DE19652771A1 - Adaptive Bandantriebssteuerung in einem Videorecorder - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Antriebsgeschwindigkeit eines Bandes zur Aufzeichnung und/oder Wiedergabe von Informationen, wie beispielsweise mit einem Videorecorder, in Betriebsmodi, in denen das Band an vorbestimmten Positionen zum Stillstand kommen soll.

Derartige Betriebsmodi sind beispielsweise die Zeitlupen- und Standbildwiedergabe bzw. Einzelbildwiedergabe, wobei das Band von einem Videokopf derartig abgetastet wird, das einzelne auf diesem Band aufgezeichnete Bild- und/oder Toninformationen jeweils für eine vorgegebene Zeit ausgelesen werden. Hierzu wird das Band soweit gespult, daß eine einem Videokopf entsprechend zugeordnete Spur von diesem abgetastet werden kann. Nach jeweils einer bestimmten Zeit wird das Band derart weitergespult, daß nachfolgende Spuren gelesen werden können.

Bei Zeitlupenwiedergabe ergibt sich aus dem Verhältnis zwischen Standbildzeit und normaler Geschwindigkeit die jeweilige Zeitlupengeschwindigkeit, die gewöhnlich zwischen einem fünftel, einem zehntel sowie einem fünfundzwanzigstel der Normalgeschwindigkeit veränderbar ist. Da die Zeitlupen-Wie­ dergabe durch Starten und Bremsen ausgeführt wird, sind an den Bandantrieb besondere Anforderungen zu stellen. So wird der Capstanmotor bei Beginn der Play-Phase durch einen Startimpuls auf eine für eine relativ kurze Zeit mittels Regelung konstantzuhaltende Geschwindigkeit beschleunigt und bei Beginn der Standbild-Phase wieder gebremst. Die Steuerung der Start- und Stop-Phasen gestaltet sich hinsichtlich der Gerätetechnik sehr aufwendig, und Geräte- und Bandtoleranzen haben dabei einen gewissen Einfluß auf das jeweilige Tracking in diesen Sondermodi mit entsprechender Auswirkung auf die Bildqualität.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Bildwiedergabequalität für Betriebsmodi der genannten Art zu verbessern.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung gemäß dem ersten Vorrichtungsanspruch.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, bei Zeitlupen- und Einzelbildwiedergabe die Rotorbewegung des Capstanmotors und damit die Bandantriebsgeschwindigkeit schon während der durch Beschleunigung gekennzeichneten Start-Phase zu erfassen und auftretende Abweichungen von einem Soll-Geschwindigkeitsverlauf durch entsprechende Beschleunigungsänderungen des Bandantriebs auszugleichen.

Erfindungsgemäß werden daher auch während der jeweiligen Start-Phase wenigstens einmal eine Bandantriebsgeschwindigkeits-Mes­ sung durchgeführt und der jeweilige gemessene Wert mit einem entsprechenden Wert des Soll-Geschwindigkeitsverlauf verglichen, so daß im Falle einer Abweichung eine Korrektur durch eine entsprechende Steuerung des Capstanmotors durchgeführt werden kann. Das hat den Vorteil, daß sich Abweichungen in der Start-Phase praktisch kaum auswirken können oder zumindest soweit kompensiert werden, daß nach der Start-Phase für optimales Tracking, d. h. für eine optimale Spurführung, nur noch ge-ringe Korrekturen erforderlich sind. Diese Korrekturen können dann in der Stopp-Phase vorgenommen, falls derartige Maßnahmen auch für diesen Bereich vorgesehen werden.

Der jeweilige Soll-Geschwindigkeitsverlauf für optimales Tracking in den Betriebsmodi der genannten Art ist im Recorder abgespeichert und wird bereits mit der Entwicklung des jeweiligen Gerätetypes ermittelt bzw. bestimmt.

Die Start-Phase und damit die Beschleunigung des Capstanmotors auf eine bestimmte Geschwindigkeit, die dann durch eine entsprechende Geschwindigkeitsregelung bis zum Beginn der jeweiligen durch Bremsen gekennzeichneten Stopp-Phase konstant gehalten wird, wird durch einen ihm zugeführten impulsartigen Erregerstrom bewirkt. Dieser Erregerstrom, der üblicherweise einen Höchstwert des zuführbaren Stroms darstellt und ein Durchschnittswert ist, bestimmt dabei den Verlauf der Bandgeschwindigkeit in der Start-Phase.

Daß bedeutet, daß ein zu erzielender Geschwindigkeitsverlauf durch eine entsprechende Änderung des Erregerstromes bestimmt werden kann, was erfindungsgemäß für Beschleunigungsänderungen des Bandantriebs während seiner Start-Phase ausgenutzt wird, indem bei Abweichungen von dem jeweiligen Soll-Geschwin­ digkeitsverlauf entsprechende Änderungen der Erregerstroms zu größeren Werten hin im Falle zu geringer Bandantriebsbsgeschwindigkeit und entsprechende Änderungen zu kleineren Werten hin im Falle zu geringer Geschwindigkeit vorgenommen werden, wobei die Änderungungen in vorteilhafter Weise während vorbestimmter Zeitfenster durchgeführt werden können. Durch die Verwendung von Zeitfenstern können relativ große Beschleunigungsänderungen vorgenommen werden, ohne dabei den Wert der bereits erwähnten zwischen der Start- und der Stopp-Phase durch Reglung konstant zuhaltenden Geschwindigkeit zu überschreiten oder den Motor zu überlasten.

Derartige Änderungen des impulsartigen Erregerstroms lassen sich z. B. als entsprechende Amplitudenbegrenzungen oder, bei einer Motoransteuerung mittels PWM-Signalen, mittels entsprechender Puls-Pausenverhältnisse realisieren.

Die auf diese Weise ermittelten Werte für die jeweiligen Änderungen des Erregerstroms gelten aber strenggenommen für das dabei verwendete Band bzw. den in einer Kassette gelagerten bandförmigen Aufzeichnungsträger. Bei weiterer, d. h. bei einer nicht durch einen Kassettenwechsel unterbrochene Verwendung des Aufzeichnungsträgers können die einmal ermittelten Werte der Erregerstrombegrenzung für erneute Einschaltungen von Sondermodi der genannten Art abgespeichert werden, so daß in vorteilhafter Weise Neubestimmungen entfallen können. Neubestimmungen entsprechender Erregerstromwerte werden dann lediglich bei einem Kassettenwechsel vorgenommen sowie bei Änderungen der Betriebesverhältnisse z. B. infolge Alterung oder erheblicher Temperaturwechsel.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigen

Fig. 1 ein Diagramm mit einem für Zeitlupen- und Einzelbildwiedergabe typischen Geschwindigkeitsverlauf des Bandantriebes,

Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild der Capstan-Ser­ voschaltung und

Fig. 3 eine Steuerschaltung zur erfindungsgemäßen Steuerung des Bandantriebes.

Fig. 1 zeigt schematisch anhand von Diagrammen a) und b) beispielhafte mittels eines Capastanmotors M (Fig. 2) bewirkte Geschwindigkeitsverläufe A, B und C beim Vorschub eines bandförmigen, nicht dargestellten Aufzeichnungsträgers, im folgenden Band genannt, in den Sonderbetriebsarten Zeitlupen- und Einzelbildwiedergabe, wobei die Ordinaten der Diagramme ein Maß für die Bandgeschwindigkeit v sind während die Abzissen der Diagramme ein Zeitmaß t bilden. Mit A ist der Soll-, mit C der erfindungsgemäße und mit B der Ist-Geschwindigkeitsverlauf darstellt.

Dem Motor M werden während der jeweiligen Startphase t₀-t₁ bzw. t₀-t'₁ sowie bei der durch Bremsen gekennzeichneten Stopp-Phase t₂-t₃ bzw. t₂-t'₃ ein oder oder mehrere in ihrer Amplitude und Dauer vorgegebene Spannungs- oder Stromimpulse zugeführt, die bewirken, daß der Motor M auf die zu regelnde Geschwindigkeit V_sollbeschleunigt bzw. bei Erreichen der Sollposition des Bandes in Bezug auf den abtastenden nicht dargestellten Videokopf von dieser auf die Geschwindigkeit V₀ bzw. zum Stillstand gebracht wird. Zur Messung der jeweiligen Bandgeschwindigkeit wird dabei in bekannter Weise die von einem mit dem Motor M starr verkoppelten Tachogenerator während der Motorbewegung abgegebene Folge von Impulsen FG verwendet. Als Referenz für das Einleiten eines Stopp-Vorganges wird der jeweilige als Synchronitätssignal in der Längsspur des Bandes aufgezeichnete Kontrollimpuls CTL verwendet.

Die Geschwindigkeitsverläufe A und B sind in der Start- und in der Stopp-Phase jeweils durch eine annähernd lineare Geschwindigkeitszunahme bzw. -abnahme gekennzeichnet. Wie mit dem Verlauf B dargestellt, kann sich z. B. aufgrund eines Lastwechsels infolge eines Bandkassettenwechsels die Startphase um die Zeitdifferenz (t'₁-t₁) verlängern. Das hat zur Folge, daß auch der jeweilige Bandvorschub später beendet wird, d. h. erst zum Zeitpunkt t'₃ wobei für den Verlauf B der vorgenannte Lastwechsel nicht berücksichtigt wurde. Aufgrund der mit konstanter Geschwindigkeit rotierenden das Band abtastenden Köpfe kommt es dadurch zu Trackingfehlern.

Erfindungsgemäß werden daher auch während der jeweiligen Start-Pha­ se wenigstens einmal eine Bandantriebsgeschwindigkeits-Mes­ sung durchgeführt und der jeweilige gemessene Wert mit einem entsprechenden Wert für den Soll-Geschwindigkeitsverlauf A verglichen, so daß - wie mit dem sich der Einfachheit halber nur in der Start-Phase vom Verlauf A unterscheiden sollenden Verlauf C dargestellt - im Falle von Abweichungen vom Soll-Ge­ schwindigkeitsverlauf Korrekturen durch entsprechende Beschleunigungsänderungen bewirkende Steuerungen des Capstanmotors M durchgeführt werden gönnen.

Fig. 2 zeigt anhand eines vereinfachten Blockschaltbildes eine Servoschaltung für den Bandantrieb, wobei neben dem elektronisch kommutierten Capstanmotor M eine elektronische Motorsteuerschaltung 2, ein mit der Motorwelle starr verkoppelter Tachogenerator 3, zwei Signalformer 4, 5 und eine Schaltung 1 zum Regeln und Steuern des Capstanmotors M dargestellt sind. Die Schaltung 1 kann z. B. Teil eines in heutigen Videorekordern üblicherweise verwendeten Mikroprozessors für die Servo- und Ablaufsteuerungen sein.

Von der Motorsteuerschaltung 2, die ebenfalls als integrierter Motorschaltkreis ausgebildet werden kann, sind der Einfachheit halber lediglich die für die Beschreibung der Erfindung wesentlichen Blöcke 21 und 22 dargestellt, wobei Block 22 die den Capstanmotor M mit Erregerstrom versorgenden und elektronisch kommutierenden Endstufen darstellen soll während Block 21 eine Verstärkerschaltung zum Einstellen des jeweiligen Erregerstroms betreffen soll. Die Endstufen, die mit mit dem Ausgangssignal des Verstärkers 21 gesteuert werden, können z. B. Brückenendstufen 221 ausgebildet sein.

Die Verstärkerschaltung 21, von der in Fig. 3 ein detailliertes Ausführungsbeispiel dargestellt ist, weist neben einem invertierenden Steuereingang einen ersten sowie einen zweiten nichtinvertierenden Steuereingang auf.

Der erste nichtinvertierende Steuereingang ist über den ersten Signalformer 4 mit einem ersten Signalausgang der Schaltung 1 verbunden. Diese Signalverbindung dient zur Zufuhr der in Schaltung 1 erzeugten Regelspannung U_R, die während der Geschwindigkeitsregelung von Capstanmotor M bei Regelabweichungen entsprechend variiert und in der Start-Phase bis Einsetzen der Geschwindigkeitsregelung einen konstanten Wert für einen maximalen Erregerstrom einnimmt.

Der zweite nichtinvertierende Steuereingang der Verstärkerschaltung 21 ist über den zweiten Signalformer 5 mit einem zweiten Signalausgang der Schaltung 1 verbunden. Diese Signalverbindung dient zur Zufuhr einer in Schaltung 1 erzeugten Steuerspannung U_L, die in der Start-Phase bzw. bis zum Einsetzen der Geschwindigkeitsregelung durch Begrenzung des maximalen Erregerstroms den Geschwindigkeitsverlauf bestimmt, indem die Steuerspannung U_L auf einem konstanten Wert gehalten wird und im Falle von Korrekturen (siehe Verlauf C in Fig. 1) aufgrund von Abweichungen vom Soll-Geschwindigkeitsverlaufs A entsprechend variiert wird, wobei die jeweilige Variation der Steuerspannung U_L vorzugsweise während vorbestimmter Zeitfenster erfolgt. Während der Geschwindigkeitsregelung wird die Steuerspannung U_L jedoch auf einem konstantem Wert gehalten.

Die Steuerspannung U_L sowie die Regelspannung U_R werden von der Schaltung 1 jeweils als PWM-Signal ausgegeben, das durch den im einfachsten Fall mit einem RC-Tiefpaßfilter gebildeten Signalformer 4 bzw. 5 in ein Signal mit kontinuierlichem Verlauf geformt wird, bevor es an den ersten bzw. zweiten nichtinvertierenden Steuereingang der Verstärkerschaltung 21 gelangt.

Der invertierende Steuereingang der Verstärkerschaltung 21 dagegen ist über eine Referenzspannungsquelle U_ref mit Bezugspotential verbunden. Zur Regelung und Steuerung des Motors M werden der Schaltung 1 die vom Tachogenerator 3 erzeugten Impulse FG und die von der Längsspur des Bandes als Synchronsignal verwendeten CTL-Impulse zugeführt.

Fig. 3 zeigt die Verstärkerschaltung 21 zur erfindungsgemäßen Steuerung des Bandantriebes. Sie wird im wesentlichen durch eine Differenzverstärkerstufe mit Konstantstromquelle gebildet. Die Differenzverstärkerstufe besteht im wesentlichen aus den beiden npn-Transistoren T1 und T2, wobei die den nichtinvertierenden ersten Steuereingang bildende Basis von Transistor T1 über den Signalformer 4 mit der Schaltung 1 verbunden ist während die den invertierenden Steuereingang bildende Basis von Transistor T2 an der Referenzspannung U_ref angeschlossen ist. Dabei wird die Referenzspannung U_ref vorzugsweise durch eine Vorspannung U_bias in Verbindung mit dem Spannungsabfall an einem vom Motorstrom I_Motor durchflossenen Widerstand R3 gebildet, so daß die Referenz jeweils dem aktuellen Motorstrom entspricht. Damit ist der Motorstrom, und somit auch die den Motor M beschleunigende Kraft, proportional der am jeweiligen Steuereingang anliegenden Steuerspannung. Der Signalausgang des Differenzverstärkers, der zur Steuerung von Motor M mit entsprechenden Steuereingängen der Endstufen 22 verbunden ist, wird durch den Kollektor des zweiten Transistors T2 gebildet, der hierzu über einen Arbeitswiderstand R1 mit Betriebsspannung +U_B verbunden ist.

Die zwischen der Differenzverstärkerstufe und Bezugspotential angeordnete Konstantstromquelle wird durch einen npn-Transistor T3 gebildet. Dessen Emitter ist über einen Widerstand R2 mit Bezugspotential verbunden. Dessen Basis bildet den zweiten, über den Signalformer 5 mit der Schaltung 1 verbundenen nichtinvertierenden Steuereingang der Verstärkerschaltung 21.

Die soweit beschriebene Schaltung arbeitet wie folgt:
Der Start des Motors M erfolgt durch die Steuerspannung U_L, die - wie bereits erwähnt - den Erregerstrom in der Start-Phase bestimmt, wobei bis zum Einsetzen der Geschwindigkeitsegelung die dem anderen bzw. ersten nichtinvertierenden Steuereingang der Verstärkerschaltung 21 zugeführte Spannung U_R auf einen für maximalen Erregerstrom vorgegebenen konstanten Wert gesteuert wird. Die Beschleunigung des Motors M wird, wie auch dessen Geschwindigkeit, mit Hilfe von Tachogenerator 3 überwacht. Nach dem Start wird die Zeit bis zum Auftreten des ersten Tachoimpulses FG und der folgenden Impulse FG bzw. zwischen diesen bestimmt wird. Im Falle einer Abweichung von Sollwerten, die z. B. in der als Steuerschaltung und Regler arbeitenden Schaltung 1 gespeichert sein können, werden durch Änderung der PWM und damit der Steuerspannung U_L eine oder mehrere entsprechende Beschleunigungsänderungen vorgenommen. Hierdurch wird die Geschwindigkeit dem Soll-Geschwindigkeitsverlauf A angepaßt. Die jeweilige Änderung der Steuerspannung U_L wird dabei vorzugsweise während vorbestimmter Zeitfenster durchgeführt. Für die jeweilige Zeitmessung läßt sich in vorteilhafter Weise ein in den Servoprozessoren heutiger Videorecorder ohnehin vorhandener mit einer Clockfrequenz getakteter Zähler verwenden.

Sobald Motorgeschwindigkeit in den geregelten Zustand übergeht bzw. in den Fangbereich der Regelung gerät, wird unter Beibehaltung Steuerspannung U_L aus der Spannung U_R für maximalen Erregerstrom die Regelspannung U_R, die infolge von Abweichungen von der zu regelnden Motorgeschwindigkeit auf einen konstanten Wert (z. B. 23,9 mm bei VHS) entsprechend variiert und deren Betrag im Vergleich zur Start-Phase wesentlich geringer ist. Mit dem Auftreten des jeweiligen Kontollimpulses CTL wird dann die Stopp-Phase eingeleitet.

Bei Zeitlupenwiedergabe bei einem mit drei rotierenden Videoköpfen ausgestatteten Videorecordern kann der jeweilige Bandvorschub z. B. 60 bis 70 msec dauern.

Die für die Start-Phase beschriebene Überwachung und Steuerung läßt sich im Prinzip auch für die Stopp-Phase anwenden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Wiedergabe von Signalen auf einem bandförmigen Aufzeichnungsträgers im Zeitlupen- oder Einzelbildwiedergabebetrieb mit einem Recorder, wobei der jeweilige Bandvorschub durch eine den Bandantrieb beschleunigende Start-Phase, eine den Bandantrieb auf konstante Geschwindigkeit regelnde mittlere Phase und eine den Bandantrieb durch Bremsen zum Stillstand bringende Stop-Phase gekennzeichnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bandantrieb bereits während der Start-Phase gemessen und im Falle einer Abweichung von einem vorgebbaren Sollwert eine entsprechende den Bandantrieb korrigierende Beschleunigungsänderung durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsänderung durch Änderung des dem Motor (M) zugeführten maximalen Erregerstroms erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des maximalen Erregerstroms durch Änderung der Erregerstrombegrenzung erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsänderung während eines vorgebbaren Zeitfensters erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Abweichung der Bandantriebsgeschwindigkeit von einem vorgebbaren Sollverlauf (A) eine oder mehrere Beschleunigungsänderungen derart durchgeführt werden, daß der Geschwindigkeits-Istverlauf (C) dem Sollverlauf (A) angenähert wird.

5. Recorder zur Aufnahme und/oder Wiedergabe auf bzw. von einem bandförmigen Aufzeichnungsträger mit den Sonderbetriebsarten Zeitlupe- und/oder Einzelbildwiedergabe, bei denen der jeweilige Bandvorschub durch eine den Bandantrieb beschleunigende Start- Phase, eine den Bandantrieb auf konstante Geschwindigkeit regelnde mittlere Phase und eine den Bandantrieb durch Bremsen zum Stillstand bringende Stop-Phase gekennzeichnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Servoschaltung zur Steuerung und Regelung des Bandantriebes Mittel vorgesehen sind, mit denen der Bandantrieb bereits während der Start-Phase gemessen und im Falle einer Abweichung von einem vorgebbaren Sollwert eine den Bandantrieb entsprechend korrigierende Beschleunigungsänderung durchgeführt wird.