VIDEOREGISTRAZIONE
VIDEOREGISTRAZIONE
Videoregistrazione magnetica. - È la tecnica mediante la quale il segnale televisivo è memorizzato su un supporto magnetico; gli apparecchi costruiti a questo fine sono detti videoregistratori. A seconda delle applicazioni per le quali sono progettati, i videoregistratori presentano caratteristiche molto diverse. Per la produzione professionale di programmi televisivi è indispensabile disporre di apparati estremamente affidabili, che garantiscano la totale compatibilità tra macchina e macchina e che siano dotati di capacità operative tali da fornire la massima qualità e permettere di ridurre al minimo i tempi di lavorazione. Per il giornalismo elettronico (ENG, Electronic News Gathering) occorrono apparati robusti ed estremamente leggeri, in grado di funzionare anche in condizioni ambientali ostili; per usi domestici sono determinanti il costo contenuto e la semplicità d'uso. A causa dell'occupazione spettrale del segnale video, contrariamente a quanto accade per la registrazione del suono, non è possibile registrare il segnale in banda base ed è necessario ricorrere, nel caso della registrazione analogica, a un processo di modulazione di frequenza con basso indice di modulazione. Nel caso di registrazione digitale si ricorre invece a una codifica di canale che permette di sagomare lo spettro dei dati in funzione delle caratteristiche del canale e di ottenere un'efficiente rigenerazione della frequenza di segnalazione in fase di riproduzione del segnale, a velocità anche diversa da quella nominale. In entrambi i casi, per registrare lunghezze d'onda dell'ordine del micrometro, che rappresenta l'attuale limite imposto dalle caratteristiche tecnologiche dei nastri magnetici e dalle testine video, occorrono velocità nastro-testine dell'ordine di diversi metri al secondo, che in pratica non si possono raggiungere con il solo trascinamento longitudinale del nastro. Per questo motivo, tutti i sistemi di v. sviluppati sino a oggi utilizzano il principio delle testine video rotanti.
Le testine vengono montate su un tamburo rotante attorno al quale il nastro magnetico viene avvolto in modo tale da venire scandito lungo tracce inclinate; la velocità relativa nastro-testina, e la corretta inclinazione delle tracce registrate, sono ottenute dalla combinazione delle velocità di rotazione del tamburo e di avanzamento longitudinale del nastro. In tutti i sistemi di v. la rotazione del tamburo è sincrona con la frequenza di quadro del segnale televisivo. Il sistema è detto non segmentato quando l'informazione relativa a ciascun semiquadro televisivo è contenuta in una sola traccia registrata; è detto segmentato quando risulta suddivisa su tracce diverse.
Nei sistemi analogici l'informazione audio è normalmente registrata su una o più piste longitudinali; nel caso di registratori digitali i dati relativi all'audio sono registrati, insieme al video, dalle testine rotanti. Per localizzare con precisione, in fase di riproduzione, l'esatta posizione delle tracce sul nastro, e consentire un corretto montaggio dei programmi registrati (editing), viene incisa una pista longitudinale di controllo (control track). In alcuni casi viene registrato, su un'ulteriore pista longitudinale, un codice temporale (time code) che consente l'identificazione dei singoli quadri memorizzati sul nastro.
Per l'accoppiamento meccanico tra nastro e tamburo rotante i moderni videoregistratori utilizzano il sistema denominato elicoidale. Sul tamburo rotante sono montate una o più testine e il nastro viene avvolto secondo un arco di elicoide. Se è prevista una sola testina di registrazione, il nastro è avvolto sul tamburo con un angolo il più vicino possibile a 360° (fig. 1), e si fa in modo che il periodo in cui la testina non è a contatto con il nastro coincida con righe della cancellazione di quadro del segnale televisivo. Se il sistema prevede, come nella maggioranza dei casi, due testine di registrazione, il nastro viene avvolto sul tamburo con un angolo di elicoide leggermente superiore a 180° (fig. 2). In questo modo vi è sempre almeno una testina a contatto con il nastro.
Si possono distinguere tre classi di videoregistratori: quelli che registrano il segnale video codificato (PAL, NTSC e SECAM) senza separare nel processo di registrazione le componenti di luminanza e di crominanza, quelli che registrano separatamente le componenti di crominanza e luminanza, e quelli che, pur trattando segnali codificati, separano le informazioni di luminanza e di crominanza e, prima della registrazione, operano una trasposizione di frequenza dell'informazione di crominanza. Alla prima classe appartengono i registratori professionali, utilizzati per la produzione e post-produzione di programmi televisivi realizzati con impianti predisposti per il trattamento dei segnali codificati; attualmente la maggior parte dei centri di produzione di programmi televisivi opera in questo modo per la semplificazione d'impianto che questa scelta consente rispetto a quella con segnali in componenti, specie se analogici. Alla seconda appartengono i videoregistratori adatti a funzionare in ambienti con segnali in componenti (Y, R-Y e B-Y); tali impianti consentono di ottenere una qualità migliore nella fase di lavorazione del segnale, ma richiedono una maggiore complessità degli impianti, specie se analogici. I videoregistratori professionali a componenti possono essere incorporati nelle telecamere e trovano applicazione per le riprese di giornalismo elettronico. La terza classe, che sacrifica parte della qualità alla semplicità d'uso e al costo ridotto, comprende la totalità degli attuali formati di registrazione domestici e alcuni standard utilizzati, specie in passato, per il giornalismo elettronico.
Registrazione professionale analogica di segnali codificati. - Il segnale video codificato viene modulato in frequenza con basso indice di modulazione. Poiché le componenti di crominanza generano bande laterali con energia significativa al limite dello spettro del segnale registrato, per evitare la nascita di distorsioni non lineari quali guadagno e fase differenziale, occorre un'equalizzazione molto precisa della curva livello-frequenza del canale di riproduzione. Inoltre, per evitare rotazioni spurie della fase della sottoportante di colore, l'errore residuo della base-tempi del segnale dopo il processo di registrazione e riproduzione non deve superare i ±3 ns. Tali caratteristiche rendono questi registratori particolarmente costosi e complessi.
Il primo formato di videoregistratore professionale, utilizzato tuttora per la riproduzione del materiale di archivio, è stato introdotto nel 1956 e normalizzato dall'IEC (International Electrotechnical Commission) con la pubblicazione 347 (Transverse track recording). Si tratta del sistema denominato trasversale o quadruplex. Impiega nastri di 5,08 cm (due pollici) registrati, con tracce quasi perpendicolari all'avanzamento del nastro, per mezzo di quattro testine montate su un tamburo rotante che nello standard G (625 righe, 50 Hz) ruota alla velocità di 15.000 giri al minuto (fig. 3). La velocità nastro-testina è di oltre 40 m/s. Si tratta di un sistema segmentato nel quale su ciascuna traccia è registrata l'informazione di 16 o 17 righe televisive. La peculiarità di questo formato è di consentire il montaggio mediante taglio e ricongiunzione dei nastri con tecniche simili a quelle utilizzate nel campo audio; le caratteristiche meccaniche sono tali da contenere l'errore della base-tempi nei limiti correggibili con tecnologie analogiche, le uniche disponibili all'epoca in cui venne introdotto il formato. La nascita di correttori numerici della base-tempi (TBC, Time Base Corrector) ha permesso di aumentare la dinamica di correzione e di conseguenza l'impiego nel campo professionale di sistemi elicoidali, che pur introducendo errori della base-tempi maggiori, consentono migliori capacità operative rispetto ai sistemi trasversali. A differenza di quelli trasversali i sistemi elicoidali possono essere dotati di testine ausiliarie che leggono il segnale sul nastro durante la fase di registrazione. Ciò rende possibile un'accurata e veloce messa a punto degli apparati e un controllo sicuro della registrazione in corso. I formati elicoidali non segmentati favoriscono inoltre una più facile ricostruzione dell'immagine durante le operazioni che si effettuano a velocità diversa da quella nominale (fermo immagine, effetto rallentato, riavvolgimento del nastro, ecc.). Appartengono a questa categoria i sistemi normalizzati dall'IEC tramite le pubblicazioni IEC 602 (Type B helical video recorder) e IEC 558 (Type C helical video tape recorder). Entrambi utilizzano nastri di altezza 25,4 mm (un pollice) montati su bobine; il primo è un sistema segmentato, il secondo invece non segmentato (figg. 4 e 5).
Registrazione analogica in componenti. - Viene effettuata tramite sistemi elicoidali non segmentati nei quali le informazioni di crominanza e di luminanza giacciono su tracce contigue. Il nastro è contenuto in cassette ed è caricato automaticamente sul tamburo all'atto dell'inserimento della cassetta. Su una traccia è registrata la componente di luminanza modulata in frequenza, e sulla traccia contigua l'informazione relativa ai segnali differenza colore R-Y e B-Y opportunamente multiplati. Per registrare i due segnali differenza colore sulla stessa traccia gli attuali registratori a componenti adottano il criterio della multiplazione nel dominio del tempo, mediante la quale i segnali vengono compressi e serializzati a livello di riga prima della modulazione di frequenza (fig. 6). Funzionano secondo questi principi i sistemi Betacam e MII. Il sistema Betacam, denominato anche formato L, descritto nel documento IEC 60B 89, è raccomandato dall'EBU (European Broadcasting Union) per lo scambio di programmi nel giornalismo elettronico qualora vengano realizzati con formati di registrazione analogici in componenti.
Insieme a due canali audio convenzionali, registrati su piste longitudinali, è possibile registrare, utilizzando le testine rotanti, due canali audio aggiuntivi modulati in MF. Con la modulazione di frequenza si ottiene una qualità migliore rispetto a quella dei canali audio longitudinali, ma non il montaggio del suono separato dal video (opzione presente anche su alcuni registratori domestici). I registratori in componenti forniscono una qualità sufficiente per poter essere impiegati anche per la produzione e postproduzione professionale di programmi televisivi, e normalmente accettano in ingresso anche segnali codificati. In questo caso prima del processo di registrazione il segnale viene decodificato per ottenere le componenti Y, R-Y e B-Y. La decodifica ha effetti negativi sulla qualità del segnale, specialmente nel caso di riversamenti successivi, ed è quindi sconsigliato impiegare questo tipo di registratori con segnali codificati, per lavorazioni complesse del segnale video.
Registrazione analogica con separazione tra luminanza e crominanza. - I registratori finora descritti hanno un costo e una complessità che ne limitano l'applicazione al solo livello professionale. Rinunciando in parte ai requisiti di qualità imposti dall'applicazione professionale è possibile ridurre i costi e realizzare apparati più semplici dal punto di vista operativo. Si tratta di registratori elicoidali non segmentati a due testine di registrazione, in cui la componente di luminanza viene separata da quella di crominanza, limitata in banda (in genere a circa 3 MHz) e modulata FM con basso indice di modulazione.
La componente di crominanza estratta dal segnale d'ingresso e limitata di banda, viene trasferita nella parte inferiore dello spettro non occupata dalla componente di luminanza modulata FM. Questo processo viene denominato eterodina, a causa della conversione di frequenza del segnale di crominanza, o anche colour under, in quanto la posizione spettrale relativa dei segnali di luminanza e di crominanza viene invertita rispetto al segnale televisivo codificato. Il processo descritto consente di osservare su un televisore il segnale riprodotto e ricostruito tramite un processo di conversione complementare, senza dover ricorrere a un correttore della base-tempi. Funzionano secondo questo principio i sistemi U-MATIC, U-MATIC H e U-MATIC SP e tutti i sistemi analogici di tipo domestico (VHS, S-VHS, Betamax, 8 mm, ecc.).
Registrazione numerica. - Il vantaggio principale della registrazione numerica consiste nella possibilità di effettuare un gran numero di riversamenti (registrazioni successive) senza che si accumulino le distorsioni, diversamente da quanto avviene nel caso della registrazione analogica, e di consentire sistemi di autodiagnostica molto efficienti. A differenza dei sistemi analogici, nei quali tutti i formati di registrazione adottano la modulazione di frequenza, per adattare lo spettro del segnale alle caratteristiche del canale di registrazione-riproduzione, nei registratori numerici, invece, si ricorre a tecniche di codifica di canale. Il codice ha lo scopo di ridurre il valore della componente continua, di concentrare l'informazione in una banda di frequenza limitata, di consentire un'efficace rigenerazione della frequenza di segnalazione (clock), anche a velocità diversa da quella nominale, e non deve introdurre la propagazione degli errori. L'obiettivo è quello di registrare il maggior numero di dati (elevata packing density) senza compromettere la robustezza del formato, in modo da mantenere la perfetta compatibilità tra apparato e apparato anche in presenza di registrazioni effettuate in condizioni climatiche estreme.
Si utilizzano tecniche di correzione degli errori mediante codici di protezione del tipo Reed Solomon e tecniche di distribuzione dell'informazione sul nastro e di mascheramento (concealment) in modo da ridurre l'effetto soggettivo degli errori non correggibili. In condizioni normali di funzionamento tutti gli errori debbono poter essere identificati e corretti; si ricorre al mascheramento, che sostituisce l'informazione errata con un'altra ottenuta tramite un processo d'interpolazione degli elementi d'immagine (pixel) adiacenti, solamente in caso di difetti del nastro o di cattivo funzionamento di una o più testine. Il primo formato numerico, denominato D1 (Fig. 6), apparso sul mercato nel 1986, è stato sviluppato per registrare segnali in componenti, quantizzati con parole di 8 bit, conformi alla raccomandazione UIT 601. Il nastro magnetico, di altezza 19 mm, è contenuto in cassette. Questo formato ha trovato applicazioni nell'area di trattamenti di grafica elettronica e di post-produzione complessi ma, a causa dell'alto costo iniziale e della struttura degli impianti esistenti, progettati per trattare segnali codificati (PAL, NTSC, ecc.), ha avuto una scarsa diffusione negli impianti convenzionali per la produzione dei programmi delle compagnie televisive. Per consentire l'introduzione di registratori numerici negli impianti di produzione che trattano segnali codificati, sono stati successivamente introdotti nuovi formati di registrazione: nel 1988 il formato D2 (Fig. 7) e nel 1989 il formato D3. In entrambi i casi viene registrato il segnale video codificato campionato a 4 volte la frequenza di sottoportante (nel caso PAL circa 17,7 MHz); nel formato D2 le cassette hanno le stesse dimensioni di quelle per il D1, mentre il D3 utilizza cassette da mezzo pollice.
Nel caso del D1, il codice di canale scelto è il RNRZ (Randomized Non Return to Zero); la minima lunghezza d'onda registrabile è di 0,9 μm, mentre la larghezza di traccia è di 40 μm. Nel formato di registrazione D2, la minima lunghezza d'onda registrata è di 0,8 μm e la larghezza di traccia di circa 35 μm (per il sistema PAL). Il codice di canale è il Miller2. Il formato D3 presenta tracce di circa 18 μm di larghezza e lunghezze d'onda di circa 0,7 μm (per il sistema PAL). Il formato D3 adotta un codice di canale del tipo a blocchi 8-14. Nel prossimo futuro non si prevedono ulteriori sviluppi per la registrazione numerica di segnali codificati (PAL, NTSC, ecc.).
Nel campo della registrazione in componenti, l'evoluzione delle tecniche di v. ha permesso l'introduzione di formati con una più alta densità di registrazione e quindi più convenienti dal punto di vista economico. Nel 1993 è stato introdotto il formato Digital Betacam che accetta in ingresso segnali conformi alla raccomandazione UIT 601, quantizzati con 10 bit. Il formato utilizza cassette con nastro da mezzo pollice, un codice di canale del tipo ''risposta parziale classe IV'', tracce di 26 μm di larghezza e lunghezze d'onda di circa 0,6 μm. Inoltre, al fine di diminuire la quantità di dati registrati, il segnale video viene sottoposto a riduzione della ridondanza basata sulla Trasformata Coseno (DCT) con un fattore di compressione di circa due. Pur perdendo la trasparenza matematica ai segnali d'ingresso, il sistema permette di mantenere una buona qualità anche nella fase di postproduzione del programma televisivo. Il formato Digital Betacam ha un forte grado di compatibilità meccanica con il formato di registrazione Betacam e sono stati commercializzati apparati digitali in grado di riprodurre anche le cassette analogiche. Nel 1994 è stato introdotto il formato di registrazione D5 in grado di registrare segnali quantizzati con 10 bit, conformi alla raccomandazione UIT 601, senza ricorrere a tecniche di riduzione della ridondanza. In questo caso la compatibilità meccanica è con il formato D3, e l'unico parametro differente è il consumo di nastro che risulta circa il doppio.
Per il mercato non professionale è stato raggiunto l'accordo tra i maggiori costruttori per un sistema numerico denominato DV (o DVC), la cui introduzione sul mercato è prevista in tempi brevi. Tale sistema, pur utilizzando tecniche di riduzione della ridondanza, offre una qualità molto buona e potrebbe soppiantare nel prossimo futuro il formato analogico VHS.
Bibl.: G. White, Video recording: record and replay systems, Londra 1972; ITU CCIR, Sound tape recording. Television tape recording and film techniques for international exchange of programmes, Ginevra 1985; J. Watkinson, The D2 digital video recording, Oxford 1990; Id., The D3 digital video recording, ivi 1992.