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Die Erfindung betrifft eine Regelschaltung für eine Anordnung zur
automatischen Korrektur der Abtast-
spur bei Wiedergabe-Betrieb
eines Video-Magnetbandgerätes mit Schrägspuraufzeichnung, das eine Servo-Schaltung
für die Kopfraddrehzahlregelung und eine zweite Servo-Schaltung für die Bandantriebsregelung
aufweist.
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Neben den bekannten Systemen zur automatischen Tracking-Regelung
in Schrägspur-Maschinen mittels nichtelektronischer Hilfsmittel, wie zusätzliche
Abtastköpfe, vibrierende Videoköpfe, sind auch schon rein elektronische Schaltungen
bekanntgeworden (DT-OS 22 16 077), bei denen das Bandantriebssystem von einer mit
einem Taktgenerator konstanter Frequenz verbundenen Schaltungsanordnung ansteuerbar
ist, die durch relativ langsame periodische, vorzugsweise sinus- oder dreieckförmige
Modulation der Bandantriebsgeschwindigkeit über die Querkomponente des Spurvorschubs
eine geringe Pendelbewegung der Spurlage gegenüber dem bzw. den rotierenden Magnetköpfen
bewirkt, wodurch proportional zur jeweiligen Abweichung von der Spurlage eine Schwankung
des HF-Pegels vor den Begrenzerstufen eines FM-Wiedergabeverstärkers entsteht, die
über einen HF-Demodulator einem nachgeschalteten, vom Taktgeneratqr synchron gesteuerten
Phasendemodulator zuführbar ist, der in Abhängigkeit von der jeweiligen Abweichungsrichtung
und Distanz der Abtastbahn von der abzutastenden Spur eine Regelspannung entsprechender
Polarität und Größe zur Korrektur der Spurlage bzw. der Feinregelung des Bildstandes,
der sogenannten Tracking-Phase, an einem als Tracking-Phasenregler arbeitenden monostabilen
Multivibrator abgibt, dessen metastabile Phasendauer hierdurch gesteuert wird, während
sein Führungsimpuls vom Magnetband über den Synchronkopf abgenommen wird und dessen
um die geregelte metastabile phasendauerverzögerte Impulsflanke als Regelgröße des
Bandantriebsservosystems so lange nachregelt, bis eine optimale Spurlage erreicht
und die Pendelamplitude symmetrisch zur Mittellage stabilisiert ist.
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Diese Art der elektronischen Tracking-Phasenregelung weist gegenüber
den bekannten, zusätzliche Hilfsmittel aufweisenden Systemen, wie sie in der DT-AS
23 06 197 beschrieben sind, den Vorteil auf, die Regelung mit rein elektrischen
bzw. elektronischen Bauelementen zu bewirken.
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Es hat sich gezeigt, daß diese Art der elektronischen Tracking-Phasenregelung
einen Nachteil aufweist, der durch die Modulation der Bandgeschwindigkeit gegeben
ist, die bei der mindestens erforderlichen Amplitude die Beschränkung auf eine sehr
tiefe Frequenz (etwa 0,4 Hz) erforderlich macht, damit keine Tonhöhenschwankungen
bei der Wiedergabe hörbar werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch diesen Nachteil zu
beseitigen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Servo-Schaltung
für die Kopfrad-Drehzahl- und Phasenregelung von einer mit einem Taktgenerator konstanter
Frequenz verbundenen Schaltungsanordnung ansteuerbar ist, die durch eine relativ
langsame periodische, vorzugsweise sinus- oder dreieckförmige, der Drehzahl- bzw.
der Phasenregeispannung überlagerte Wechselspannung eine der konstanten Drehzahl
des Kopfrades überlagerte Drehschwingung bzw. periodische Phasendrehung bewirkt,
die eine geringe periodische Verschiebung der Abtastspur beiderseits der Spurmittellage
bewirkt und eine entsprechende periodische, zur Frequenz des Taktgenerators synchrone
Pegelschwankung der auf dem Magnetband aufgezeichneten FM-Trägerspannung bei der
Wiedergabe-Abtastung zur Folge hat, die von einem AM-Demodulator über einen Tiefpaß
einem ebenfalls vom Taktgenerator angesteuerten Phasendetektor zugeführt wird, der
hieraus in Abhängigkeit von der Größe und der Richtung der jeweiligen Spurabweichung
eine entsprechende Regelspannung erzeugt und an einen als Tracking-Phasenregler
arbeitenden, vom Lagengeber-Magnetkopf getakteten Monomultivibrator weitergeleitet,
dessen von der Regelspannung gesteuerte Ausgangsimpulsflanke an einer Führungsfrequenz
in einem Phasenvergleicher in die Servo-Regelspannung umgewandelt wird und über
einen Endverstärker den Kopfradantriebsmotor bzw.
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dessen Wirbelstrombremse so ansteuert, daß sich eine optimale mittlere
Kopfradphasenlage und hierdurch eine optimale Spurabtastung einregelt.
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Die Erfindung bedient sich der an sich bekannten Maßnahme für eine
elektronische Tracking-Phasenregelung, eine periodische, vorzugsweise sinusförmig
verlaufende geringe Spurabweichung bei Wiedergabe zu bewirken, allerdings dadurch,
daß der Servo-Steuerspannung für den Kopfradantrieb, die das Kopfrad synchron und
normalerweise in starrer Phase zum Bandantrieb regelt, eine vom Taktgenerator, der
zugleich einen Phasendetektor zur Umwandlung der demodulierten Pegelschwankungen
in die Tracking-Regelspannung ansteuert, kommende langsame, vorzugsweise sinusförmige
Wechselspannung hinzugefügt wird, aus der eine der konstanten Bezugsphase überlagerte
Drehschwingung der rotierenden Videoköpfe entsteht.
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Die Größenordnung der zur Erzeugung einer automatischen Tracking-Regelspannung
erforderlichen Pegelschwankung bzw. analogen periodischen Spurabweichung ergibt
sich aus einem Kompromiß zwischen konträren Forderungen.
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Einerseits muß die Amplitude genügend groß und der periodische Rhythmus
genügend schnell sein, damit der Phasendetektor ungestört von unvermeidlichen, langsamen
sporadischen Schwankungen des Bandlaufs und des Band/Kopfkontakts allein die echten
periodischen Schwankungsteile demodulieren kann.
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Andererseits darf die Amplitude der Schwankungen nicht so groß sein,
daß jeweils an den Stellen der größten Abweichung von der optimalen Mittellage der
Spurabtastung eine merkliche Zunahme des Rauschens im Bildinhalt erkennbar wird.
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Da sich außerdem die Horizontal- und Vertikalfrequenz im Ablenkkippteil
des angeschlossenen Fernsehgerätes proportional zur jeweiligen Winkelgeschwindigkeit
des Kopfrades ändert, darf die relative Winkelgeschwindigkeitsschwankung nicht größer
als etwa 0,1% sein, damit keine sichtbaren Atmungseffekte in Bildbreite und -höhe
auftreten.
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Aus diesen Bedinungen ergibt sich ein günstiger Kompromiß für die
Parameter der periodischen Spurlagenschwankung für eine Schwankungsfrequenz der
Größenordnung von 1 Hz und für die Schwankungsamplitude von etwa 1 dB, entsprechend
einer periodischen Phasenschwankung des Kopfrades von etwa +15 bis 200 bei üblichem
Aufbau von Zweikopf-Schrägspuraufzeichnungsgeräten.
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Durch die Erfindung ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem in
der DT-OS 22 16 077 beschriebenen Modulationsverfahren der Bandtransportgeschwindig
keit gegeben, da eine mindestens dreimal größere Schwankungsfrequenz im Phasendetektor
anwendbar ist, durch die eine bessere Eliminierung der Störung durch die sporadischen
Pegelschwankungen und ein entsprechend schnellerer Aufbau der Regelspannung
zur
automatischen Spurlagensteuerung erzielt werden.
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Ein weiterer Vorteil ist bei dieses erfindungsgemäßen Ausbildung
darin zu sehen, daß bei dieser Lösung eine konstante Bandtransportgeschwindigkeit
und die hieraus resultierende höhere Gleichlaufkonstanz bei höheren Anforderungen
an die Tonqualität gegeben sind.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
beschrieben. Bei der Ausgestaltung der Schaltung nach Anspruch 2 wird die periodische
Spurabweichung wie bei der ersten Lösung gleichfalls durch periodische Phasendrehung
des Kopfrades bewirkt; hingegen wird die hieraus entstehende Tracking-Regelspannung
einem Phasenvergleicher im Zuge der Servo-Regelschaltung des Bandantriebs zugeleitet.
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Es bereitet hierbei keine Schwierigkeiten, durch ausreichende Integrationsglieder
die Regelspannungsänderungen so abzuflachen, daß keine Beeinträchtigung der Tonqualität
entsteht.
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Diese Lösung hat bei zweckmäßiger Dimensionierung den Vorteil, daß
auch größere Regelspannungsänderungen, etwa an Programmübergangsstellen, die Bildgeometrie
(aus den weiter oben erläuterten Gründen - Zeilenfrequenzänderung -) nicht merklich
beeinträchtigen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der F i g. 1 bis
3 erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäß ausgebildeten
Schaltung mit einem symbolisch dargestellten Kopfradantriebssystem mit den erfindungswesentlichen
Baueinheiten, F i g. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel mit zusätzlichen Baugruppen
in Form eines Blockschaltbildes, F i g. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäß ausgebildeten Schaltung in Form eines Blockschaltbildes, bei dem
die periodische Spurabweichung durch periodische Phasendrehung des Kopfrades als
Fehlersignal der Tracking-Phasenregelschaltung des Bandantriebs zugeleitet wird.
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In dem Blockschaltbild gemäß F i g. 1 sind zwei rotierende Magnetköpfe
1 einer Magnetbandaufzeichnungsmaschine symbolisch dargestellt, an denen in relativer
Schräglage ein nicht dargestelltes Magnetband mit schräg aufgezeichneten Videosignalen
und in Längsrichtung aufgezeichneten Ton- und Synchronsignalen vorbeibewegt wird.
Hierbei umschlingt ein von einer Vorratsspule kommendes Magnetband schraubenlinienförmig
den halben Umfang eines zylindrischen Kopfrades, in dem die beiden Magnetköpfe 1
um 1800 versetzt angeordnet sind Das Magnetband wird mit Hilfe einer Transportwelle
und einer Gummiandruckrolle mit konstanter Geschwindigkeit zur Aufwickelspule transportiert.
Die von den rotierenden Magnetköpfen 1 abwechselnd während je einer halben Drehung
des Kopfrades vom Magnetband abgetastete mit dem Videosignal FM-modulierte HF-Spannung
gelangt über einen nicht begrenzenden HF-Widergabeverstär ker 2 für FM-Trägerfrequenz
an einen AM-Demodulator 3, der zur Demodulation der HF-Hüllkurve bzw. der Pegelschwankungen
dient. Diese langsam periodisch sich ändernde Ausgangsspannung wird nach Dämpfung
der kurzen Bandübergangseinbrüche durch einen Tiefpaß 4 einem oder einem wie in
F i g. 2 dargestellten erweiterten Phasendetektor 5 zugeführt, der auf richtungsabhängige
Pegeländerungen reagiert. Dieser Phasendetektor 5 wird außerdem von einem freilaufenden
Taktgenerator 13 mit einer Frequenz von etwa 1 bis 10 Hz angesteuert. Dem Phasendetektor
5 ist ein Summierglied 6 nachgeschaltet, in dem die Ausgangsspannung vom Phasendetektor
5 und eine Komponente vom Taktgenerator 13 addiert werden. Ein diesem Summierglied
6 nachgeschalteter kapazitiver Speicher 7 dient zur Glättung der so gewonnenen Regelspannung,
die einem als Tracking-Phasenregler arbeitenden monostabilen Multivibrator 8 zugeführt
wird, der von den drehzahlsynchronen Impulsen vom Lagengeber-Magnetkopf 16 ausgelöst
wird und sein Tastverhältnis in Abhängigkeit der vom kapazitiven Speicher 7 zugeführten
Regelspannung ändert. Das so erhaltene Ausgangssignal stellt eine impulsdauermodulierte
Rechteckschwingung dar, deren variable Flanke die Regelgröße zur Beeinflussung des
Drehwinkels des Kopfrades liefert. Zusammen mit Referenzimpulsen, z. B. aus dem
Netz 14 in einem Frequenzteiler 15 gewonnenen Impulsen, die als Führungsgröße dienen,
werden die pulsdauermodulierten Rechteckschwingungen in einem Phasenvergleicher
9 miteinander verglichen und eine Regelspannung für den Kopfradantrieb gewonnen,
die über einen Endverstärker 10 für die Antriebsregelspannung des Kopfradantriebs
einer Wirbelstrombremse 11 für den Kopfradantriebsmotor 12 zugeführt wird. Die Regelspannung
wirkt als Bremsspannung für die als Servobremse ausgebildete Wirbelstrombremse 11
des Kopfradantriebsmotors 12.
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Bei dieser Lösung ist die Bandtransportgeschwindigkeit konstant,
woraus eine höhere Gleichlaufkonstanz resultiert und höhere Anforderungen an die
Tonqualität gestellt werden können. Ist die optimale Spurlage nicht erreicht, so
entsteht durch die periodische bzw.
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sinusförmig verlaufende Spurabweichung ein Amplitudenfehler, der durch
die Schaltungsmaßnahmen, wie sie beschrieben sind, ausgewertet wird und als Tracking-Phasenregelspannung
eine Korrektur der mittleren Phasenlage des Kopfrades bewirkt Das Ausführungsbeispiel
gemäß F i g. 2 weist ebenfalls zwei rotierende Videoköpfe 1 auf, die in einer Zweikopfmaschine
um 1800 versetzt angeordnet sind.
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Die von den rotierenden Magnetköpfen 1 abwechselnd während je einer
Halbumdrehung des Kopfrades vom Magnetband abgetastete mit dem Videosignal FM-modulierte
HF-Spannung gelangt über einen nicht begrenzenden HF-Wiedergabe-Verstärker 2 an
ein - im Ausführungsbeispiel in F i g. 1 - Entzerrungsglied zur Linearisierung des
Frequenzganges im Hubbereich des FM-Trägers. Das Ausgangssignal an diesem Entzerrungsglied
17 wird über einen AM-Demodulator 3 und einen nachgeschalteten Tiefpaß 4 zur Dämpfung
von Rauschen und kurzzeitigen Störungen einem logarithmischen Verstärker 18 zugeführt,
der den Absolutpegel nach der Trägerdemodulation eliminiert. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel
in F i g. 1 liegt das Ausgangssignal dieses logarithmischen Verstärkers 18 am Eingang
des Phasendetektors 5, der von einem Taktgenerator 13 angesteuert wird. Der Phasendetektor
5 reagiert auf die richtungsabhängigen Pegeländerungen und liefert eine Ausgangsspannung
als Kenngröße zur Korrektur der Tracking-Phasenregelspannung. Die Ausgangsspannung
wird einem symmetrischen Begrenzer 19 zugeführt, der extreme Regelspannungsstöße
eliminiert und eine Überregelung verhindert. In einem Summierglied 6 wird diese
Spannung auf eine Komponente vom Taktgenerator 13 addiert und bildet somit eine
nach Größe und Richtung der Abweichung von der Spurlage entsprechende Regelspannung
Während im Idealfall die Ausgangsspannung am Phasendetektor 5 symmetrische Sinusform
doppelter Frequenz und
kleiner Amplitude aufweist, ist im Fall stärkerer
Abweichungen der Abtastbahn von der mittleren Spurlage die Spannung an den Ausgängen
des symmetrischen Begrenzers 19 entweder positiver oder negativer Polarität und
hat eine Sägezahnform. Die Ausgangsspannung am Summierglied 6 wird einem kapazitiven
Speicher 7 zur Glättung der Regelspannung zugeführt.
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Zwei zusätzlich vorgesehene elektronische Endwertschalter 20 und 21
sprechen bei Erreichung eines Höchst- bzw. Mindeswertes der Regelspannung an und
laden den Speicher 7 auf mittlere Regelspannung, worauf von diesem Wert ausgehend
der Regelvorgang erneut beginnt und sich auf den jeweils anderen von mindestens
zwei möglichen und zwischen den näher an Bereichsmitte liegenden Tracking-Spannungs-Optimalwert
einspielt. Hierdurch wird ein Anlaufen der Regelspannung in falscher Richtung gegen
einen der beiden Bereichsendwerte verhindert, wenn in dieser Richtung einer der
optimalen Einstellwerte der Regelspannung nicht erreichbar wäre.
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Damit die Tracking-Phasenregelung nicht nur automatisch erfolgen
kann, sondern auch von Hand einstellbar ist, ist zusätzlich ein von Hand zu bedienender
Regler 22 vorgesehen, der wahlweise über den Umschalter 23 an das Servosystem angeschlossen
werden kann.
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Die Erfindung geht von dem bekannten Stand der Technik aus, daß mittels
Handregelung eine als Tracking-Phasenschieber arbeitende monostabile Kippschaltung,
die schaltungsgemäß zwischen dem Synchronkopf und dem eigentlichen Bandservoteil
liegt, in ihrer metastabilen Phasendauer so eingestellt wird, daß über die resultierende
Querkomponente des Bandvorschubs in Abtastlinie der aufgezeichneten schrägen Magnetspur
zur Deckung kommt und die von der Magnetspur abgetastete Spannung einen Maximalwert
hat, wofür die benötigte Steuerspannung von einem einstellbaren Gleichspannungsteiler
abgreifbar ist, und wendet diese Lehre auf eine Regelung über den Kopfradantrieb
an.
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Fortgesetzt sei angenommen, daß ein Automatikbetrieb gegeben ist.
Die dreieckförmige Regelspannung aus dem Speicher 7 - F i g. 2 wird in dem über
den Umschalter angeschalteten Dreieck-Sinuswandler 24, beispielsweise ein mehrstufiger
Tiefpaß, in sinusförmige pendelnde Regelspannung umgewandelt, um einen ruhigen Regelverlauf
zu erzielen. Diese nach Größe und Vorzeichen entsprechend gebildete Regelspannung
wird einem nachgeschalteten, als Tracking-Phasenregler arbeitenden monostabilen
Multivibrator 8 zugeführt, der durch die vom Lagengeber-Magnetkopf 16 abgegriffenen
Vergleichs- bzw. Synchronimpulse angesteuert wird und sein Tastverhältnis bei zweckmäßiger
Auslegung in linearer Abhängigkeit von der vom Regelspannungsspeicher 7 her anliegenden
Steuerspannung ändert. Das so erhaltene Ausgangssignal stellt eine pulsbreitenmodulierte
Rechteckschwingung dar, deren variable Flanke die Größe zur Beeinflussung des Kopfradantriebssystems
liefert und in einem Phasenvergleicher 9 mit einem beispielsweise vom Netz 14 über
einen Generator 25 und über einen Frequenzteiler 15 anliegenden Referenzimpuls (Führungsgröße)
verglichen wird, hieraus eine Regelspannung für den Kopfradantrieb gewinnt, die
in einem nachgeschalteten Endverstärker 10 verstärkt und der Wirbelstrombremse 11
des Antriebsmotors 12 zugeführt wird. Eine Phasenkorrektur der Magnetköpfe wird
so lange über diese Regelschaltung erzwungen, bis eine den Idealwerten entsprechende
periodische Abweichung um die mittlere Spurlage gegeben ist.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in F i g. 3 dargestellt, das
den gleichen Grundaufbau wie in den Ausführungsbeispielen 1 und 2 aufweist und aus
folgenden gleichen Bauelementen besteht; zwei Magnetköpfe 1, ein nicht begrenzender
HF-Verstärker 2 für FM-Trägerfrequenz, ein Entzerrungsglied 17 zur Linearisierung
des Frequenzganges im Hubbereich des FM-Trägers, ein AM-Demodulator 3 zur Demodulation
der Hüllkurve, ein Tiefpaß 4 zur Dämpfung von Rauschen und kurzzeitigen Störungen,
ein logarithmischer Verstärker 18, der den Absolutpegel nach der Träger-Demodulation
eliminiert und ein Phasendetektor 5, der auf die richtungsabhängigen Pegeländerungen
reagiert.
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Die Ausgangsspannungen an diesem Phasendetektor werden über einen
symmetrischen Begrenzer 19 zur Eliminierung extremer Regelspannungsgrößen einem
kapazitiven Speicher 7 zur Glättung der Regelspannung zugeführt. Ein Summierglied,
wie in den Ausführungsbeispielen 1 und 2, wird an dieser Stelle nicht benötigt,
da es, wie aus den späteren Erläuterungen hervorgeht, zur Beeinflussung des Bandantriebssystems
nicht erforderlich ist. Das Ausgangssignal am kapazitiven Speicher 7 gelangt über
die elektronischen Endwertschalter 20 und 21, deren Funktion weiter oben erläutert
wurde, über einen Umschalter 23 zur Umschaltung auf Handbetrieb mittels eines Handreglers
22 direkt als nach Größe und Vorzeichen festgelegte Regelspannung an einen als Tracking-Phasenregler
arbeitenden monostabilen Multivibrator 48, der durch die vom Synchronkopf 26, der
die auf das Magnetband aufgezeichneten Synchronimpulse von der Synchronspur abtastet,
abgegriffenen Vergleichs- bzw. Synchronimpulse angesteuert wird und sein Tastverhältnis
bei zweckmäßiger Auslegung in lineare Abhängigkeit von der vom Phasendetektor 5
anliegenden Steuerspannung ändert.
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Das Ausgangssignal, das als Regelspannung zur Verfügung liegt, wird
einem Phasenvergleicher 27 zugeführt, der die gleiche Funktion wie der Phasenvergleicher
9 aufweist, jedoch für den Bandantrieb verwendet wird.
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Zusammen mit den Referenzimpulsen, z. B. aus dem Netz 14 über Generator
25 und Frequenzteiler 15, die als Führungsgröße dienen, wird in diesem Phasenvergleicher
27 die Regelspannung des Bandantriebssystems gewonnen, die nach Verstärkung im Endverstärker
28 der Wirbelstrombremse 29 des Motors 30 zugeführt wird.
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Für die dem Kopfradantrieb überlagerte Drehschwingung ist in Reihe
zum Generator 13 ein Rechteck/Sunuswandler 31 vorgesehen, dessen Ausgangssinusspannung
in einem Summierglied 6 der von einem Phasenvergleicher 9 anliegenden Kopfrad-Regelspannung
addiert wird. Der Phasenvergleicher 9 ist mit dem Lagengeber-Magnetkopf 16 am Kopfradantrieb
verbunden. Diese Impulse werden mit den Referenzimpulsen, die aus dem Netz, z. B.
über den Frequenzteiler 15, gewonnen werden, verglichen und ergeben die Regelspannung,
die das Kopfrad auf netzsynchrone Drehzahl und den Lagengebermagnet 16 auf eine
entsprechende mittlere Sollphasenlage steuert. Nach der Addition mit der für die
Drehschwingungserzeugung benötigten Sinusspannung wird diese Summenspannung über
den Endverstärker 10 der Wirbelstrombremse 11 des Kopfradantriebsmotors 12 zugeführt.
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Im Gegensatz zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen wird nur
die periodische Spannung vom Generator 13 der Servospannung des Kopfradantriebes
hinzuaddiert und der konstanten Kopfraddrehzahl eine langsame Drehschwingung überlagert.
Die als Fehlersignal vom Kopfrad über die Magnetköpfe 1 bei abweichender Spurlage
abgegriffene Spannung dient somit nicht zur Korrektur der Phasenlage der Videoköpfe
1, sondern zur Regelung des Bandantriebssystems. Es bereitet hierbei keine Schwierigkeiten,
durch ausreichende Integrationsglieder die Regelspannungsänderung so abzuflachen,
daß keine Beeinträchtigung der Tonqualität entsteht. Die Vorteile durch diese Variante
der Erfindung sind in der Beschreibungseinleitung beschrieben.
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Die über Anschluß 14 eingespeiste Netzfrequenz wirkt für beide Servosysteme
als Führungsgröße und bewirkt somit den synchronen Lauf von Kopfrad und Bandantrieb.