به حد میکروسکوپی با استفاده از تکنیکی که برای ساخت مدارهای انتگرالی بکار میرود عملی است .با این تکنیک شکاف هد دردستگاههای مختلف بین m6/0 تا m3/0 کاهش داده شده است . هدها معمولاً از فریت پرس شده و یا فریت منو کریستالی ساخته می شوند . برای شکاف هد از مواد مختلفی مانند لایه ای از دی اکسید سیلیسیم استفاده میشود . با کاهش ضخامت شکااف مقاومت مغناطیسی آن نیز کاهش یافته و در نتیجه حساسیت هد و باآن سیگنال پخش تنزل می یابد . از این رو باید بین کاهش ضخامت شکاف و حساسیت پخش سیگنال هد یک راه حل واسطه و میانی را برگزید و بصورتی توافق کرد .
اکنون امکان دیگر یعنی افزایش سرعت نوار را بررسی می کنیم .اگر نوار مغناطیسی به سرعت کافی از مقابل هد عبور داده شود طول موج سیگنال ضبط شده افزایش می یابد بطوری که فرکانس صفر از بالاترین فرکانسی که باید ضبط شود بالاتر می رود. برای تعیین اندازه این سرعت ضخامت عملی این شکاف هد را m6/0 در نظر می گیریم .
عبور دادن چندین متر از نوار مغناطیسی در هر ثانیه از مقابل هد به طور مستقیم عمل ساده و بدون اشکالی نیست . در طرحهای اولیه ضبطهای ویدیو که در آنها از هد ثابت استفاده می شد سرعت عملی نوار با این رقم برابری می کرد. در دستگاههای ضبط ویدیوی امروزی یک یا چند هد در استوانه ای بنام جارو کننده قرار داده شده و این جارو کننده با سرعت rpm1800 در حال دوران نوار ویدیورا که با سرعت نسبتاً کمی از مقابل آن عبور می کند جارو می کند . سرعت عملی حرکت نوار خیلی آهسته است آهسته تر از آنچه در ضبط صوت معمول است ولی سرعت نسبی بین سطح نوار و شکاف هد متحرک که سرعت نوشتن نامیده می شود مطابق شرایط بالا می باشد .
بالا بردن سرعت نوشتن
طرحهائی چند که در آنها از یک یا چند هد دوار استفاده شده است برای بالا بردن سرعت نوشتن ارائه شده اند . دستگاههای مورد استفاده در فرستنده موسوم به quadruplex از چهار هد که با زاویه 90 درجه نسبت به یکدیگر حول یک چرخ هد نصف شده اند استفاده می شود.
چرخ هد در ثانیه 240 دور دوران وی کند و هر کدام از هدها 16/1 میدان تصویر تلویزیون را ضبط می کند. در دستگاههای quadruplex استودیوها از سرعت 1000 دور در هر ثانیه برای هدها نیز استفاده شده است تا کیفیت فرکانسی سیگنال ضبط شده به حد مطلوب برسد .
دستگاههای ویدیو کاست از روش " جاروی مارپیچی " که برای اولین مرتبه در یک vtr صنعتی در سالهای 1960 عرضه شد استفاده می شود . در این دستگاهها نوار مغناطیسی تحت یک زاویه حول استوانه دوار حامل هدها عبور داده می شود. هدها نوار را تحت یک زاویه تدریجی از یک لبه تا لبه دیگر قطع می کنند . عملاً نزدیک لبه های نوار یک فضای خالی برای ضبط صوت و سیگنال هماهنگی در طول نوار باقی گذاشته می شود . مسیری که توسط هدها طی می شود در عرض نوار طوری مایل و شیب دار می شود . از این رو از اصطلاح " مسیر مورب " یا " جاروی مارپیچی " برای مشخص کردن این روش استفاده می شود .
در اکثر دستگاههای با جاوی مارپیچی دوران هدها طوری ترتیب داده می شود که هر ضربه دورانی یک هد 60/1 ثانیه متناسب با طول زمانی یک میدان تصویر تلویزیون طول بکشد. عملاً لازم نیست که در هر عبور هد از مقابل نورا یک میدان کامل تصویر ضبط شود. در بعضی ویدیو کاستها میدان تصویر تقسیم می شود و هر هد قسمتی از طول یک میدان تصویر را در هر ضربه ضبط و پخش می کند . در این حال برای اجتناب از وقوع ناپایداری در تصویر در محل اتصال دو قسمت آن به دقت فوق العاده ای احتیاج است . همین طور هدها درست و دقیق نسبت به هم نصف شده باشند تا از ایجاد خمیدگی در تصویر در اثر عدم تطابق هنگام پخش به خصوص در تلویزیون رنگی جلوگیری شود. با این وصف به علت این اشکالات تمام vtr های مورد استفاده عمومی از روش ضبط و پخش یک میدان تصویر در هر ضربه هد استفاده می کنند .
ویدیو کاستها هم بایک هد و هم با دو هد ساخته شده اند . هد در این دستگاه یک دور کامل را در50/ 1 ثانیه طی می کند . برای اینکار جارو کننده باید سرعت 3000 دور در هر دقیقه دوران کند . یک عیب این دستگاه این است که در قسمتی از فاصله دوران هد را ترک می کند و در نتیجه قسمتی از سیگنال تلویزیونی حذف می شود . برای این عیب زمان دوران طوری میزان می شود که شکاف حذف سیگنال تلویزیونی در طول امپولس حذف عمودی واقع شود.
در سیستم دو هدی از دو هد که به فاصله 180 درجه از هم دور جارو کننده نصف شده اند استفاده می شود. هر کدام از دو هد برای مدت کمی بیش از نیم دور با نوار دو کونتک است و سرعت دوران جارو کننده در این حال 1500 در هر دقیقه می باشد که نصف سرعت دوران دستگاه یک هدی می باشد . به این علت یعنی نصف بودن سرعت دوران هد باید در این دستگاه قطر استوانه هدها دو برابر اتنخاب شود تا سرعت نوشتن ثابت باقی ماند . در اینجا شکافی در سیگنال ضبط ایجاد نمی شود و از آنجائیکه هر کدام از دو هد برای کمی بیش از 180 درجه با نوار دو کونتکت است و سیگنال ضبط به طور همزمان به هر دو هد داده می شود هر هد کمی بیش از یک میدان کامل را ضبط می کند . بدین ترتیب یک روبهم افتادن سیگنال ویدیو به وقوع می پیوندد در زمانی که یک هد در حال ترک نوار است همان سیگنالی را ضبط یا پخش می کند که هد دیگر که در حال آغاز کونتکت خود است انجام می دهد . با یک کلید الکترونیک این رویهم افتادگی هنگام پخش سیگنال حذف می شود .
نوار مغناطیسی تا بدان اندازه حول جارو کننده پیچیده شده است که در ابتدا و انتهای هر مسیر ویدیو می توان سه سطر افقی اضافی را ضبط کرد . در هنگام پخش جمعاً 6 سطر رویهم افتادگی وجود دارد که در طول آن هر دو هد همان سیگنال را دارا هستند . کلید الکترونیک در وسط رویهم افتادگی سیگنال هد همان سیگنال یک هد را قطع و به سیگنال هد دیگر وصل می کند. نقطه قطع و اتصال کلید طوری انتخاب شده است که بین 5 الی 8 سطر قبل از امپولس سنکرون عمودی واقع شود . با این عمل ناپایداری تصویر هنگام تغییر اتصال در پایین تصویر که زیاد موردنظر نیست واقع می شود و از طرفی به اندازه کافی از امپولس سنکرون عمودی دور است تا روی آن اثر نگذارد . علاوه براین سیتم AFC افقی قبل از آغاز اولین سطر تصویر بدون هیچ گونه اشتباهی مجدداً بکار افتاده موثر واقع می شود.
بی مورد نیست در اینجا نکاتی چند درباره نحوه پیچیدن نوار حول جارو کننده هدها ذکر شود. زاویه پیچش کمی بیش از 180 درجه می باشد . میله های راهنمایی که در پیچش امگا ازآنها برای تغییر جهت نوار و حرکت آن حول جارو کننده استفاده می شود به ترتیب راهنمای ورودی و راهنمای خروجی نامیده می شوند. وقتی که با آن این راهنما ها در محل خود نصب می شوند همین طور شکل و زاویه آنها از نقطه نظر محل دقیق میسر مغناطیسی روی نوار بی تهایت اهمیت دارد .
کنترل جارو کننده هد
برای ارائه تصویر تلویزیونی بدون لرزش خمیدگی و اعوجاج لازم است حرکت جارو کننده هد ویدیو توسط یک سیستم کنترل هدایت شود. قلب این سیستم از یک مقایسه کننده زمانی تشکیل شده است که دو واقعه را در حال ضبط با هم مقایسه می کند. یکی سیگنال 30 هرتزی است که از امپولسهای سنکرون سیگنال مورد ضبط بدست می آید و دیگری امپولسی است که از خود جارو کننده ایجاد می شود . این امپولس توسط یک مغناطیس دائمی که در سطح تحتانی استوانه دوار هد جاسازی شده است و از مقابل یک سیم پیچ ثابت عبور می کند در این سیم پیچ زائیده می شود. سیم پیچ مزبور طوری قرار گرفته است که هنگامی که یکی از دو هد که در حال آغاز میسر خود روی نوار است و از مقابل آن می- گذرد امپولس مزبور ایجاد می شود . این امپولس عملاً فیدبک سیستم کنترل است . اگر هد مبدا زودتر یا دیرتر از لحظه معین در محل شروع مسیر قرار بگیرد مقایسه کننده یک ولتاژ DC رفع اشتباه تولید می کند که ولتاژ ورودی تقویت کننده محرک موتور هدها را تصحیح می کند . در حین ضبط یک موج مربعی Hz25 که از امپولس سنکرون عمودی بدست می آید روی مسیر کنترل نوار ویدیو ضبط می شود . هد مسیر کنترل در فاصله معینی در طول مسیر نوار بعد از عبور حول جارو کننده قرار دارد . سیگنال مسیر کنترل برای ایجاد هماهنگی هنگام پخش مورد استفاده قرار می گیرد .
اندازه نوار
علاوه بر مسیر مورب ویدیو در دو لبه نوار دو مسیر طولی دیگر قرار دارند. از این دو مسیر یکی برای ضبط صوت و دیگری برای ضبط سیگنال کنترل مورد استفاده قرار می گیرد . هدهای ضبط صوت و کنترل معمولاً در یک مجموعه قرار دارند . از آنجائی که این دو هد هر کدام بر یک لبه مخالف هم موثرند خطر تداخل بین آنها بسیار کم است .
فضاهای خالی بین دو مسیر مجاور نوارهای محافظ هستند و بین مسیرهای آدیو ، کنترل و ویدیو واقع هستند . این نوارها بین دو مسیر ویدیوی مجاور نیز قرار دارند و برای جلوگیری از تداخل سیگنال دو مسیر مجاور تعبیع می شوند . پهنای نوار محافظ ویدیو بستگی به سرعت حرکت نوار دارد . برای سرعتهای بالاتر این نوار پهن تر می شود. دستگاههای ویدیو کاست جدید فاقد نوار محافظ هستند ، چه با تکنیک دیگری از تداخل سیگنالها جلوگیری می شود و سرعت کم حرکت نوار در ویدیو کاست خود این کیفیت را تقویت میکند.
مقایسه سیستمهای PAL,NTSC و SECAM نظری به آینده تلویزیون
مراتب زیر از مقاله ای از dr. sc. Tech. Bernath در مجله علمی Technische Rundschau که در برن پایتخت سویس منتشر می شود نقل می گردد.
کشور گوهستانی سویس بهرانی ترین شرایط را در مورد انتقال تصاویر رنگی دارا می باشد. وزارت پست و تلگراف و تلفن سویس سالها روی روشهای مختلف تلویزیون رنگی SECAM , PAL , NTSC آزمایشهای اصولی انجام داد و معایب و محاسن آنها را با هم مقایسه کرد و بالاخره در سال 1967 کشور سویس روش PAL را برای تلویزیون رنگی انتخاب کرد.
نویسنده مقاله از تجربیات و نتایج آزمایشهای وزارت PTT سویس برای نوشته خود استفاده کرده است .
مقایسه این سیستمها فقط از نقطه نظر تکنیکی صورت می گیرد و بحث راجع به موارد اقتصادی و سیاسی آنها خود داری می شود.
1. مقایسه SECAM , PAL , NTSC
در شرایط مناسب نویز SECAM دارای محاسن قابل ملاحضه است :
عدم حساسیت در مقابل اشتباهات خطی دامنه و اشتباه دامنه ای که به اندازه دامنه بستگی دارد، عدم حساسیت در برابر اشتباه خطی فاز و تا حدودی غیر حساس در مقابل اشتباه فازی که به دامنه سیگنال بستگی دارد .
محاسن نام برده با شرایط اینکه آشکار ساز دمدولاتور دارای تعادل فرکانسی ثابت باشد انتقال اصیل رنگها را به نحوه اطمینان بخشی تامین میکنند . بنابراین در سیگنالهای ورودی قوی SECAM در مقابل انعکاس امواج نیز مقاوم است و نوع رنگ در تصاویر رنگی در اثر انعکاسات تغییر نمی کند .
در شدت میدانهای کمتر برای گیرنده و متناسب با آن در نسبتهای کوچک سیگنال نویز روش SECAM محاسن خود را به میزان زیادی از دست میدهد . برای درک این مطلب لازم است منحنی مشخصه سیگنال به نویز را در سیستم انتقال FM مورد توجه قرار دهیم . برخلاف سیستمهای انتقال AM (NTSC , PAL ) این منحنی در نمایش لگاریتمی خود یک خمیدگی نشان می دهد . مفهوم این خمیدگی این است که نسبت سیگنال به نویز و خروجی آشکار ساز از یک مقدار بحرانی در ورودی آن به بعد سریعاً تنزل می کند.
محل خمیدگی به پارامترهای سیستم FM بستگی دارد . در سیستم SECAM دامنه مدولاسیون بخاطر تامین سازش و هماهنگی با تلویزیون سیاه سفید بالنسبه خیلی پایین است . به همین خاطر دامنه سیگنال حامل رنگ نیز بسیار محدود است . بدین ترتیب با مدارهای ساده گیرنده نمی توان سیستم FM را از نویز و پارازیت دور نگاه داشت .
خمیدگی منحنی برای نویز سفید در نسبت سیگنال به نویز db18 برای تکاثف درخشندگی قرار دارد نسبت سیگنال به نویز از روی تجربه اکثراً در فاصله های متوسط از فرستنده و همچنین هنگام دریافت فرستنده های خارجی از مقدار کمتر است . نکته مهم دیگری نیز به این مطلب اضافه می گردد در وضعیتهای نامناسب برای گیرنده نه فقط در نواحی کوهستانی طیف سیگنال گرفته شده در اثر انعکاس اغلب به طور سلکتیو تضعیف می شود و محل تضعیف در طیف از ناحیه به ناحیه فرق می کند . وقتی ناحیه تضعیف شده در حدود باند سیگنال نوع رنگ قرار بگیرد که اغلب هم همینطور است و شدت میدانهای ضعیف این قسمت از سیگنال نوع رنگ با چنان دامنه کم انتقال می یابد که بر روی سطح بزرگی از تصویرنویز بر سیگنال نوع رنگ برتری می گیرد به عبارت دیگر نویز سیگنال رنگ را می پوشاند . این نویز بخشی از اجزای تصویر را چنان اشغال می کند که مجموعه تصویر همدیگر قابل استفاده نیست .
این پیشامد را می توان از روی تئوری نیز محاسبه کرد و نتایج آزمایش را تایید نمود . به خصوص هنگام انتقال تصاویر از فواصل دور و یا ردو بدل بین المللی برنامه های رنگی این اشکال قویاً تجلی می کند .
سیستمهای PAL , NTSC از این عیب مبرا هستند . این روشها در مقابل نویز مقاومتر و از این رو برای انتقال تصویر به فواصل دور نواحی کوهستانی و ردوبدل بین المللی برنامه ها اطمینان بخشتر از SECAM هستند .
عیب مهم دیگر سیستم SECAM بدتر بودن قابلیت استفاده از آن در سیستم CCIR است. با توجه به منحنی عبور تقویت کننده IF تصویر تنزلهای دامنه ای که در اثر فیلترهای صوت به وجود می آیند و یا از عدم تنظیم دقیق گیرنده ناشی می شوند نسبت سیگنال به نویز را برای سیگنالهای تفاضلی رنگ اضافه بر موارد فوق پایین می آورند .
در مقابل PAL , NTSC می توان سیگنالهای SECAM را کمی آسانتر و بهتر روی باند مغناطیسی ضبط کرد به شرط اینکه لازم نباشد بعداً کد آن تعویض گردد .
تاخیر دهنده گیرنده SECAM دقت کمتری نسبت به تاخیر دهنده گیرنده PAL لازم دارد. وضوح رنگی عمودی تصویر در سیستم SECAM از PAL کمتر است ولی به حدی نیست که برای چشم زیاد قابل ملاحضه باشد .
قیمت دستگاه های گیرنده و سهولت سرویس زیاد به سیستم گیرنده بستگی ندارد .
برای تکمیل مطلب باید به یک اعوجاج دیگری نیز اشاره کرد که به نوع سیستم انتقال بستگی دارد .
این اعوجاج در اثر انتقال یک باند جانبی (PAL ,NTSC) در مدولاتور IF گیرنده به وجود می آید . در نتیجه این اعوجاج رنگهای سیر با تکاثف درخشندگی زیاد در سیستمهای PAL و NTSC اندکی روشنتر می شوند . در سیستم SECAM این اعوجاج به وجود نمی آید . علاوه بر این در سیستمهای PAL , NTSC تکاثف درخشندگی این رنگها نیز اندکی تغییر داده می شود .
2. چرا تلویزیون رنگی ؟
ولف گانگ فن گوته شاعر و نویسنده آلمانی در باره رنگ چنین می نویسد : " رنگها احساس شادی زیادی را در انسان به وجود می آورند .چشم بشری به رنگ همان اندازه احتیاج دارد که به روشنایی . در نظر مجسم کنیم احساس کاملاً متفاوتی که در ما ایجاد می شود وقتی در یک روز ابری خورشید فقط بر قسمتی از محیط تابیده رنگهای آنجا را ظاهر می کند. این که به سنگهای گران قیمت رنگی نیروی شفابخش داده می شده است شاید از این احساس غیر قابل وصف لذت از رنگ سرچشمه گرفته است ."
از دنیای بی انتهای احساس که انسان هر لحظه به آن مرتبط است به سختی خاطره ای را مانند احساس رنگ می توان یافت : رنگهای درخشنده گلها یونیفورمهای رنگی گارد احترام ، برگهای سبز درختان ، آسمان آبی ، زنی زیبا با لباسهای ارغوانی ، دریای بی کران با تشعشع نور خورشید که هر لحظه به رنگی تجلی می کند ، منظره دشت و کوهستان در رنگهای آرامش بخش طبیعی …
فقط می تواند به اعماق احساسات ما راه یابد یاد بود منظره و خاطره ای در ما همیشگی نماید و ما را اوج لذت حس بینایی را دهد.
تلویزیون رنگی این در را به روی انسان می گشاید . احساس رنگی دیدن تصویر حتی در تمایل برجسته دیدن آن برتری دارد .
این است آنچه صدها هزاران دانشمند را تکاپو انداخت. تحقیقات خستگی ناپذیر ابتدا روی منشاء رنگ و اصول احساس رنگ سپس روی آلمان عکسهای رنگی و سینمای رنگی به معجزه تلویزیون رنگی منتهی شد . نیل به این هدف مستلزم ترکیب پر از فانتزی اصول علوم طبیعی فیزیولوژی انسان و اختراعات فرقی در سه بخش بود که تلویزیون رنگی را به وجود می آورند : تبدیل تصویر ابتیکی به سیگنالهای الکتریکی ، انتقال سیگنالها و بالاخره تبدیل معکوس سیگنالهای الکتریکی به ابتیکی در انتهای دیگر.
شبیه حل یک معما امروزه این تکامل طبیعی و از روی یک نقشه پیش بینی شده احساس می شود. ولی حقیقت آن است که انسانهای بسیاری قسمت مهمی از زندگی خود را صرف حل مسائل مربوط به این معجزه قرن کرده اند . انسانهایی که شاید به زودی فراموش شوند .
3. نظری به آینده تلویزیون
پیشرفتی که در سیستم تلویزیون از به دو اختراع تا به حال حاصل شده است به تعبیر شدن خوابهای خوش بیشتر شباهت دارد .
اولین دوربین تلویزیون بیش از سی سطر میدان تصویر را به طور مکانیکی جارو نمی کرد. تصاویر اولیه منحصر به تصویر اشخاصی بود که می بایست مدتها بی حرکت جلوی دوربین بایستد تا اعوجاج در تصویر آنها نشود.
اولین لامپ اشعه کاتودیک BRAUN بیش از یک متر طول و فقط به اندازه چند سانتیمترمربع صفحه تصویر داشت .
امروزه دوربین تلویزیون به جای غواص به زیر آب فرو می رود و اعماق اقیانوسها را معاینه می کند. این دوربین امروز می تواند از داخل معده انسان تصاویر رنگی ارائه می دهد و در تاریکی شب تصاویر روشنی از اشیاء درون تیره گی به گیرنده انتقال دهد .با آن کره خاکی قدمهای اولین انسان در کره ماه مستقیماُ و همزمان شمرده می شود .
با دوربین تلویزیون چشم انسان دیگر شب کور نیست و با دوربینهای مخصوص می توان بهتر از چشم گربه دید . نور افکنهای مادون قرمز با نور برای چشم انسان غیر قابل رویت ، صحنه را روشن می کنند و دوربین تصویر صحنه را طوری به ما نشان می دهد که گویا با نور روز روشن است .
هم اکنون دوربینهای تلویزیونی بدون جاروی اشعه الکترونیکی ساخته شده اند : هزاران ذرات ریز از المانهای حساس در مقابل روی یک صفحه کوچک قرار دارند که بطور دیژیتال پشت سر هم وصل می شود و جای دوربین تلویزیونی را با اشعه جارو کننده می گیرند . یک چنین دوربینی می تواند از دوربین کوچک عکاسی نیز کوچکتر باشد .
گرچه تا به حال بیش از دویست سطر آن را با اشتباه از این دوربین به دست نمی آید ولی با جدیتهایی که NASA در تکمیل آن برای استفاده در اکتشافات فضایی به عمل می آورد در آینده نزدیک کیفیت قابل ملاحضه پیدا خواهد کرد .
انسان چه خواسته دیگر خواهد داشت ؟ شاید یک گیرنده تلویزیون که بتوان آن را مانند تابلوی نقاشی به دیرار آویزان کرد و با صدای استریو فونیک ؟ یک دوربین تلویزیونی بسیار کوچک همراه با دستگاه ضبط مغناطیسی همان گونه که Ampex خواهان آن است ؟ و یا تلویزیون فضایی با تصویر برجسته ؟
هیچ کدام از این خواسته ها خواب و خیال نیستند و تنها مسائل تکنیکی را در بر دارند که باید حل شوند . تصاویر تلویزیونی امروزه از یک واژه به قاره دیگر بدون اشکال انتقال داده می شود. مسائل زبانی می تواند توسط گیرنده هایی که به چند زبان صحبت میکنند رفع کرد و اختلاف سیستمها نیز به هیچ وجح مانع محسوب نمی شود .
قدم بعدی چیست ؟ تشعشع برنامه ها از ماه های مصنوعی برای دریافت مستقیم عمومی می تواند به عنوان اولین هدف در نظر گرفته شود . از نقطه ای روی کره زمین می تواند بدون رله فرستنده های سانسور کننده کشوری ملل تمام دنیا تحد تاثیر قرار داده شود . افلاطون گفته است :
" بزرگی یک شهر توسط تعداد افرادی تعیین می شود که هنوز همه می توانند به صدای یک گوینده اخبار مهمی گوش دهند."
آیا تلویزیون بین المللی نمی تواند تمام افراد بشر را به هم نزدیک کند کره خاکی را به یک شهر تبدیل نماید؟ تا آینده چه پیش آورد.
دستگاه ویدیو صفحه: 28