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Dies ist nur eine Seite über die Quadriplex-Technik

Weitere Informationen über das Konzept und die Technik aus einem deutschen Ampex (VR 1000) Prospekt von 1958 finden Sie hier.

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4. Die Probleme und ihre Lösungen

Das sicher schwierigste Hindernis auf dem Weg zur magnetischen Bildaufzeichnung war der große Frequenzumfang des Bildsignals.

Die höchste zu übertragende Frequenz eines Bildsignals der 625-Zeilen-Norm beträgt 5 MHz, ist also etwa 330mal höher als bei einer Tonübertragung, bei der sie bei 15 kHz liegt. Die tiefste zu übertragende Frequenz liegt noch unterhalb der tiefsten Tonfrequenz. Im Prinzip müßten sogar Gleichspannungen übertragen werden, d. h. die unterste Frequenzgrenze wäre bei Null, hätte man nicht durch einen Trick (mittels einer Klemmschaltung) auf die Übertragung des Gleichspannungswertes verzichten können. Als unterste zu übertragende Frequenz müssen somit etwa 10 Hz angesetzt werden.

Höchste Frequenzen bis 5 Mega-Hertz

Das Frequenz Verhältnis bei der Aufzeichnung eines Bildsignals beträgt demnach

10 Hz zu 5 MHz bzw. 1 zu 500.000 oder ca. 20 Oktaven

gegenüber etwa 9 Oktaven bei der Tonaufzeichnung. Die Lösung war das rotierende Kopfrad, auf dem vier Magnetköpfe montiert sind und das sich senkrecht zur Bandlaufrichtung mit 250 U/s dreht.

Während das Band mit einer Geschwindigkeit von etwa 39cm/s an der Kopfscheibe vorbeiläuft, beträgt die relative Kopf zu Band Geschwindigkeit über 40m/s. Das Problem der Aufzeichnungsgeschwindigkeit für hohe Frequenzen ist damit gelöst. Den Erfordernissen der tiefen Frequenzen wurde mit der Einführung eines Trägers, der vom Videosignal in der Frequenz moduliert wird, Rechnung getragen.

Die herkömmliche Annahme, daß die Trägerfrequenz mindestens 10 mal höher sein muß als die höchste zu übertragende Frequenz, blieb bei diesem Aufzeichnungsverfahren (zwangsläufig) unberücksichtigt. Es funktionierte und tut es im Prinzip heute noch, obwohl in der Zwischenzeit die unterschiedlichsten Schrägspursysteme das Quadruplex-Verfahren auf den zweiten Platz verwiesen haben. Gleichwohl wird es kaum eine Rundfunkanstalt geben, die nicht noch Quadruplex-Anlagen - wenn auch nur zur Wiedergabe von Archivbeständen - in Betrieb hat.
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5. Das Quadruplex-Verfahren (Bild 7)

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5.1. Kopf/Band-Einheiten

Die kreisförmige Scheibe, auf der die vier Videoköpfe montiert sind, wurde bei RCA „headwheel" (Kopfrad) und bei Ampex „drum" (Trommel) genannt (Bild 8). Während Ampex einem horizontalen Bandtransport den Vorzug gab, verwendete RCA einen vertikalen Bandtransport. Die beiden Systeme waren (selbstverständlich) untereinander kompatibel.

Das Magnetband wurde "gewölbt" bzw. gebogen

Der Kopf berührt das Band jeweils auf einem Bogen von etwa 120°. Da das Band mit einer Geschwindigkeit von ca. 39cm/s am Kopf vorbei transportiert wird und der Kopf (also das Kopfrad) sich mit 250 U/s dreht, benötigt er 1/250 Sekunde für 360° (eine volle Umdrehung) und davon ein Drittel dieser Zeit (1/750 s), um das 2" Band zu überstreichen.

Die Video-Spur ist nicht exakt senkrecht

Bei der gegebenen Bandgeschwindigkeit legt das Band 0,05cm zurück, während der Kopf über das Band läuft. Dies hat zur Folge, daß jede Magnetspur unter einem Winkel von 0,57° verläuft.

Bild 9 skizziert die Lage einer Magnetspur auf dem Band. Die Videoköpfe kontaktieren zwar die gesamte Breite des 2" Bandes, doch wird eine 0,17cm breite Spur an der Oberkante des Bandes für die Aufnahme des Tonsignals herausgelöscht, das von einem konventionellen feststehenden Kopf geliefert wird.

Es gibt noch 3 weitere Linear-Spuren

An der Bandunterkante wird über eine Breite von ca. 0,18cm das Videosignal mit einem 250Hz Kontrollsignal (zweite Spur) und einer weiteren (dritten) Merkspur (Cue) überschrieben: d. h. für die wirksame Videomagnetspur verbleiben nur noch 4,72cm.

Eine Videospur ist 250um breit

Die unter einem Winkel von 0,57° verlaufenden, quasiparallelen Videospuren haben eine Breite von ca. 250um; der Zwischenraum zwischen benachbarten Spuren beträgt ca. 125um.

Bild 10 zeigt die Lage und die Dimensionen der einzelnen Spuren auf dem Magnetband. Während die Köpfe an dem Band entlanglaufen, wird das Band in einem Führungsschuh (dem sogenannten „vacuum guide") mittels eines Luftstromes angesaugt, um den Aufzeichnungsköpfen in einem Spalt eine eindeutige Position zuzuweisen (siehe hierzu auch Bild 11).

(Etwa ?) 16 Bildzeilen pro Spur

Das Kopfrad (drum oder headwheel) bewegt sich mit 5facher Halbbildfrequenz. Das bedeutet, daß bei einer Umdrehung vier Spuren aufgezeichnet werden, wobei momentan an allen Köpfen die gleiche Modulation anliegt. Da demnach vier Spuren einem Fünftel eines Halbbildes entsprechen, enthält eine Spur ca. 16 Bildzeilen.

Zusätzlich werden etwa 2,2 Bildzeilen überlappend aufgezeichnet, um bei der Wiedergabe durch einen elektronischen Schalter („Switcher") störungsfrei von einem Kopf zum nächsten umschalten zu können.

Also 3 lineare Spuren und die Video-Spuren

Bedingt durch die Überlappung, die Zonen für das Tonsignal (Spur 1), die Kontrollspur  (Spur 2) und die Cue-Spur (Spur 3) werden effektiv ca. 111° des oben erwähnten 120°-Bogens für die Bildinformation genutzt.

Die Spuren kann man sichtbar machen

Die Magnetisierung auf dem Band läßt sich mit Hilfe einer Eisenkarbonlösung sichtbar machen. Bild 12 zeigt die Magnetisierung auf einem Videoband. Die weißen Punkte sind die horizontalen Synchronimpulse, während die kurzen Striche die vertikalen Impulse darstellen.

Die verflixten "Zeitfehler"

Mit der Lösung der beiden Hauptprobleme, Oktavumfang und hohe Aufzeichnungsfrequenz, schuf man - zumindest in der Anfangszeit der Quadruplex-Technik - mit der genialen Lösung der rotierenden Kopftrommel einen neuralgischen Punkt, der vor allem den „Operators" viel Kummer machte. War nämlich bei der Wiedergabe eines Fernsehsignals der Führungsschuh nicht exakt so eingestellt wie bei der Aufnahme, oder wurde der Kopf seit der Aufnahme zu stark abgenutzt, oder mußte gar eine andere Kopfeinheit verwendet werden, so kam es immer wieder zu störenden „Zeitfehlern", die schwer oder nur unvollständig zu beseitigen waren.

Zeitfehler verursachen bei der Wiedergabe im Fernsehbild einen horizontalen Versatz der senkrechten Linien, wie ein Beispiel in Bild 13 verdeutlicht. Ursache war immer eine unkorrekte Führung des Magnetbandes im sogenannten vacuum guide.

Dies führte in der Anfangszeit dazu, den bei der Aufzeichnung verwendeten Kopf bis zur Sendung zu „konservieren". Später, mit der Verfügbarkeit von elektronischen Kompensatoren (z. B. der AMTEC), war es kein Problem mehr, Zeitfehler automatisch auszugleichen. Bei den ersten zwölf ausgelieferten „handgefertigten" Ampex-Maschinen waren die Kopfaggregate ohnehin nicht kompatibel.

5.2. System-Anforderungen

Nachfolgende Aufstellung gibt einen kurzen Einblick in die wichtigsten Aufgaben, die ein Quadruplex-Aufzeichnungssystem zu bewerkstelligen hat.
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  • 1. Das Basis-Videosignal wird im Modulator in ein FM-Signal umgesetzt, in vier parallele Signale aufgesplittet und den vier rotierenden Köpfen zugeführt.
  • 2. Bei einer Kopfumdrehung werden vier je 250um breite nebeneinanderliegende Videospuren im Abstand von 125um auf das Magnetband geschrieben. Dabei wird das Band mit einer Geschwindigkeit von 39 cm/s am Kopfrad vorbeigeführt.
  • 3. Bei der Wiedergabe muß das von den Köpfen (es sind dieselben wie bei der Aufnahme) abgetastete niederpegelige Signal zuerst vorverstärkt werden. Danach wird es einem elektronischen Schalter, dem Switcher, zugeführt, der die einzelnen vom Band abgenommenen Spuren wieder zu einem kontinuierlichen FM-Signal zusammenschaltet. Die Zusammenschaltung geschieht zum Zeitpunkt der Überlappung zweier Videospuren während einer horizontalen Austastlücke und ist somit im Bild nicht sichtbar.
  • 4. Das Switcher-Signal gelangt dann zum Demodulator, in dem das Basis-Videosignal zurückgewonnen wird.
  • 5. Im Processor erfolgt eine Regenerierung der Synchron- und Austastsignale.
  • 6. Während der Aufzeichnung muß der Bandantriebsmotor (Capstan) über eine "elektronische Achse" fest mit dem Drum (Kopfrad) verbunden sein. Dazu wird aus dem vertikalen Synchronimpuls des aufzuzeichnenden Signals über eine Regelschleife das 250Hz Signal zum Antrieb des Kopftrommelmotors gewonnen, der gleichzeitig wiederum ein Tachosignal an die Regelschleife zurückgibt. Aus diesem Tachosignal, das zusammen mit einem im Takt von 25 Hz zugemischten Frame Pulse als sinusförmiges Bezugssignal auf die Kontrollspur des Bandes aufgezeichnet wird - Ampex bezeichnete dieses Signal als PEC- Signal (Photo Electric Cell) -, wird im Servosystem ein 50Hz Signal zur Steuerung des Bandantriebsmotors generiert (siehe auch Bild 14).
  • 7. Als Referenzsignal bei der Wiedergabe dient dem Servosystem ein externes Synchronsignal. Ähnlich wie bei der Aufnahme kontrollieren komplizierte elektronische Regelschleifen den Lauf des Bandantriebs- und des Kopftrommelmotors. Besonders problematisch war die Regelung bei Wiedergabe, wenn das Bildsignal zeilensynchron und phasengleich zum Studiosignal - zum Zwecke einer Überblendung - sein mußte. In der Anfangszeit hat diese Forderung, wenn sie gestellt wurde, bei allen Beteiligten immer für große Nervosität gesorgt, denn der dazu auszuführende Regelvorgang, eine Phasenkorrektur mittels einer motorgeregelten Spule (Resolver), benötigte meist mehrere Dutzend Sekunden, bis die korrekte Synchronität erreicht war. Zuschauerwirksame Bildstörungen waren bei solch einem „Manöver" fast die Regel.
    Mit der Verfügbarkeit verbesserter Servosysteme zu Beginn der 60er Jahre - Intersync bei Ampex und Pixlock bei RCA - konnte auch eine synchrone Zuspielung problemlos bewältigt werden (Bild 15).
  • 8. Fehler im wiedergegebenen Fernsehbild, die auf unterschiedliche Gegebenheiten am Kopfrad zwischen Aufnahme und Wiedergabe zurückzuführen waren, konnten diese Regeleinrichtungen jedoch nicht beseitigen. Elektronische, volltransistorisierte Kompensationseinrichtungen wie Amtec bzw. ATC - später bei Farbe kamen noch Colortec bzw. CATC und der Velocity Compensator hinzu - wurden, für Europa bis Ende der 60er Jahre verfügbar, zu unverzichtbaren Zusatzgeräten, die eine Magnetaufzeichnung nicht mehr von einem Live-Signal unterscheiden ließen.

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5.3. Schneiden des Bandes

Während sich ein Tonband - zur nachträglichen Bearbeitung der Aufzeichnung - problemlos in einer Tonlücke mechanisch schneiden läßt, bedarf dies bei der Videoaufzeichnung eines komplexen Prozesses.

Ganz zu Anfang wurde noch mit Lineal und Rasierklinge von Hand geschnitten. War schon die szenische Festlegung des Schnittpunkes ein abenteuerlicher Kampf, der zwischen Regisseur und Techniker mittels groben, auf der Bandrückseite aufgebrachten Fettstift-Markierungen ausgefochten wurde, so bedurfte es meist der Hilfe des Service-Ingenieurs, um dem nun folgenden Prozeß zum Erfolg zu verhelfen.

Der Synchronimpuls war wichtig

Zunächst mußten rund um den anvisierten Schnittpunkt die magnetischen Spuren mit Hilfe einer ferromagnetischen, schnell verdunstenden Flüssigkeit sichtbar gemacht werden. Danach wurde unter einem Mikroskop jene Spur gesucht, die - mehr oder weniger deutlich sichtbar - ein vertikales Synchronsignal beinhaltete. Dabei leistete der Edit Pulse, eine auf der 250Hz-Kontrollspur deutlich sichtbare Verdichtung der Eisenspäne, die in einem bestimmten Bezug zum nächstliegenden Vertikalimpuls stand, wertvolle Hilfe.

Das „Harakiri-Unternehmen"

War die Lücke zwischen der durch den Synchronimpuls markierten und der nachfolgenden Spur gefunden, begann das „Harakiri-Unternehmen". Das „entwickelte" Band lag in einer Metallschiene, festgehalten durch einen von einem Staubsauger erzeugten Sog, während der (die) Techniker(in) - mit ruhiger Hand - in dem ausgesuchten Zwischenraum entlang einer Messingschiene mit scharfer Rasierklinge den Schnitt durchführte. Mit einem auf der Bandrückseite aufzubringenden (metallischen) Spezialklebeband wurden dann die einzelnen „Takes" wieder in chronologisch richtiger Reihenfolge zusammengefügt (siehe Bild 16).

Die elektromechanische Schneidelehre vom BR

Erheblich vereinfacht wurde diese Prozedur durch die elektromechanische Schneidelehre (Bild 17), an deren Vervollkommnung der deutsche Ingenieur J. Schürer vom Bayerischen Rundfunk maßgebenden Anteil hatte. Auch hier mußte zur Einmessung eines neuen Kopfaggregats die umständliche Prozedur mit dem Eisenpulver durchgeführt werden, aber danach ging alles relativ einfach.

Ein rotierender Magnetkopf ermittelte aus der Kontrollspur den Schneideimpuls, der - dargestellt auf einem Oszilloskop - mittels eines Referenzsignals, das die Lage des Bildwechselimpulses markierte, genau die Schnittlinie bestimmte. Ein exakt justiertes Messer und eine halbautomatische Klebevorrichtung komplettierten den Vorzug der Schneidelehre.

1962 - der Electronic Editor von AMPEX

Während die deutschen Rundfunkanstalten noch lange dem mechanischen Schnitt den Vorzug gaben, wurde in den Vereinigten Staaten bereits 1962 den Kunden von Ampex ein sogenannter Electronic Editor, später ergänzt durch die Editec, angeboten. Diese Zusatzeinrichtungen erlaubten es, ohne das Band mechanisch zu schneiden und zu kleben, Szenen nahtlos aneinanderzufügen bzw. einzufügen.

Man brauchte 3 Maschinen

Üblicherweise verwendet man dazu - auch heute noch - zwei oder mehrere Maschinen: die „Slaves" zur Zuspielung und die „Master" zur nahtlosen Aufzeichnung. Längst werden in einem modernen MAZ-Komplex - MAZ steht für Magnetaufzeichnung und hat im Laufe der Jahre mit dem Aufkommen weiterer Firmen und neuer Standards (Bosch, Sony u. a.) das einstmalige Synomym Ampex für Magnetaufzeichnungsanlagen verdrängt - computerunterstützte Systeme für die elektronische Nachbearbeitung eingesetzt.

5.4. Farbaufzeichnung

Während Farbaufzeichnungen in Amerika schon längst zum Alltagsgeschäft gehörten, wurden die MAZ-Ingenieure der bundesdeutschen Rundfunkanstalten mit der Einführung des PAL-Farbfernsehsystems am 25. August 1967 mit einer Reihe neuer und ungewohnter Probleme konfrontiert. Zwei Dinge waren es im wesentlichen, die der Farbtüchtigkeit der MAZ in der „PAL-Welt" zunächst Schwierigkeiten bereiteten.

Zum einen lag und liegt die Farbträgerfrequenz bei PAL höher als bei NTSC, was im frequenzmodulierten Signal zu erheblichen Interferenzstörungen führt, die sich im Fernsehbild als lästige Moire-Störungen (Wellenlinien) bemerkbar machen.

Zum anderen wird bei der NTSC-Norm der Farbträger nicht zeilenalternierend wie bei PAL in seiner Phase geschaltet, was in den notwendigen Korrektureinrichtungen, wie z. B. der Colortec damals nicht berücksichtigt worden war. Rote Rasen und grüne Aschenbahnen waren die Folge bei PAL-Wiedergabe, was von den auf NTSC zugeschnittenen Regeleinheiten herrührte.

Für die Farbe - die Highband-Norm

Dem Interferenzproblem wurde mit der Schaffung der sogenannten Highband-Norm begegnet. Durch eine Erhöhung der Trägerfrequenz im Modulator auf 7,8 MHz gelang es, die unerwünschten und störenden Modulationsprodukte außerhalb des Spektrums des aufzuzeichnenden Seitenbandes zu legen (Bild 18). In den MAZ-Zentralen mußte nunmehr zwischen den Lowband-Standard für Schwarzweiß-Aufzeichnungen und dem Highband-Standard für Farbe unterschieden werden.

Das „Habermann-lnterface"

Schwieriger war die Lösung des zweiten Problems. Im IRT, dem Institut für Rundfunktechnik in München, wurde eine Zusatzplatine entwickelt, den Insidern als „Habermann-lnterface" bekannt, die das amerikanische Farbkorrekturgerät auf die 625 Zeilen-Norm und die PAL-Belange anglich. Natürlich ließ Amerika nicht lange auf sich warten und lieferte den PAL-Kunden entsprechend modifiziertes Farb-Equipment. Gleichwohl, in vielen deutschen Rundfunkanstalten war dem IRT-Zusatz eine lange Lebensdauer beschieden. Dipl.-Ing. Werner Habermann ist heute Leiter des Fachbereiches Studiotechnik Fernsehen im IRT.

Rückblick auf Grenoble 1968

Dem Chronisten sei erlaubt, sich an dieser Stelle an die MAZ-Farbanfänge zu erinnern, die trotz Colortec und Habermann immer wieder eine Herausforderung besonderen Reizes für die Ingenieure bedeuteten.

Es war zum Zeitpunkt der X. Olympischen Winterspiele 1968 in Grenoble. Die Eurovisionszentrale war beim Südwestfunk in Baden-Baden angesiedelt. Farbe war angesagt. Die aus Frankreich gelieferten Signale wurden von der französischen Farbnorm SECAM - die sich bei Farbaufzeichnungen erheblich günstiger als das deutsche PAL verhielt - in PAL-Signale gewandelt (transcodiert).

Die Transcodierung von SEACM nach PAL

Vorversuche hatten gezeigt, daß bei der Transcodierung die hohe Frequenzkonstanz, wie sie für PAL erforderlich ist, nicht immer erwartet werden konnte. Um dennoch bei Live-Übertragungen einen ungestörten Empfang von PAL-Signalen zu gewährleisten, wurde bei der Normwandlung die Verkopplung zwischen Synchronimpuls und Farbträger kurzerhand außer Kraft gesetzt.

Die Crux mit der Ampex-PAL MAZ

Der Empfang in PAL war prächtig - aber die für Wiederholungen vorgesehenen MAZ-Aufzeichnungen funktionierten nicht mehr. Die Ampex-Maschinen konnten unverkoppelte Signale nicht wiedergeben.

Doch die Ingenieure in Baden-Baden und beim IRT in München waren erfinderisch. Man adaptierte einen Farbfehlerkompensator deutscher Herkunft - von der FESE (Robert Bosch Fernsehanlagen GmbH) - an die „Habermann-modifizierte" Ampex-Maschine, ließ sich von der Bundespost ein Normal-Frequenzsignal liefern, schaltete in das ganze komplexe Gebilde mit „fliegenden Strippen" noch ein Oszilloskop und einen von Hand nachsteuerbaren Taktgeber. Bei der Sendung mußte dann ständig ein geplagter MAZ-Ingenieur an einem bestimmten Potentiometer drehen, so daß auch normgewandelte Aufzeichnungen der Eishockeyspiele den Zuschauer ungestört erreichten. Die ersten Farb-MAZ-Übertragungen in der Bundesrepublik Deutschland von Olympischen Spielen waren gerettet.

Dieser Artikel stammt aus Juli 1988

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