Balayage hélicoïdal - Helical scan

Méthode d'enregistrement hélicoïdale

Le tambour de tête d'un magnétoscope Hi-Fi NTSC VHS ; trois des six têtes font face au lecteur. Le chemin hélicoïdal de la bande autour du tambour est clairement visible.

Le même tambour de tête avec la partie rotative surélevée pour plus de clarté

La partie rotative du tambour de tête montrant le transformateur rotatif et trois des six têtes de bande utilisées dans ce magnétoscope particulier

Le balayage hélicoïdal est une méthode d'enregistrement de signaux haute fréquence sur bande magnétique . Il est utilisé dans les magnétoscopes à bobines ouvertes , les magnétoscopes , les magnétophones audionumériques et certains lecteurs de bandes informatiques .

Comparaison avec l'enregistrement linéaire sur bande

Dans un système d'enregistrement à tête de bande fixe , la bande magnétique passe devant la tête à une vitesse constante. La tête crée un champ magnétique fluctuant en réponse au signal à enregistrer, et les particules magnétiques sur la bande sont obligées de s'aligner avec le champ à la tête. Au fur et à mesure que la bande s'éloigne, les particules magnétiques portent une empreinte du signal dans leur orientation magnétique. Si la bande se déplace trop lentement, un signal haute fréquence ne sera pas imprimé : la polarité des particules oscillera simplement au voisinage de la tête, pour être laissée dans une position aléatoire. Ainsi, la capacité du canal de bande passante du signal enregistré peut être considérée comme liée à la vitesse de la bande : plus la vitesse est rapide, plus la fréquence pouvant être enregistrée est élevée.

La vidéo a besoin de beaucoup plus de bande passante que l' audio , à tel point que la bande devrait passer devant les têtes à très grande vitesse pour capturer ce signal. C'est peu pratique, car des bandes d'une longueur immense seraient nécessaires : VERA , développé par la BBC entre 1952 et 1958, utilisait des bobines de 52 cm (20") fonctionnant à une vitesse de 5,08 m/s (16,7 ft/s), et ne pouvait enregistrer environ 15 minutes de programme monochrome de 405 lignes . La solution généralement adoptée est de faire tourner la tête contre la bande à grande vitesse, de sorte que la vitesse relative soit élevée, mais que la bande elle-même se déplace à une vitesse lente. Pour ce faire, le Le support de tête (généralement appelé tambour de tête ) doit être incliné de sorte qu'à chaque rotation du tambour, une nouvelle zone de bande passe devant la tête. Chaque segment du signal est enregistré sous la forme d'une bande diagonale sur la bande. Ceci est connu comme un balayage hélicoïdal parce que la bande s'enroule autour du tambour circulaire à un angle, se déplaçant vers le haut comme une hélice. La différence entre la vitesse d'écriture de la tête et la vitesse de la bande linéaire est énorme : par exemple, 580 centimètres par seconde (230 in/s) vitesse à une vitesse linéaire de 3,5 cm/s (1,4 in/s).

Histoire

Avec l'avènement de la télédiffusion au Japon au début des années 1950, ils ont vu le besoin d'un enregistrement magnétique des signaux de télévision. Le Dr Kenichi Sawazaki a développé un prototype d'enregistreur à balayage hélicoïdal en 1953. Indépendamment en Allemagne, Eduard Schüller développait également une méthode d'enregistrement à balayage hélicoïdal.

Lorsque Ampex a développé le système d'enregistrement vidéo sur bande magnétique quadruplex en 1956, il présentait certaines limitations, dont la plus importante était peut-être le manque de capacité de pause ou d'image fixe, car le signal d'image était segmenté ou décomposé en segments discrets à enregistrer. sur la bande individuellement (seulement 16 lignes de l'image dans chaque segment). Ainsi, lorsque le mouvement de la bande était arrêté, un seul segment de l'enregistrement d'image était présent au niveau des têtes de lecture. Le système de balayage hélicoïdal a surmonté cette limitation.

Toshiba a introduit la technologie de balayage hélicoïdal dans l'industrie de la télévision en 1959. Au cours des années 1960 et 1970, les machines d'enregistrement à balayage hélicoïdal ont été introduites par de nombreux fabricants et commercialisées dans le monde entier. La technologie a rapidement conquis le marché de l'enregistrement vidéo, en raison de sa complexité réduite, de sa plus grande fiabilité, de ses coûts de fabrication et d'entretien inférieurs, de son poids plus léger, de sa consommation d'énergie réduite et de ses fonctionnalités plus polyvalentes par rapport au système quadruplex. Ces facteurs ont également permis à terme d'apporter l'enregistrement vidéo aux utilisateurs à domicile, en format cassette .

Problèmes pratiques

Il y avait un certain nombre de problèmes à surmonter avec ce système. La vitesse élevée du ruban/tête peut entraîner une usure rapide du ruban et de la tête, de sorte que les deux doivent être hautement polis et que la tête soit faite d'un matériau dur et résistant à l'usure. La plupart des systèmes fonctionnent avec un palier à air séparant les têtes de la surface du tambour. La fourniture de signaux à une tête rotative est également problématique : cela est généralement accompli en couplant le(s) signal(s) par induction via un transformateur rotatif . Le mécanisme de transport est également beaucoup plus complexe qu'un système à tête fixe, car lors du chargement, la bande doit être tirée autour d'un tambour rotatif contenant la ou les têtes. Dans un magnétoscope par exemple, la bande doit être retirée du boîtier de la cassette et enfilée autour du tambour, et entre le cabestan et le galet presseur. Cela conduit à une mécanique complexe et potentiellement peu fiable.

Systèmes de transport

Deux systèmes de transport ont évolué dans les premières machines vidéo, connus sous le nom d' enveloppe alpha et d' enveloppe oméga . Dans les machines alpha-wrap, la bande est enroulée autour du tambour de tête sur 360 degrés (la bande ressemble à la lettre grecque minuscule alpha ). Il n'y a qu'une seule tête qui écrit une rayure complète pour chaque révolution de la tête. Ce système a des problèmes lorsque la tête passe d'un morceau de bande à l'autre, ce qui donne un grand écart de signal entre les champs. La machine doit combler cette lacune avec les impulsions de synchronisation de trame. Ces machines sont contraintes d'utiliser l'enregistrement en bande de garde (voir ci-dessous).

Dans les machines à envelopper les oméga , le ruban n'est enroulé autour de la tête que sur 180 degrés. Deux têtes vidéo sont nécessaires, chacune écrivant des champs alternatifs. Ce système a un écart de signal beaucoup plus petit entre les trames, mais les impulsions de synchronisation de trame peuvent être enregistrées sur la bande. Les systèmes basés sur des cassettes ne peuvent utiliser que la technique d'enroulement oméga, car il est peu pratique pour un système de chargement automatique d'introduire une boucle dans la bande. Les premiers systèmes oméga-wrap utilisent l'enregistrement en bande de garde, mais la présence de deux têtes permet le développement de la technique oblique-azimut. Les développements ultérieurs utilisent un nombre croissant de têtes pour enregistrer des vidéos à l'aide de tambours plus petits et pour enregistrer également un son HiFi .

Une variante de l'enveloppe oméga, telle que celle utilisée par Echo Science Corporation de Mountain View, en Californie dans son instrumentation et ses enregistreurs vidéo haute résolution à la fin des années 1970 et dans les années 1980, enroule la bande de 1 pouce à environ 190 degrés autour du tambour à deux têtes. , il y a donc un chevauchement de signal entre les deux têtes. La commutation de tête dans les enregistreurs vidéo se produit instantanément dans les modèles vidéo, pendant un intervalle de synchronisation horizontale. Avec un signal vidéo NTSC standard, une tête peut couvrir un sixième d'un champ chaque fois qu'elle traverse la bande. La commutation dans les modèles d'instrumentation est progressive, de sorte que les signaux des deux têtes se chevauchent brièvement, produisant un signal de sortie sans transitoire où le signal d'origine ne contient pas d'intervalles morts pratiques pendant lesquels un transitoire de commutation peut être masqué.

Enregistrement oblique-azimut

Chaque système de bande vidéo tente d'emballer autant de vidéo que possible sur une bande de taille donnée, mais les informations d'une bande d'enregistrement (passage de la tête vidéo) ne doivent pas interférer avec les informations sur les bandes adjacentes. Une méthode pour fournir une isolation entre les bandes est l'utilisation de bandes de garde (zones non enregistrées entre les bandes), mais cela gaspille un espace précieux sur la bande. Toutes les premières machines à bobines ouvertes et les premiers formats de cassettes, le magnétoscope Philips et le Sony U-matic , utilisent ce système.

Plus tard, les enregistreurs à balayage hélicoïdal utilisent généralement une méthode appelée enregistrement oblique-azimut , également appelée enregistrement en phase symétrique . Le tambour de tête contient généralement deux têtes avec l' entrefer magnétique d'une tête légèrement incliné vers la gauche et l'entrefer magnétique de l'autre tête légèrement incliné vers la droite. (L'inclinaison d'une tête magnétique est appelée son ajustement d' azimut ). En raison des inclinaisons alternées, chaque tête ne lira pas à tort le signal enregistré par l'autre tête et les rayures peuvent être enregistrées immédiatement les unes à côté des autres, en alternant entre l'inclinaison gauche sur un champ de télévision et l'inclinaison droite sur le champ de télévision suivant. (Dans la pratique, il n'est pas rare que les bandes enregistrées se chevauchent quelque peu). Les machines ultérieures, y compris le JVC VHS et le Sony Betamax, utilisent l'enregistrement oblique en azimut ainsi que toutes les machines ultérieures et leurs dérivés numériques.

En utilisant l'enregistrement oblique-azimut, le besoin de bandes de garde est complètement éliminé, ce qui permet de placer plus d'enregistrements sur une longueur de bande donnée.

Contraste avec l'enregistrement quadruplex

Le balayage hélicoïdal était une progression logique au-delà d'un système antérieur (initié par Ampex ) connu sous le nom d' enregistrement quadruplex , également appelé enregistrement transversal . Dans ce schéma, le tambour à tête rotative s'étend essentiellement perpendiculairement à une bande de 2 pouces de large (51 mm) et les tranches enregistrées sur la bande sont presque perpendiculaires au mouvement de la bande. Les systèmes quadruplex américains font tourner le tambour de têtes à 14 400 tours par minute (240 tours par seconde) avec quatre têtes sur le tambour de sorte que chaque champ de télévision est divisé en 16 bandes sur la bande (ce qui nécessite une logique de commutation de têtes complexe de manière appropriée). Par comparaison, la bande la plus longue enregistrée par un enregistreur à balayage hélicoïdal contient généralement un champ vidéo entier et le tambour à deux têtes tourne à la fréquence d'images (la moitié de la fréquence de champ) du système de télévision utilisé.

L'enregistrement d'un champ entier en un seul passage permet à ces machines de lire une image fixe affichable lorsque la bande est arrêtée, et d'afficher une séquence d'images affichable tout en se déplaçant vers l'avant ou vers l'arrière. Cela facilite grandement le processus d'édition. Les systèmes quadruplex sont incapables d'afficher la vidéo de bande sauf pendant la lecture à vitesse normale, sauf si elles ont un séparé tampon de trame .

Galerie

Tête de scanner vidéo de type B
tête rotative visible dans un lecteur de bande informatique VXA
Lecteur de bande VXA, vue alternative de la tête rotative et du mécanisme de chargement