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Dokumentenidentifikation DE69736921T2 12.04.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000849730
Titel Adaptive Bandantriebssteuerung für einen Videorecorder
Anmelder Deutsche Thomson-Brandt GmbH, 78048 Villingen-Schwenningen, DE
Erfinder Link, Hermann, 78166 Donaueschingen, DE
DE-Aktenzeichen 69736921
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 06.12.1997
EP-Aktenzeichen 971215132
EP-Offenlegungsdatum 24.06.1998
EP date of grant 08.11.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse G11B 15/18(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G11B 15/467(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   G11B 27/17(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   G11B 15/48(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Antriebsgeschwindigkeit eines Bandes zur Aufzeichnung und/oder Wiedergabe von Informationselementen, wie beispielsweise mit einem Videorecorder in Betriebsmodi, in denen das Band an vorbestimmten Positionen zum Stillstand kommen soll.

Derartige Betriebsmodi sind beispielsweise die Zeitlupen- und Standbildwiedergabe oder Einzelbildwiedergabe, wobei das Band von einem Videokopf derartig abgetastet wird, dass einzelne Elemente der auf diesem Band aufgezeichneten Bild- und/oder Toninformationen jeweils für eine vorgegebene Zeit ausgelesen werden. Hierzu wird das Band gespult, bis eine einem Videokopf entsprechend zugeordnete Spur von diesem abgetastet werden kann. Nach einer jeweils bestimmten Zeit wird das Band derart weitergespult, dass nachfolgende Spuren gelesen werden können.

Im Fall der Zeitlupenwiedergabe ergibt sich aus dem Verhältnis zwischen Standbildzeit und normaler Geschwindigkeit die jeweilige Zeitlupengeschwindigkeit, die gewöhnlich zwischen einem fünftel, einem zehntel sowie einem fünfundzwanzigstel der Normalgeschwindigkeit verändert werden kann. Da die Zeitlupen-Wiedergabe durch Starten und Bremsen ausgeführt wird, sind an den Bandantrieb besondere Anforderungen zu stellen. So wird der Capstanmotor bei Beginn der Abspiel-Phase durch einen Startimpuls auf eine für eine relativ kurze Zeit mittels Regelung konstant zuhaltende Geschwindigkeit beschleunigt, und bei Beginn der Standbild-Phase wieder gebremst. Die Steuerung der Start- und Stopp-Phasen gestaltet sich hinsichtlich der Gerätetechnik sehr aufwendig, und Geräte- und Bandtoleranzen haben dabei einen gewissen Einfluss auf das jeweilige Tracking in diesen Sondermodi mit entsprechender Auswirkung auf die Bildqualität.

US 4,482,850 beschreibt einen Steuerschaltkreis für einen DC – Capstanmotor einer Videobandeinrichtung zur Zeitlupen- oder Einzelbildwiedergabe. Um Fehler bei der Stopp-Position des Bandes zu vermeiden, wird ein Pulsbreite – Moduliertes Signal (PWM) an einen zu dem Capstanmotor der Videobandeinrichtung gehörigen Motorsteuerschaltkreis geliefert. Ein mit dem Motor verbundener Frequenzsignalgenerator (FG) erzeugt ein Frequenzsignal, das sich mit der Geschwindigkeit des Capstanmotors verändert, und das benutzt wird, um einen monostabilen Multivibrator auszulösen, der ein PWM-Signal erzeugt, dessen Nennverhältnis sich proportional zu der Geschwindigkeit des Capstanmotors ändert.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die Bildwiedergabequalität für Betriebsmodi der genannten Art zu verbessern.

Dieses Ziel wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und mittels eines Rekorders nach Anspruch 3 erreicht. Vorteilhafte Entwicklungen werden durch die Unteransprüche beschrieben.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, bei Zeitlupen- und Einzelbildwiedergabe die Rotorbewegung des Capstanmotors, und damit die Bandantriebsgeschwindigkeit, schon während der durch Beschleunigung gekennzeichneten Start-Phase zu erfassen und alle auftretenden Abweichungen von einem Soll-Geschwindigkeitsverlauf durch entsprechende Änderungen der Beschleunigung des Bandantriebs auszugleichen.

Erfindungsgemäß wird daher sogar während der jeweiligen Start-Phase wenigstens einmal eine Messung der Bandantriebsgeschwindigkeit durchgeführt, und der jeweils gemessene Wert wird mit einem entsprechenden Wert des Soll-Geschwindigkeitsverlaufs verglichen, so dass, im Falle einer Abweichung, eine Korrektur durch eine entsprechende Steuerung des Capstanmotors durchgeführt werden kann. Das hat den Vorteil, dass sich Abweichungen in der Start-Phase praktisch kaum auswirken können, oder zumindest soweit kompensiert werden, dass nach der Start-Phase für optimales Tracking, d.h. für eine optimale Spurführung, nur noch geringe Korrekturen erforderlich sind. Diese Korrekturen können dann in der Stopp-Phase vorgenommen werden, falls derartige Maßnahmen auch für diesen Bereich vorgesehen werden.

Der jeweilige Soll – Geschwindigkeitsverlauf für optimales Tracking in den Betriebsmodi der genannten Art ist im Rekorder abgespeichert und wird bereits mit der Entwicklung des jeweiligen Gerätetyps bestimmt bzw. errechnet.

Die Start-Phase und damit die Beschleunigung des Capstanmotors auf eine bestimmte Geschwindigkeit, die dann durch eine entsprechende Geschwindigkeitsregelung bis zum Beginn der jeweiligen durch Bremsen gekennzeichneten Stopp-Phase konstant gehalten wird, wird durch einen ihm zugeführten impulsartigen Erregerstrom bewirkt. Dieser Erregerstrom, der üblicherweise einen Höchstwert des zuführbaren Stroms darstellt und ein Durchschnittswert ist, bestimmt in diesem Fall den Verlauf der Bandgeschwindigkeit in der Start-Phase.

Dies bedeutet, dass ein zu erzielender Geschwindigkeits-Verlauf durch eine entsprechende Änderung des Erregerstromes bestimmt werden kann, was erfindungsgemäß für Änderungen der Beschleunigung des Bandantriebs während seiner Start-Phase ausgenutzt wird, indem, bei Abweichungen von dem jeweiligen Soll-Geschwindigkeitsverlauf, entsprechende Änderungen des Erregerstroms im Falle zu geringer Bandantriebsgeschwindigkeit zu größeren Werten hin, und im Falle zu hoher Geschwindigkeit entsprechende Änderungen zu kleineren Werten hin vorgenommen werden, wobei die Änderungen in vorteilhafter Weise während vorbestimmter Zeitfenster durchgeführt werden können. Durch die Verwendung von Zeitfenstern können relativ große Änderungen der Beschleunigung vorgenommen werden, ohne dabei den Wert der bereits erwähnten zwischen der Start- und der Stopp-Phase durch Reglung konstant zuhaltenden Geschwindigkeit zu überschreiten oder den Motor zu überlasten.

Derartige Änderungen des impulsartigen Erregerstroms lassen sich z.B. als entsprechende Amplitudenbegrenzungen oder, bei einer Motoransteuerung mittels PWM-Signalen, mittels entsprechender Puls-Pausenverhältnisse realisieren.

Die auf diese Weise ermittelten Werte für die jeweiligen Änderungen des Erregerstroms gelten aber streng genommen für das dabei verwendete Band oder den in einer Kassette gelagerten bandförmigen Aufzeichnungsträger. Bei weiterer, d.h. bei einer nicht durch einen Kassettenwechsel unterbrochenen Verwendung des Aufzeichnungsträgers, können die zuerst ermittelten Werte der Erregerstrombegrenzung für erneute Aktivierungen von Sondermodi der genannten Art abgespeichert werden, so dass in vorteilhafter Weise Neuberechnungen entfallen können. Neuberechnungen entsprechender Erregerstromwerte werden dann lediglich bei einem Kassettenwechsel sowie bei Änderungen der Betriebsbedingungen, z.B. infolge Alterung oder erheblicher Temperaturwechsel, vorgenommen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigen:

1 ein Diagramm mit einem für Zeitlupen- und Einzelbildwiedergabe typischen Geschwindigkeitsverlauf des Bandantriebs,

2 ein vereinfachtes Blockschaltbild der Capstan-Servoschaltung, und

3 eine Steuerschaltung zur erfindungsgemäßen Steuerung des Bandantriebs.

1 zeigt schematisch anhand von Diagrammen a) und b) beispielhafte, durch einen Capstanmotor M (2) bewirkte, Geschwindigkeitsverläufe A, B und C während des Vorschubs eines bandförmigen, nicht dargestellten Aufzeichnungsträgers, im folgenden Band genannt, in den Sonderbetriebsarten Zeitlupen- und Einzelbildwiedergabe, wobei die Ordinaten der Diagramme ein Maß für die Bandgeschwindigkeit v sind, während die Abszissen der Diagramme ein Zeitmaß t bilden. Mit A ist der Soll-, mit C der erfindungsgemäße und mit B der Ist-Geschwindigkeitsverlauf darstellt.

Dem Motor M werden während der jeweiligen Startphase t0–t1 bzw. t0–t'1, sowie bei der durch Bremsen gekennzeichneten Stopp-Phase t2–t3 bzw. t2–t'3, ein oder mehrere in ihrer Amplitude und Dauer vorgegebene Spannungs- oder Stromimpulse zugeführt, die bewirken, dass der Motor M auf die zu regelnde Geschwindigkeit Vsoll beschleunigt bzw. bei Erreichen der Sollposition des Bandes in Bezug auf den abtastenden, nicht dargestellten Videokopf von dieser auf die Geschwindigkeit V0 bzw. zum Stillstand gebracht wird. Zur Messung der jeweiligen Bandgeschwindigkeit wird dabei in bekannter Weise die von einem mit dem Motor M starr verkoppelten Tachogenerator während der Motorbewegung abgegebene Folge von Impulsen FG verwendet. Als Referenz für das Einleiten eines Stopp-Vorganges wird der jeweilige als Synchronisiersignal in der Längsspur des Bandes aufgezeichnete Kontrollimpuls CTL verwendet.

Die Geschwindigkeitsverläufe A und B sind in der Start- und in der Stopp-Phase jeweils durch eine annähernd lineare Geschwindigkeitszunahme und -abnahme gekennzeichnet. Wie mit dem Verlauf B dargestellt, kann sich z.B. aufgrund eines Lastwechsels infolge eines Bandkassettenwechsels die Startphase um die Zeitdifferenz (t'1–t1) verlängern. Das hat zur Folge, dass auch der jeweilige Bandvorschub später beendet wird, d.h. erst zum Zeitpunkt t'3, wobei für den Verlauf B der vorgenannte Lastwechsel nicht berücksichtigt wurde. Aufgrund der mit konstanter Geschwindigkeit rotierenden das Band abtastenden Köpfe kommt es zu Trackingfehlern.

Erfindungsgemäß wird daher sogar während der jeweiligen Start-Phase wenigstens einmal eine Bandantriebsgeschwindigkeits-Messung durchgeführt, und der jeweilig gemessene Wert wird mit einem entsprechenden Wert für den Soll- Geschwindigkeitsverlauf A verglichen, mit dem Ergebnis, dass – wie durch Verlauf C dargestellt, der sich der Einfachheit halber nur in der Start-Phase vom Verlauf A unterscheidet – im Falle von Abweichungen vom Soll-Geschwindigkeitsverlauf Korrekturen durch entsprechende Änderungen der Beschleunigung bewirkende Steuerungen des Capstanmotors M durchgeführt werden können.

2 zeigt anhand eines vereinfachten Blockschaltbildes eine Servoschaltung für den Bandantrieb, in der neben dem elektronisch kommutierten Capstanmotor M eine elektronische Motorsteuerschaltung 2, ein mit der Motorwelle starr verkoppelter Tachogenerator 3, zwei Signalformer 4, 5 und eine Schaltung 1 zum Regeln und Steuern des Capstanmotors M dargestellt sind. Die Schaltung 1 kann z.B. Teil eines in heutigen Videorekordern üblicherweise verwendeten Mikroprozessors für die Servo- und Ablaufsteuerungen sein.

Von der Motorsteuerschaltung 2, die ebenfalls als integrierter Motorschaltkreis ausgebildet werden kann, sind der Einfachheit halber lediglich die für die Beschreibung der Erfindung wesentlichen Blöcke 21 und 22 dargestellt, wobei Block 22 die den Capstanmotor M mit Erregerstrom versorgenden und elektronisch kommutierenden Endstufen darstellen soll, während sich Block 21 auf eine Verstärkerschaltung zum Einstellen des jeweiligen Erregerstroms beziehen soll. Die Endstufen, die durch das Ausgangssignal des Verstärkers 21 gesteuert werden, können z.B. als Brückenendstufen 221 ausgebildet sein.

Die Verstärkerschaltung 21, von der in 3 ein detailliertes Ausführungsbeispiel dargestellt ist, weist neben einem invertierenden Steuereingang einen ersten sowie einen zweiten nicht invertierenden Steuereingang auf.

Der erste nicht invertierende Steuereingang ist über den ersten Signalformer 4 mit einem ersten Signalausgang der Schaltung 1 verbunden. Diese Signalverbindung dient zu der Zufuhr der in Schaltung 1 erzeugten Regelspannung UR, die während der Geschwindigkeitsregelung von Capstanmotor M bei Regelabweichungen entsprechend variiert und in der Start-Phase bis Einsetzen der Geschwindigkeitsregelung einen konstanten Wert für einen maximalen Erregerstrom annimmt.

Der zweite nicht invertierende Steuereingang der Verstärkerschaltung 21 ist über den zweiten Signalformer 5 mit einem zweiten Signalausgang der Schaltung 1 verbunden. Diese Signalverbindung dient zu der Zufuhr einer in Schaltung 1 erzeugten Steuerspannung UL, die in der Start-Phase oder bis zum Einsetzen der Geschwindigkeitsregelung durch Begrenzung des maximalen Erregerstroms den Geschwindigkeitsverlauf bestimmt, indem die Steuerspannung UL auf einem konstanten Wert gehalten wird und, im Falle von Korrekturen (siehe Verlauf C in 1), aufgrund von Abweichungen von dem Soll-Geschwindigkeitsverlaufs A entsprechend variiert wird, wobei die jeweilige Variation der Steuerspannung UL vorzugsweise während vorbestimmter Zeitfenster erfolgt. Während der Geschwindigkeitsregelung wird die Steuerspannung UL jedoch auf einem konstantem Wert gehalten.

Die Steuerspannung UL sowie die Regelspannung UR werden von der Schaltung 1 jeweils als PWM-Signal ausgegeben, das durch den im einfachsten Fall mit einem RC-Tiefpassfilter gebildeten Signalformer 4 oder 5 in ein Signal mit kontinuierlichem Verlauf geformt wird, bevor es an den ersten oder zweiten nicht invertierenden Steuereingang der Verstärkerschaltung 21 gelangt.

Der invertierende Steuereingang der Verstärkerschaltung 21 dagegen ist über eine Referenzspannungsquelle Uref mit Bezugsmassepotential verbunden. Zur Regelung und Steuerung des Motors M werden der Schaltung 1 die vom Tachogenerator 3 erzeugten Impulse FG und die von der Längsspur des Bandes als Synchronsignal verwendeten CTL-Impulse zugeführt.

3 zeigt die Verstärkerschaltung 21 zur erfindungsgemäßen Steuerung des Bandantriebes. Sie wird im Wesentlichen durch eine Differenzverstärkerstufe mit einer Konstantstromquelle gebildet. Die Differenzverstärkerstufe besteht im Wesentlichen aus den beiden npn-Transistoren T1 und T2, wobei die den nicht invertierenden ersten Steuereingang bildende Basis von Transistor T1 über den Signalformer 4 mit der Schaltung 1 verbunden ist, während die den invertierenden Steuereingang bildende Basis von Transistor T2 an die Referenzspannung Uref angeschlossen ist. In diesem Fall wird die Referenzspannung Uref vorzugsweise durch eine Vorspannung Ubias in Verbindung mit dem Spannungsabfall an einem vom Motorstrom IMotor durchflossenen Widerstand R3 gebildet, so dass die Referenz in jedem Fall dem aktuellen Motorstrom entspricht. Damit sind der Motorstrom, und somit auch die den Motor M beschleunigende Kraft, proportional der am jeweiligen Steuereingang anliegenden Steuerspannung. Der Signalausgang des Differenzverstärkers, der zu der Steuerung von Motor M mit entsprechenden Steuereingängen der Endstufen 22verbunden ist, wird durch den Kollektor des zweiten Transistors T2 gebildet, der hierzu über einen Arbeitswiderstand R1 mit der Betriebsspannung +UB verbunden ist.

Die zwischen der Differenzverstärkerstufe und Bezugsmassepotential angeordnete Konstantstromquelle wird durch einen npn-Transistor T3 gebildet. Dessen Emitter ist über einen Widerstand R2 mit Bezugsmassepotential verbunden. Dessen Basis bildet den zweiten, über den Signalformer 5 mit der Schaltung 1 verbundenen, nicht invertierenden Steuereingang der Verstärkerschaltung 21.

Die soweit beschriebene Schaltung arbeitet wie folgt:

Der Start des Motors M erfolgt durch die Steuerspannung UL, die – wie bereits erwähnt – den Erregerstrom in der Start-Phase bestimmt, wobei bis zum Einsetzen der Geschwindigkeits-Regelung die dem anderen oder ersten nicht invertierenden Steuereingang der Verstärkerschaltung 21 zugeführte Spannung UR auf einen für maximalen Erregerstrom vorgegebenen konstanten Wert gesteuert wird. Die Beschleunigung des Motors M wird, wie auch dessen Geschwindigkeit, mit Hilfe von Tachogenerator 3 überwacht. Nach dem Start wird die Zeit bis zum Auftreten des ersten Tachoimpulses FG und der folgenden Impulse FG oder zwischen diesen bestimmt. Im dem Fall einer Abweichung von Sollwerten, die z.B. in der als Steuerschaltung und Regler arbeitenden Schaltung 1 gespeichert sein können, werden durch Änderung der PWM und damit der Steuerspannung UL eine oder mehrere entsprechende Änderungen der Beschleunigung vorgenommen. Hierdurch wird die Geschwindigkeit dem Soll-Geschwindigkeits-Verlauf A angepasst. Die jeweilige Änderung der Steuerspannung UL wird dabei vorzugsweise während vorbestimmter Zeitfenster durchgeführt. Für die jeweilige Zeitmessung lässt sich in vorteilhafter Weise ein in den Servoprozessoren heutiger Videorekorder ohnehin vorhandener mit einer Taktfrequenz getakteter Zähler verwenden.

Sobald die Motorgeschwindigkeit in den geregelten Zustand übergeht oder in den Fangbereich der Regelung gerät, wird unter Beibehaltung Steuerspannung UL aus der Spannung UR für maximalen Erregerstrom die Regelspannung UR, die infolge von Abweichungen von der auf einen konstanten zu regelnden Wert (z.B. 23,9 mm bei VHS) Motorgeschwindigkeit entsprechend variiert, und deren Betrag im Vergleich zur Start-Phase wesentlich geringer ist. Mit dem Auftreten des jeweiligen Kontrollimpulses CTL wird dann die Stopp-Phase eingeleitet.

Bei Zeitlupenwiedergabe bei einem mit drei rotierenden Videoköpfen ausgestatteten Videorekorder kann der jeweilige Bandvorschub z.B. 60 bis 70 msec dauern.

Die für die Start-Phase beschriebene Überwachung und Steuerung kann im Prinzip auch für die Stopp-Phase angewendet werden.


Anspruch[de]
Verfahren zu der Wiedergabe von Signalen auf einem bandförmigen Aufzeichnungsträger in einem Zeitlupen- oder Einzelbildwiedergabemodus mit einem Rekorder, der aufweist:

eine Startphase (t0–t1), während der ein Capstanmotor (M) auf eine Sollgeschwindigkeit (V0) beschleunigt wird, eine mittlere Phase, in der der Capstanmotor (M) auf eine konstante Geschwindigkeit (V0) geregelt wird, und eine Stopp-Phase (t2–t3), während der der Capstanmotor (M) durch Bremsen zu einem Stillstand gebracht wird, und mit dem Verfahren, das folgende Schritte umfasst:

Messung der Geschwindigkeit des Capstanmotors (M) bereits während der Start-Phase mittels eines Tachogenerators (3) und Bestimmen einer Spannung (UR), die einem maximalen Erregerstrom des Capstanmotors (M) entspricht,

des Weiteren eine Steuerspannung (UL) liefert, um eine Änderung der Beschleunigung zu erreichen, welche die Geschwindigkeit des Capstanmotors (M) im Falle einer Abweichung von einem vorgegebenen Sollwert korrigiert;

Steuerung der Beschleunigung des Capstanmotors (M) auf der Grundlage des maximalen Erregerstroms; und

sobald die Geschwindigkeit des Capstanmotors in den geregelten Zustand der mittleren Phase wechselt, oder sich in den Fangbereich der Regelung bewegt, während die Steuerspannung (UL) beibehalten wird, die Spannung (UR), die dem maximalen Erregerstrom entspricht, die Regelspannung wird, welche wegen Abweichungen der Geschwindigkeit des Capstanmotors geregelt werden muss, die zur Regelung des Capstanmotors auf eine konstante Geschwindigkeit entsprechend verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Änderung der Beschleunigung während eines vorbestimmbaren Zeitfensters ausgeführt wird. Rekorder zum Aufzeichnen auf ein Aufzeichnungsmedium in Bandform und/oder Wiedergabe von einem Aufzeichnungsmedium in Bandform, wobei der Rekorder wenigstens einen Sonderbetriebsmodus der Zeitlupe- und/oder Standbildwiedergabe hat, der umfasst:

einen Capstanmotor (M), der mit einer Servoschaltung (15) verbunden ist, die zur Steuerung der Beschleunigung eines Bandantriebes in einer Startphase (t0–t1) einsetzbar ist, während der ein Capstanmotor (M) auf eine Sollgeschwindigkeit (V0) beschleunigt wird, eine mittlere Phase, in der der Capstanmotor (M) auf eine konstante Geschwindigkeit (V0) geregelt wird, und eine Stopp-Phase (t2–t3), während welcher der Capstanmotor (M) durch Bremsen zum Stillstand gebracht wird, wobei

die Servoschaltung (15) die Geschwindigkeit des Capstanmotors (M) bereits während der Startphase mittels eines Tachogenerators (3) misst, dadurch gekennzeichnet, dass die Servoschaltung während der Startphase zusätzlich eine Spannung (UR) bestimmt, die einem maximalen Erregerstrom des Capstanmotors (M) entspricht,

des Weiteren eine Steuerspannung (UL) liefert, um eine Änderung der Beschleunigung zu erreichen, welche die Geschwindigkeit des Capstanmotors (M) im Falle einer Abweichung von einem vorbestimmten Sollwert korrigiert;

die Beschleunigung des Capstanmotors (M) auf der Grundlage des maximalen Erregerstroms steuert; und,

sobald die Geschwindigkeit des Capstanmotors in den geregelten Zustand der mittleren Phase wechselt, oder sich in den Fangbereich der Regelung bewegt, während die Steuerspannung (UL) beibehalten wird, die Spannung (UR), die dem maximalen Erregerstrom entspricht, die regelnde Spannung wird, die wegen Abweichungen der Geschwindigkeit des Capstanmotors geregelt werden muss, entsprechend verändert wird, um den Capstanmotor (M) auf eine konstante Geschwindigkeit zu regeln.






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