Inleiding tot de beeldbandformaten

Geschreven door Jan Cuypers.

Zaterdag 14 april 1956, de Normandy Lounge van het Conrad Hiltonhotel in Chicago. William Lodge, de hoofdingenieur van de TV-keten CBS, houdt een toespraak voor zijn collega’s; een gebeurtenis  die geen van de 200 toeschouwers zal vergeten. Niet om wat hij zegt, maar om wat er daarna gebeurt : Eenmaal zijn rede ten einde kunnen ze hun ogen niet geloven :

Op de aanwezige TV-schermen zien ze zijn toespraak opnieuw! De zaal wordt wild, de blikken blijven aan de schermen gekluisterd. Wat ze meemaken is met de bestaande technologie onmogelijk!

14 aprilUiteindelijk wordt het geheim onthuld. Een gordijn schuift open, daar staat het eerste werkende beeldbandtoestel ter wereld. De videorecorder, en de vier Ampex-ingenieurs errond, worden bestormd. TV-bonzen gaan op stoelen staan om beter te kunnen zien.

Die dag vormt het begin van een verhaal dat vijftig jaar zal duren : Video-opnames op beeldband, eerst analoog, dan digitaal, in zwartwit, kleur, PAL en Hoge Definitie. De apparatuur wordt telkens performanter, intern complexer maar makkelijker te bedienen, kleiner en goedkoper.

Stof voor een artikelenreeks met uitleg bij de basisprincipes van de werking en voor een overzicht van de verschillende beeldbandmachines en de gebruikte opnameformaten. Hiervoor heeft een gastauteur met adelbrieven, Willy De Boeck, voormalig chef-technicus bij de VRT, en medewerker van het toenmalig Instructiecentrum, de pen ter hand genomen.  

 

In deel 1 behandelt hij de eerste toestellen, zoals ze in 1956 het licht zagen.

 

Bewonder eerst onze AMPEX VR1000 in zijn glorietijd en ga dan verder om het verhaal te starten.

 

VR1000 red

Het begin : de tweeduimmachines

Geschreven door Willy De Boeck.

Inleiding

 

Om TV-signalen, video, op te nemen gebruikt men wel dezelfde fysische principes als bij audioregistratie, maar er zijn wel veel complexere mechanische en elektronische oplossingen nodig.

Bij audiorecorders loopt de magneetband tegen een bepaalde snelheid langs vaste opneem/weergeefkoppen, bijvoorbeeld (bij professionele opnames) tegen 38 of 19 cm/seconde. Die snelheid wordt bepaald door de hoogst op te nemen frequentie (bv. 20 kHz), de grootte van de magneetdeeltjes op de band en de gewenste kwaliteit.

Videosignalen bevatten echter veel hogere frequenties, tot 5 MHz. Bovendien kunnen videosignalen niet zomaar opgenomen worden zoals audiosignalen, omdat de verhouding tussen de laagste en hoogste frequenties te hoog is. Analoge videosignalen moeten daarom FM-gemoduleerd worden. Daardoor lopen de hoogste op te nemen/weer te geven frequenties op tot bijvoorbeeld 13 MHz.

Zou het systeem met vaste koppen in dit geval worden toegepast, dan zouden bandsnelheden nodig zijn van bijvoorbeeld 47,5 m/s vergeleken met de 19 cm/s van een audioband. Voor een uur programma zou dat een lengte van de band vergen van 171km!

Het spreekt vanzelf dat dit een onpraktische waarde is, zodat men voor videorecorders een systeem met draaiende koppen heeft ontworpen waartegen het magneetlint voorbijglijdt tegen een redelijke snelheid. Die combinatie van draaiende koppen en bewegende band leidt tot kop/bandsnelheden die de opname/weergave van videosignalen mogelijk maken.

Eenduimformaten

Geschreven door Willy De Boeck.

 

I.2.       DE ANALOGE 1-DUIM RECORDERS

Tweeduimmachines bieden dan wel de kwaliteit die omroepen nodig hebben, ze wegen zo’n ton, verbruiken drie kilowatt of meer, en vreten banden. Niet geschikt voor huis-tuin- en keukengebruik dus, en al evenmin voor industriële en institutionele toepassingen. In de zestiger jaren duiken voor die markten machines op die gebruik maken van band die één duim breed is, en telkens een volledig tv-raster tegelijk opnemen i.p.v. maar zestien lijnen. Bij spoelen (shuttle)  heeft men dan een beeld dat niet echt goed, maar wel herkenbaar is, zoals sommigen het zich nog herinneren van de oude VHS-cassettes. Omdat het uitgangssignaal niet aan de geldende normen beantwoordt en het beeld wat minder is zijn ze niet bruikbaar voor de omroep.

Maar in 1976 komt Ampex met een toestel op de markt dat hiervan afgeleid is en dat wél bruikbaar is voor “broadcast”. Het heet VPR-1 en heeft een revolutionaire nieuwigheid : het kan versneld en vertraagd weergeven, ja zelfs achteruit! Wat op de band staat beantwoordt aan -het kind moet een naam hebben- de A-norm of het A-formaat. Klik hier voor een zeldzame reclamebrochure over de VPR-1 (uit de Onuitputtelijke Voorraad)

Cassettes doen hun intrede : U-matic

Geschreven door Willy De Boeck.

Niet enkel omroepen maken gebruik van videorecorders, er zijn ook de zogenaamde institutionele gebruikers : scholen en universiteiten, wetenschappelijke instellingen, bedrijven….. Voor hen mag de kwaliteit wat minder zijn, maar de apparatuur moet goedkoper, verplaatsbaar, en vooral eenvoudiger en betrouwbaarder zijn. En de gebruikers hebben meestal geen gespecialiseerd personeel beschikbaar voor bediening en onderhoud.

U-matic High-Band

Geschreven door Willy De Boeck.

Tot midden jaren 1970 werden nieuwsbeelden op film opgenomen, bij het NIR in het begin zelfs op 35 mm-film. Het geluid kwam terecht op draagbare NAGRA-recorders. Daar komt verandering in met de komst van draagbare professionele videocamera’s, zoals de RCA TK76. Alle onderdelen van de videoketen vormen één compact geheel, niet groter dan een filmcamera.

Consumerrecorders komen op de markt

Geschreven door Willy De Boeck.

Vanaf einde jaren 1960 ontstaat er bij de gewone TV-kijkers interesse om TV-programma’s op te nemen. Dat was in ieder geval de mening van de fabrikanten van consumentenelektronica.  In de jaren 1950 hadden we de succesvolle intrede gezien van de audiorecorder, de bandopnemer. En in 1964 kwam Philips met de Compact Cassette op de markt. De cassettes waren klein en goedkoop, de recorders gemakkelijk te bedienen en draagbaar. Men zou het publiek gemakkelijk kunnen winnen met een cassetterecorder voor video in plaats van audio….

Wie laatst lacht ... Betacam

Geschreven door Willy De Boeck.

Of hoe de nazaten van Betamax uiteindelijk het pleit winnen…..

We schrijven 1982. Bij de “gewone kijker” heeft VHS de wereldmarkt zo goed als veroverd. Bij de omroep, voor journaalbeelden, ruimt sinds een vijftal jaar  film stilaan baan voor opnames met compacte camera’s en draagbare U-maticrecorders. De leefbaarheid van ENG is aangetoond, hoewel er nadelen verbonden zijn aan de werkwijze : naast de camera moet men een aparte recorder meezeulen. Die job is meestal voor de geluidsman; de recorder vervangt zowat de Nagra audiorecorder van vroeger.

De U-maticcassettes zijn nog relatief groot, en zowel de video- als audiokwaliteit kan beter. De grote droom tenslotte is één enkel toestel, dat zowel de camera- als recorderfuncties bevat, de camcorder. Maar daarvoor zijn kleinere cassettes nodig. In dat jaar 1982 brengt Panasonic met RCA een draagbare recorder op de markt gebaseerd op VHS-cassettes, maar met professionele specificaties, het zogenaamde M-formaat. Sony doet hetzelfde maar dan gebruik makende van betamaxcassettes, ze noemen het Betacam. Dank zij hun uitgekiende marketing, de betere kwaliteit, de kleinere cassettes …. wint Sony het pleit. De “nazaten” van het nederige betacam zullen, elk op hun terrein, op de professionele en omroepmarkt  hoge ogen gooien en voor jaren, zelfs tot nu, de standaard blijven : 

Er bestaan vier types van Betacamformaten voor standaarddefinitie video (naast die voor HD): de oorspronkelijke Betacam; de Betacam SP; de digital Betacam (alias Digibeta) en de Betacam SX.  De laatste twee types worden besproken in het hoofdstuk “Digitale beeldbandmachines”.

1982 : de start voor digitale tv

Geschreven door Jan Cuypers.

In de jaren 1970 begint de opmars van de digitale elektronica. Ook bij de productie en de uitzending van TV-programma’s  vinden toestellen die de signalen digitaal verwerken meer en meer ingang. Mondjesmaat, want de meeste elektronische kringen werden nog met individuele componenten uitgevoerd, er waren nog geen krachtige geïntegreerde kringen.

Productiehuizen en omroepen gebruiken dure digitale effectenmachines, dikwijls van het Britse pioniermerk Quantel. Ze worden vooral ingezet voor videoclips en andere high-endtoepassingen. Vaak zijn die effecten brutaal en nu minder genietbaar of triviaal, soms subtiel, ja artistiek zoals bij deze videoclip van Kate Bush uit 1978. Klik op de afbeelding om te starten - niet alle effecten zijn elektronisch.

Kate Bush Wuthering heights

Digitale signaalverwerking werd ondermeer ook toegepast voor het synchroniseren van externe videobronnen (DFS : digital frame synchronizer). Zo konden ze gemengd worden met lokale beeldbronnen.

De manier waarop de videosignalen door deze toestellen gedigitaliseerd en bewerkt werden was nog niet gestandaardiseerd. Het verschilde van merk tot merk of zelfs van toestel tot toestel. Deze apparaten vormden in feite digitale eilanden in een analoge zee : in- en uitgangssignalen waren gewoon analoog en dat komt de kwaliteit en de onderlinge verbindingsmogelijkheden niet ten goede.

Rond 1978 drong de nood aan een digitale standaard zich op. Maar er was meer dan één analoge norm : In de meeste Europese landen waren kleurentv-signalen in PAL. In Frankrijk was het SECAM, in ondermeer de VS en Japan was het NTSC. Dat zijn telkens composietsignalen : het helderheidssignaal nodig voor de zwartwitkijker en de kleurinformatie zitten in mekaar verweven. Ze kunnen terug gescheiden worden  maar dat geeft kwaliteitsverlies. 

1982 : de keuze voor digitaal.

De overgang naar digitale signalen was een uitstekende gelegenheid om terug te keren naar de bouwstenen zelf, de componenten van kleurentv.

Dat zijn eigenlijk de kleursignalen Rood, Groen en Blauw. Maar die alle drie op volle kwaliteit digitaliseren vergt wel een heel hoge bitrate (digitale bandbreedte), en het is meestal niet nodig : het oog is immers minder gevoelig voor kleurovergangen dan voor zwartwit. Dat is trouwens ook het uitgangspunt bij composietsignalen.

In plaats van R, G en B digitaliseert men het helderheids- of luminantiesignaal Y (Y = 0,30R + 0,59G + 0,11B) en de kleurverschilsignalen R-Y en B-Y (of U en V).

De bandbreedte van videosignalen (in standaarddefinitie) bedraagt 5 tot 5,5 MHz. Men weet dat de bemonsteringsfrequentie minimum het dubbele moet zijn van de bandbreedte, in de praktijk een ietsje meer. (Het theorema van Shannon.) Om de totale benodigde bitrate te verminderen heeft men voor Y een bemonsteringsfrequentie gekozen gelijk aan 13,5 MHz - dus ruim voldoende - en de helft of 6,75 MHz voor U en V. Codetaal : 4:2:2. Om nog meer bitrate te sparen werken sommige recorders nog “zuiniger” met kleurverschilsignalen, men spreekt van 4:1:1 of 4:2:0 .

Tussen haakjes, de digitale fototoestellen hanteren een gelijkaardige filosofie wat betreft de scherpte van de kleurovergangen: de sensors hebben tweemaal zoveel groene pixels als blauwe en rode. De volgorde is voor de ene lijn G,R,G,R,G,R,G,R,G enz., voor de volgende B,G,B,G,B,G enz.. Men spreekt van Bayerfiltering.  Voor alle duidelijkheid : het aantal pixels van een fototoestel is de som van de rode, groene en blauwe pixels samen.

Terug naar tv : voor 4:3-signalen heeft men altijd 720 Y-monsters (pixels) per lijn, en 360 voor U en V. Voor breedbeeld (16:9) mag men ook bemonsteren tegen 13,5 x 4 / 3 : 18 MHz. Dat geeft dan 720 x 4 / 3 = 960 Y-monsters per lijn. Het aantal lijnen kan verschillen : in Europa 576, in de NTSC-landen 486. Voor wie er aan geïnteresseerd is : de huidige versie van deze internationale norm vindt u hier .

Uit deze internationale afspraken uit 1982 volgen ook de huidige standaarden voor HDTV en zelfs UHD (ultra HD, ook wel 4K genoemd) :

Voor HDTV wordt het aantal monsters of pixels per lijn verdubbeld : 960 x 2 = 1920. Omdat HD met “vierkante” pixels werkt (wat niet het geval is in standaardvideo) bedraagt het aantal lijnen : 1920:16 x 9 = 1080.

Voor Ultra-HD worden die getallen nogmaals verdubbeld : 920 x 2 = 3840 pixels, op 1080 x 2 = 2160 lijnen.

___________________________________________

Digitale beeldbandformaten

Geschreven door Willy De Boeck.

I. Inleiding

In 1982 (zie hier) publiceerde de toenmalige CCIR (Comission Consultative Internationale des Radiocommunications), die een afdeling was van de ITU (International Telecommunication Union), de normen van de digitale signalen voor gebruik in de studio’s en voor programma-uitwisseling.  Ondertussen is de benaming CCIR verlaten en vervangen door ITU-R , waarin de R staat voor Radiocommunicatie.  De genoemde normen werden gepubliceerd als de “Recommendation Rec. 601”.  Later volgden nog de normen voor de verscheidene interfaces.

Dat was het startschot voor de geleidelijke digitalisering van de analoge televisiestudio’s.  De voordelen van digitale studio’s waren talrijk, voornamelijk wat de beeldkwaliteit betrof.

Om na de productie in de studio van al die voordelen te kunnen genieten, was een digitaal opneem/weergeefsysteem onontbeerlijk, bijvoorbeeld om tijdens een eventuele montage geen bijkomende ruis, of anders gezegd, geen stoorsignaal toe te voegen.

De eerste stap voor een digitale video/audiorecorder werd eveneens gezet door de CCIR bij het publiceren van een norm in april 1985.  Die standaard werd ontworpen na een jarenlange samenwerking van de EBU (European Broadcasting Union) met de SMPTE (Society of Motion Pictures en Television Engineers) die in de Verenigde Staten instond voor het standaardiseren van alle technische film- en video-infrastructuur.  Het voorstel werd voorgelegd aan de CCIR en internationaal als standaard geadopteerd.

De SMPTE gaf aan die norm de benaming D-1.  Het ging om een componentensysteem, dus voor de opname/weergave van de drie componentensignalen Y, U en V.

Deze D-1-videorecorders vonden vooral toepassing in high end montage- of beeldbewerkingsinstallaties. De studio’s en uitzendstraten waren toen nog analoog en in composiettechnologie uitgevoerd.

Vooral in de VS, maar bijvoorbeeld ook bij de VRT ontstond er vraag naar digitale beeldbandmachines die de digitale opname van een composietsignaal - PAL of NTSC - mogelijk maakten. Niet alleen waren ze goedkoper dan D-1-machines, het bandverbruik was kleiner door de geringere bitrate.  Het eerste systeem van dat type werd door de SMPTE D-2 geheten.

Op het einde van 1990 werd er nog een digitaal composiet formaat op de markt gebracht dat een lagere bandsnelheid koppelde aan een smallere magneetband.  Dit systeem was door de Japanse openbare televisie ontwikkeld in samenwerking met de firma PANASONIC.  Het is als D-3 de wereld ingegaan.

De composietbeeldbandmachines zijn echter na het verschijnen van kleine en lichte componentenmachines van de markt verdwenen.

De D-4 was ook van het  componententype, het werkte met een band van ¾ duim zoals bij D-1 maar deed aan datacompressie. Het kende weinig succes maar het principe werd wel opgepakt voor databack-up.

De D-5 is eveneens een componententoestel, dat zonder datacompressie hogedefinitiesignalen en uiteraard ook signalen met standaarddefinitie kan opnemen.

De D-6 is een videorecorder voor hogedefinitietelevisie die ook band van ¾ duim gebruikt en zonder datacompressie functioneert.

Achtereenvolgens verschenen dan de digitale Betacam van SONY, de DIGITAL-S van PANASONIC (D-9), de DVC (D-7) en de hiervan afgeleide formaten DVCPRO en DVCAM.  Als laatste volgden SX en de digitale VHS.

Het opnemen van digitale videosignalen brengt een heleboel problemen met zich mee, voornamelijk de opname van de uiterst hoge frequenties die worden voortgebracht door de hoge bitstroom van digitale video.  Uitgaande van de genormeerde bemonsteringsfrequentie van 13,5 Megamonsters/s voor de luminantie, plus tweemaal 6,75 Mmonsters/s voor de kleurverschilsignalen en 8 bits per monster ontstaat de videobitstroom van 216 Mbit/s voor de standaardtelevisie.  Voor de hogedefinitietelevisie loopt de videobitstroom in de Gigabit/s.

Dit is alleen nog maar voor het videosignaal.  Daaraan moeten nog de audiosignalen worden toegevoegd, de foutcorrectiecodes, de tijdcode, enz.  De totale bitstroom loopt dan op tot 230 Mbit/s.  De hoogste fundamentele frequentie die hieruit voortspruit, is gelijk aan de helft van de bitstroom, d.w.z. 115 MHz.  Dit is 23 maal hoger dan in het geval van een analoog videosignaal.  Het gebruik van frequentiemodulatie zoals in de analoge machines is daarom uitgesloten, precies omwille van die hoge frequenties.  Dat is de reden waarom digitale machines rechtstreeks de digitale signalen opnemen zonder de minste modulatie (video) of polarisatie (audio).  Er staan evenwel een aantal middelen ter beschikking om die enorm hoge bitstroom te verminderen.  De eenvoudigste methode bestaat erin alle niet-essentiële informatie weg te laten.  Bijvoorbeeld, een volledige videolijn bevat 864 monsters waarvan er 720 het beeld bevatten.  Dat is de zgn. actieve lijn.

Door enkel die actieve lijn te gebruiken daalt de videobitstroom van 216 naar 180 Mbit/s.

Een tweede methode bestaat in de datacompressie, een nogal ingewikkelde operatie die alle niet-zichtbare informatie weglaat.  Naast elkaar liggende pixels met dezelfde waarde worden vervangen door een kortere code.  Signaalwaarden die vaak voorkomen krijgen een korte code toegewezen en weinig frequente waarden krijgen een langere code, d.i. de zgn. “run length code”.  Door datacompressie kan een reductiefactor worden verkregen van bijvoorbeeld 2, wat overeenkomt met een onzichtbare compressie.  Voor hogere factoren van bijvoorbeeld 10 of meer kunnen artefacten zichtbaar worden, zoals daling van de definitie, mozaïekvorming, storingen van snel bewegende voorwerpen, enz.

Het komt er dus op aan de datacompressie zodanig te dimensioneren dat de bitstroom zoveel mogelijk daalt zonder het beeld te verstoren.

II.1.      DE BEELDBANDMACHINE D-1

De wensen van de omroepers waren dat, buiten het videocomponentensignaal, er ook nog vier audiokanalen met hoge kwaliteit zouden worden geregistreerd en dat er ook cassettes zouden worden gebruikt.  De ontwerpers zijn overeengekomen drie soorten cassettes voor te stellen met speelduren van 10 minuten, een half uur en een uur.  De grootste cassette had afmetingen van nagenoeg 20 × 37 × 3 cm, wat niet bepaald klein is.  Om in die cassettes band te kunnen onderbrengen met voldoende lengte moest de band heel dun zijn, nl. 19 µm, wat het gebruik van de klassieke spoelen uitsloot vanwege het gevaar voor beschadiging van dergelijke delicate banden.

Rekening houdend met alle gegevens van video, audio, beschermingscodes, enz. werd een bitstroom bereikt van 230 Mbit/s.  In het begin van 1980 bestonden er alleen maar banden met een magneetlaag bestaande uit ijzeroxidedeeltjes die een minimumgolflengte op de band mogelijk maakten van 0,9 µm.  Die karakteristieken bepaalden de schrijfsnelheid die op 102 m/s werd vastgelegd.  Dit is bijna vijfmaal hoger dan de schrijfsnelheid van het analoge C-formaat.  De breedte van de band werd op 19,01 mm (3/4 duim) vastgelegd en de bandsnelheid op 28,7 cm/s.

De figuur hierna toont het spoorformaat voor één televisieraster.

image001

Het spoorformaat van de D-1 digitale beeldbandmachine

Vier koppen schrijven terzelfdertijd vier sporen zoals de grijze sporen op de figuur aanduiden.  Elke kop schrijft een video/audiosector.  In totaal worden er 12 sporen met een lengte van 170 mm geschreven.  De globale schrijfsnelheid bedraagt bijgevolg (12 × 170 mm) × 50 rasters/s = 102 000 mm/s of 102 m/s, hoewel elke kop slechts een opneem/weergeefsnelheid haalt van 102/4 = 25,5 m/s.  De helicoïdale sporen hebben een breedte van 40 µm met een tussenruimte van 5 µm.

De vier audiosporen worden opgenomen tussen twee videosectoren in het midden van de band om ze te vrijwaren voor de mechanische vervormingen aan de randen van de band.  Voorts zijn er nog de klassieke longitudinale sporen: het tijdcodespoor en een bijkomend analoog audiospoor (cue track) om de montagewerkzaamheden te vergemakkelijken.

De vier mogelijke audiokanalen moeten volgens het AES-EBU-formaat (Audio Engineering Society-European Broadcasting Union) in digitale vorm aan de ingang van de beeldbandmachine worden gelegd.  De bemonsteringsfrequentie bedraagt 48 kHz met een maximum van 24 bit/monster plus vier controlebits.

II.2  DE COMPOSIETBEELDBAND D-2

De kwaliteit van de opname-weergave van de D-1-beeldbandmachine werd destijds beschouwd als zijnde veel te goed om een videosignaal met de kwaliteit van een PAL-signaal te behandelen.  Bovendien moet voor de opname het composietsignaal worden omgevormd tot een componentensignaal en bij de weergave terug worden omgezet in zijn composietvorm (PAL).  De D-1-machine viel daardoor veel te duur uit.

Daarom werd een composietmachine ontworpen die van de SMPTE de aanduiding D-2 meekreeg.

De bemonsteringsfrequenties zijn verschillend voor het 525- en het 625-lijnensysteem.  Ze werden gelijk genomen aan vier maal de kleurenhulpdraaggolffrequentie zodat de respectieve bemonsteringsfrequenties ontstonden van 14,31838 en 17,73447 MHz.  Voor het PAL-M-systeem (PAL 525 lijnen) leidde dit tot 14,30244 MHz.  Er blijft bijgevolg een totaal gebrek aan compatibiliteit bestaan.  De kwantisering vindt lineair plaats met 8 of 10 bits/monster, hoewel er slechts 8 bits op de band worden geregistreerd.

De totale bitstroom bedraagt dus vier maal de hulpdraaggolffrequentie vermenigvuldigd met 8 bits.  Dit leidde dan tot respectievelijk 114,5470 Mbit/s ; 141,87576 Mbit/s en 114,41952 Mbit/s voor NTSC, PAL en PAL-M.  Die bitstromen zijn beduidend lager dan die van het componentensysteem D-1, maar de problemen met de rastercyclus blijven bestaan.

Het totale aantal monsters per lijn bedraagt 910 voor NTSC ; 1135 voor PAL en 909 voor PAL-M.  Van het totale aantal monsters worden enkel diegenen opgenomen die overeenstemmen met de actieve digitale lijn, nl. 768, 948 en 768 respectievelijk voor NTSC, PAL en PAL-M.  De synchronisatiesignalen tijdens de digitale onderdrukking dienen niet te worden geregistreerd aangezien ze zonder moeilijkheden kunnen worden opgewekt bij de weergave van de digitale signalen.

Het aantal opgenomen lijnen bedraagt 255 per raster voor NTSC/PAL-M in drie segmenten van elk 85 lijnen.  Voor PAL bedraagt het aantal lijnen 304 per raster in 4 segmenten van 76 lijnen elk.

Voorts zijn de nodige voorzieningen getroffen om ook 4 digitale audiokanalen op te nemen.  Elk signaal wordt bemonsterd op 48 kHz.  Het aantal bits per monster bedraagt minimum 16 en maximum 20.  De codering gebeurt lineair volgens de 2’s complementcode.

image002

Foto van een D-2-recorder van het merk SONY

II.2.1.  De band.  De cassette

Dezelfde band en cassettes werden genomen als voor de componentenrecorder  D-1.  Daar echter de bandsnelheid slechts 131,7 mm/s bedraagt i.p.v. 286,875 mm/s van het componentensysteem, verkrijgt men automatisch voor de drie cassettetypes de volgende opnameduur :

                 Type D-2 S (Small)             :           32 min

                 Type D-2 M (Medium)         :           94 min

                 Type D-2 L (Long)               :           208 min

hetgeen drie keer zo lang is als bij het componentensysteem met 16 µm-band.  De band is van het metaalpoedertype.  Wegens de dunheid van de band worden er enkel cassettes gebruikt.  De kortst mogelijke golflengte is 0,79 µm.  De breedte van het magneetlint is 19,01 mm±0,015 mm.

Daar de totale gemiddelde bitstroom (video- + audio- + controle- en foutverbeteringssignalen) slechts tot 152,7 Mb/s oploopt, kon de schrijfsnelheid lager worden genomen, op circa 54,3 m/s voor het 525/60-systeem en op 60,8 m/s voor het 625/50-systeem (i.p.v. de 102 m/s in het D-1-systeem).

II.2.2  Het spoorformaat

De figuur hierna toont het spoorformaat. Er wordt terzelfdertijd door 2 koppen geschreven/gelezen (T0 en T1).  De totale spoorlengte bedraagt 150,78 mm terwijl de videospoorlengte 132,49 mm is.  Laten we opmerken dat de bandbeweging tegengesteld is aan die van de koppen.  Bij latere machines met smallere band lopen die twee in dezelfde zin.

image003

Het programmareferentiepunt geeft het begin van elk raster aan  Dit punt komt na de “preamble” (d.i. het voorvoegsel of de identificatie) van het bewuste spoor. De audiosporen liggen aan de uiteinden van de videosporen hetgeen de plaats is waar het hoogste risico bestaat op het ontstaan van fouten.  Niettegenstaande het bestaan van een efficiënt foutverbeteringssysteem worden de audiosignalen dubbel geregistreerd tijdens twee opeenvolgende sporenparen, afwisselend aan de bovenkant en de onderkant van het magneetlint.

Het valt op dat de twee gelijktijdig geschreven sporen enigszins overlappen.  Dat is ook het geval bij de opeenvolgende dubbele sporen.  Om de onderlinge beïnvloeding van de spoorinformaties te beletten, wordt er aan de koppen een zogenaamde “azimuthoek” gegeven of anders gezegd, de kopspleten staan niet haaks op de schrijfrichting.  De kop die het eerste spoor registreert vormt een hoek van 14,97° t.o.v. de haakse richting.  De tweede kop heeft een azimuthoek van -15,03°.

II.2.3  Het opnameformaat

De kanaalcode is de zgn. Miller²-code die geen nulcomponent bevat.  Na de bemonstering ondergaan de digitale signalen vrij ingewikkelde behandelingen i.v.m. de verdeling over de verschillende sporen, het toevoegen van beschermings- en correctiebits enz., zoals dat bij alle digitale beeldbandrecorders plaatsvindt.

II.2.4  De interface

Daar deze recorders werden ontworpen om in een analoge omgeving te functioneren, zijn de voornaamste ingangs- en uitgangsinterfaces van het analoge type, d.w.z. er kan een gewoon PAL-signaal (of NTSC) aan de ingang worden toegevoerd terwijl de uitgang eveneens een PAL-signaal (eventueel NTSC) aflevert.  De digitalisering gebeurt binnen de machine zodat er geen bijkomende analoog/digitaal- en digitaal/analoogconvertors nodig zijn.  Een dergelijke videorecorder kan dus gewoon in een bestaande analoge infrastructuur worden ingelast op dezelfde manier als een analoge beeldbandmachine, terwijl er toch gebruik wordt gemaakt van de interessante eigenschappen van een digitaal formaat.

Een digitale interface is ook mogelijk, maar ze moet van het parallelle type zijn, met 10 paren plus een 11de paar dat het kloksignaal op 4 × de hulpdraaggolffrequentie overbrengt.

II.3  D-3.  HET COMPOSIETSYSTEEM OP ½_DUIMBAND

Dit systeem werd door de Japanse televisie NHK (Nippon Hoso Kyokai) ontworpen met het oog op een verkleining van de machines en de cassettes, een vermindering van het bandverbruik en een verlenging van de speelduur.  Nadien werd het systeem gecommercialiseerd door PANASONIC.

II.3.1  De op te nemen bitstroom

De op te nemen bitstroom is identiek aan die van het D-2-formaat omdat de bemonsteringsfrequentie ook op 4 × hulpdraaggolffrequentie werd vastgelegd. De kwantisering vindt ook plaats met 8 bits.  Het aantal opgenomen/weergegeven monsters, d.w.z. het aantal actieve monsters per televisielijn en het aantal opgenomen lijnen per raster is identiek aan de gegevens van het D-2-formaat.  Ook hier worden er vier individuele audiokanalen opgenomen/weergegeven met bemonsteringsfrequenties van 48 kHz en een kwantisering van 16 of 20 bits/monster.

image004

Vooraanzicht van een D-3-machine van Panasonic

II.3.2  De band en de cassettes

Het voornaamste verschil met het D-2-formaat van buiten uit gezien is de breedte van het magneetlint dat slechts een halve duim breed is zodat de cassettes dezelfde omvang kunnen hebben als die van huisvideorecorders.  De voorgeschreven banddikte bedraagt 14 of 11 µm.  De magneetlaag is van het metaaldeeltjestype.  Er zijn drie cassettegrootten voorhanden met de respectieve afmetingen van 161 × 98 mm (iets kleiner dan een VHS-cassette); 212 × 124 mm en 296 × 167 mm, met de overeenstemmende speelduren van 45/64 min; 95/125 min en 185/245 minuten afhankelijk van de banddikte.

II.3.3  De schrijfsnelheid

De schrijfsnelheid bedraagt circa 47,8 m/s voor het 625/50-televisiesysteem.  Daar er twee koppen gelijktijdig schrijven is de reële kop-bandsnelheid gelijk aan de helft, nl. 23,9 m/s

De volgende figuur toont het spoorformaat.

image005

De kopverplaatsing vindt plaats in dezelfde zin als de bandbeweging.  Bij lage schrijfsnelheden verzorgt dit een beter kopcontact met de band en dus een kleiner risico voor fouten.  Twee koppen schrijven terzelfdertijd (Ch0 en Ch1).  Er worden vier sporen per raster geregistreerd (625/50).

De totale spoorlengte bedraagt 117,71 mm.  Ook hier liggen de audiosporen aan de uiteinden van de videosporen maar in tegenstelling met het D-2-systeem worden de audiosignalen niet dubbel opgenomen.  Om fouten tegen te gaan is, volgens de ontwerpers, een bijzonder efficiënt foutverbeteringssysteem uitgedacht dat dezelfde en zelfs betere resultaten oplevert dan bestaande systemen.

De videospoorbreedte bedraagt 18 µm en er is geen ruimte aanwezig tussen de sporen.  Daarom werd er aan de twee koppen een azimuthoek gegeven van ±20°.

II.3.4  Het opneemformaat

De kanaalcode is een nieuw uitgewerkte 8-14-code, waarbij dus elk monster van 8 bits wordt omgezet in een 14-bitcode (redundantie van 6 bits) waardoor een goede foutbescherming mogelijk wordt gemaakt.  Hierna ondergaan de monsters een ingewikkelde behandeling om de gevoeligheid voor fouten, dropouts en longitudinale bandkrassen te verlagen.  Verdeling van de monsters over verschillende spoorsectoren (shuffling) vindt ook hier plaats.

II.3.5  De interface

De in- en uitgangsinterfaces zijn analoog, d.w.z. dat ze analoge NTSC- of PAL-signalen behandelen.

II.4  EEN COMPONENTENSYSTEEM OP 3/4-DUIMBAND

Omstreeks 1990 was er sprake van een door de firma AMPEX ontworpen componentensysteem op band met een breedte van ¾-duim.  Dit werd als D-4 boven de doopvont gehouden.  Het maakte deel uit van een volledig programma dat Ampex DCT (Digital Component Technology) noemde.  Dit DCT-systeem maakte het mogelijk een volledig digitaal componentensysteem op te bouwen, aangezien er zowel een videomenger, een effectengenerator, een beeldbandmachine en ADC- DAC-convertors werden aangeboden.

Het D-4-formaat gebruikt band van ¾-duim, net zoals de D-1 en D-2-machines.  Het transportsysteem is identiek aan dat van de Ampex D-2-recorder.

De in- en uitgangen kunnen analoog zijn maar ook digitaal parallel of serieel.

Of er veel van die systemen werden verkocht zal alleen Ampex kunnen zeggen.  Een ding is zeker, het formaat heeft geen overrompelend succes gekend.

Eigenlijk werd dit formaat later gepubliceerd dan het componentensysteem op ½-duimband van Panasonic maar daar deze firma het cijfer vier niet wilde gebruiken, vanwege de min of meer overeenstemmende klanken van “vier” en “dood” in het Japans heeft men voor D-5 gekozen.

II.5.      DE BEELDBANDMACHINE D-5

De vraag naar digitale componentenmachines was groot in de video-industrie, bijzonder met het oog op de postproductie.  Dit heeft PANASONIC ertoe aangezet een digitale componentenmachine uit te werken die de SMPTE-benaming D-5 kreeg toegewezen.

De firma benadrukt dat er geen bitreductietechnieken toegepast zijn om de volle beeldkwaliteit te behouden tijdens de eventuele postproductie.

De breedte van de band is ½ duim (12,7 mm) met een dikte van 11 of 14 µm en een magneetlaag van metaaldeeltjes.  De bandsnelheid bedraagt 16,7 cm/s en de speelduur van de cassette van het L-type loopt op tot 2 uur.

De ingangsinterface is het klassieke 4:2:2-formaat met een bemonsteringsfrequentie van 13,5 MHz en 10-bitkwantisering waardoor een bitstroom van 270 Mbit/s ontstaat.  Ook video met een beeldverhouding van 16-9 en 10-bitkwantisering kan worden opgenomen, maar in dat geval bedraagt de bitstroom 360 Mbit/s.

Als aan de ingang monsters met 10 bits toekomen, worden ze alle opgenomen.  Van het totale aantal lijnen in de 625-lijnenstandaard worden er 608 geregistreerd met 720 actieve monsters per lijn plus tweemaal 360 actieve monsters voor de kleurverschilsignalen.

De volgende tekening toont het spoorformaat.

image006

Er schrijven/lezen vier koppen terzelfdertijd.  In tegenstelling met de D-1-spoorstructuur is er geen tussenruimte tussen naburige sporen.  Om eventuele interferentie tussen buursporen tegen te gaan, wordt een azimuthoek toegepast van   -20,034° (spoor 0) en +19,96° (spoor 1).  Een volledig spoor bestaat uit een videosector, gevolgd door vier audiosectoren en opnieuw een videosector.  Ook hier liggen de audiosectoren in het midden van de band om zo weinig mogelijk last te ondervinden van eventuele mechanische vervormingen aan de randen van de band.

De koppen bewegen zich in dezelfde richting als de band wat bij lage bandsnelheden een beter kopcontact verzekert.

Een volledig raster komt overeen met 16 sporen, dus vier koppassages.  De koppentrommel herbergt tweemaal vier opneem/weergeefkoppen plus twee vliegende wiskoppen.

Om de 16 sporen te schrijven zijn er bijgevolg twee omwentelingen van de trommel nodig per raster, wat meebrengt dat de trommel draait tegen 100 omw/s.

De trommel heeft een diameter van 76 mm en de omtreksnelheid is 23,9 m/s.  Rekening houdend dat er vier koppen gelijktijdig opnemen, wordt de totale schrijfsnelheid 4 × 23,9 = 95,6 m/s.

II.6.      DE DIGITALE BETACAM

SONY heeft met dit nieuwe formaat willen bereiken dat de enorme hoeveelheid archieven die volgens het analoge Betacam-formaat in de loop der jaren opgenomen zijn, zonder problemen te kunnen weergeven met de digitale machine.  Het resultaat is een bijna universele machine waarmee zowel analoog als digitaal opgenomen banden kunnen worden weergegeven, maar waarmee enkel digitaal kan worden geregistreerd.  Aangezien het toestel zowel digitale in- als uitgangen heeft, kan men alle richtingen uit.

De bedoeling van SONY was de video-industrie, die miljoenen heeft geïnvesteerd in analoge productie- en postproductiefaciliteiten, niet te verplichten de gehele installatie te digitaliseren bij de aankoop van een digitale beeldbandrecorder.  Alles zou geleidelijk kunnen evolueren terwijl er toch al kan worden geprofiteerd van de voordelen van de digitale opname.  Als achteraf de faciliteiten helemaal digitaal zouden zijn, zouden de machines al klaar staan zonder bijkomende kosten.

Aangezien het om een componentenmachine gaat, zou de totale bitstroom gelijk moeten zijn aan die van de D-1, nl. 230 Mbit/s en zelfs meer als men denkt aan de opname van 10 bits per monster i.p.v. de klassieke 8 bits die geldig waren toen de D-1 ontworpen werd.

Dit zou dan vereisen dat er eveneens vier koppen gelijktijdig zouden opnemen of weergeven.  Daar hangen een aantal nadelen aan vast, zoals verhoogd lawaai, meer elektrisch verbruik, meer bandverbruik, preciezere mechanische toleranties en dus meer onderhoud, groter gewicht, complexere signaalverwerking, enz.

Om al die redenen werd er beslist met slechts twee koppen terzelfdertijd op te nemen of weer te geven, maar daarvoor diende de bitstroom te worden gereduceerd.

Hiervoor werd er een beroep gedaan op de populaire datacompressietechniek die “Discrete CosinusTransformatie” of DCT heet.  Alhoewel er met deze methode grote compressiefactoren kunnen worden gerealiseerd, kunnen er onder bepaalde omstandigheden beeldfouten optreden die zich bij opeenvolgende generaties kunnen opstapelen en storend worden.

Daarom werd er voor een “zachte” bitvermindering gekozen met een reductiefactor van 2 enkel voor video.  De totale op te nemen bitstroom, de 4 audiokanalen, foutcorrectie en synchronisatie incluis, bedraagt 125,58 Mbit/s.  Een dergelijke bitstroom kan worden opgenomen d.m.v. twee koppen.

Gelijkaardige band als voor het SP-model kan worden gebruikt, d.i. een halve-duimband met een dikte van 14 µm en een magneetlaag van metaaldeeltjes, maar waarvan de eigenschappen geoptimaliseerd werden om het spectrum op te nemen van de gebruikte kanaalcode.  De kortst mogelijke golflengte op de band is 0,59 µm.

De speelduur van de grootste cassette bedraagt 124 minuten wat voldoende is voor de meeste toepassingen.  De bandsnelheid is 9,67 cm/s.

De kop-bandsnelheid is gelijk aan 19,08 m/s, maar daar er twee koppen gelijktijdig schrijven is de globale snelheid het dubbele, dus 2 × 19,08 = 38,16 m/s.

De koppentrommel heeft een diameter van 81,4 mm en de band ligt er omheen over een hoek van iets meer dan 180°.  Dat heeft tot gevolg dat er twee diametraal tegenover elkaar geplaatste koppenstellen nodig zijn.  Er worden drie dubbele sporen geschreven per raster zodat de trommel tegen een snelheid moet draaien van 75 omw/s.

Voor de digitale bewerkingen vinden we bijgevolg 2 × 2 opneemkoppen; 2 × 1 vliegende wiskop; 2 × 2 weergeefkoppen en 2 × 2 vooruitgeschoven weergeefkoppen om de montage te vergemakkelijken (het spoor vóór de las kan worden gelezen).  In totaal zijn er dus 12 koppen aanwezig.

Om de analoog opgenomen banden te kunnen weergeven zijn er ook twee stellen weergeefkoppen vereist (voor Y en C), zodat er alles bij elkaar 12 + 4 = 16 koppen kunnen staan op een trommel.

De analoge weergeefkoppen zijn in optie en voor de digitale opnamen alleen zijn er slechts 12 nodig.

image007

Het spoorformaat van de digitale BETACAM

De tekening hiervoor toont het spoorformaat, rechts van de digitale machine en ter vergelijking links van het analoge toestel.  Er worden gelijktijdig twee sporen van 122,8 mm lang door twee koppen geschreven.  De tegen elkaar liggende sporen hebben een breedte van 26 µm.  De kopspleten vertonen een azimuthoek van ± 15,5°.  Tussen de twee videosectoren bevinden zich o.a. de vier audiosectoren maar ook piloottoonsalvo’s die dienen voor het sturen van het spoorvolgsysteem.  De spoorhoek bedraagt 4,63°.  Tenslotte zijn er nog de longitudinale sporen: een analoog audiospoor; het tijdcode- en het stuurspoor.

II.7.      EEN HOGEDEFINITIEBEELDBANDMACHINE D-6

De firma BTS heeft een digitale beeldbandmachine ontworpen voor hogedefinitiesignalen die ze GBR (Giga Bit Recorder) hebben genaamd.

Ze functioneerde volgens de inmiddels verlaten standaard van 1250/50/2:1 en zoals de naam het zegt, bedraagt de bitstroom 1,2 Gbit/s.

In de genoemde standaard was de bemonsteringsfrequentie 74 MHz voor de luminantie. 

Dit brengt mee dat het aantal monsters per lijn tot 2 304 oploopt waarvan 1 920 actieve monsters.  Het aantal actieve lijnen was 1152, zodat met 8 bits per monster de bitstroom voor de luminantie verhoogde tot 1920 × 1152 × 8 = 442 368 000 bit/s.

Hetzelfde aantal bits wordt daaraan toegevoegd voor de twee kleurverschilsignalen zodat de bitstroom aangroeit tot 884 736 000 bit/s of 884,736 Mbit/s.

Er komen dan nog een hoeveelheid bits bij voor de zes audiokanalen, foutcorrectiecodes en de synchronisatie waardoor het aantal stijgt tot 1,2 Gbit/s.

(In 1999 heeft de ITU-R een norm gepubliceerd  voor de hogedefinitietelevisie die door de gehele wereld goedgekeurd en geadopteerd werd en waarin het aantal actieve lijnen per beeld op 1080 werd vastgelegd.  Deze machine zou dus zeker moeten worden aangepast.)

Zover is het nooit gekomen want de D-6 heeft nooit enig succes gekend en is een stille dood gestorven.

De band was ¾ duim breed en lag over iets meer dan 180° omheen de koppentrommel.  Daarom waren er twee stellen koppen nodig diametraal tegenover elkaar.  Acht koppen schreven terzelfdertijd acht sporen, video en audio inbegrepen.  De klassieke longitudinale sporen waren ook hier aanwezig: een analoog audiospoor en het stuur- en tijdcodespoor.

Daar er afzonderlijke opneem- en weergeefkoppen geïnstalleerd waren liep het aantal koppen op de trommel op tot 34, nl. 2 × 8 opneemkoppen plus 2 × 8 weergeefkoppen plus 2 vliegende wiskoppen.

II.8.      DVC.  EEN DIGITALE CONSUMERVIDEORECORDER

Het betreft een digitaal systeem dat DVC genoemd werd.  Het was bestemd om de courante analoge VHS-recorder te vervangen, waarvan er ondertussen ook een digitale versie bestaat.  Later werd de naam DVC vervangen door DV (Digital Video)

In 1993 kwamen meer dan 50 ondernemingen van audiovisueel materiaal tot een overeenkomst tijdens de “HD Digital VCR Conference” aangaande de specificaties van een digitale videorecorder voor de huiskamer.

De discussie ging over drie aspecten:

  1. Een compressiestandaard
  2. Een nieuwe reeks cassettes
  3. Een nieuw opnameformaat.

De beslissing werd genomen een videoformaat te gebruiken dat als 4:2:0 werd gedefinieerd met een bemonsteringsfrequentie van 6,75 MHz.

De reductie van de bitstroom is gebaseerd op de Discrete CosinusTransformatie (DCT).  De compressie gebeurt intrabeeld met overschakeling naar de intrarastertransformatie voor beelden waar beweging in voorkomt.  De compressiefactor bedraagt 5:1.

De op te nemen bitstroom afkomstig van het videosignaal beloopt 25 Mbit/s.  Rekening houdend met het audiosignaal, de gegevens voor de synchronisatie en de foutverbetering wordt een bitstroom bereikt van 42 Mbit/s.

De breedte van de magneetband is slechts ¼ duim of 6,35 mm.  Hij beweegt zich met een snelheid van 18,831 cm/s.  De magneetlaag is van het type “opgedampt metaal”. 

image008

Formaat van één spoor van de DVC

Een beeld wordt opgenomen op 10 helicoïdale sporen voor het 525-lijnensysteem en 12 voor de 625-lijnennorm.  De spoorbreedte is slechts 10 µm.

image009

Het DVC-spoorformaat voor een volledig televisiebeeld

De vorige figuur toont dat een spoor uit vier sectoren bestaat.  De onderste bevat de ITT-signalen (Insert and Track Information): de tweede de audiosignalen; de derde het videosignaal en de bovenste de foutcorrectiecode, identificatiesignalen, enz.

Er worden twee audiokanalen opgenomen met een  bemonsteringsfrequentie van 48 kHz (frequentie van professionele toepassingen) of 44,1 kHz en een kwantisering van 16 bits/monster, zoals op een CD.  Als optie kunnen er ook vier geluidskanalen worden opgetekend maar dan met een bemonsteringsfrequentie van 32 kHz en 12 bits per monster.  In de praktijk wordt er bijna altijd 48 kHz gebruikt.

De afmetingen van de cassettes voor de huisrecorders bedragen 12,5 × 7,8 × 1,4 cm, wat een opneemduur mogelijk maakt van 4,5 uur.  De voor de camcorder gebruikte cassettes meten slechts 6,6 × 4,8 × 1,22 cm met een maximumduur van 30 en 60 minuten.

De omwikkelingshoek van de band omheen de koppentrommel is nagenoeg 180° wat twee koppen vereist.  Er wordt één spoor terzelfdertijd geschreven zodat de trommel draait tegen een snelheid van 5 omwentelingen per beeld (525/60) en 6 voor de 625/50-standaard.  Hieruit resulteren 150 omw/s voor de twee standaarden.

De DVC- of DV-recorder zou later ook in staat zijn hogedefinitiesignalen op te nemen.  Hiervoor zal men de bandsnelheid verdubbelen en zal het luminantiesignaal worden bemonsterd met een frequentie van 40,5 MHz (18 × 2,25 MHz).  Na compressie loopt de bitstroom op tot 50 Mbit/s.

II.9.    image010    D-7 OF DVCPRO

In 1995 introduceerde PANASONIC een beeldbandsysteem dat DVCPRO werd genaamd en dat bestemd was voor ENG-gebruik.  Het is bijna volledig gebaseerd op het hiervoor beschreven DVC-systeem, behalve dat het gaat om een semi-professioneel systeem, zodat er een paar verschillen bestaan die de technische kwaliteit van de beelden verbeteren.

Zo is de spoorbreedte verhoogd tot 18 µm (i.p.v. 10 µm bij DV) wat automatisch een stijging van de bandsnelheid tot gevolg heeft tot 33,8539 mm/s (18,831 × 18/10).  Daardoor vermindert het aantal “drop-outs” en verbetert de signaal/ruisverhouding.

Er bestaan twee soorten van cassettes: M (Medium) en L (Large) met de respectieve speelduur van 63 en 123 minuten.

image011

Drie cassettetypes: DVCAM-L; DVCPRO-M en miniDV (voor DVCAM, zie hierna)

De band is ook 6,35 mm breed met een dikte van 8,8 µm.  De magneetlaag is van het type met “metaaldeeltjes”.

Op de breedte na is het spoorformaat identiek aan dat van DV, maar er zijn bovendien twee longitudinale sporen: een voor analoge audio en een stuurspoor.

DVCPRO-recorders kunnen banden weergeven die op een DV-machine zijn opgenomen, maar niet omgekeerd.

De kleurverschilsignalen worden opgenomen volgens het 4:1:1-systeem.  De totale op te nemen bitstroom bedraagt 25 Mbit/s.  De schrijfsnelheid is nagenoeg 10,2 m/s.

De helicoïdale hoek is 9,1748° en de azimuthoeken bedragen -19,97° voor het eerste en +20,03° voor het tweede spoor.

De twee volgende figuren tonen het spoorformaat.  Er worden zoals voor het DVC-formaat 12 sporen per beeld opgenomen.

image012

Spoorformaat van de DVCPRO

image013

Een televisiebeeld is opgenomen op 12 sporen

II.10  image014    DVCPRO50

DVCPRO50 is een variante van de DVCPRO.  Zij maakt de opname/weergave mogelijk van 4:2:2-signalen met bitstromen van 50 Mbit/s.  Hiervoor is het aantal sporen per beeld verdubbeld, nl.  24 voor de 625-lijnennormen.  Daar de spoorbreedte behouden is, verdubbelt de bandsnelheid en bereikt 67,6 mm/s.  De compressiefactor werd verlaagd tot 3,3 in plaats van 5 bij de DVCPRO met 25 Mbit/s.  De standaard verwerkt signalen volgens de 4:2:2-norm.

II.11   image015   DVCPRO HD of DVCPRO 100

Nog een variante van de DVCPRO die in staat is 100 Mbit/s op te nemen.  Zij is bestemd voor de hogedefinitietelevisie.  De compressiefactor is verhoogd tot 6,7.

De mogelijkheden hangen af van het type van beeldbandmachine.  De HD Master VTR van PANASONIC bijvoorbeeld is in staat alle bestaande systemen van hogedefinitietelevisie op te nemen/weer te geven.  D.w.z. systemen met 1080 actieve lijnen per beeld of het systeem met 720 actieve lijnen, en dit zowel voor de geïnterlinieerde norm als voor de progressieve standaard, met 24 of 25 beelden per seconde.

image016

De HD Master beeldbandmachine AJ-HD1800 van PANASONIC

Deze machine bezit de mogelijkheid banden weer te geven opgenomen volgens de formaten DVCPRO 50, DVCPRO, DV en DVCAM.

Bovendien kan ze voor de conversie zorgen tussen alle formaten, opgaande en neergaande, dus van DV naar DVCPRO HD en omgekeerd.

Een andere beeldbandmachine is de AJ-HD1400.  Dit is een opneem/weergeefmachine die kan opnemen volgens de normen 1080/p/25, 30p, 50i, 60i, 720/p/50 en 60p (p staat voor progressief en i voor geïnterlinieerd)

image017

De AJ-HD1400 van PANASONIC

Deze machine kan alle DV-formaten weergeven, nl. DVCPRO HD, DVCPRO50, DVCPROP(P van Progressief), DVCPRO, DV, miniDV en DVCAM.

De formaatomzetter naar beneden toe is ingebouwd en alle standaarddefinitiesignalen kunnen worden omgezet naar hogedefinitienormen.

De twee besproken machines kunnen tot acht audiokanalen opnemen, stereo en Surround 5.1.

II.12. image018  DVCAM D-11

Een verbeterde variante van de DV.  Zij gebruikt dezelfde band van 6,35 mm breed, maar de spoorbreedte is verhoogd tot 15 µm, waardoor ook de bandsnelheid is toegenomen met de helft, dus tot 28,24 mm/s.  Dit systeem is door SONY ontworpen en werd veel gebruikt voor ENG en EFP-toepassingen.

II.13.   DIGITAL S (D-9)

De Japanse firma JVC heeft dit DIGITAL S-systeem ontworpen gebaseerd op het professionele analoge S-systeem of S-VHS.  Dit maakt het mogelijk dat deze machine ook banden kan weergeven die volgens het VHS-systeem zijn opgenomen.

De band heeft een breedte van 12,7 mm (1/2 duim), een magneetlaag van metaaldeeltjes en loopt tegen een snelheid van 57,8 mm/s.

De cassettes hebben dezelfde afmetingen als de S-VHS-cassettes, maar het is niet mogelijk ze in een S-VHS-recorder te schuiven.

Het 4:2:2-componentensignaal ondergaat compressie met een factor van 3,3, wat overeenkomt met een zachte compressie zonder kwaliteitsverlies.  Na compressie is de bitstroom gereduceerd tot 50 Mbit/s. 

Er worden vier audiokanalen geregistreerd met een bemonsteringsfrequentie van 48 kHz en 16 bits per monster.

De totale opgenomen bitstroom bereikt 99 Mbit/s.

De volgende figuur toont het spoorformaat.

image019

Het spoorformaat van het DIGITAL-S-systeem

Er worden gelijktijdig twee videosporen geschreven.  Elk spoor bestaat uit vijf sectoren: twee voor video (0 en 1): twee voor audio (afwisselend A1-A3 en A2-A4) plus een sector SC die o.a. het spoornummer bevat, de tijdcode, enz.  Dit maakt het mogelijk de band door te spoelen tegen hoge snelheid en toch de tijdcode en het videobeeld te controleren.

Voorts zijn er twee longitudinale audiosporen plus het stuurspoor.

De helicoïdale spoorbreedte bedraagt 20 µm, de lengte ervan is 88,01 mm, de spoorhoek is 5,96° en één beeld wordt gespreid over 12 sporen.  Om interferentie tussen sporen te vermijden hebben de kopspleten een azimut van ± 15°.

De band ligt over iets meer dan 180° omheen de trommel zodat om op te nemen zonder onderbreking er twee stellen koppen nodig zijn die diametraal tegenover elkaar staan.  Er bevinden zich dus 2 × 2 opneemkoppen, 2 × 2 weergeefkoppen en 2 × l vliegende wiskoppen, wat het totale aantal op 10 brengt.

II.14.   DE BETACAM SX

Dit systeem is ontworpen door SONY en wordt enkel door SONY ondersteund.  Het gebruikt dezelfde cassettes als de Betacam SP en de digitale Betacam, dus met een band van 12,7 mm breed en een magneetlaag van het metaaldeeltjestype.  Er bestaan twee cassettetypes: S en L die een speelduur hebben van 60 en 184 minuten.  Het bandtype is speciaal voor SX ontworpen maar de cassettes S en L van de Betacam SP kunnen worden gebruikt terwijl de banden van het Betacamsysteem enkel voor de weergave mogen worden ingezet.

De bandsnelheid bedraagt 59,6 mm/s wat nagenoeg de helft is van de snelheid van de analoge Betacam.  Er worden 608 lijnen van 720 pixels opgenomen.

Daar de band over meer dan 180° rond de koppentrommel ligt, zijn er twee stellen diametraal tegenover elkaar geplaatste koppen nodig.  De trommel bevat dus voor de digitale verwerking 10 koppen.  Daar deze recorder ook analoge Betacam-opnamen kan weergeven, zijn er ook 2 ×2 analoge koppen vereist.  Indien gewenst kunnen er ook nog twee vooruitgeschoven weergeefkoppen worden geïnstalleerd plus twee “dummy”-koppen om een evenwichtige draaiing te verkrijgen.

Dit systeem bezit de mogelijkheid de opgenomen signalen viermaal sneller dan normaal weer te geven, wat bijzonder interessant is voor de montage met behulp van een server, aangezien op die manier de signalen vier keer vlugger kunnen worden doorgestuurd naar de genoemde server.  Dit brengt een gevoelige tijdwinst mee.  Maar daarvoor dienen er bijkomende koppen te worden geïnstalleerd.  Uiteindelijk zal een op die manier georganiseerde trommel 19 koppen bezitten.

Het spreekt vanzelf dat als de viervoudige snelheid niet nodig is, de acht koppen (ADV n) kunnen worden weggelaten.  Dat zijn allemaal opties.

De trommel draait tegen een snelheid van 75 omw/s, d.i. 3 omwentelingen per beeld zodat er gedurende die tijd 2 sporen × 3 omwentelingen × 2 koppenstellen = 12 sporen per beeld worden opgenomen/weergegeven.  De figuur hierna toont het spoorformaat.

image020

Het spoorformaat van het SX-systeem

Tussen de videosectoren liggen de audiosectoren.  Alle acht audiokanalen worden dubbel geregistreerd.

Tussen de video- en de audiosectoren worden bovendien een aantal sectoren met systeemgegevens opgenomen.  Ze bevatten onder andere scriptdata, de datum, het serienummer, het shot- en het bandnummer die door de camcorder werden opgenomen.

Het stuur- en tijdcodespoor zijn identiek aan die van het analoge Betacamformaat.  Zoals bij de meeste digitale beeldbanden is er ook een analoog audiospoor aanwezig.

Deze beeldbandmachine past de compressiemethode MPEG-2 4:2:2@ML toe.  Een groep van beelden (GOP = Group Of Pictures) bestaat in deze toepassing uit 2 beelden, afwisselend een I- en een B-beeld, wat (voor professioneel materieel) de betrekkelijk hoge compressiefactor levert van 10.  Hieruit vloeit een bitstroom voort van 18 Mbit/s voor video.  Voorts worden er ook vier audiokanalen opgenomen zonder compressie, met een bemonsteringsfrequentie van 48 kHz en 16 bits per monster.

De totale op te nemen bitstroom loopt op tot 43,8552 Mb/s, foutcorrectie en synchronisatie, enz. inbegrepen.

II.15.   HDCAM D-11

HDCAM is een recorder voor professioneel gebruik met band van 12,7 mm (1/2 duim) breed die in 1997 op de markt werd gebracht.  Het is een door SONY ontworpen systeem.  Het kreeg door de SMPTE het nummer D-11 toegewezen.

image021

Een HDCAM videobeeldbandmachine voor montage

Het systeem neemt zoals in de meeste videorecorders niet alle actieve beeldmonsters op.  Om de bitstroom van video enigszins te beperken worden er van de 1920 actieve monsters per televisielijn slechts 1440 opgenomen.

Het toegepaste compressiesysteem is het MJPEG dat 135 Mbit/s aflevert.  De compressiefactor bedraagt 7.  HDCAM functioneert met 8-bitmonsters en een bemonsteringssysteem van 3:1:1.  Het behandelt zowel progressieve als geïnterlinieerde videosignalen.

Vier audiosignalen, gecodeerd volgens de AES/EBU-norm, kunnen worden geregistreerd op 48 kHz en 20 bits per monster.

 De schrijfsnelheid bedraagt 80,6 m/s.

Het spoorformaat is hetzelfde als dat van de digitale Betacam voor standaarddefinitie wat betekent dat er twee sporen gelijktijdig worden opgenomen/weergegeven.  Vandaar de twee opneemkoppenstellen REC A-B en REC C-D, plus de overeenstemmende wiskoppen ERA AB en ERA CD.  Vooropgesteld dat de juiste koppen geïnstalleerd zijn, kan een HDCAM-videorecorder ook digitale Betacam-opnamen weergeven zowel als het SX-formaat waarvoor eveneens een dubbel koppenstel SX vereist is.  Ook de weergeefkoppen voor de analoge Betacam SP-opnamen zijn hier geïnstalleerd. 

 HDCAMkoppentromel

De voorgaande figuur toont de koppentrommel met een aantal optionele koppen.  De tekening hierna illustreert het spoorformaat.

image022

Het spoorformaat van de HDCAM

De klassieke digitale longitudinale sporen van de digitale formaten zijn aanwezig.  De helicoïdale sporen verschillen niet van die van de digitale Betacam.

 

II.16.  D-10 HET IMX-FORMAAT

IMX staat voor Interoperability, MPEG en material eXchange.

Sony had al verscheidene succesvolle opneemformaten in omloop gebracht, zoals Betacam, Betacam SP, digitale Betacam en Betacam SX.  Al die systemen vertoonden verschillende spoorformaten maar met de gepaste aanpassingen van de beeldbandmachines konden ze toch op dezelfde recorder worden weergegeven.

Voor dit nieuwe formaat wilde Sony ook de compatibiliteit mogelijk maken, mits de nodige voorzieningen, evenals het gebruik van een internationaal geaccepteerde signaalstandaard en wensten ze ook de vereiste signaalkwaliteit te bereiken voor het gebruik in het productieproces.

Een universeel toegepaste signaalstandaard is het MPEG-2-systeem (Motion Picture Expert Group) met een bitstroom van 50 Mbit/s.  Het niveau en profiel in het MPEG-2-systeem staan bekend als MPEG-2 4:2:2P/ML, d.w.z. het profiel P gebaseerd op de 4:2:2-codering (bemonstering op 13,5 MHz voor de luminantie en 2 × 6,75 MHz voor de 2 kleurverschilsignalen) en het niveau (ML = Medium Level).  Datzelfde signaalformaat wordt al gebruikt in de SX-recorders.

In de IMX-machine wordt de bitstroom van 50 Mbit/s behandeld uitgaande van het bekende 4:2:2-componentensysteem met 8 bits per monster.  Er worden (in het 625-lijnennorm) 608 lijnen geregistreerd met de bekende 720 actieve monsters per lijn.  De datacompressie vindt intra-beeld plaats, dus enkel met I-­beelden (I = Intra) en bijgevolg GOP’s (Group Of Pictures) gelijk aan 1 I-beeld.  Dit gecomprimeerde signaalformaat kan ook aan de uitgang van de recorder ter beschikking worden gesteld, zodat het rechtstreeks als “elementaire bitstroom” in een MPEG-2 transportstroom kan worden geïntegreerd.

Dezelfde cassette-afmetingen als voor alle voorgaande Betacammachines worden gebruikt en bijgevolg is de breedte van het magneetlint ook ½ duim, maar de band vertoont wel betere magnetische eigenschappen.  De minimum bruikbare golflengte is verminderd tot 0,557 µm.

Er bestaan uiteraard verscheidene modellen van recorders met verschillende mogelijkheden.  (MSW-A2000) is een recorder met compatibele weergave van Betacam, Betacam SP en Betacam SX.

Een tweede model (MSW-M2000) waarin M aangeeft dat behalve de compatibiliteit van het A2000-model, ze ook mogelijk is voor banden die volgens het DigiBetacam-systeem opgenomen zijn.

Een derde model is een weergeefmachine

De IMX-machine kan heel gemakkelijk worden omgevormd tot een HDCAM-recorder door een eenvoudige vervanging van twee printkaarten.

Alle signaalformaten worden omgezet naar MPEG-50.

Het spreekt vanzelf dat om de compatibiliteit mogelijk te maken van Betacam en Betacam SP de analoge infrastructuur in de recorder moet ingebouwd zijn, d.w.z. de gepaste koppen op de trommel en de analoge elektronische schakelingen voor de verdere signaalverwerking.

De foto hierna illustreert een werkelijke koppentrommel voor een compatibele machine.

image023

Hierop zijn de analoge Betacamkoppen te zien (Y/C-A en B), de wis- en opneemkoppen (erase, REC A, B, C en D), de vier koppen voor de weergave van IMX- en SX-banden (SX A1, B1, A5 en B5) plus de IMX-SX nabandkoppen “confidence heads” (CNF A/SX - A2, CNF B/SX – B2, CNF C/ SX – A6, CNF D/ SX – B6) en tenslotte de “vooruitgeschoven” koppen (ADV A/B en C/D) die gebruikt worden voor de IMX-, DigiBeta- en HDCAM-weergave bij de montage om de band te lezen voor de las.  Een vrij gecompliceerde structuur dus.

Alle weergeefkoppen voor de uiteenlopende formaten zijn op de trommel aanwezig, maar er bestaan wel verschillen tussen de diverse opneem/weergeefformaten, nl. de lengte van de videosporen (o.a. afhankelijk van de diameter van de trommel en de spoorhellingshoek) en de breedte van de sporen (breedte van de kopspleet).

IMX, Digitaal Betacam 525 en HDCAM gebruiken allen een spoorbreedte van 20 µm.  De digitale Betacam voor het 625-lijnensysteem heeft een spoorbreedte van 24 µm, hetgeen inhoudt dat die banden wel weer te geven zijn maar niet kunnen worden opgenomen.

De diameter van de koppentrommel bedraagt 81,4 mm zoals bij de DigiBeta en de Betacam SX.  De omwikkelingshoek van de band omheen de trommel is iets meer dan 180°.  Voor signalen overeenstemmend met het 625-lijnensysteem worden er vier sporen per raster opgetekend en daar de nuttige omwikkelings-hoek 180° bedraagt, er twee stellen koppen zijn en er gelijktijdig twee sporen worden geschreven, dient de trommel tegen een snelheid van 50 omw/s te draaien.  Dit is niet zo bij de DigiBeta525 en HDCAM waar de omwentelingssnelheid 75 omw/s bedraagt en bij de analoge Betacam is dat 25 omw/s.  De omschakeling van de kaapstandersnelheid wordt bepaald door de gepaste gaatjes in de cassettes.

Bij de analoge Betacam-machines is de trommeldiameter slechts 94,49 mm.  Het gevolg is dat de analoge sporen door een IMX-trommel sneller zullen worden uitgelezen dan normaal.  Een geheugen zal die te snelle gegevens opslaan maar ze trager uitlezen zodat de juiste rastertijd hersteld wordt.

De volgende figuur toont het spoorformaat voor een volledig 625-lijnenbeeld.

image024

De spoorbreedte is 20µm, dus 40 µm voor de twee sporen, daar waar de spoed van een sporenpaar 43,4 µm bedraagt.  Er is dus een scheidingsband (guard band) aanwezig tussen de dubbele sporen.  De individuele sporen vertonen een tegengestelde azimuthoek om onderlinge interferentie te vermijden.  Tussen de twee videosporen bevinden er zich 8 audiosporen.  In tegenstelling met de SX-Betacam worden de audiosignalen niet dubbel opgenomen.  Die organisatie maakt het mogelijk hetzij 8 audiokanalen op de nemen met 16 bits/monster ofwel 4 kanalen met 24 bits/monster.

Binnen het eerste spoor van elk sporenpaar bevindt zich ook een spoordeeltje (ST = Servo Track) om de spoorvolging te vergemakkelijken

De bandsnelheid is 63,776 m/s (voor 625 lijnen).  De spoorlengte bedraagt 122,092 mm met een hellingshoek van 4,62644°.

Het valt op dat het klassieke analoge audiospoor (cuetrack) ontbreekt aan de bovenkant van de band.  De ruimte die hiervoor bij de DigiBeta wordt gebruikt, kan door de IMX-machine worden weergegeven en is beschikbaar via een aparte connector aan de achterkant van de machine.

Buiten het tot 50 Mbits/s gecomprimeerde videosignaal dienen ook de audiosignalen en controle- en correctiegegevens te worden verwerkt waardoor de totale opgenomen bitstroom oploopt tot 87,706 Mbit/s.  Dit is beduidend minder dan in de DigiBeta en HDCAM zodat de schrijfsnelheid kon worden verlaagd tot 12,8 m/s en de bandsnelheid ook kon worden verminderd.

Dat heeft geleid tot speelduren van 71 minuten voor de kleine cassette en 224 minuten voor de grote.

Al met al een bijna universele machine die onder bepaalde voorwaarden alle Betacamformaten kan behandelen.

 

II.17.   DE DIGITALE VHS

JVC heeft in 1987 de technische specificaties vastgelegd van de digitale VHS-recorder.  Deze machine maakt het mogelijk hogedefinitie- zowel als standaarddefinitiesignalen op te nemen afkomstig van multikanaal digitale uitzendingen, dus zoals een analoge VHS.  De recorder is compatibel met alle uitzendsystemen met hoge definitie, nl. DVB (Digital Video Broadcast) en ATSC (Advanced Television Systems Committee).  De toegepaste digitale opnamemethode wordt “bit stream recording” genoemd.

De 2 cassettetypes maken het mogelijk hogedefinitiesignalen op te nemen gedurende 2,5 en 3,5 uren; voor standaarddefinitiesignalen wordt dat 5 en 7 uren en voor opnamen met gereduceerde definitie kan de duur oplopen tot 35 en 49 uren.

Het mechanisme stoelt op het conventionele mechanische VHS-systeem.

In de hogedefinitiemodus worden er gelijktijdig twee helicoïdale sporen geschreven; bij de verminderde en de standaarddefinitie wordt slechts een spoor geregistreerd.  Daarom zijn er respectievelijk 2 × 2 koppen nodig voor de HD-modus en maar 2 × 1 koppen voor de overige modi.  De azimuthoeken bedragen ± 30°.

In de HD-modus verplaatst de band zich tegen een snelheid van 33,35 mm/s en worden er 38,28 Mb/s opgenomen.

In de standaardmodus daalt de snelheid tot 16,67 mm/s en zelfs tot 8,33 mm/s voor de lagedefinitiemodus.  In deze modi daalt de bitstroom tot 19,14 Mb/s.

Deze videorecorder is compatibel met de analoge VHS, wat betekent dat hij analoog opgenomen VHS-cassettes kan weergeven (niet opnemen).

Bitstream recording betekent dat de uitgangssignalen dezelfde zijn als de signalen aan de ingang die zonder wijziging worden geregistreerd, of ze compressie, scrambling of shuffling ondergaan hebben of niet.  De uitgangssignalen kunnen bijgevolg enkel op een normaal digitaal televisietoestel worden bekeken die de nodige descrambling-, deshuffling- en decompressieschakelingen bezit.

 

III. DE ONDERGANG

De introductie van digitale opneem/weergeefmedia op het einde van de jaren 1990 heeft ervoor gezorgd dat het succes van de beeldbandmachines langzaam begon te tanen en dit zowel voor professionele toepassingen als voor huiselijk gebruik.

De inherente eigenschappen van de nieuwe digitale opslagmiddelen, zoals de optische schijfgeheugens, de harde schijven en de geïntegreerde geheugenschakelingen (halfgeleidergeheugens), hebben langzaam maar zeker het gebruik van beeldbanden verdrongen.  Alhoewel in de beginfase die nieuwe media een beperkte geheugencapaciteit bezaten vergeleken met een beeldband, vonden ze toch hun weg naar de professionele camcorders.  De halfgeleidergeheugens waren veel lichter en maakten een uiterst snelle overdracht van de gegevens mogelijk wat voor een vlugge berichtgeving van groot belang is.  Bovendien zijn ze ongevoelig voor schokken, wat van een bandrecorder niet kan worden gezegd.  Met de tijd nam ook de geheugencapaciteit toe zodat langere opneemtijden mogelijk werden en dat bepaalde voordeel van de magneetbanden verdween.  Langzamerhand werden de camcorders uitgerust met vaste schijfgeheugens, optische schijven of halfgeleidergeheugens.

Tegenwoordig (2014) worden er nauwelijks nog camcorders met magneetbandopnemers verkocht.

Maar de beeldband is nog niet verdwenen.  Door de uiterst hoge opslagcapaciteit zijn ze uitstekend geschikt als archiefopslagmedium aangezien ze een geheugencapaciteit bezitten van vele honderden terabytes.  Alhoewel tegenwoordig ook servers als archiefmedia worden ingezet, zijn ze voornamelijk interessant als het gaat om het bewaren van gegevens op middellange termijn.  En het spreekt vanzelf dat er dan ook beeldbandmachines moeten blijven bestaan om  archiefmateriaal weer te geven als dat nodig blijkt.

_______________________________________________________________