Videorekorder

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.

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Ein VR 2000, ein früher Rekorder im Format Quadruplex

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 1970-ern 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 Festplattenrekorder zeichnen die Daten digital auf normale Computerfestplatten auf. Sie sind eher mit Computern zu vergleichen, da die erforderliche Datenkompression und -dekompression hohe Rechenleistung erfordert.

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 ausreichend groß, um die hohen vorkommenden Frequenzen aufzeichnen zu können.

Arcurate scan: Eines der ersten Verfahren wurde von der Firma Ampex Anfang der 1950-er vorgestellt. Einige experimentelle Rekorder hatten die Köpfe auf der Deckfläche eines sich drehenden Zylinders montiert. Das Band wurde nun über die Fläche mit den Köpfen geführt, sodass auf dem Band kreisförmige Spuren entstanden. 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 ist heute bei Videorekordern am gebräuchlichsten. Im Gegensatz zu Transversal scan steht die Rotationsachse des Zylinders (Kopftrommel) quer zur Bandrichtung. Die sich daraus ergebenden Spuren sind nur wenig gegen die Bandrichtung geneigt. Dies ermöglicht längere Spuren, die Halb- oder sogar Vollbilder enthalten, sodass die Kopfumschaltung unsichtbar in die vertikale Austastlücke des Bildsignals verlegt werden kann. Dadurch wurden auch Bildsuchlauf und Zeitlupe möglich.; Häufig sind auf der Kopftrommel auch mehrere Köpfe angebracht, 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.
Herabgesetzter Farbunterträger: Frequenzsprektrum eines Signales mit herabgesetzen Farbunterträger. Die Frequenz nimmt auf der x-Achse zu. Der rote Bereich ist der Farbbereich. Häufig ist dies einfach der, in seiner Frequenz nach unten verschobene, Farbunterträger. Der graue Bereich ist der Helligkeitsbereich. Dieser ist bei (fast) allen Systemen frequenzmoduliert.; 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 einigen Geräten 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 CCD-Speicher geschoben und dann doppelt so schnell und hintereinander aufgezeichnet. Dadurch erreicht man eine höhere Bildqualität ohne gegenseitige Störungen durch Farb- und Helligkeitssignal.

Magnetische Aufzeichnungsgeräte (MAZ), Typ (Betacam SP und D9)

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 verwenden unterschiedliche Verfahren, um Bild- und Tonsignale zu kodieren. Wird das Signal z.B. mit der 4-fachen Farbunterträgerfrequenz im Puls-Code-Modulationsverfahren (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 Datenkompression aufgezeichnet. Dies führte zu einer guten Qualität, erforderte jedoch große Aufzeichnungsgeschwindigkeiten und die Handhabung großer Datenmengen. Später wurden Comuter derart leistungsfähig, dass eine Datenkompression und -dekompression in Echtzeit möglich wurde. Dadurch wurde es möglich, fast ohne Zugeständnisse an die Qualität die Datenraten und -mengen um den Faktor 1:2 bis 1:100 zu reduzieren, da die redundante Aufzeichnung mehrerer sich wenig unterscheidender Bilder eines Filmes entfällt und einfarbige Flächen nicht mit der vollen Auflösung gespeichert werden müssen.

Auch die digitalen Bandrekordersysteme werden gegenwärtig durch Festplattenrekorder verdrängt, da die Kosten für Festplatten und leistungsfähige Computer geringer sind als für solche Bandgeräte. Die Festplattenaufzeichnung ist überdies durch geringe Zugriffszeiten und geringen Verschleiß gekennzeichnet.

Heimvideorekorder

Die ersten Videorekorder für den Heimgebrauch kamen Anfang der 1960-er 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 1980-er 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 (im Bild ein VHS-Laufwerk) hat die Aufgabe, die Videokassette aufzunehmen, sie einzuzuiehen, das Band einzufädeln und zu transportieren. Dabei ist hohe Präzision notwendig. Dies betrifft insbesondere die Spurlage des Bandes (Tracking) sowie den Bandtransport durch den sogenannten Bandservo (Servomotor, der die Capstanwelle antreibt) und den Kopftrommelmotor (Kopftrommelservo), der die Kopftrommel bzw. Kopfscheibe mit den Videoköpfen antreibt. Die Drehzahlen aller Servomotoren werden durch einen Mikrocomputer gesteuert.

Videorekorderlaufwerk von oben

Abbildung Videorekorderlaufwerk von oben:

1: hier befindet sich u.a. der Kopfverstärker, der die von den Video- und - wenn vorhanden - Audioköpfen kommenden FM-Signale verstärkt.
2: Vorn sieht man die Kopftrommel mit den Video- und im vorliegenden Fall auch Audioköpfen. Die Kopftrommel ist drehbar und wird mit einem auf der gleichen Welle befindlichen elektronisch kommutierten Außen- oder Scheibenläufermotor angetrieben. In der Kopftrommel ist für jeden Kopf ein aus konzentrischen Ferritkernen bestehender Transformator enthalten - die Informationen werden induktiv über einen Luftspalt übertragen.

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. Zusätzlich übernimmt er die Steuerung zwischen den Betriebsarten des Videorekorders (Play, schneller Vor- und Rücklauf usw.). Dazu dient der sogenannte Mod-Schalter.
4: Der Löschkopf löscht alle Informationen auf dem Band, wenn neu aufgezeichnet wird.
5: Die Andruckrolle transportiert das Band wie auch bei Tonbandgeräten, indem sie es gegen eine Welle drückt.
6: Der Tonkopf zeichnet den Monoton auf und spiel ihn ab. Eingebaut ist auch der Synchronisationskopf (auch CTL-Kopf genannt). Dieser CTL-Kopf ist für das Tracking beziehungsweise zum Auffinden der Videospuren notwendig. Die vom CTL-Kopf kommenden Rechteckimpulse von 25 Hz werden dazu vom Mikrocomputer verarbeitet, der den Bandservo entsprechend nachsteuert. Neben dem Ton- und CTL-Kopf ist der Löschkopf für die Tonspur (schwarz).
7: Der sog. Capstan (Capstanwelle, bei Tonbandgeräten auch Tonwelle genannt) wird von einem Bandservo (hier nicht zu sehen) angetrieben und transportiert das Band. Nach Einfädeln des Bandes drückt die Andruckrolle das Band gegen den Capstan, sodass er das Band antreiben kann.
8: IR-Sensor zur Erkennung, ob eine Kassette eingelegt ist. 18 ist der dazugehörige Sender.
9 und 10: Die Umlenkrollen legen das Band um die Koptrommel. Sie sind höhenverstellbar, um das Tracking einzustellen. Das Band wird so um die Kopftrommel gelegt, dass es etwa den halben Trommelumfang bedeckt. Von oben verläuft das Band in der Form eines 'M', deshalb wird das Verfahren auch M-Loading genannt.
11: Der Abwickeldorn nimmt eine Bandspule der Videokassette auf. Während des Rückspulens wird er vom Bandservo angetrieben.
12: Der Aufwickeldorn nimmt die zweite Bandspule der Videokasste auf. Während des Abspielens des Bandes und während des Vorlaufs wird auch dieser Dorn vom Bandservo (Capstanmotor) angetrieben.
13: Führungsrillen des Kassettenschachtes.
14: Ein Führungsbolzen des Kassettenschachtes.
15: Diese Plastiknase entriegelt die Kassettenklappe, die das Band schützt.
16: Dieser Hebel drückt die 15 nach vorne zur Entriegelung der Kassettenklappe beim Einlegen der Kassette. Wenn die Kassette nach unten fährt, öffnet dieser Hebel die Kassettenklappe.
17: Der Kassettenschacht nimmt die Kassette auf.
18: IR-Sender zur Erkennung, ob eine Kassette eingelegt ist. Er ist auf einem Plastikstift montiert. Dieser Plastikstift entriegelt die Bandspulen der Videokassette.
19: Je nach Drehrichtung des Bandservos schaltet dieser Hebel zwischen Auf- oder Abwickeldorn um.

Videorekorderlaufwerk von unten

Abbildung Videorekorderlaufwerk von unten:

1: Dieser Schalter startet und stoppt den Schachtmotor, wenn eine Kassette einlegt oder ausgeworfen wird.
2: Getriebe für den Kassettenschacht, es ist gleichartig auf der anderen Seite des Kassettenschachtes vorhanden.
3: Sensor zur Drehzahlmessung des Bandservos.
4: Rotor des Bandservos (Capstanmotor). Unter diesem Rotor befinden sich sternförmig angeordnete Spulen. Der Motor ist elektronisch kommutiert und drehzahlgeregelt. Über einen Riemen ist der Servo mit einem Umschalthebel verbunden, der den Antrieb auf den Auf- bzw. Abwickeldorn umschaltet.
5: Der Kopftrommelservo ist ebenso wie der Bandservo ein elektronisch kommutierter Außenläufermotor. Er treibt die Kopftrommel bzw. -scheibe 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 bremst die Capstanwelle und die daran gekoppelte Schwungmasse, damit bei Wiedergabe- oder Suchvorlaufende keine Bandschlaufen entstehen.

Literatur

Siegfried Zielinski: Zur Geschichte des Videorecorders. Berlin: Spiess, 1986. ISBN: 3-89166-038-3

Siehe auch

Video
Video-Fachbegriffe
Festplattenrekorder
Videoformat
Magnetaufzeichnung (im Anhang eine Liste mit analogen Videobandformaten)

Weblinks