录像机的原理

第四章磁带录像机4.1磁记录基础一、铁磁材料及其特性

物质就其磁特性而言，可分为：顺磁物质≧1、抗磁物质≦1、铁磁物质≫1,三类。铁磁物质的特点：有良好的导磁性；在外磁场作用下，能产生很强的磁感应强度；当外磁场撤去后仍保留磁性——剩磁。1.磁滞回线硬磁材料：制造磁带；软磁材料：制造磁头。Bm—饱和磁感应强度Brm—最大剩余磁感应强度He—矫顽磁场强度2.二、磁记录原理当磁带以一定速度相对于磁头移动时，被磁化的磁带在离开磁头缝隙之后，就留下了与信号成比例的剩磁，叫做磁迹。三、磁性重放原理3.四、消磁原理消磁方式：直流消磁；交流消磁。4.五、磁头与磁带（一）磁头1、视频磁头（1）单体磁头

（2）复合磁头

2、音频及控制磁头

3、全消磁头5.（二）磁带1、磁带的结构（1）带基（2）磁性层2、磁带的分类（1）氧化物磁带

（2）金属磁带金属涂敷磁带金属镀膜磁带6.

4.2视频信号的录放原理一、旋转磁头的由来录放的最高频率受到两个方面的限制，一个是磁带速度V；一个是磁头工作间隙g；关系式为：fmax=V/2g取磁隙宽度g=0.3um，磁带速度则达到：V=2gfmax=2

0.310-6

6106=3.6m/s7.二、旋转磁头的构造（一）上磁鼓（二）下磁鼓（三）旋转变压器作用：将高速旋转中的磁头扫描的信号通过无接触电磁感应的方法传送到录像机基板上来。上磁鼓的功能：1）安装视频旋转磁头；2）带动磁头稳定旋转扫描；3）磁鼓外表面刻有5条线槽，使磁带与磁鼓表面之间有一定气隙，以维持固定的张力；4）上磁鼓表面十分光滑，是校正上磁鼓中心的基准圆周面。下磁鼓的作用：1）安装磁鼓马达；2）装有速度和相位检测器件，以测定其瞬时状态，并输出测速脉冲fg信号和pg信号；3）装有半个旋转变压器（固定线圈），以传送电磁交换信号；4）外表面开有螺旋走带槽，以限制磁带包住磁鼓的位置。8.三、频率调制

信号频率上限与频率下限的关系式为：

fmax=fmin

2n幂次数n就是该信号的倍频程，也称为相对带宽。PAL制视频信号的频率上下限为25HZ和6MHZ，则fmax/fmin=6

106/25=2.4

105≈218，约为18个倍频程。压缩视频信号的倍频程数是实现信号记录的关键问题。

调频信号的相对带宽已减小为：8.4-1.28=7.12<23,而调频前为25Hz~3MHz≈217。9.四、彩色信号处理直接调频记录方式：将彩色全电视信号作为一个整体变为调频信号送给视频磁头记录。彩色降频记录方式：非广播用录像机只对亮度信号进行调频记录，称为Y-EM方式，而对彩色信号分量则采用降频记录方式来处理。10.4.3磁带录像机的组成一、磁头系统包括磁头鼓组件、音频/控制磁头组件、全消磁头组件等。二、信号系统包括视频信号和音频信号的记录与重放两部分。11.三、磁带加载和传输系统（机械系统）由带盒装卸机构、磁带穿带、退带和走带机构等组成。四、伺服系统1、磁鼓伺服系统2、主导轴伺服系统3、张力伺服系统五、操作控制系统12.4.4磁带录像机的分类与记录方式一、磁带录像机的分类（一）按使用范围来分类1、广播用录像机2、专业用录像机3、家用录像机（二）按记录方式来分类13.二、磁带录像机的记录方式（一）C型录像机C型录像机属广播用高档机，采用1英寸盘式磁带，Ώ型绕带方式，1.5磁头记录方式。14.（二）分量型录像机分量录像机是将一场复合的电视信号分离为亮度信号和色度信号，并将亮度信号经调频后记录在一条磁迹上；再采用时分复用技术将两个色差信号记录在另一条磁迹上。15.1、Betacam型录像机Bvw-50pBvw-60pBvw-70p16.2、MⅡ型录像机方位角记录方式17.（三）U-matic型录像机2、高带型（BVU）3、超高带型（SPU-matic）

U型录像机属于专业用录像机，曾广泛应用于我国地方电视台和电化教育部门。它有两个磁头，Ω型绕带方式，3/4英寸磁带。

1、低带型（VO）18.（四）家用录像机1、VHS录像机VHS录像机是两磁头录像机，磁鼓直径62mm，磁鼓转速25r/s，使用1/2英寸盒式磁带。

VHS的高带型：S-VHS19.2、8mm录像机

第二代家用录像机。它采用8mm宽超小型盒是金属磁带，两磁头螺旋扫描方位角记录方式。

8mm格式的高带型式：超8（Hi-8）。20.4.5视频信号的记录原理一、亮度信号记录通道1、输入选择电路21.2、非线性预加重所谓非线性预加重就是对不同的信号电平选用不同的预加重量。3、预加重在视频信号调频前先对其高频成分进行提升，而且随频率上升而加大提升量。22.

4、黑/白切割6、纪录放大器二、色度信号记录通道1、输入信号分离选择电路

5、频率调制23.2、时间轴分割与时间轴压缩

所谓时间轴分割和时间轴压缩就是时分复用技术，即将每一行的R-Y信号和B-Y信号分割开，然后按R-Y、B-Y的顺序将两个色差信号压缩在一行的时间内，重新组成一个新的色度信号后，记录到一条磁迹上。3、音频混合电路24.4.6视频信号的重放原理一、亮度信号的重放过程1、磁头放大器25.

2、磁头切换电路磁头切换电路的作用是切掉两个磁头的多余信号。

3、信号失落补偿可用前一行信号代替这一行中失落的信号。4、限幅和解调限幅：消除亮度信号中的一切寄生调幅，并使信号变成近似矩形波，恢复丢失的上边带能量。解调：将限幅器输出的调频波解调还原为视频信号。26.二、色度信号的重放过程5、非线性去加重和去加重6、时基校正时间轴扩展27.4.7磁带录像机的音频系统一、录像机的交流偏磁纵向记录音频系统录像机音频记录与录音机的区别：（1）需要较大的偏磁电流；（2）为保证声画同步，音频磁头需严格安装；（3）有两个消音磁头，一个全消磁头、一个专用消磁头；28.录像机音频系统（4）设有非正常重放声音控制电路；（5）录像机的纵向音频磁迹宽度较窄，走带速度较低。29.二、高保真音频系统2、VHS录像机的高保真音频系统这是一种分层记录的方法，它主要包括两条措施：（1）在磁头鼓上增加两个旋转音频磁头，超前于视频磁头设置；

1、Betacam—sp分量录像机上的高保真音频系统

（2）采用分层调频记录的方式。30.4.8伺服系统一、伺服的基本概念所谓伺服就是通过自动控制方式使受控对象的某一个物理量（转速、位置等）保持不变或按一定规律变化。录像机的伺服系统主要有磁鼓伺服、主导轴伺服、带盘伺服等，其中磁鼓伺服、主导轴伺服属于旋转伺服。带盘伺服包括磁带盘旋转伺服和磁带张力伺服。31.二、磁鼓伺服原理1、磁鼓速度伺服2、磁鼓相位伺服磁鼓伺服主要由鼓的速度伺服和相位伺服两部分电路组成。鼓的速度伺服使磁鼓转速稳定；鼓的相位伺服使磁头的旋转位置（相位）与基准信号同步。32.三、主导轴伺服原理主导轴伺服系统也是由速度伺服和相位伺服两部分电路组成。速度伺服是保证在纪录和重放过程中磁带运行速度稳定；相位伺服则是重放过程中控制磁带的运行相位，使旋转磁头对准磁带上的磁迹正确扫描。33.

1、相位伺服环路（1）记录状态下（2）重放状态下TRACKINGCONTROL

2、速度伺服环路磁鼓转一周，磁带移动两条磁迹。34.四、带盘伺服原理带盘伺服的作用：1）正常走带时保持一定张力；2）走带方式变化时，调整磁带张力的变化；3）磁带松弛时，通知控制电路停机保护。35.4.9机械及控制系统一、机械系统1、磁鼓及驱动机构

2、主导轴及驱动机构

3、穿带机构

4、带盘驱动机构和制动机构1）带盘驱动机构2）带盘制动机构36.二、系统控制主要作用：1）使系统按指令操作；2）自动停机保护；3）多功能显示；4）信号接收及遥控。37.4.10数字电视基础电视信号数字化的三个步骤：取样、量化与编码。取样：指用每隔一定时间间隔的信号样值序列代替原来在时间上连续的信号。量化：用有限个幅度值近似代表原来在时间上连续变化的幅度值；编码：是按一定规律，把量化后的离散值用二进制数字表示。38.

一、取样

二、量化量化过程，就是对幅值进行舍零取整的处理。

所谓量化比特数是指要区分所有量化级所需几位二进制数。例如，有8个数量级，则可用三位二进制数来区分，而称此8个量化级的量化比特为3比特量化。39.n比特量化器需要2n-1个比较器。量化误差：ε=Ui(t)–U0(t)40.三、编码数码率=取样频率和量化比特数的乘积。编码器工作原理：以n=3为例，设编码器输入：D7┉D0，输出为22、21、20，因为n=3，需要23-1=7个比较器，8个数量级。

当输入端D6=1时，D6=D5=D4=D3=D2=D1=1，Q7=0，Q6=Q5=Q4=Q3=Q2=Q1=141.4.11数字录像机一、数字录像机的新技术及特点1、高密度记录数字录像机提高记录密度的措施有两种：一种是利用编码技术压缩掉信号的冗余部分；另一种是缩减磁迹宽度以降低磁带消耗量。2、采用误码纠错及掩错技术所谓掩错就是利用相邻像素的样值去进行补偿。42.

3、磁头磁带新技术4、采用信道编码技术使数字流的频率特性与传输通道的频率特性相同，使传输过程能量损失最小，这种处理就是信道编码，又称差错控制编码。常用的差错控制编码：奇偶校验码；里德•索罗门码。

43.数字录像机优异的性能主要表现在：1）卓越的录制与复制特性；2）良好的工作性能；3）具有扩展新功能的能力。44.二、数字录像机视频记录原理数字录像机分非压缩方式和压缩方式两类。数字录像机视频记录原理（DVCPRO）

1）输入接口：有模拟分量和复合两个接口，将信号变成4：1：1取样，8bit量化的数字信号。

2）去逆程电路：去掉逆程信号，取出正程信号。

45.3）交织：4）压缩：包括离散余弦变换（DCT）、加权、Z字形换序、自适应量化和可变字长编码（VLC）。DCT有两种模式：活动部分少的图象，DCT在帧内进行；活动部分多的图象，DCT在场内进行。视频段的每个宏块原来有384B（字节），压缩后变成77B的同步块，压缩比：384：77=5将图像中信息多的部分与信息少的部分防在一起压缩，提高压缩效率。具体的交织方法：1)将一帧图像的Y.R-Y.B-Y数据分别按8ⅹ8个像素为单位分成若干个像块（称为DCT像块），其中Y信号有6480个DCT像块，R-Y.B-Y各有1620个DCT像块。2）将水平方向的4个Y像块和一个R-Y、一个B-Y像块放在一起构成宏块，一帧图像共有1620个宏块，交织是以宏块为单位进行的。3）将一帧图像按水平方向分成五个部分，按垂直方向分成12部分，共划分成60个超块，每一个超块中有27个宏块。4）按一定的规律从水平方向的五个超块中各取出一个宏块，构成视频段进行数据压缩。46.5）去交织

6）纠错编码：在压缩数据块的前面或后面加几个字节的同步码、识别码、监督字，以便重放时检测并纠错。

7）记录调制：纠错编码后的数据先经过扰频处理，然后每24bit为一组，并在每组起始处追加1bit（叫做24-25调制），最后变成NRZI码进行记录。

压缩后的同步块通过去交织使其恢复到原来图象的位置，为了能在寻像状态下仍能看到活动的图象。47.三、非压缩方式的数字录像机（一）D1格式数字录像机主要技术特点：取样比：4：2：2，取样频率：Y=13.5MHz，B-Y/R-Y=6.75MHz；8bit量化；图像数码率：173Mb/s。

采用4通道记录，每场信号记录在10条或12条磁迹上。数字格式与模拟格式的本质区别在于：在扫描时一条磁迹在模拟时必须对应一场，而数字时可以分段记录，具体有分段和分通道两种方法。分段是把一场信号的数据按扫描的行数平均分成若干段，记录到相邻的磁迹上；分通道则是把整个数字信号流分成几个独立的录放通道来记录，它更适合于数字记录。48.（二）D2格式数字录像机主要技术特点：视频信号（复合）取样频率：17.72MHz（四倍彩色副载波频率）；8bit量化；图像数码率：142Mb/s；2通道记录；每场记录8条磁迹。（三）D3格式数字录像机主要技术特点：与D2格式相同。49.（四）D5格式数字录像机主要技术特点：取样比：4：2：2；取样频率：13.5MHz/6.75MHz，10bit量化；或18MHz/9MHz，8bit量化；图像数码率：250Mb/s。4通道记录，每场信号记录磁迹12或16条。

D5格式是指标最高的录像机。50.四、压缩格式的数字录像机（一）数字Betacam（DigitalBetacam）格式录像机数字Betacam是目前压缩格式中图像质量最高的数字录像机，又称为DVW数字分量录像机。主要技术特点：取样比：4：2：2；取样频率：13.5MHz/6.75MHz；10bit量化；图像数码率：88Mb/s；压缩比：2：1；每场信号6条磁迹。主要性能特点：1）优异的画面质量，有多代复制能力（30代不降低）；2）先读后写的预读编辑功能，可把先前记录的视音频信号经重放磁头读出，并送外部设备中处理，然后重新记录在相同的磁迹上；3）采用了新开发的自动磁迹跟踪系统，提高了磁迹跟踪能力；拥有先进的自我诊断系统，任何误操作都会被录像机检测到，并显示出来。51.典型数字Betacam录像机介绍（1）DVW——A500P兼容模拟重放数字Betacam编辑录像机主要性能特点:1)兼容模拟分量Beta型机的重放功能；2）具有数字分量视频处理的高质量图像；3）20比特数字音频录音等。

（2）DVW——A510P兼容模拟重放数字Betacam编辑放像机主要性能特点：1）在最高50倍速快速搜索时，仍可重现彩色图像；2）其它特性与前例中相同。52.（二）DVCPRO格式数字录像机

DVCPRO格式录像机是在1/4英寸磁带上记录数字分量视频信号，又称为D7格式。主要技术特点：取样比：4：1：1（4：2：2）；取样频率：13.5MHz/3.375MHz（13.5/6.75MHz）；8bit量化；数码率：25Mb/s（50M/s）；压缩比：5：1（3.3：1）；每帧信号记录12条磁迹。主要性能特点：1）磁带盒体积小，使用1/4英寸金属磁带；2）磁鼓直径小（21.7mm与DV格式相同）；3）磁迹宽度增加到18um，走带速度也提高；4）采用低张力系统，延长磁头寿命；5）能兼容重放DV格式的磁带。53.典型DVCPRO格式机介绍AJ——D960型数字录像机主要特点：1）具有4:2:2数字分量视频和4路数字音频；2）在清晰图像的质量下，提供多种快慢动作；3）完整的编辑功能。

AJ——LT85E便携式DVCPRO编辑录象机主要特点：1、4:1:1取样，8比特量化；2、2声道16比特数字音频；3、将两套录象机、两台监视器和一台编辑控制器组合在一起，具有高度的便携性；4、可以播放DV格式的录象带。54.（三）DVCAM格式数字录像机主要技术特点：取样比：4：2：0；取样频率：13.5MHz/6.75MHz；8bit量化；图像数码率：25Mb/s；压缩比：5：1。

DVCAM的主要特点是充分利用了DVC磁带盒中的“带盒存储器”（CM）功能。即在磁带盒中装入16千比特的固态半导体存储芯片，使其既能得到大的存储容量，又能得到快速的检索速度。存储芯片用于存储ClipLink编辑数据，在编辑时能提供一种快速了解素材内容、快速搜索编辑点的方法。55.DVCAM格式代表机型介绍（1）DSR——85P高速编辑录像机

（2）DSR——1600P编辑放像机

（3）DSR——70P便携式编辑录像机

（4）DSR——30P录放像机主要性能特点：1）DVCAM数字格式；2）重放兼容DV格式；3）4倍速信号传输；4）Cliplink操作；5）2声道/4声道模拟和数字音频等。主要性能特点：1）dvcam数字格式；2)6.4英寸彩色液晶屏；3）多种数字、模拟信号接口等。主要性能特点：1）dvcam数字格式；2）重放兼容dv格式；3）LANC编辑等。56.（四）Betacam—sx格式数字录像机

Betacam—sx是第一种盘带结合的数字录像机。主要技术特点：取样比：4：2：2；取样频率：13.5/6.75；8bit量化；图像数码率：18Mb/s；压缩比：10：1（MPEG-2压缩）它输入图像不是按帧来组织，而是按GOP来组织（GOP相当于两帧，即I帧和B帧），每个GOP的数据为固定长度。一个GOP数据记录12条磁迹。57.主要性能特点：1）可重放Betacam—sp和Betacam磁带；2）本机实现剪切编辑；3）内置记录90分钟节目硬盘；4）四倍速传输（SDDI）四倍速下载硬盘等。Betacam—sx格式主要机型介绍（3）DNW—A28P数字录像机主要性能特点：1）零帧精度的编辑功能；2）预读编辑系统；3）动态跟踪控制功能；4）实用的立体声混音系统。（2）DNW—75P数字录像机（1）DNW—A100P数字录像机主要性能特点：1）可兼容其它两种BE