Slide VCR pot

MÔN
KỸ THUẬT AUDIO – VIDEO



CHƯƠNG I:
TỔNG QUÁT VỀ VCR
1.1. Lịch sử phát triển của VCR (video cassette recorder)

Nguyên tắc ghi tín hiệu trên băng từ đã được vận dụng từ cuối thế kỷ 19 để
ghi lại tín hiệu âm thanh (Audio). Đến khi bắt đầu có truyền hình, yêu cầu đặt
ra là việc ghi tín hiệu hình (Video) lên băng giống như đã ghi âm thanh.
Nhưng trong tín hiệu hình màu có nhiều tin tức với độ chính xác cao (sóng
mang phụ, tín hiệu đồng bộ) và có giải tần Video rộng (5MHz so với 20KHz
của âm thanh). Nếu ghi hình ảnh như phương pháp ghi âm thanh (Đầu từ
đứng yên và băng từ chuyển động) thì vận tốc chạy băng rất lớn, do đó băng
từ phải rất dài – phương pháp này không thể chấp nhận được. Do đó người ta
phải chọn giải pháp đầu từ và băng từ cùng chuyển động, từ đó có thể cho
băng chạy chậm lại bình thường mà vẫn có được vận tốc ghi cần thiết (vận
tốc ảo).

Các máy ghi hình VTR (Video Tape Recorder) đầu tiên có băng ghi hình
rộng 2inches (5 cm), với vận tốc băng chạy là 15(inches/giây). Đầu từ ghi
hình (head assemble) khi ấy có bốn đầu từ (head tip), quay theo trục nằm
ngang với vận tốc 240 vòng/ giây. Các đường ghi hình (video track) nằm
ngang trên băng, hơi xéo về phía trước.

Đến năm 1960 mới bắt đầu có các VTR mà đầu ghi hình có 2 đầu từ,
quay với vận tốc 25 hay 30 vòng/giây. Nhờ trục quay nằm trên mặt phẳng
thẳng đứng, các đầu từ quét xiên dọc theo chiều dài nên thu nhỏ được độ
rộng băng từ chỉ còn 1 inch.


Đầu những năm 1970 các Video Cassette Recorder (VCR) bắt đầu ra
đờivới băng video có bề rộng 3/4 inch, được đặt vào trong hộp nhựa cỡ 30
x12 x3cm, chạy được tối đa 60 phút, băng sẽ được tự động rút ra từ hộp
đựng của nó để dàn trên đường chạy có dạng hình chữ U nên loại này còn
được gọi là U-Matic (SONY). Tuy nhiên vì hộp băng tương đối lớn, tốc độ
chạy băng vẫn tương đối nhanh để ghi và phát lại video đạt tiêu chuẩn
chuyên dụng hay bán chuyên dụng nên U-Matic chỉ được sử dụng trong các
đài truyền hình và hãy còn tồn tại cho đến ngày nay.

Năm 1975, SONY tung ra các VCR dân dụng đầu tiên. Băng video
cassette “họ BETA” của Sony có bề rộng 1/2 inch, đặt trong hộp nhựa cỡ
155 x 96 x25 mm, có thể chạy được 1,5 giờ với vận tốc bình thường (1,57
inches/s). Nếu với tốc độ chậm, thời gian chạy băng có thể kéo dài 3 giờ

Sau đó, hãng JVC và NATIONAL lại cho ra một “họ” VCR dân dụng
khác, gọi là VHS (Video Home System). Giống như các máy BETA của
SONY, băng VHS cũng có bề rộng băng1/2 inch, nhưng hộp băng hơi lớn
hơn, thời gian chạy băng dài hơn (3 đến 6 giờ). Kỹ thuật sắp xếp các tín
hiệu để ghi trên băng cũng khác với BETA. Càng về sau thì kiểu ghi của
VHS càng được sử dụng rộng rãi. Ngày nay, tất cả các hằng sản xuất VCR
dân dụng đều là loại VHS. Riêng SONY vẫn tiếp tục làm các máy BETA,
nhưng chỉ bán được rất ít và hầu hết các máy BETA sau này đều là loại bán
chuyên dụng hay chuyên dụng

Năm 1982, SONY và 127 hãng sản xuất trên thế giới họp lại với nhau và
cho ra đời một họ VCR mới gọi là loại 1/3inch hay 8mm để dành riêng cho
các máy quay Video (CAMCODER = Camera và VCR nhập chung). Hộp
băng 8mm có kích cỡ (9,5×6,25×1,2cm)


Càng ngày thì các VCR dân dụng càng được ưa chuộng và phát triển mạnh.
Cả ba “họ” (format ) VCR nói trên đều có cải tiến. Việc nâng cấp chất
lượng tiếng đã cho ra đời các VCR loại HIFI ( = VHS HIFI, BETA
HIFI).Sau đó, việc nâng cấp chất lượng hình lại cho ra đời các loại VCR
SUPER VHS BETA và HIGH BAND 8mm hay HI-8. Công việc phải làm
của tất cả các VCR thì vẫn giống nhau: ghi và phát lại hình (Video) và
tiếng (Audio) trên băng từ nhưng chúng khác nhau về kích thước phần cơ,
cách biến đổi Video để ghi lên băng.

Cho đến nay, lãnh vực số đã có những bước tiến thần kỳ. Đã có thêm nhiều
phương tiện khác để ghi tín hiệu hình và tiếng đạt chất lượng cao hơn như
đĩa Video, đĩa compact, CD ROM… Bên cạnh đó băng Video và VCR thực
sự đã bị cạnh tranh quyết liệt của các chương trình truyền hình cáp, truyền
hình vệ tinh, đa truyền thông (multimedia) và máy vi tính nối mạng.
1.2. GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT
VCR
1.2.1 Sơ đồ khối VCR
1.2.2. Nhiệm vụ các khối
1.Bộ xử lý tín hiệu (signal process) bao gồm

Bộ thu tín hiệu truyền hình: giống hộp kênh trong TV, có nhiệm vụ thu tín
hiệu truyền hình , sau đó tách sóng để lấy ra tín hiệu Video hoàn chỉnh

Mạch xử lý tín hiệu chói (lumiance): tách tín hiệu chói và điều tần tín hiệu
chói để ghi lên băng từ khi ghi và ngược lại khi phát.

Mạch xử lý tín hiệu màu (chrseominance): tách tín hiệu màu và điều chế
tín hiệu màu để ghi lên băng từ khi ghi và ngược lại khi phát.


Xử lý tín hiệu âm thanh (Audio): Khuếch đại tín hiệu tiếng mono đưa đến
đầu từ ghi khi ghi và khuếch đại tín hiệu từ đầu từ khi phát. Điều tần tín
hiệu tiếng Stereo vào hai sóng mang riêng biệt để đưa đến hai đầu từ được
gắn trên đầu trống quay.

Mạch điều chế tín hiệu RF: điều chế tín hiệu hình và tiếng vào sóng mang
cao tần giống như phương pháp điều chế của một máy phát hình. Tín hiệu
sau khi điều chế dùng cho những TV không có đường tín hiệu A/V.

2. Bộ phận tuỳ động (servo):

Tuỳ động trống từ (Drum servo): điều khiển motor trống từ quay đúng vận tốc
và pha theo yêu cầu.

Tuỳ động trục kéo (capstan servo): điều khiển motor trục kéo từ quay đúng vận
tốc và pha theo yêu cầu.
3. Phần cơ khí:

Gồm các bộ phận cơ sử dụng cho hoạt động của VCR
4. Hệ thống điều khiển:

Nhận các lệnh của người sử dụng, của cảm biến và đưa ra các lệnh tương ứng
để điều khiển các mạch điện và các hệ thống cơ khí để thực hiện các nhiệm vụ
của VCR.
5. Các phần khác:

Mạch chỉ thị: hiển thị các trạng thái hoạt động của VCR

Nguồn cung cấp: cung cấp các mức điện áp cần thiết cho các mạch điện trong
VCR.


Các mạch bảo vệ, cảm biến….: cảm biến các trạng thái hoạt động của VCR và
của môi trường hoạt động của VCR để bảo vệ cho VCR và băng từ
1.3. Nguyên lý quét xiên (Helical
scanning)
dùng làm chất nhiễm từ. Trên mặt chất bột từ lại trải một lớp keo cho mục
đích bôi trơn hay giảm sự ma sát khi băng từ tiếp xúc với đầu từ. Lớp keo
này láng bóng ( bằng mặt láng của băng) và có đặc tính dẫn từ (bằng cho từ
trường đi qua) nhưng không giữ từ (không bị nhiễm từ). Mặt dưới dải băng
(mặt nhám của băng) được phủ một lớp keo cách từ (không cho từ trường
đi qua để khi quấn băng thành cuộn thì từ trường của lớp băng bên ngoài
không nhiễm vào lớp băng bên trong).

Cấu tạo của đầu từ (Magnetic head)gồm: một khung sắt để dẫn từ. Đầu vạt
nhọn của khung có một khe hở (head gap) là nơi tiếp xúc với băng. Trong
lúc ghi, dòng điện tín hiệu được cho vào một cuộn dây quấn quanh khung
sắt, theo đó từ trường của cuộn dây (do dòng tín hiệu tạo ra) sẽ xuất hiện
trong khung sắt và lọt ra ngoài tại khe từ để nhiễm vào băng. Đến lúc phát
lại, từ trường đã nhiễm trên băng lại theo khe từ lọt vào khung sắt, từ đó
dòng tín hiệu lại được tái lập tại hai đầu cuộn dây.

Cấu tạo đầu từ hình(Video head) trước hết vẫn gồm khung sắt và cuộn dây
như bình thường nhưng do phải ghi và phát lại Video mà tần số cao lên đến
hàng MHz nên khe từ rất hẹp. Khung sắt theo đó cũng rất mỏng nên thường
được gọi là đầu từ đầu(Head Tip). Bề rộng của khe từ thay đổi trong
khoang từ 0.2 … 1µ tuỳ theo tần số tín hiệu phải ghi (Hình, FM tiếng, hay
xoá … ) và tuỳ theo vận tốc chạy băng của từng họ VCR. Băng tiếp xúc và
chạy lướt qua khe từ nên bề cao khe từ sẽ chính là bề rộng của vệt ghi
(track) trên băng, thực tế thay đổi trong khoảng 20 …. 90 µm.


Cũng tuỳ theo họ VCR và vận tốc chạy băng. Khe từ càng cao vệt ghi càng rộng
thì tín hiệu ghi và đọc lại được càng khoẻ hơn, hay tỷ số tín hiệu trên nhiễu sẽ
cao hơn. Ngược lại khe từ càng ngắn tín hiệu ghi và phát lại được càng yếu hay
nhiễu sẽ nhiều hơn nhưng lại tiết kiệm được băng từ vì bề rộng vệt ghi nhỏ hơn.
1.3.2. Mô tả kiểu quét xiên
a. Lựa chọn phương pháp đầu trống quay

Để ghi tín hiệu Video dưới dạng các vệt ghi trên băng từ, có nhiều phương pháp
khác nhau:

Ghi đứng ( Vệt ghi vuông góc so với chiều dài của băng).

Ghi ngang (Vệt ghi song song với chiều dài của băng).

Ghi xiên ( Vệt ghi nghiêng một góc α <90
0
).

Với phương pháp ghi xiên thì đầu ghi hình phải quay và quét lướt trên băng từ
để lại trên băng từ những vệt từ xiên, cách ghi này còn gọi là ghi xiên ( helical
scanning). Trong kiểu ghi này, hai đầu từ CH1 và CH2 được đặt nằm ngang
trên mâm từ, sát mi cạnh ngoài cách nhau đúng 180
0
và đặt nghiêng so với mặt
phẳng ngang (hình 1.4).
Trong ghi/phát n hiệu trên băng từ, độ rộng của khe từ được thiết kế bằng 1/2 bước
sóng của tần số lớn nhất cần ghi. Do đó:
λ = v/f.
Trong đó:

λ : Bước sóng ghi (m).
f: Tần số n hiệu ghi (Hz).
v: Vận tốc tương đối giữa băng từ và đầu từ.
Giả sử:
* ghi n hiệu âm tần với tần số 20 KHz.
tốc độ chuyển động của băng từ so với đầu từ v = 19 cm/s.

Ta có : λ = v/f =19.10
-2
/20.10
3
= 9,5.10
-6
m =9,5µm.

Do đó độ rộng khe từ là: d = 1/2 9,5 µm =4,75µm.

Ghi tín hiệu video với tần số 6 MHz mà tốc độ chạy băng giống như trong
khi ghi tín hiệu âm tần nêu trên thì độ rộng khe từ là 0,023 µm (khó chế tạo
đầu từ).

Thực tế, độ rộng chế tạo được là- 1µm .

Khi đó: λ = v/f ⇒ v = λ.f = 1.10
-6
.6.10
+6
= 6 m/s, nghĩa là đầu từ đứng yên
thì băng phải chạy với vận tốc là 6m/s, gây tốn băng không thể chấp nhận
được.


Thực tế trong VCR, bắt buộc đầu từ phải quay lướt trên băng từ với một vận
tốc tương đối. Vận tốc tương đối này được tính như sau:

v
td
= Đường kính trống từ × π × Số vòng quay của trống từ ± tốc độ chạy
băng.

Dùng dấu “+” khi chiều quay của trống từ ngược với chiều băng chạy.

Dùng dấu “-” khi chiều quay của trống từ cùng chiều với chiều băng chạy.

ở họ VHS: đường kính trống = 62 mm, số vòng quay 25(30) vòng/giây.

Do đó: v
td
= 62.10
-3
× 3.14 × 30 ± tốc độ chạy băng ≈ 5,84 m/s ± tốc độ chạy
băng.

Như vậy khi đầu từ quay đã tăng được tốc độ chuyển băng qua đầu từ mà độ
rộng khe từ vẫn là 1 µm.
b. Vòng ôm của băng và các vệt ghi hình

Để được thuận lợi cho việc dàn băng trong quá trình chạy, băng sẽ được đặt
nằm ngang và cũng ôm đúng 180
0
hay nửa vòng của đầu trống. Như vậy, ta

thấy là vào mỗi thời điểm, lúc nào cũng chỉ có một đầu từ tiếp xúc với băng.

Chiều chạy của băng là từ trái sang phải nếu nhìn từ phía mặt lưng của băng
hay mặt không tiếp xúc với đầu từ. Chiều quay của trống là ngược kim đồng
hồ, tức là đầu từ sẽ quét trên băng cùng chiều với chiều băng chạy. Trục quay
của trống là thẳng đứng, hơi nghiêng qua trái một góc 23
0
. Nên các vệt ghi
hình sẽ là các vệt xiên, từ dưới lên trên dọc theo chiều dài của băng. Cứ một
vệt ghi là của đầu CH1 thì vệt bên cạnh lại là của đầu CH2 và cứ liên tiếp xen
kẽ như thế. Bề rộng của vệt ghi hình chính là bề cao khe từ của đầu từ, bề cao
vệt ghi hình lệ thuộc vào độ nghiêng trục quay của trống.
Trục quay trống nghiêng càng nhiều, bề cao vệt ghi hình càng nhiều hay diện
tích chiếm chỗ theo chiều ngang của băng càng nhiều. Trong thực tế người ta
luôn luôn phải dành ra hai khoang nhỏ ở hai đầu sát ngoài hai cạnh băng để còn
dành chỗ cho vệt ghi âm thanh và vệt ghi xung kiểm.
Khoảng hở giữa hai vệt ghi hình là khe bảo vệ – khe gác (guard band), giúp
cách ly các vệt ghi với nhau, tránh sự tự nhiễm từ lẫn nhau. Khi phát lại, khe
guard cũng là khoảng hở an toàn để bảo đảm mỗi đầu từ không bị quét lẫn qua
vệt ghi của đầu còn lại giữa hai vệt ghi.

Bề rộng của khe guard trước hết phụ thuộc vào bề cao khe từ. Như vậy, bề
rộng vệt ghi càng rộng càng làm khe guard hẹp đi và ngược lại. Sau đó khe
guard cũng còn phụ thuộc vận tốc chạy băng. Băng chạy càng nhanh thì
khe guard sẽ càng rộng và ngược lại. Khi băng chạy chậm lại đến một giới
nào đó, hai vệt ghi vừa vặn bị dính sát vào nhau, hay khe guard vừa vặn
không còn (= khe guard zero = zero guard band ). Đây chính là trường hợp
của các VCR dân dụng để tận dụng được hết diện tích băng từ. Khi vận tốc
chạy băng lại chậm hơn nữa, các vệt ghi bị nằm đè hẳn lên nhau, trường
hợp này không chấp nhận được. Nếu vẫn muốn băng chạy thật chậm như

thế ( để tiết kiệm băng) thì phải dùng đầu từ hình có khe từ mỏng đi hay vệt
ghi sẽ nhỏ đi sao cho đạt giới hạn.
c. Định vị Video trên vệt ghi.

Tín hiệu Video ghi lên băng không liên tục mà là từng vệt đứt đoạn một.
Tất nhiên khi phát lại người ta phải ráp nối các vệt giúp có lại Video liên
tục như lúc đem ghi. Để sự ráp nối được chính xác, cần thiết phải định vị
Video rõ ràng trên vệt ghi. Đầu mỗi vệt ghi sẽ tương ứng với thời điểm bắt
đầu xuất hiện một V.SYNC.

Cuối mỗi vệt ghi sẽ tương ứng với dòng quét cuối cùng của một bán ảnh.
Chẳng hạn vệt CH1 do đầu CH1 ghi được V.SYNC và toàn bộ các dòng
của bán ảnh lẻ, thì đến vệt kế tiếp tức vệt CH2 do đầu CH2 sẽ là V.SYNC
và toàn bộ các dòng của bán ảnh chẵn và cứ như thế tiếp tục
Chú ý:

Điểm bắt đầu vào nửa vòng ôm của băng là “ vị trí 0” của băng hay “điểm
đầu” hay “vị trí khởi đầu”. Tại vị trí này V.SYNC bắt đầu được ghi trên
mỗi vệt ghi và là một dấu rất quan trọng cho lúc phát lại.

Thời gian của V-SYNC kéo dài trong 20 dòng (20H). Từ nay mỗi khi nói
“xuất hiện V-SYNC” hay “tin tức V-SYNC” là để hàm ngụ thời điểm kết
thúc dòng hình cuối cùng của một bán ảnh và đầu xuất hiện V-SYNC của
bán ảnh kế tiếp.
1.3.3. Điều kiện quay trống và chạy băng
a. Điều kiện quay trống

Sự định vị Video trên vệt ghi như nói trên, chính là việc phải định vị các đầu từ
hay xác định pha quay của trống.


Trong lúc ghi tin tức V-SYNC của Video In phải được ghi ở đầu mỗi vệt hay
nói khác đi, cứ mỗi khi “xuất hiện V-SYNC” thì một đầu từ (hoặc đầu CH1 hoặc
CH2) phải quay đến “vị trí 0”. Thời điểm khi đầu CH1 đến “vị trí 0” được gọi là
thời điểm “khởi đầu mỗi vòng quay”, hay “ pha quay 0
0
” của trống. Khi đầu
CH1 đã quay được 180
0
= đã ghi xong vệt CH1, cũng là lúc đầu CH2 vừa vặn
nhập vào “vị trí 0” để bắt đầu ghi vệt CH2 được gọi là “ pha quay 180
0
” của
trống. Như vậy, trong lúc ghi thì pha quay của trống phải “chạy theo” hay “khoá
chặt” bởi V-SYNC của Video In.

Trong lúc phát lại, pha quay của trống cũng phải y như vậy, nhưng với V-SYNC
hiện nay đang nằm trên các vệt ghi. Để có được điều này, pha quay của trống
được cho tự do cố định vào một thời điểm nào đó. Nói khác đi thời điểm góc pha
0
0
của trống muốn rơi vào lúc nào cũng được, miễn là cứ sau mỗi 1/25 (1/30)
giây thì lại phải trở
về đúng vị trí cũ. Vấn đề đặt ra bây giờ là vị trí của băng sẽ phải tuỳ thuộc vào
pha quay của trống. Nói rõ hơn, khi đầu từ CH1 quay đến vị trí góc pha 0
0
thì
vị trí băng chạy sẽ phải sao cho đặt được V-SYNC trên vệt CH1 vào đúng vị
trí 0
0
này đến đầu CH1 sẽ quét đúng trên vệt CH1 mà nó đã ghi. Đến khi đầu

CH2 quay đến vị trí 0
0
thì V-SYNC trên vệt CH2 cũng được đặt vào đúng vị
trí 0 đến đầu CH2 sẽ quét đúng trên vệt CH2 mà nó đã ghi, hay đã tái lập được
sự tương quan giữa đầu từ và vệt ghi giống y như trong lúc ghi. Như vậy,
trong lúc phát lại thì pha hay vị trí băng chạy phải “chạy theo” hay “khoá
chặt” với pha quay của đầu trống.
b. Cố định pha hay vị trí băng chạy.

Băng chạy được là do mô tơ kéo băng, xác định pha hay vị trí băng chạy do
đó chính là việc xác định pha quay của mô tơ kéo băng.

Trong lúc ghi thật ra không có yêu cầu phải cố định pha quay của mô tơ kéo
băng vào các mốc thời gian cho trước. Hay, pha quay của mô tơ kéo băng
được tự do cố định ở một thời điểm bất kỳ giống như đã nối với pha quay của
trống trong lúc phát lại. Lý do vì băng còn trống, các đầu từ muốn ghi vệt
CH1, vệt CH2 ở vị trí nào trên băng cũng được miễn là các vệt phải luôn luôn
cách đều nhau đúng theo đã tính toán trước. Tức là vận tốc và pha quay của
mô tơ kéo băng đã được ổn định.

Trong lúc phát lại băng chẳng những cũng phải thật đều, thật ổn định giống
như lúc ghi mà pha hay vị trí của băng còn phải sao cho các vệt ghi hình (đã
có trên băng) được đặt đúng vào đầu từ tương ứng
c. Sự cần thiết của xung kiểm.

Lúc phát lại, khi đầu CH1 quay đến vị trí 0
0
thì vị trí băng chạy phải đặt
được V.SYNC trên vệt CH1 vào đúng vị trí 0 này. Đây chính là yêu cầu phải
có phân biệt giữa vệt CH1 và CH2 điều này có được nhờ việc ghi xung kiểm.


Trong lúc ghi, thời điểm mà đầu CH1 quay đến vị trí 0
0
cũng là lúc một V-
SYNC của Video In xuất hiện, V-SYNC này tất nhiên được ghi tại đầu vệt
CH1. Đồng thời sườn lên sau khi đảo pha và chia hai của V-SYNC này, được
ghi vào một đầu cạnh băng. Như vậy nguồn gốc của xung kiểm chính là V-
SYNC thuộc CH1 trong lúc ghi. Đến lúc đầu CH2 nhập vào vị trí 0
0
, V-SYNC
thuộc CH2 sẽ được ghi lên đầu vệt CH2 nhưng người ta không ghi nó lên vệt
kiểm soát nữa.
Nói khác đi, cứ mỗi đầu vệt CH1 thì lại có một xung kiểm hay tần số của xung
kiểm sẽ là 25 (30) Hz. Đó là tin tức cơ sở để phân biệt vệt CH1 với vệt CH2 nên
đúng ra nó phải được gọi đầy đủ là “xung kiểm vệt ghi” (Control Track Pulse =
CTL).