Как это часто бывает в технике, новые технологии часто позволяют реализовать старые идеи на принципиально новом уровне. В поисках решений задачи о записи ТВ сигнала высокой четкости сравнительно недавно вспомнили и о возможности высокоплотной и высокоскоростной записи неподвижными головками. Такой способ реализован и применяется в цифровых магнитофонах по формату DASH. В одном из вариантов этого формата для записи цифрового звукового сигнала используют 8 дорожек на ленте шириной 6,3 мм. Следующим этапом развития многодорожечной записи можно считать формат S-DAT на ленте шириной 3,81 мм. Здесь запись ведется на 20 дорожках - каждая шириной 65 мкм, продольная плотность 2,52 кбит/мм, а скорость ленты 4,76 см/с.

Цифровой поток 2,4 Мбит/с, реализация которого стала возможной благодаря последним достижениям разработчиков лент и головок, однако почти на 2 порядка ниже того, что необходим для записи ТВ сигналов. С позиций механики нормальная работа магнитофонов по формату S-DAT требует чрезвычайно высокоточного лентопротяжного механизма, т.к. крайне важно точное совпадение головок воспроизведения с дорожками записи. Даже при ширине дорожек 65 мкм это уже большая проблема. Существующие допуски на размеры и расположение направляющих элементов, механические свойства ленты практически не стимулируют поиск надежных средств слежения за дорожками.

В такой ситуации можно придти к выводу о нереальности воплощеня старой идеи, даже если ориентировать ее на все последние достижения в области магнитной записи. И, как всегда, решение проблемы оказывается на нетрадиционных путях, т.е. достигается не постепенным сужением дорожек записи и усложнением узла магнитных головок. Исследователи из Thomson - CSF Central Research Laboratory и French Research and Development Laboratory of Thomson Consumer Electronics решили воспользоваться, в общем-то известной идеей об объединении принципов магнитной записи и магнитооптического воспроизведения, но на основе современных технических возможностей. Именно им удалось на металлизированной магнитной ленте формата Hi 8 ME записать цифровые сигналы на 384 дорожках с суммарной скоростью цифрового потока 20 Мбит/с при скорости ленты 2,6 см/с. Это уже вполне весомое, подтвержденное реальной аппаратурой, заявление о больших потенциальных возможностях способа записи с применением неподвижных головок.

В основе этого, для многих показавшегося неожиданным результата, лежит нестандартная конструкция блока из 384 головок. Обычно рабочие зазоры всех головок подобного блока выстраивались точно по одной линии - так проще и казалось технологичнее. За эти удобства приходилось расплачиваться почти несовместимыми требованиями близкого расположения головок при уровне перекрестных помех не выше допустимых. В итоге, число параллельных дорожек оказывалось ограниченным - и не очень-то впечатляющей цифрой.

К чести специалистов Thomson, надо сказать, традиция не стала шорами на их глазах. Они вовремя вспомнили об известном "шахматном" принципе расположения отдельных сердечников головок и предложили матричную структуру блока головок записи. Итак, на активной ферритовой площадке с размерами 6,9 x 2,4 мм сформирована матрица головок 32 x 12 = 384. Матрица изготовляется по планарной технологии. По этой технологии на плоской поверхности формируются соответствующие углубления, укладываются шины данных (32 шт.) и шины выбора (12 шт.). Все это заливается жидким стеклом, полируется, наносится слой сендаста, а затем путем фотолитографического травления формируются в нужных местах полюсные наконечники головок и рабочие зазоры. В результате имеется совокупность головок с длинами рабочих зазоров (а значит и шириной дорожек) 18 мкм. Матричное расположение головок дает возможность при записи размещать дорожки на ленте практически без промежутков.

Управление огромным числом головок выполняется следующим образом. Например, надо осуществить запись в головке, соответствующей элементу матрицы (n,m). Для этого в n-ую шину данных подается импульс тока с амплитудой в 3 раза меньше, чем требуется для записи импульса на магнитную ленту. Одновременно в m-ую шину выбора подается импульс тока с амплитудой, составляющей 2/3 от требуемой для записи. После суммирования магнитных полей от двух шин, результирующее поле уже способно намагнитить ленту и, соответственно, записать информационную единицу. Управляя с помощью контроллера всеми шинами данных и выбора можно осуществлять запись по всем дорожкам. Конечно, токи малой амплитуды в какой-то степени будут создавать паразитную намагниченность ленты по всем дорожкам, что в принципе должно стать источником помех. Однако, при соответствующем выборе магнитной ленты и алгоритма управления головками можно снизить эти помехи до приемлемого уровня. Следует также подчеркнуть, что несмотря на плотное, без промежутков, размещение дорожек, матричная структура физически отодвигает головки друг от друга, а это - самое надежное средство снижения перекрестных помех.

Итак, матричный блок магнитных головок позволяет осуществить запись с поперечной плотностью более 50 дорожек/мм.

Как осуществить воспроизведение сигналов, записанных по 384 дорожкам? Применение супермногодорожечного блока головок неизбежно порождает проблемы совместимости записей разных магнитофонов и слежения за дорожками. Как тут не вспомнить о вращающихся головках, где система автотрекинга обеспечивает точность слежения в несколько микрометров! Разработчики из Thomson Electronics и тут с'оригинальничали, сделав ставку на магнитооптическое воспроизведение информации, основу которого составляет эффект Керра - вращение плоскости поляризации при отражении от намагниченного материала. Здесь следует иметь в виду, что воспроизводить сигнал отраженным лучем лазера непосредственно с магнитной ленты весьма неэффективно из-за слабой отражающей способности и из-за того, что свет не может взаимодействовать непосредственно с магнитным материалом. В случае порошковых лент магнитные частицы покрыты слоем лака, а в случае металлизированной - имеется защитный поверхностный слой.

Решить проблему призвана специальная магнитооптическая головка. Она имеет следующую конструкцию. Две магнитооптические тонкие пленки разделены также тонким немагнитным слоем. Ширина пленок примерно равна ширине ленты. В рабочем режиме плоскости пленок и магнитной ленты касаются друг друга. При этом поле магнитной сигналограммы намагничивает обе пленки. Намагничивание пленок экспоненциально убывает по мере удаления от поверхности сигналограммы. Луч лазера цилиндрической линзой фокусируется в линию толщиной 5 мкм и падает на одну из пленок так, что линия света ортогональна оси ленты После отражения луч, в виде сфокусированной линии, поступает на специальный фотоприемник, в котором каждой дорожке ставится в соответствие определенный участок светового пятна (линии). Влияние намагниченности сводится к вращению плоскости поляризации отраженного луча в ту или иную сторону в зависимости от направления намагниченности. Модуляция записанным сигналом положения плоскости поляризации при прохождении луча через анализатор преобразуется в модуляцию интенсивности света. Через анализатор луч попадает на фотоприемник, на выходе которого осуществляется временное мультиплексирование (сложение) сигналов со всех дорожек. Существенно, что в такой конструкции нет разделения на отдельные головки, поскольку магниточувствительные пленки сплошные. Это обстоятельство избавляет от необходимости решать задачу точного позиционирования по дорожкам записи. Конечно, полностью эффект проникания сигналов из канала в канал не исключается и в этой схеме.

Тем, кто знаком с магнитооптическим эффектом Керра, должно стаь ясно, что рассмотренная выше воспроизводящая головка не позволит "выжать" приемлемый уровень сигнала. Что делать, эффект Керра весьма слаб, а намагниченность тонкой пленки незначительна. Поэтому в реальной головке потребовалось оптимизировать как используемые материалы, так и конструкцию. Прежде всего для тонких магнитных пленок использовали сендаст, который позволяет получить максимальное значение произведения Керровского вращения на эффективность тонкопленочной головки. Толщины пленок должны быть такими, чтобы получить максимальную магнитную индукцию при ширине оптического луча 5 мкм без магнитного насыщения. Расстояние между магнитными пленками должно быть оптимальным - это необходимо, чтобы повысить эффективность головки и снизить щелевые потери. При угле падения света в 50 град. это расстояние равно 250 нм, что приводит к минимуму на амплитудно-частотной характеристике вблизи длины волны записи 0,45 мкм. При таких геометрических параметрах головки максимальное керровское вращение достигается на длине волны окло 0,7 мкм лазерного излучения. Кроме того, первая магнитная пленка, на которую падает свет, делается полупрозрачной с тем, чтобы в прошедшем свете к Керровскому вращению плоскости поляризации добавилось Фарадеевское при прохождении через первую пленку. Для соблюдения необходимых фазовых соотношений прошедшего и отраженного лучей требуется, чтобы изолирующий слой выполнял роль четвертьволновой пластинки. Подложка, на которую наносятся магнитные пленки выполняется из материала с большим значением показателя преломления, что повышает магнитооптическую добротность. К примеру, у гадолиний-галлиевого граната - перспективного материала для рассматриваемых целей - показатель преломления 1,96.

При низких плотностях записи воспроизводимый импульс имеет обычную ассиметричную форму. Поскольку рассмотренная головка потокочувствительна, подобно магниторезистивной, то для нее, как и для обычной индуктивной, характерна большая чувствительность на низких частотах, а амплитуда сигнала практически не зависит от скорости ленты.

Сигнал на выходе головки как всегда подвержен воздействию различного рода помех. Упомянем наиболее существенные источники помех. Прежде всего назовем шум Шотки, обусловленный квантовой природой света. Шум этот пропорционален корню квадратному из числа фотоэлектронов, генерируемых в фотоприемнике. К нему надо добавить шум магнитной ленты, шум перемагничивания тонких пленок и собственные шумы электронной части аппаратуры. Однако, определяющим все же является шум Шотки, уровень которого при средних плотностях записи обеспечивает отношение с/ш около 23 дБ.

Одна из проблем при многодорожечной записи - это проникание сигнала из канала в канал. Основные источники проникания следующие. Магнитное проникание через сплошные магнитные пленки. Это проникание из-за малой толщины пленок незначительно. Более существенно оптическое проникание из-за аберраций, неизбежных при малой апертуре оптики, заметен вклад и фотонной диффузии в фотоприемнике. Суммарное проникание составляет около 20 дБ. Вообще говоря, проникание может быть снижено путем перекодировки сигналов для выравнивания знаков сигналов соседних дорожек.

Вся описанная выше система многодорожечной записи была реализована с использованием обычной металлизированной магнитной ленты 8 мм формата видеозаписи на скорости 2,6 см/с. Записывали сигналы по всем 384 дорожкам, используя для канального кодирования код 8/10 (см. нашу статью по канальному кодированию). Для воспроизведения использовали полупроводниковый лазер, генерирующий излучение с длиной волны 780 нм и мощностью 50 мВт. Воспроизводимый сигнал подвергался цифровому кодированию и фильтрации рекурсивным цифровым фильтром. Компенсация переходных помех и линейная коррекция осуществлялись двумерным цифровым фильтром. Использование цифровых методов записи и обработки сигналов позволило на ленте шириной 8 мм обеспечить запись цифрового потока в 20 Мбит/с с вероятностью ошибок не более одной стотысячной.

Анализируя полученные результаты, можно придти к выводу о реальности записи сигналов телевидения высокой четкости неподвижными головками на ленте шириной 25 мм. Но вопрос о том, сможет ли способ записи неподвижными головками составить конкуренцию способу записи вращающимися головками остается. В этом способе нет сложного узла вращающихся головок, но есть не менее сложные блоки головок записи и воспроизведения. Весьма важным является малая скорость ленты, благодаря чему износ головок может быть очень незначительным, так что они могут быть почти "вечными". Это обстоятельство может оправдать замену ими сложного узла вращающихся головок. Да и вообще малая скорость записи повысит надежность магнитной ленты и ее ресурс, что в экономическом отношении немаловажно. При реализации такого способа возникнут конечно сложности и другого плана. Как, например, организовать режимы стоп-кадра и монтажа?

Итак, сделан, и что несомненно, очень важный шаг в развитии аппаратуры магнитной записи изображений, притом обещающий внести нечто принципиально новое. И есть основания ожидать в недалеком будущем появления видеомагнитофонов с неподвижными магнитными головками, отличающимися относительно небольшими размерами, а также - и это важно - высокой надежностью.