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Videorekorder (abgek. VCR von englisch Video Cassette Recorder) sind Geräte zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Audio- und Videosignalen (i.d.R. Fernsehbilder). Anfangs waren damit stets magnetisierbare Bänder (MAZ, Videokassetten) gemeint, inzwischen wird die Abkürzung im Deutschen (anders als im Englischen) auch zunehmend auf Geräte, die Datenscheiben (DVD) oder Festspeicher (HDD) nutzen, angewandt.
Technik
Mechanik
Mechanische Aufzeichnung
Bereits in der Anfangszeit des Fernsehens versuchten Bastler, die Sendungen aufzuzeichnen. Dies gelang einigen mit Hilfe von modifizierten Schallplatten. Die geringe Bandbreite, die damaliges mechanisches Fernsehen benötigte, konnte so aufgezeichnet werden. Einige Aufnahmen verwendeten sogar noch schmalbandigere Formate, wie beispielsweise 30 Zeilen bei 4 Bildern pro Sekunde.In den 1970ern startete die Firma Telefunken einen neuen Versuch der mechanischen Aufzeichnung. (siehe Bildplatte)
Magnetische Aufzeichnung
Mit dem Aufkommen von Drahtrekordern und Tonbandgeräten wurden auch Versuche gemacht, Fernsehbilder auf Magnetbändern aufzuzeichnen.- Lineare Aufzeichnung: Der Versuch der British Broadcasting Corporation nannte sich VERA und benutzte zwei Spuren, um ein 405-Zeilen-Fernsehsignal aufzuzeichnen. Das Frequenzspektrum wurde in zwei Teile aufgeteilt, die auf beide Spuren verteilt wurden. Gleichzeitig wurden in den USA Versuche unternommen, das Frequenzspektrum auf zwölf Spuren zu verteilen.
- Die Probleme lagen darin, dass die hohe Bandbreite zu sehr kleinen "Bandwellenlängen" führte. Man musste sehr hohe Bandgeschwindigkeiten erreichen, um diese Wellenlängen lange genug zu machen. Die Verteilung des Signals auf mehrere Spuren löste zwar dieses Problem teilweise, jedoch traten neue Probleme elektronischer Art auf. Es ist schwierig, ein Signal so aufzutrennen, um es später wieder zusammenzufügen.
- Festplattenrekorder: Eine Abart der linearen Aufzeichnung sind Festplattenrekorder. Hier wird das Signal von einem stehenden Kopf auf eine runde, sich drehende Scheibe aufgezeichnet. In der Regel dreht sich die Scheibe einmal pro Bild oder einmal pro Halbbild. Der Kopf kann meistens auch noch schrittweise nach innen oder außen bewegt werden, um mehrere Kreise (Spuren) mit unabhängigen Bildern aufzuzeichnen. Die Vorteile dieser Technik liegen im schnellen Zugriff auf jedes beliebige Bild der Platte. Mehrere Platten können diesen Zugriff noch beschleunigen.
- Festplattenrekorder konnten zwischen 30 Sekunden und etwa einer halben Stunde aufzeichnen. Kleinere Systeme wurden für die Zeitlupe bei Sportübertragungen verwendet. Größere Systeme konnten in den 1970ern sogar typische Offlineschnittaufgaben übernehmen.
- Im Photobereich wurde diese Technik bei Still-Video-Kameras verwendet. Dort wurde pro Umdrehung ein Bild auf eine 3-Zoll-Diskette aufgezeichnet. Laserdiscs verwenden ähnliche Verfahren.
- Moderne digitale Festplattenrekorder benutzen digitale Daten und normale Computerfestplatten. Sie sind eher mit Computern zu vergleichen.
- Andere Aufzeichnungsbewegungen: Um das Problem der hohen Bandgeschwindigkeit zu lösen, kam man auf die Idee, nicht nur das Band, sondern auch den Aufzeichnungskopf zu bewegen. Dadurch erhöhte sich die relative Geschwindigkeit von Band zu Kopf stark, und die "Bandwellenlängen" wurden praktikabel groß. Arcurate scan: Eines der ersten Verfahren wurde von der Firma Ampex Anfang der 1950er vorgestellt. Einige experimentelle Rekorder hatten die Köpfe auf den Deckel eines Zylinders montiert. Das Band wurde nun an diesem Zylinder vorbeigeführt, so dass der Kopf auf dem Band Kreisbögen beschrieb. Dieses Verfahren funktionierte nicht so gut, da es schwierig war, den Bandkontakt sicher herzustellen.
- Transversal scan: Ein weiteres Verfahren montierte die Köpfe auf der Mantelfläche eines Zylinders, dessen Rotationsachse in Bandrichtung zeigte. Das Band wurde dann gebogen und an diesem Zylinder vorbeigeführt. Dieses Verfahren funktionierte recht gut, und wurde im Quadruplex-Format eingesetzt. Die Spuren standen hierbei fast rechtwinklig zum Band. Pro Spur wurde immer etwa ein Dutzend Bildzeilen aufgezeichnet. Dies führt bei Störungen zu regelmäßigen Störbändern oder Störstreifen.
- Helical scan (Schrägspuraufzeichnung): Dieses Verfahren zählt wohl zu den heute beliebtesten Verfahren bei Videorekordern. Im Gegensatz zu Transversal scan stand die Rotationsachse des Zylinders beinahe senkrecht zur Bandrichtung. Die sich daraus ergebenden Spuren waren viel flacher. Dies ermöglichte längere Spuren, die Halb- oder sogar Vollbilder halten konnten, sodass die Kopfumschaltung unsichtbar in die vertikale Austastlücke des Bildsignals verlegt werden konnte. Dadurch wurden auch Bildsuchlauf und Zeitlupe möglich.
- Häufig werden hier auch mehrere Köpfe verwendet, die gegeneinander etwas verdreht sind. Dies führt zu weniger Übersprechen zwischen zwei benachbarten Spuren.
Elektronik
Modulationsverfahren
Magnetische Aufzeichnungen sind häufig sehr frequenzunlinear (nicht konstant). Hohe Frequenzen werden stärker abgespielt als niedrige. Dies muss durch geeignete elektronische Schaltungen ausgeglichen werden. Natürlich funktioniert dies nur bis zu einem bestimmten Verhältnis zwischen höchster und niedrigster Frequenz. Bei Tonbändern liegt dieses Verhältnis bei etwa 1:1000. Im Videobereich müssen allerdings Frequenzen von wenigen Hertz bis hin zu mehreren Megahertz übertragen werden. Dies entspricht einem Verhältnis von etwa 1:10.000.000, zu viel für die direkte Aufzeichnung.- Amplitudenmodulation: Frühe Rekorder versuchten dieses Problem mit Hilfe der Amplitudenmodulation (Veränderung der aufgezeichneten Schwingungen) zu lösen. Durch den immer noch schlechten Kontakt zwischen den Köpfen und dem Band schwankte auch die Signalstärke, was sich direkt in einem veränderten Kontrast niederschlug. Eine automatische Nachregelung war sehr schwierig.
- Frequenzmodulation: Charles Anderson kam etwa 1954 auf die Idee, das Signal frequenzmoduliert aufzuzeichnen. Dieses Modulationsverfahren ist sehr unanfällig gegenüber wechselnden Signalpegeln und wird auch heute noch verwendet.
Farbaufzeichnung
Farbfernsehen war noch neu, als die ersten Videorekorder auf den Markt kamen. Deshalb wurde die Farbe erst einmal ignoriert.- Direktfarbe: Später nutzte man die bereits vorhandene hohe Bandbreite der Videorekorder aus, um das gesamte Fernsehsignal inklusive Farbsignal aufzuzeichnen. Das Problem war hierbei die Wiedergabe. Mechanische Toleranzen ließen die Köpfe etwas ungleichmäßig gleiten, so dass eine "Ruckelbewegung" entstand. Diese führte zu einer Phasenverschiebung der hochfrequenten Anteile. Diese war beim Schwarzweiß-Fernsehen kaum wahrnehmbar, führte jedoch zu deutlichen Farbtonfehlern und in ungünstigen Fällen zum Totalausfall des Farbträgers. Deshalb wurden so genannte "Timebase Correctors" eingebaut. Dies waren zunächst Schaltungen aus Kapazitätsdioden und Spulen, die das Signal in einem kleinen Bereich zeitlich variabel verzögern konnten. Später wurde dieses Verfahren durch eine Reihe von Verzögerungsleitungen ergänzt, die je nach gewünschter Verzögerung an- oder ausgeschaltet wurden. In den 1970er Jahren wurde dieses analoge Verfahren durch digitale Speicher ersetzt.
- Direktfarbaufzeichnung war bis vor kurzem im professionellen Umfeld üblich und findet sich auch heute noch in Laserdiscs.
- Da Direktfarbe sehr hochwertige mechanische Bauteile und einen (damals) teueren Timebase Corrector benötigte, suchte man nach Wegen, Farbe billiger zu realisieren. Eine einfache Möglichkeit war es, den Farbunterträger in seiner Frequenz herabzusetzen (hier rot). Typischerweise liegt seine Frequenz dann bei etwa 600 kHz. Er wird direkt auf das Band aufgezeichnet, ohne nochmals moduliert zu werden. Durch die niedrige Frequenz werden Störungen aus dem Helligkeitssignal, das weiterhin frequenzmoduliert wird, vermieden. Allerdings neigen solche niedrigen Frequenzen zum Übersprechen, weshalb in sehr dicht gepackten Formaten wie VHS stets eine Rauschreduktion integriert ist, die das Farbrauschen minimieren soll. Diese führt bei mehreren Generationen zu einem "Ausbluten" der Farben.
- Einige Formate (z.B. S-VHS) verwenden spezielle zusätzliche Köpfe für dieses Farbsignal.
- Praktisch alle analogen Farb-Heimvideorekordersysteme benutzen diese Technik.
- Sequenzielle Farbaufzeichnung: In einigen professionellen Formaten wie Betacam oder MII werden die beiden Farbdifferenzsignale nacheinander aufgezeichnet. Dazu werden beide Signale in einem Eimerketten-Speicher gespeichert und dann doppelt so schnell und hintereinander aufgezeichnet. Dadurch erreicht man eine höhere Bildqualität ohne gegenseitige Störungen durch Farb- und Helligkeitssignal.
Tonaufzeichnung
- Längsspurton: Ursprünglich wurde der Ton auf getrennten linearen Spuren am Rand des Bandes aufgezeichnet, ähnlich wie bei Tonbändern. Wegen der im Vergleich zu Tonbandgeräten meist geringeren linearen Bandgeschwindkeit in Videorekordern setzt dies jedoch der Tonqualität Grenzen. Bis in die 1980er wurde jedoch selbst in professionellen Rekordern ausschließlich dieses Verfahren verwendet, da hier die Bandgeschwindigkeit höher liegt. Der Vorteil liegt besonders darin, dass jede einzelne Spur getrennt nachvertont werden kann.
- In der Regel werden 1 bis 3 Längsspuren für den Ton verwendet.
- Schrägspur (HIFI-)Ton: Später zeichnete man den Ton frequenzmoduliert auf mehreren Frequenzen zusätzlich zu den Bildsignalen in der Schrägspur auf, meist mit speziellen "HIFI"-Köpfen.
- Aufgezeichnet wird in der Regel auf einem FM-modulierten Träger pro Tonkanal. Dadurch wird der Frequenzgang stark verbessert. Mit diesem Aufzeichnungsverfahren ist allerdings eine Nachvertonung nicht möglich; diese muss auf den, häufig vorhandenen, Längsspuren gemacht werden.
- Allerdings muss die Kopfumschaltung dann sehr genau arbeiten, weil es im Tonsignal im Gegensatz zum Bildsignal keine Austastlücken gibt, in denen man die Umschaltung "verstecken" könnte. HIFI-VHS-Rekorder zeichnen grundsätzlich neben dem HIFI-Tonsignal auch noch ein lineares Tonsignal auf, damit die Kassetten auch auf VHS-Rekordern ohne HIFI-Fähigkeit wieder abspielbar sind.
- In Systemen wie Video 8 ist der HIFI-Ton vorgeschrieben, da er die Mechanik deutlich vereinfacht. Man spart sich hierbei die getrennten Audioköpfe außerhalb des Videokopfes. Dadurch wird auch das Laufwerk deutlich kleiner.
- Digitaler (PCM-) Ton: In einigen Formaten ist auch digitaler Ton definiert. Dieser wird in der Regel PCM-kodiert auf den Schrägspuren aufgezeichnet.
Timecode Verfahren
Zum Schneiden von Bändern ist es sinnvoll, jedes Bild individuell mit einer Nummer zu versehen, um es wieder zu finden.- Farbkleckse: Bevor es richtige Timecodes gab, bediente man sich eines sehr einfachen Verfahrens. Der Cutter spielte das Band ab, und machte zum richtigen Zeitpunkt einen Farbklecks auf die Rückseite des Bandes. Später wurde das Band an dieser Stelle geschnitten. Dies funktioniert natürlich nur im Direktschnitt und ist recht ungenau.
- Längsspurtimecode: Später, mit dem Aufkommen der Digitaltechnik, zeichnete man das Timecodesignal als eine Sequenz von Tönen auf eine der Tonspuren auf. Die Verfahren wurden in der Regel so gestaltet, dass auch ein Lesen in erhöhter Geschwindigkeit möglich ist. Außerdem lässt sich der Timecode nachträglich einfach verändern.
- Vertical Interval TimeCode: Man kann den Timecode auch in der vertikalen Austastlücke aufzeichnen; dann ist er auch im Standbildmodus lesbar, und er ist ein Teil des Bildes, wodurch er über alle konventionellen Übertragunsstrecken ohne Zusatzkosten übertragen werden kann.
Digitale Systeme
Digitale Videorekordersysteme, kodieren Bild- und Tonsignale unterschiedlich. Wird das Signal einfach mit der 4-fachen Farbunterträgerfrequenz mit PCM abgetastet, so spricht man vom "Composite"-Verfahren. Häufig wird allerdings das Signal bereits vor der Kodierung in RGB oder die Farbdifferenzsignale aufgeteilt. Danach werden in der Regel auch diese Signale als PCM-Signale weiterverarbeitet.Ursprünglich wurden die PCM-Signale ohne jedwede Datenkompression aufgezeichnet. Dies führte zu einer (fast) kompromisslos guten Qualität. Später wurden allerdings allerlei Verfahren angewendet, um die Datenrate um den Faktor 1:2 bis 1:100 zu reduzieren.
Digitale Bandrekordersysteme werden langsam von Festplattenrekordern verdrängt, da die Kosten für Festplatten deutlich schneller sinken als für solche Bänder.
Heimvideorekorder
Die ersten Videorekorder für den Heimgebrauch kamen Anfang der 1960er auf den Markt. Ein Beispiel für einen frühen Heimvideorekorder war der Loewe Optacord 500, der auf der Funkausstellung 1961 der Öffentlichkeit vorgestellt wurde. In Europa wurden die Formate VCR von Philips und Video 2000 von Grundig und Philips entwickelt, in Japan Betamax von Sony und VHS von JVC. Der erste Rekorder mit dem VHS-Aufzeichnungsformat war der HR-3300 von JVC, der Herbst 1977 vorgestellt wurde.
Die europäischen Formate konnten sich jedoch in den USA und Japan nur schwer durchsetzen. Betamax bot zwar gegenüber VHS eine bessere Bild- und Tonqualität, scheiterte aber an der zu kurzen Laufzeit der Kassetten. Bis Ende der 1980er Jahre hatte VHS die konkurrierenden Systeme vollständig aus dem Einzelkundengeschäft verdrängt.
Weitere, auch professionelle Formate findet man unter dem Begriff Videoformat.
Beschreibung eines VHS-Laufwerks
Das Videorekorderlaufwerk (hier ein VHS-Laufwerk) hat die Aufgabe, die Videokassette aufzunehmen, sie einzuzuiehen, das Band einzufädeln und zu transportieren. Dabei ist eine hohe Präzision notwendig. Dies betrifft insbesondere die Spurlage des Bandes (Tracking) sowie der Bandtransport durch den Bandservo (Capstanmotor) und den Kopftrommelservo (Kopftrommelmotor), der die Kopftrommel (genauer die Kopfscheibe) mit den Videoköpfen antreibt. Die Drehzahlen aller Servos werden durch einen Mikrocomputer gesteuert.
Abbildung Videorekorderlaufwerk von oben:
- 1: In diesem Blechkasten ist der Kopfverstärker enthalten. Dieser verstärkt die von den Video- und, wenn vorhanden, die von den Audioköpfen kommenden FM-Pakete.
- 2: Vorne sieht man die Kopfscheibe mit den Video- und in unserem Fall auch Audioköpfen. Diese sind drehbar gelagert. Um die Köpfe mit dem Kopfverstärker zu verbinden, kann man in diesem Fall keine Drähte oder Schleifkontakte (zu unzuverlässig) verwenden. Deshalb ist in der Kopftrommel für jeden Kopf ein Übertrager enthalten. Die Informationen werden also induktiv übertragen. Der Übertrager besteht aus mehreren ringförmigen Eisenferritkernen unterschiedlichen Durchmessers. Diese Ringe sind ineinandergelegt. Dazwischen sind die Spulen, bestehend aus sehr dünnem Kupferlackdraht (CuL), eingelagert.
- Mögliche Anzahl der Köpfe auf der Kopfscheibe:
- 2 Köpfe: Zwei Videoköpfe für Standardplay mit Monoton
- 4 Köpfe: Zwei Videoköpfe für Standardplay und zwei Audioköpfe für HiFi-Stereo.
- 6 Köpfe: Vier Videoköpfe für Long- und Standardplay, sowie besseres Standbild und zwei Audioköpfe für HiFi-Stereo. Nachvertonung nur in Mono.
- 7 Köpfe: Vier Videoköpfe für Long- und Standardplay, zwei Audioköpfe für HiFi-Stereo und einen Löschkopf für Videoschnitt. Nachvertonung in Mono.
- 3: Der Schachtmotor hat die Aufgabe, die Kassette einzuziehen und das Band einzufädeln. (Dazu kommt noch die Steuerung zwischen den Modi des Videorekorders wie Play, schneller Vor- und Rücklauf und so weiter. Dazu treibt er einen sogenannten Mod-Schalter an.). Auch steuert er die gesamte Mechanik.
Abbildung Videorekorderlaufwerk von unten:
- 1: Dieser Schalter startet (und stoppt nach Kassettenauswurf) den Schachtmotor, wenn man eine Kassette einlegt.
- 2: Getriebe für den Kassettenschacht. Noch einmal vorhanden auf der anderen Seite des Kassettenschachtes.
- 3: Sensor zur Drehzahlmessung des Bandservos für den Mikroprozessor.
- 4: Vom Bandservo (Capstanmotor) ist hier nur der Rotor erkennbar. Unter diesem Rotor befinden sich sternförmig angeordnete Spulen. Angesteuert und geregelt wird der Servo durch eine Pulsbreitenmodulation. Über einen Riemen ist der Servo mit einem Umschalthebel verbunden, der den Auf- und Abwickeldorn umschaltet und antreibt.
- 5: Der Kopftrommelservo ist ähnlich aufgebaut wie der Bandservo. Er treibt die Kopfscheibe an.
- 6: Getriebe für Umlenkrollen und Bolzen, die das Band um die Kopftrommel legen.
- 7: Ein Bolzen und Umlenkrolle von unten.
- 8: Bremshebel für den Bandservo. Dieser stoppt den Servo sofort, damit beim Abstoppen der Wiedergabe oder Vorlauf und so weiter keine Bandschlaufen entstehen.
Siehe auch
- Video
- Video-Fachbegriffe
- Festplattenrekorder
- Videoformat
- Magnetaufzeichnung (im Anhang eine Liste mit analogen Videobandformaten)
Weblinks
- Videorekoder-Reparatur
- Television History - The First 75 Years
- Videotape Systems Theory
- Videotape Formats
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"Videorekorder"
