Видеомагнитофон: История и развитие

Введение

Магнитофон, предназначенный для записи и воспроизведения видео- и аудиоматериалов на магнитной ленте.

Видеомагнитофон (VTR) – это магнитофон, предназначенный для записи и воспроизведения видео- и аудиоматериалов с магнитной ленты. Первые VTR были устройствами с открытой катушкой, записывающими на отдельные катушки ленты шириной 2 дюйма (5,08 см). Они использовались на телевизионных студиях, заменяя киноплёнку и делая запись для телевидения более дешевой и быстрой. Начиная с 1963 года, видеомагнитофоны сделали возможным мгновенный повтор во время прямых трансляций спортивных мероприятий. Усовершенствованные форматы, в которых лента помещалась внутри видеокассеты, появились примерно в 1969 году; устройства для воспроизведения этих кассет называются видеомагнитофонами. Соглашение японских производителей об общем стандартном формате записи, позволявшем воспроизводить кассеты, записанные на аппаратуре одного производителя, на аппаратуре другого, создало возможность для потребительского рынка; первый потребительский видеомагнитофон, использующий формат U-matic, был представлен компанией Sony в 1971 году.

История

В начале 1951 года Бинг Кросби спросил своего главного инженера Джона Т. (Джека) Муллина, можно ли записывать телевидение на магнитную ленту, как это было возможно с аудио. Муллин ответил, что считает это вполне осуществимым. Бинг попросил компанию Ampex изготовить такое устройство и организовал для Муллина лабораторию в Bing Crosby Enterprises (BCE) для проведения работ. В 1951 году полагали, что при очень высокой скорости движения ленты можно обеспечить необходимую полосу пропускания для записи видеосигнала. Проблема заключалась в том, что видеосигнал имеет значительно большую полосу пропускания, чем аудиосигнал (6 МГц против 20 кГц), что требовало чрезвычайно высоких скоростей ленты. Однако существовала и другая проблема: конструкция магнитной головки не позволяла записывать сигналы с полосой пропускания более 1 мегагерца, независимо от скорости ленты. Первые попытки видеозаписи с использованием аппаратов, аналогичных звукозаписывающим устройствам с фиксированными головками, оказались безуспешными. Первая демонстрация этой технологии была проведена BCE 11 ноября 1951 года, но результат был очень низкого качества. Еще одной ранней разработкой стал Vision Electronic Recording Apparatus – высокоскоростной многодорожечный аппарат, разработанный BBC в 1952 году. В нем использовалась тонкая стальная лента на 21-дюймовой катушке (53,5 см), движущаяся со скоростью более 200 дюймов в секунду (510 см/с). Несмотря на 10 лет исследований и улучшений, он не получил широкого распространения из-за огромной длины ленты, необходимой для каждой минуты записанного видео. К 1952 году BCE также перешла к многодорожечным аппаратам, но столкнулась с ограничениями полосы пропускания записи даже при высоких скоростях. В 1953 году в BCE выяснили, что проблема заключается в конструкции магнитной головки. Эту проблему удалось решить, и появилась возможность записи сигналов с полосой пропускания, превышающей 1 мегагерц. Из-за высокой стоимости Ampex VRX 1000 могли позволить себе только телевизионные сети и крупнейшие телестанции. К началу 1957 года единственным успешным производителем магнитной ленты для видеозаписи была компания 3M, производство которой было чрезвычайно сложным и требовало обеспечения необходимого качества. Три американские телесети официально начали использовать видеозапись 28 апреля 1957 года, "одновременно с переходом на летнее время", и к тому моменту у них "вероятно, было не более 50 пригодных для использования катушек ленты – ситуация была критической". Система видеозаписи Ampex с квадроплексной магнитной лентой имела определенные ограничения, например, отсутствие возможности плавной паузы или застывшей картинки, поскольку при остановке ленты на воспроизводящих головках присутствует только один сегмент записи изображения (всего 16 строк изображения в каждом сегменте), поэтому узнаваемое изображение можно было получить только при нормальной скорости движения ленты. Однако, несмотря на эти недостатки, она оставалась стандартным оборудованием для телестудий примерно до 1980 года. Система геликоидного сканирования решила эту проблему. В 1959 году JVC продемонстрировала свой первый видеомагнитофон с геликоидным сканированием под названием KV 1. В 1963 году Philips представила свой 1-дюймовый видеомагнитофон EL3400 с геликоидным сканированием (ориентированный на бизнес и домашнего пользователя), а Sony выпустила 2-дюймовый PV 100 – свой первый видеомагнитофон с открытой катушкой, предназначенный для использования в бизнесе, медицине, авиации и образовании. Telcan, произведенный компанией Nottingham Electronic Valve Company и продемонстрированный 24 июня 1963 года, стал первым домашним видеомагнитофоном. Его можно было приобрести как готовое устройство или в виде набора для самостоятельной сборки за 60 фунтов стерлингов. Однако у него было несколько недостатков: он был дорогим, его было нелегко собрать, и он мог записывать только 20 минут черно-белого видео. Модель CV 2000, впервые представленная на рынке в 1965 году, стала первым видеомагнитофоном Sony, предназначенным для домашнего использования, и работала с полудюймовой лентой. В 1965 году Ampex и RCA последовали их примеру, выпустив собственные монохромные видеомагнитофоны с открытой катушкой по цене менее 1000 долларов США для домашнего потребительского рынка. В 1967 году стали доступны предварительно записанные видеокассеты для домашнего просмотра. Формат EIAJ – это стандартный полудюймовый формат, используемый различными производителями. EIAJ 1 – это формат с открытой катушкой. EIAJ 2 использует картридж, содержащий подающую катушку, но не принимающую. Поскольку принимающая катушка является частью видеомагнитофона, перед извлечением картриджа ленту необходимо полностью перемотать, что является относительно медленной процедурой. Разработка видеокассеты последовала за другими заменами систем с открытой катушкой на кассеты или картриджи в потребительских товарах: 4-трековая аудиокассета Stereo Pak в 1962 году, компактная аудиокассета и картридж Instamatic в 1963 году, 8-трековая кассета в 1965 году и картридж для домашнего кино Super 8 в 1966 году. До изобретения видеомагнитофона живое видео записывалось на кинопленку в процессе, известном как телезапись или кинескопирование. Хотя первые квадроплексные видеомагнитофоны записывали с хорошим качеством, записи нельзя было замедлять или останавливать, поэтому процессы кинескопирования продолжали использоваться примерно в течение десятилетия после разработки первых видеомагнитофонов.

In early 1951, Bing Crosby asked his Chief Engineer John T. (Jack) Mullin if television could be recorded on tape as was the case for audio. Mullin said that he thought that it could be done. Bing asked Ampex to build one and also set up a laboratory for Mullin in Bing Crosby Enterprises (BCE) to build one. In 1951 it was believed that if the tape was run at a very high speed it could provide the necessary bandwidth to record the video signal. The problem was that a video signal has a much wider bandwidth than an audio signal does (6 MHz vs 20 kHz), requiring extremely high tape speeds to record it. However, there was another problem: the magnetic head design would not permit bandwidths over 1 megahertz to be recorded regardless of the tape speed. The first efforts at video recording, using recorders similar to audio recorders with fixed heads, were unsuccessful. The first such demonstration of this technique was done by BCE on 11 November 1951. The result was a very poor picture. Another of the early efforts was the Vision Electronic Recording Apparatus, a high speed multi track machine developed by the BBC in 1952. This machine used a thin steel tape on a 21 inch (53.5 cm) reel traveling at over 200 inches (510 cm) per second. Despite 10 years of research and improvements, it was never widely used due to the immense length of tape required for each minute of recorded video. By 1952 BCE also had moved on to multi track machines, but found limitations in recording bandwidth even at the high speeds. In 1953 BCE discovered that the magnetic head design was the problem. This problem was corrected and bandwidths exceeding the 1 megahertz limit were able to be recorded. Because of its price, the Ampex VRX 1000 could be afforded only by the television networks and the largest individual stations. By early 1957 the only successful manufacturer of videotape was 3M, the product being exceedingly difficult to manufacture to the necessary quality. The three U. S. networks officially inaugurated use of videotape on 28 April 1957, "with the changeover to daylight saving time," at which time there were "probably not more than 50 useable rolls of tape among them—it was that critical." Ampex's quadruplex magnetic tape video recording system has certain limitations, such as the lack of clean pause, or still frame, capability, because when tape motion is stopped, only a single segment of the picture recording is present at the playback heads (only 16 lines of the picture in each segment), so it can only reproduce recognizable pictures when the tape is playing at normal speed.) But in spite of its drawbacks it remained the broadcasting studio standard until about 1980. The helical scan system overcame this limitation. In 1959 JVC demonstrated its first helical scan VTR named KV 1. In 1963, Philips introduced its EL3400 1" helical scan recorder (aimed at the business and domestic user), and Sony marketed the 2" PV 100, its first open reel VTR intended for business, medical, airline, and educational use. The Telcan, produced by the Nottingham Electronic Valve Company and demonstrated on June 24, 1963, was the first home video recorder. It could be bought as a unit or in kit form for £60. However, there were several drawbacks: it was expensive, not easy to put together, and can record for only 20 minutes at a time in black and white. The Sony model CV 2000, first marketed in 1965, is their first VTR intended for home use and is based on half inch tape. Ampex and RCA followed in 1965 with their own open reel monochrome VTRs priced under US $1,000 for the home consumer market. Prerecorded videos for home replay became available in 1967. The EIAJ format is a standard half inch format used by various manufacturers. EIAJ 1 is an open reel format. EIAJ 2 uses a cartridge that contains a supply reel, but not the take up reel. Since the take up reel is part of the recorder, the tape has to be fully rewound before removing the cartridge, which is a relatively slow procedure. The development of the videocassette followed other replacements of open reel systems with a cassette or cartridge in consumer items: the Stereo Pak 4 track audio cartridge in 1962, the compact audio cassette and Instamatic film cartridge in 1963, the 8 track cartridge in 1965, and the Super 8 home motion picture film cartridge in 1966. Before the invention of the video tape recorder, live video was recorded onto motion picture film stock in a process known as telerecording or kinescoping. Although the first quadruplex VTRs recorded with good quality, the recordings could not be slowed or freeze framed, so kinescoping processes continued to be used for about a decade after the development of the first VTRs.

Технология

В технике, используемой во всех видеомагнитофонах с поперечным сканированием, записывающие головки устанавливаются на быстро вращающийся барабан, который прижимается к движущейся ленте. В результате головки перемещаются по ленте поперечным или почти вертикальным путем, записывая видеосигнал в последовательных параллельных треках, расположенных поперек ленты. Это позволяет использовать всю ширину ленты, сохраняя значительно больше данных на дюйм ленты, чем при использовании фиксированной головки в аудиозаписи, которая записывает один трек вдоль ленты. Головки перемещаются по ленте с высокой скоростью, необходимой для записи видеосигнала с высокой полосой пропускания, однако лента движется через аппарат с меньшей скоростью. Кроме того, три обычных трека записываются вдоль края ленты стационарными записывающими головками. Для корректного воспроизведения движение головок должно быть точно синхронизировано с движением ленты через прижимной ролик (капстан), поэтому записывается контрольная дорожка синхронизирующих импульсов. Две другие дорожки предназначены для аудиоканала и сигнальной дорожки. В ранних моделях использовалась 2-дюймовая квадроплексная система Ampex, в которой барабан имеет 4 головки и вращается со скоростью 14 400 об/мин перпендикулярно ленте, поэтому записанные треки ориентированы поперечно оси ленты. Для 2-дюймовой ленты требуется 16 треков для одного аналогового видеокадра NTSC или 20 треков для кадра PAL. В методах спирального сканирования используется записывающий барабан с диагональной осью вращения. Лента обернута продольно вокруг барабана направляющими роликами, поэтому головки, вместо перемещения по ленте почти под углом 90° к направлению движения, как в квадроплексной системе, перемещаются под небольшим углом, записывая длинный диагональный трек на ленте. Это позволяет записать целый кадр на один трек, что упрощает электронные схемы и системы синхронизации. Также это позволяет приостановить запись (заморозить кадр) во время воспроизведения для отображения неподвижного изображения, просто остановив механизм транспортировки ленты, позволяя головкам многократно проходить по одному и тому же треку. Данная техника записи имеет множество потенциальных источников ошибок синхронизации. Если механизм работает с абсолютно постоянной скоростью и не изменяется ни в какой момент времени, ни между моментом записи и моментом воспроизведения, то синхронизация воспроизведенного сигнала будет точно соответствовать исходному сигналу. Однако, поскольку несовершенство неизбежно, синхронизация воспроизведения всегда в той или иной степени отличается от исходной. Продольная ошибка (ошибка, возникающая из-за эффектов вдоль длины ленты) может быть вызвана изменениями скорости вращения привода прижимного ролика, растяжением ленты и заеданием ленты в аппарате. Поперечная ошибка (ошибка, возникающая из-за эффектов поперек ленты) может быть вызвана изменениями скорости вращения сканирующего барабана и различиями в угле между лентой и сканирующими головками (обычно корректируются с помощью регуляторов видеоотслеживания). Продольные ошибки аналогичны тем, которые вызывают "wow" и "flutter" в аудиозаписях. Поскольку эти ошибки не являются незначительными и стандартной практикой видеозаписи является запись параллельной контрольной дорожки, эти ошибки обнаруживаются, и сервоприводы соответствующим образом корректируются для значительного уменьшения этой проблемы.

In the technique used in all transverse scan video tape recorders, the recording heads are mounted in a rapidly spinning drum which is pressed against the moving tape, so the heads move across the tape in a transverse or nearly vertical path, recording the video signal in consecutive parallel tracks sideways across the tape. This allows use of the entire width of the tape, storing much more data per inch of tape, compared to the fixed head used in audio tape recording, which records a single track down the tape. The heads move across the tape at the high speed necessary to record the high bandwidth video signal, but the tape moves at a slower speed through the machine. In addition, three ordinary tracks are recorded along the edge of the tape by stationary recording heads. For correct playback, the motion of the heads has to be precisely synchronized with the motion of the tape through the capstan, so a control track of synchronizing pulses is recorded. The other two tracks are for the audio channel and a cueing track. The early machines use the Ampex 2 inch quadruplex system in which the drum has 4 heads and rotates at 14,400 RPM perpendicular to the tape, so the recorded tracks are transverse to the tape axis. With 2 inch tape this requires 16 tracks for a single analog NTSC video frame or 20 for a PAL frame. The helical scan methods use a recording drum with a diagonal axis of rotation. The tape is wrapped longitudinally around the drum by idler wheels, so the tape heads, instead of moving across the tape at almost 90° to the direction of motion as in the quadruplex system, move across the tape at a shallow angle, recording a long diagonal track across the tape. This allows an entire frame to be recorded per track. This simplifies the electronics and timing systems. It also allows the recorder to be paused (freeze framed) during playback to display a single still frame, by simply stopping the tape transport mechanism, allowing the tape heads to repeatedly pass over the same track. This recording technique has many potential sources of timing errors. If the mechanism runs at an absolutely constant speed, and never varies from moment to moment, or from the time of recording to the time of playback, then the timing of the playback signal is exactly the same as the input. However, imperfection being inevitable, the timing of the playback always differs to some extent from the original signal. Longitudinal error (error arising from effects in the long direction of the tape) can be caused by variations in the rotational rate of the capstan drive, stretching of the tape medium, and jamming of tape in the machine. Transverse error (error arising from effects in the cross tape direction) can be caused by variations in the rotational speed of the scanning drum and differences in the angle between the tape and the scanning heads (usually addressed by video tracking controls). Longitudinal errors are similar to the ones that cause wow and flutter in audio recordings. Since these errors are not so subtle and since it is standard video recording practice to record a parallel control track, these errors are detected and servos are adjusted accordingly to dramatically reduce this problem.

Видеомагнитофон

Многие недостатки систем с открытыми катушками были устранены с изобретением видеомагнитофона (VCR), в котором видеолента помещена в удобный для пользователя картридж. Впоследствии он стал самым распространенным типом видеомагнитофона, известным потребителям. В этой системе лента предварительно намотана на два катушка, расположенных внутри картриджа, а загрузка и выгрузка ленты автоматизированы. Пользователю не требуется касаться ленты, а носитель защищен от пыли, грязи и перекоса ленты, которые могут повредить механизм записи. Как правило, пользователь касается ленты в видеокассете только в случае неисправности, вызванной застреванием ленты в механизме. Первые домашние видеомагнитофоны появились в начале 1970-х годов: Sony выпустила модель VO 1600 в 1971 году, а Philips – модель 1500 в Англии годом позже. Первой системой, получившей заметный успех у потребителей, была Betamax (или Beta) от Sony в 1975 году. Вскоре за ней последовал конкурирующий формат VHS (Video Home System) от JVC в 1977 году.

В дальнейшем аналоговые магнитные ленты в значительной степени уступили место цифровым видеолентам. После этого большая часть рынка видеомагнитофонов, особенно видеокассеты и видеомагнитофоны, популярные среди потребителей, также были заменены носителями, не использующими ленту, такими как DVD, а затем оптические диски Blu-ray.

Культурное влияние

Хит песни The Buggles "Video Killed the Radio Star", первое видео, которое показали на MTV, содержит строчку "Положи вину на VTR".