Цифровая видеозапись в формате DV. Устройство и ремонт видеокамер miniDV Sony DCR-PC2E, PC3/PC3E

Практические разработки аппаратуры цифровой видеозаписи начались ведущими фирмами в 70-е годы прошлого века. В 1979 году на выставке профессионального вещательного оборудования NAB (Национальная Ассоциация Вещателей США) в Лас-Вегасе фирмами AMPEX, SONY BOSCH были представлены собственные разработки цифровых систем видеозаписи, несовместимые между собой. Большой вклад в принятие единых стандартов цифровой видеозаписи внесла фирма SONY Исследования в этой области фирма начала в 1977 году, практическое руководство работ осуществлял Масахико Моризоно (Masahiko Morizono). Инженеры SONY неоднократно выезжали в США для переговоров с SMPTE (общество инженеров кино и телевидения США) по унификации цифровых форматов видеозаписи со всеми тремя системами цветного телевидения (NTSC, PAL, SECAM). В результате переговоров был достигнут компромисс между Американскими, Европейскими и Японскими сторонами в выборе частоты дискретизации яркостной составляющей ТВ сигналов - 13,5 МГц, кратной частотам строчной развертки обоих стандартов ТВ (625/50 и 525/60). Впоследствии это дало возможность принятия единых цифровых форматов компонентной (D1) и композитной (D2) видеозаписи.

Разработка системы цифровой видеозаписи бытового назначения происходила уже в рамках совместного проекта ведущих мировых фирм, получившего название DVX (Digital Video Cassette). Основными участниками проекта стали фирмы HITACHI, JVC, MATSUSHITA, MITSUBISHI, PHILIPS, SANYO, SHARP, SONY THOMSON, TOSHIBA. Исследования велись в следующих направлениях: формат записи и механизм транспортировки ленты, видеокомпрессия, семейство БИС для обработки данных, лента и семейство видеокассет. В 1993 году консорциумом из десяти перечисленных фирм были утверждены основные принципы и параметры нового цифрового формата, базирующегося на магнитной ленте шириной 6,35 мм и видеокассетах двух типоразмеров. Впоследствии формат получил наименование DV, а к консорциуму присоединилось еще около 50 компаний. В 1998 году формат DV утвердила международная электротехническая комиссия (IEC) в качестве международного стандарта цифровой видеозаписи бытового назначения IEC61834.

Важнейшим компонентом системы обработки сигналов, определяемым форматом DV, является видеокомпрессия, позволяющая уменьшить избыточность телевизионного изображения и снизить скорость цифрового потока данных до 25 Мбит/с. Видеокомпрессия DV выполняется путем внутрикадрового кодирования с адаптированием к движению изображаемых объектов. Схемная реализация алгоритма компрессии весьма сложна, ее считают аналогичной сжатию сигналов изображения, принятой для формата JPEG (объединенная группа экспертов по фотографии), но с несколькими таблицами дискретизации (более подробно об алгоритмах компрессии DV мы остановимся в последующих статьях).

При цифровом представлении видеосигналов базовой частотой для цифровых стандартов ТВ принято считать частоту f₀ = 3,375 МГц, при этом вышеупомянутая частота дискретизации 13,5 МГц = 4f₀. Стандарты цифрового ТВ обозначают по-разному, часто в виде соотношения nf₀ : mf₀ : kf₀, где n, m, k - коэффициенты в виде целых чисел, nfo - частота дискретизации яркостной составляющей ТВ сигналов, а mf₀ и kf₀ - частоты дискретизации цветовых составляющих (цветоразностных сигналов U, V).

В формате DV приняты два типа дискретизации - 4:1:1 и 4:2:0. Для разложения 4:1:1 частота дискретизации яркостной компоненты 4f₀ = 13,5 МГц, а цветоразностных компонент f₀ = 3,375 МГ ц. При этом в активной части кадра содержится 576 активных строк(в стандарте ТВ 525/60 - 480), каждая из которых содержит 720 элементов сигнала яркости и по 180 элементов сигналов цветности. Для разложения 4:2:0 отличия касаются только цветовых компонент, в активной части кадра содержится 288 цветовых строк (в стандарте 525/60 - 240) по 390 элементов в каждой. То есть при разложении 4:1:1 вдвое больше отсчетов по вертикали, чем при разложении 4:2:0, но вдвое меньше по горизонтали.

В формате DV выбраны оптимальные для каждого стандарта ТВ разложения - 4:1:1 для стандарта 525/60 и 4:2:0 для стандарта 625/50. Часто используются и другие названия стандартов (форматов), что вызывает определенную путаницу. Ориентироваться можно, например, следующим образом: 

• стандарты ТВ - 525/60, 625/50 B, G, D, K, L, M, N;

• стандарты цифрового ТВ - 4:2:2, 4:4:4, 3:1:1...nf₀:mf₀:kf₀ (или 720x576, 720x480.), DVB, ATSC, ISDB;

• стандарты (форматы) видеозаписи - DV, D1, D2, VHS, BETA-CAM...;

• тип компресии - DV, JPEG, MPEG-1, MPEG-2...

Кроме того, аппаратная реализация устройств формата DV возможна и на других носителях, например, на жестких дисках.

Коэффициент сжатия цифрового потока данных в стандарте DV постоянен и равен 5:1, скорость передачи видеоданных составляет 24,948 Мбит/с. Около 85 % площади на ленте занимают видеоданные, звуковые данные записываются без компрессии в виде двух звуковых блоков, обозначенных как СН1 и СН2. Предусмотрено четыре режима кодирования звука, отличающихся частотами дискретизации, параметрами квантования и числом каналов. Используются частоты дискретизации (48; 44,1; 32 кГц), в каждом звуковом блоке записывается один звуковой канал методом импульсно-кодовой модуляции (РСМ) с 16-разрядным квантованием. Реже используется режим 32к-2сн с двумя звуковыми (стерео) каналами, но с 12-разрядным квантованием. Режимы 48к, 32к-2сн характеризуются наибольшей скоростью потока данных на выходе АЦП - 1,536 Мбит/с. Примененные в формате DV параметры дискретизации позволяют обеспечить разрешение по горизонтали порядка 500 линий для сигнала яркости и 150 линий для сигнала цветности.

Структура сигналограммы формата DV показана на рис. 1, соседние наклонные записываются с азимутальным разворотом зазоров видеоголовок а₀, а₁ = ±20°.

Рис. 1. Структура сигналограммы формата DV

Основные параметры сигналог-раммы: угол наклона дорожек записи Q_r = 9,1688°; длина наклонных дорожек L_r = 32,80 мм, ширина программной зоны W_e = 5,24 мм; ширина ленты W_t = 6,35 мм; нижний край программной зоны Н_е = 0,56 мм; верхний край программной зоны Н₀ = 5,8 мм; скорость протяжки ленты в стандартном режиме SP 18,831 мм/с (при этом шаг наклонных дорожек Т_р = 10 мкм); скорость протяжки ленты в замедленном режиме LP 12,568 мм/с, а шаг дорожек 6,67 мкм. На рисунке также отмечены: М1 - сектор информации о дорожке; М2 - звуковой сектор; М3 - видеосектор; М4 - сектор субкода. Стрелками указаны направления движения лент и видеоголовок.

БВГ видеомагнитофонов DV и видеокамер miniDV имеют диаметр 21,7 мм, скорость вращения БВГ равна 9000 об/мин (в стандарте 525/60 - 8991 об/мин). Запись производится двумя видеоголовками, поэтому за один оборот записываются две наклонные дорожки. Один кадр изображения вместе со звуком и служебными сигналами записывается за шесть оборотов (в стандарте 525/60 - за пять оборотов). В аппаратуре DV используются БВГ двух конструктивных исполнений: "двойным" - с верхним вращающимся цилиндром и нижним неподвижным и "тройным" - со средним вращающимся, верхним и нижним неподвижными цилиндрами. На рис. 2 показан внешний вид "двойного" БВГ и ЛПМ с "тройной" БВГ, цифрами на рисунке показаны: 1 - верхний цилиндр, 2 - нижний цилиндр, 3 - шлейф двигателя БВГ, 4 - ротор двигателя БВГ. Такие конструкции применяются в аппаратуре фирмы JVC. В видеокамерах CANON, PANASONIC, SAMSUNG, SONY применяются "тройные" БВГ. На рис. 2б показан ЛПМ miniDV видеокамер PANASONIC с таким БВГ. В неподвижный верхний цилиндр 5 установлен статор двигателя электропривода БВГ. В аппаратуре DV используются видеокассеты двух типоразмеров: большая (125x78x14,6 мм) и малая (66x48x12,2 мм). Длительность записи на большую кассету с лентой толщиной 7 мк достигает 4,5 часов, на малую - до 2 часов. В бытовых видеокамерах применяются преимущественно малые кассеты miniDV, наиболее распространенный тип DVM60 обеспечивает 1 час записи на стандартной скорости и 1,5 часа - на замедленной. В видеокассетах обоих типоразмеров предусмотрена возможность использования встроенной Flash-памяти (MIC - Memory in Cassette).

Рис. 2. Внешний вид "двойной" БВГ (а) и ЛПМ с "тройной" БВГ (б)

В 1995 году фирма SONY выпустила первую в мире серийную видеокамеру формата miniDV высокого класса с 3-матричной ПЗС - "DCR-VX1000". В 1996 году моделью "DCR-PC7" (NTSC) фирма открыла линейку компактных видеокамер так называемого нового "паспортного" размера (по терминологии фирмы - New Passport size digital video camera). Видеокамеры серии РС выполнены в прямоугольных корпусах небольших ("книжных") размеров, выпускались на протяжении нескольких лет и продолжают находиться в эксплуатации, к таким моделям относятся: "DCR-PC1/PC1E", "PC2E",  "PC3/PC3E", "PC6E", "PC10/PC10E", "PC100/PC100E" и др. (Е - PAL исполнения).

Перечислим основные технические характеристики моделей "DCR-PC2E/PC3/PC3E", имеющих общее сервисное руководство (внешний вид модели "РС3Е" показан на рис. 3). В видеокамерах применен светосильный вариобъектив (Combined powed zoom lens) с 10-кратным увеличением и оптикой фирмы Carl Zeiss и фокусными расстояниями 3,3...33 мм, диаметр фильтра 30 мм. В качестве светочувствительного элемента применена ПЗС-матрица с диагональю 1/4 дюйма и числом элементов изображения 800000, минимальная освещенность 5 лк, в режиме ночной съемки NightShot возможна работа в полной темноте. Откидной сенсорный ЖК дисплей имеет диагональ 2,5 дюйма, разрешение 880x228 точек. Запись звука возможна с дискретизацией 32 кГц, 12 разрядов (2 стереоканала) и 48 кГц, 16 разрядов (1 стереоканал). Возможно использование видеокассет со встроенной памятью (MIC), имеется фотографический режим с записью на карту памяти Memory Stick (только в моделях "РС3/РС3Е"). Кроме аналоговых выходов S-Video и MiniJack, имеются цифровые интерфейсы DV (в ряде исполнений двунаправленные). Напряжение питания 3,6 В от аккумулятора, 4,2 В - от сетевого адаптера AV-VF10. Потребляемая мощность 3,8 Вт при работе с ЖК дисплеем, 3,1 Вт - при работе с видоискателем, габариты видеокамер 56x119x94 мм, вес 560 г с аккумулятором NP-FS11 и кассетой DVM60. Видеокамеры обеспечивают большое число ручных и автоматических режимов, функций и эффектов.

Рис. 3. Внешний вид miniDV-камеры "Sony DCR-PC3E"

Производить разборку видеокамер, состоящую из восьми этапов (2-1...2-8), следует, ориентируясь на сборочные чертежи сервисного руководства. Описание процедуры разборки и 9 сборочных чертежей, приведенных в сервисном руководстве рассматриваемых моделей, занимают значительный объем, неприемлемый для публикации в журнале. Приведем упрощенный порядок разборки, позволяющий, тем не менее, производить ремонт и сервисное обслуживание рассматриваемых видеокамер. На рис. 4 показан порядок разборки откидного ЖК дисплея (этап 2-1), состоящий из 15-ти пунктов. Номера пунктов обозначены цифрами в кружках. После наименований ряда демонтируемых узлов и деталей или после номеров пунктов приведены их позиционные номера (Ref No) на сборочных чертежах и в перечнях механических деталей сервисного руководства. В табл. 1 приведен перечень некоторых деталей и узлов, показанных на рис. 4, необходимость заказа которых может возникнуть при ремонте для замены неисправных, поврежденных или утерянных деталей.

Рис. 4. Порядок разборки откидного ЖК дисплея miniDV-камер "Sony DCR-PC2E/3BE"

Таблица 1. Каталожные номера узлов ЖК дисплея (см. рис. 4)

Примечание. Узел ЖК дисплея крепится к поворотному узлу крепления 122 (Part No X-3949-690-1 HINGE ASSY, LCD) винтами 3 (стрелка В). Эти винты удаляют в горизонтальном положении корпуса дисплея. В некоторых аварийных ситуациях, например, при падении видеокамер с открытым ЖК дисплеем, узел крепления 122 может деформироваться, а части поврежденных винтов остаться в крепежных отверстиях платформы узла крепления. В таких случаях следует отсоединить разъемы шлейфов 119, 123 и демонтировать правую часть корпуса видеокамеры. Детали крепления 122 отдельно не поставляются, поэтому при невозможности восстановления его нужно заказывать целиком.

На рис. 5 приведен порядок разборки правой части корпуса видеокамер (этап 2-2), состоящий из 15 пунктов, а в табл. 2 приведен перечень некоторых деталей и узлов, показанных на рисунке.

Рис. 5. Сборочный чертёж правой части корпуса камер "Sony DCR-PC2E/3/3E"

Таблица 2. Каталожные номера узлов правой части корпуса (см. рис. 5)

Примечание. Пункт 13 - нажать кнопку EJECT в направлении стрелки и сдвинуть в открытое положение крышку кассетоприемника. Демонтировать правую часть корпуса 125 следует осторожно, чтобы не повредить подходящие к ней шлейфы и кабели.

На рис. 6 приведен порядок демонтажа плат DD-125, VC-220 и разборки узла видоискателя (этап 2-3), состоящий из 20 пунктов и разборки узла микрофонов (5 пунктов, в рамке), а в табл. 3 ниже приведен перечень некоторых узлов и деталей из показанных на рисунке.

Рис. 6. Демонтаж плат DD-125, VC-220, разборка видоискателя и микрофона

Таблица 3. Каталожные номера узлов и плат (см. рис. 6)

На рис. 7 приведен порядок демонтажа платы MR-41 (этап 2-4, 7 пунктов) и лентопротяжного механизма (11 пунктов в рамке), а в табл. 4 приведен соответствующий перечень узлов и элементов.

Рис. 7. Демонтаж платы MR-41 и ЛПМ

Таблица 4. Каталожные номера узлов ЛПМ и платы MR-41 (см. рис. 7)

Примечание. MD BLOCK-лентопротяжный механизм типа D300. Шлейфы (Flexible board) FP-91, FP-586, FP-92 входят в состав механизма D300.

На рис. 8 приведен порядок демонтажа блока видоискателя и объектива VF-136 (этап 2-5, 5 пунктов), разборки видоискателя VF LENS ASSEMBLY (9 пунктов), демонтажа платы видоискателя VF-136 BOARD (8 пунктов) и платы ПЗС-матрицы CD-221 (7 пунктов). В табл. 5 приведен перечень деталей и узлов, показанных на рисунке.

Рис. 8. Демонтаж и разборка видоискателя

Таблица 5. Каталожные номера узлов видеоискателя и объектива (см. рис. 8)

Примечание. В состав объектива входят узлы двигателей трансфокатора М904 (1-763-168-12 ZOOM MOTOR) и фокусировки М905 (1-763-16912 FOCUS MOTOR). При демонтаже узла 212 надавливают на защелки А, одновременно извлекая узел в направлении стрелки В. Модуль подсветки LED902 удаляют, сдвигая его в направлении стрелки С.

На рис. 9 приведен порядок разборки левой части корпуса видеокамер (этап 2-8), состоящий из 26 пунктов, а в табл. 6 приведен перечень соответствующих элементов.

Рис. 9. Порядок разборки левой части корпуса

Таблица 6. Каталожные номера узлов левой части корпуса (см. рис. 9)

Примечание. Пункт 18 - отделить крышку 25 от левой части корпуса в направлении стрелки. Пункт 19 - извлечь фрагмент блока управления FK-4750 из правой части корпуса.

На практике, при проведении ремонта, обычно не требуется полная разборка видеокамер, а приведенный выше порядок разборки не обязательно выполнять в полном объеме. Последовательность проведения операций также может быть различной, поэтому перед разборкой желательно ознакомиться с устройством видеокамер по рис. 4-9 и наметить конкретный порядок работ. Нередко при сборке видеокамер возникают затруднения с идентификацией крепежа. Поэтому при разборке видеокамер рекомендуется каким-либо образом отмечать Ref No удаляемых винтов, например, откладывая их в отдельные пакетики.

Литература

1. Гласман К. "Цифровая магнитная видеозапись. Формат DV", "625", № 3, 4, 7, 8 (2002 г.), № 3 (2003).

2. SONY GLOBL-HISTORY http://www.sony.com

Автор: Юрий Петропавловский (г. Таганрог)

Источник: Ремонт и сервис