《现代视听技术》第4章-摄录像机

第4章摄录像机124334.1摄像机原理与组成4.2磁性录放原理4.3录像机原理4.4DV摄录机的格式、电路结构与工作原理4.1摄像机原理与组成4.1.1摄像机的基本结构摄像机由机身、光学系统、摄像器件、寻像器和电路系统等部分组成。摄像器件分为光导摄像管、固体摄像元件。固体摄像元件又有两种:一种是金属一氧化物一半导体型(M0}及MOS派生的)，另一种是电荷藕合器件(CCD)或电荷注入器件(a1D}型。寻像器有光学寻像器和电子寻像器两种。被摄物体光像通过光学系统成像于摄像面上(一也称靶面)，摄像器件将靶面的光像变换成电荷的图形(电子图像)，通过扫描将各像素的光信号转换成相应的电信号，从而取出视频图像信号。电路系统是对整机进行控制、调整、图像扫描、信号分离和处理、加入同步信号，使摄像机输出彩色全电视信号。光学寻像器是将入射光的一部分用反射镜反射，导入寻像器。电子寻像器实际上是一台电视监视器。寻像器是用来供摄像入员观察所摄取的景物，或者供摄像入员观看录像机重放的图像。上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成4.1.2光导摄像管及三管彩色摄像机的组成

1.光导摄像管的构造光导摄像管简称摄像管，是摄像机的心脏，是利用电子束扫描把景物的光学图像转换成电信号的一种真空电子管。摄像管各项性能的优劣直接关系到摄像机质量的高低。

图4-1所示为光导摄像管的结构图。从结构来看与电视机的显像管相似，但它是将光学图像转换成视频电信号传输出去，而显像管是把视频电信号变成光学图像显示出来。摄像管的最前面是一块经过精密光学研磨的光学玻璃板，玻璃板内侧就是经过镀膜的用以被摄取物体成像的靶面。内侧的第一层涂上一层透明的导电膜(一般是用氧化锡)，也称为透明电极。第二层蒸镀上三硫化锑作为光电导膜层。上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成在有镀层靶面的光学玻璃板和摄像管的管壁之间是锢材料的真空密封衬垫。这种真空密封不用加热的方式，而是用压接方法密封的。在冷压密封时，透明电极和锢密封衬垫是完全钻合在一起的，而透明电极以锢为媒介和光学玻璃面板与摄像管壁之间镶入的金属环连通。这样，这个金属环成为摄像管的输出信号电极。在工作时，通过负载电阻给这个信号电极加上几十伏的靶电压。聚焦电极是由靶前面的网状电极⑨(第四栅极)和圆筒状的第三栅极G3构成的。第三栅极G3的作用极为重要，它利用套在摄像管上的聚焦线圈产生的聚焦磁场相对应的电压，使扫描电子束聚焦成很细尖的电子束上靶。网状电极是在每毫米的间隔内用30一60根细线构成的很细的网，并与靶面形成平行的减速电场，以便电子束能够均匀地垂直上靶。电子枪是由灯丝、第二栅极G2、第一栅极G2和阴极构成的。第二栅极加有300V电压，用以加速电子束。电子束越细，摄像管的清晰度就越高。为此第二栅极上有一块圆板，圆板中心有一直径为0.05mm的上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成微孔，这一微孔和第一栅极的孔是对齐的，且不能有偏心度。第一栅极加有比阴极低的电压，调整这个电压一也就调整了束电流(发射到靶面的电子束量的大小)。电子枪发射的电子束，首先经过校正线圈产生的聚焦磁场加以校正，然后经套在摄像管上的水平和垂直偏转线圈所产生的偏转磁场，进行水平和垂直的扫描。

2.摄像管的工作原理摄像管的光电转换在靶面进行，靶面有光电材料，靶面上光电材料的每个小单元(称为像素)都可等效为电阻R和电容G的并联电路。光电靶结构及等效电路如图4-2所示。当靶面无光照时，各像素的等效电阻R都很大。当电子束扫过某一像素的瞬间时，相当电子开关S接通R1C1，并联电路，此时靶压VT和阴极接成通路。电流i沿实线箭头方向流过电容C1无光照时，电阻R数值足够大，流经R的电流可以忽略不计)，对电容C1，充电，使电容C1，的左上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成极板电位上升到VT，而右极板的电位等于阴极电位。当电子束扫过以后，即电子开关S与R1C1，并联电路断开。此时C1通过电阻R1放电，由于无光照R,阻值很大，所以放电极慢。放电电流i’在图中用虚线箭头表示。在对同一点两次相邻的扫描时间间隔之内(即一个帧周期)，由于电容C1放电很慢，C1右侧的电位仅上升了一个极小的量△V。这表明在这一点上，从电容左侧转移到右侧的电荷量很少。当该像素受到下一次扫描时，右侧电位又恢复到阴极电位。这时的充电电流△i只是用来将电容右侧的电荷泄放掉。△i是在无光照下产生的极微小的电流，称为暗电流。假如无光照时电阻R数值为无穷大，放电电流i’为零。电容右边的电位并不上升，暗电流则等于零。在自然界无光照时电阻为无穷大的光导材料是不存在的，因此，摄像管都具有量值不同的暗电流。由暗电流在负载电阻y上产生的信号是虚假的图像电信号。在理论上讲，电子束扫过各像素产生的暗电流都应相等，其输出信号相当于一个直流分量。上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成实际上，由于靶结构的不均匀，各个像素单元的等值R、C数值不完全相同，所以形成的暗电流大小不等，致使RL上形成的电平不均匀，造成重现图像的底色不均匀，通常称为黑斑，需要进行补偿。暗电流的大小还会随温度变化，造成黑白电平不稳。暗电流的增大还伴随着起伏杂波的增大，这会降低摄像管输出信号的信噪比。有光照时，由于电子束的扫描，每个像素电路轮流与靶压VT接通，靶面上所有电容两端都被充电到靶电压VT。当入射光通过透镜照射到靶面上时，各像素的电阻R随光照强度而变化。对应被摄景物光照强的像素，导电率提高，电阻值减小。对应照度弱的像素，则阻值大。经过上述放电过程以后，在两次扫描间隔时间内，R小的放电快，电容右侧电位上升量大，即电位高;R大的放电慢，电容右侧电位上升量小，一也即右侧电位低。于是在一帧时间内，在整个靶右侧便形成了一幅与光像内容相对应的，由电位高低起伏构成的电子图像(即正电荷像)。上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成视频信号拾取是在靶右侧电位高低起伏的电子图像形成之后，电子束的再次扫描，即再次逐个接通像素RC和靶压VT，，在接通的瞬间，电子束中的负电子中和了该像素表面的正电荷，使像素侧电压迅速降到阴极电位，像素电容C两端的电压再次充电到靶压VT。可以证明，对应于光强的像素，充电电流大。对应于光弱的像素，充电电流小。显然像素电容C的充电电流与该像素的光照强度成比例。这个电流流过外电路的负载电阻RT时就产生了变化的输出电压。在图4-2所示的电路中，所得到的输出电压是负极性的，光照强的像素，输出信号电压低;光照弱的像素，输出信号电压高。

3.三管彩色摄像机的构成

图4-3所示是三管彩色摄像机的组成方框图。上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成在图4-3中，左边机头部分由镜头和分光棱镜组成光学系统;三只摄像管及其偏转线圈、聚焦线圈装成三个组件，同时配备偏转电路来产生扫描电流，聚焦电路产生聚焦电流;摄像管保护电路在扫描系统出现故障时，产生控制信号使摄像管内电子束流中断;镜头伺服电路产生控制光圈和变焦距用电压;电源部分除供各电路板用直流电源外，还为摄像管各电极提供工作电压;由于摄像管输出的信号非常微弱，故每只摄像管输出信号先经过各自预放器放大后再送往下级。中间部分为视频信号处理系统，对预放器输出的信号进行一系列的加工和处理，主要包括放大、电缆校正、黑斑校正、轮廓校正、γ校正和彩色校正等。最后将经过校正的三基色信号R,G,B送到编码器，加入同步信号，输出彩色全电视信号。三管彩色摄像机采取三基色同时摄取的方式，如图4-4所示。从图4-4中可见，彩色景物的光像由变焦距镜头摄取，首先在场透镜上成像，然后通过第一中继透镜到达第一个分色镜，它只将蓝光反射上去，而其他光都可以通过。被反射上去的蓝光(B)，再经过一个反射镜1，上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成射入第二中继透镜，然后再经蓝色(B)补偿滤色片到达蓝(B)摄像管靶面成像。透过蓝色分色镜1的其余入射光，到达分色镜2，分色镜2仅反射红光(R)，和蓝光一样，红光(R)被反射到红(R)摄像管靶面上成像。剩余的绿光(G)成分，通过分色镜2，射入绿(G)摄像管靶面上成像。各摄像管前面的彩色补偿滤色片，是为了对各分色镜来的色光成分进行光谱校正用的。由此可见，通过透镜的入射光首先被分光系统分解成红(R)绿(G)蓝(B)三基色光，然后，送到红绿蓝三支摄像管转换成相应电信号，此时对每一支摄像管来说都是单色光像，其各部分只有亮度差别。三支摄像管输出的信号是非常微弱的，首先要经过各自预放器进行放大后，再送入视频信号处理系统，对此电信号进行一系列加工和处理，包括电缆校正、黑斑校正、轮廓校正、γ校正和彩色校正等主要处理过程。最后将经过校正的三基色信号R,G,B送到编码器从而输出彩色全电视信号。上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成

4.三管式摄像机的光学系统

(1)变焦距镜头焦距固定不变的镜头可以用几片甚至一片透镜组成。它便于制造、成本低廉，而且容易达到高的技术指标，但是，使用固定焦距镜头时，要得到不同放大率的物像，需要改变摄像机与被拍摄物体之间的距离，或者更换焦距不同的镜头。由两个半径不同或者相同的圆球相交部分形成的单透镜是凸透镜，凹透镜可以看作两个不相交的圆球之间的部分。其焦距f与两个球的半径R1、R2和球玻璃的折射率n的关系可用下式表示上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成成像公式为式中s1——物距;

s2——像距。放大率K为式中h1——像高;

h2——物高。上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成变焦距镜头的焦距在相当大的范围内连续可调(可手动或自动调节)，这样一来，在拍摄点不变的情况下，摄像机就能缓慢地或快速地连续改变摄取场面的大小，从而使摄取的电视图像更加生动活泼，为对电视节目进行艺术加工和摄像操作提供了许多方便。我们知道任何单一透镜的焦距是不可能改变的，要使镜头的焦距在一定范围内可调，镜头本身至少要由两个透镜组成。式(4.1.4)表明，只要通过适当的装置改变两个透镜(焦距分别为五、无)之间的距离d，就可以达到使镜头的焦距f连续可调的目的。实际变焦距镜头结构比较复杂，是由许多透镜组成。

(2)像场照度、相对孔径和视场角光学系统的像场照度关系到摄像机的灵敏度。在照明条件不变时，入射至像场的光能的数量与透镜的孔径、焦距有关。上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成设透镜的直径为D，焦距为f，像距与焦距之差为二，物体高度为h，某物体的像场照度E可表示为式中D/f——透镜的相对孔径。摄像机镜头通常用相对孔径的倒数来标记孔径的大小，称为光圈F。

视场角是用来描述镜头在摄取景物时视野的大小，镜头的视场角是指镜头与能够在规定的范围内成像的视野之间所对的最大张角。镜头成像尺寸h'..f焦距和视场角。有如下关系上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成在成像面不变的前提下，所摄景物的视场角将随镜头的焦距而变化。焦距变大、视场角将变小，所摄景物变大;反之，焦距变小、视场角将变大，所摄景物变小。因此，拍摄特写场面时，用长焦距镜头;拍摄广角场面时(远景或全景)，用短焦距镜头。

(3)分光棱镜分光棱镜是把由镜头射出来的光束分解成红、绿、蓝三个基本光束，分别投射到三个摄像管靶面上，以便产生红、绿、蓝三路电信号。其原理是在棱镜的表面分别镀有多层薄膜，其薄膜的厚度和折射率决定棱镜的选色性能，即全反射某些波长的光而透过另一些波长的光，从而起到分色的作用。这种薄膜又称为干涉膜。

5.摄像机的视频信号处理电路这里介绍的摄像机电路主要是对视频信号的处理与补偿电路。

上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成(1)预放器由于摄像管输出信号十分微弱，在对视频信号处理之前，必须由预放器将信号放大到足够高电平以后才能进行，否则，在处理过程中引入的噪声将会把微弱的图像信号淹没。预放器由高频杂波抑制电路、低杂波放大电路、高频补偿电路、增益控制电路和低阻输出电路组成。要求电流增益接近90dB,0~6.5MHz频带内频率特性基本平坦，信噪比在50dB以上，输出级采用具有深度负反馈的低阻抗输出放大器，输出阻抗为75Ω。(2)箱位电路视频信号的频率范围是0~6MHz。它的最低频率反映景物亮度的缓慢变化，通常称为直流分量。信号传送不可能全部采用直流藕合，采用交流藕合又会丢失直流分量，在重现图像时造成亮度畸变。所以在实际电路中经常采用交流放大器，且在适当的部位加直流恢复电路——箱位电路。上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成(3)增益调整电路在摄像机内对视频信号处理过程中，为了控制视频信号的幅度以满足要求，设置了可调增益放大器。有自动增益调整和手动增益调整两种。性能要求如下:①增益调整不影响视频信号的频率特性;②增益调整范围足够大;③增益调整稳定可靠。

(4)电缆校正摄像机摄取的视频信号需经电缆线传输，电缆线的分布电容、电感使视频信号在传输过程中产生严重的高频衰减。为了克服由此造成的图像清晰度下降，必须加一高频提升网络来进行电缆损失校正。(5)黑斑校正黑斑效应是指由于图像的底色不均匀性，引起图像中出现大面积暗斑或色斑的现象。摄像机中用于消除这种现象的电路，称为黑斑校正电路。上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成黑斑有两种类型:一种是图像信号本身没有畸变，只是叠加了一些附加信号。对于这种黑斑的校正，只要在电路中产生一个与附加信号波形相反的校正信号便可实现黑斑校正。这种称为静态校正，又称为叠加型黑斑校正(或加法补偿)，如图4-5所示。另一种是摄像管输出的视频信号本身受到一种附加信号的调制，这种附加信号的调制可使正常的视频信号在每行的两端较弱，中间较强。校正时也是在电路中产生一种与附加信号波形相反的校正信号，所不同的是用该校正信号对有畸变的图像信号进行再调制。这种校正称为动态校正，又称为调制型黑斑校正(或称乘法补偿)。黑斑效应及其校正如图4-5所示。

(6)轮廓校正为了提高图像清晰度和细节对比度，摄像机电路必须加轮廓校正电路即勾边电路，增加高频分量，使黑白交界处黑的更黑，白的更白。上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成(7)彩色校正彩色校正原理如图4-6所示。在图4-6中，三种图像信号R,G,B经色差信号形成电路组成四种色差信号(R-B}、(B-R)、(G-B)和(G-R)，再经彩色信号分离电路产生Cr(红)、Cg(绿)、Cb(蓝)、Cm(紫)、Cc(青)、Cy(黄)六种颜色的校正信号。校正信号经校色矩阵运算产生红、绿、蓝三种颜色的校正信号Rc

、Cc和Bc、Rc、Cc和Bc在混合器中分别与主通道来的图像信号R,G,B相加，完成所需要的彩色校正。

(8)γ校正电视系统的最终目的是不失真地重现原景物的亮度层次，在电视屏幕上显示出逼真的图像。要保证亮度和彩色不发生畸变，从摄像管的光电转换到显像管的电光转换及整个信道都必须是线性系统。而实际上无论是摄像管还是显像管的光电和电光转换特性都是存在非线性的，要想获得不失真的图像，必须在摄像端采用特性相反的放大器来进行校正，即γ校正，也称灰度校正。上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成4.1.3CCD摄像元件及数码摄像机

1.CCD摄像元件(图像传感器)CCD是电荷藕合器件(ChargeCoupledDevice)的英文缩写，它的主要特点是景物在CCD上产生的图像电荷可以在其中自行转移运动，这种运动方式被称为电荷的自行扫描。

CCD是固态摄像器件，从外形上看是一块大规模集成电路，由许多光电二极管组成，其结构如图4-7所示。它具有光电变换、电荷存储、电荷转移等功能。景物在其感光面上成像，感光面上的每一个光电二极管，产生一个对应于落在该光电二极管上的来自景物单个点的光能的小电荷。这些小取样点称为像素，每个像素单元由一个光电二极管、一个场效应晶体管和一个CCD单元构成。感光面由一排排像素单元构成。整个CCD摄像元件是由几十万至几百万个像素单元构成，感光面与电视接收机屏幕相对应。上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成普通的CCD长宽之比是4:3,宽屏幕电视对应的CCD长宽之比是16:9。

CCD摄像元件利用与主同步发生器同步的垂直和水平脉冲驱动，控制其光栅扫描过程。这种驱动脉冲通过电子行和列信号通道(移位寄存器)，控制摄像元件光电二极管产生的电荷的有序收集。CCD图像传感器内部等效电路如图4-8所示。⑦-⑩脚为水平驱动脉冲的输入端，⑩-⑩脚为垂直驱动脉冲的输入端，④脚为视频信号输出端。在拍摄景物时，第一个场扫描正程积累电荷，逆程时每个光电二极管产生的电荷全部转移到V-CCD中去。第二个场扫描正程又开始新的电荷积累，同时第一场转移到V-CCD中的电荷在第一行的逆程向H-CCD转移一排电荷(相当于一行信号)，V-CCD其他的电荷也都在V-CCD垂直方向向前移动一位。在行扫描正程，H-CCD中的电荷输出，形成一行图像信号，下一行逆程，V-CCD中的电荷又向前移动一位。这样图像信号一行一行地输出。一场全部输出后，下一场的电荷又转移到V-CCD中，如此循环进行。上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成电荷在CCD中移动的原理如图4-9所示，在P型硅衬底上形成一层氧化膜，在氧化膜上独立地制成一个个栅极。当给栅极加上正电压时，P型半导体衬底呈反向偏置，载流子空穴被电极排斥。在电极的下面形成一个耗尽区，相当于出现一个势阱而不存在空穴。周围的电子便会进入势阱并存留在那里。栅极电压越高，形成的势阱越深。当某极的电压由低变高时，所形成的势阱一也由浅变深，相邻较浅处的电子便会向深处流动。利用这个原理就可以使电荷在CCD中流动。在图4-9中，设电极为A,B,C三组，加在电极上的电压U2>U1>U0

。图4-9(a)在t1时间内，A极为高电压U1，同时B,C极为低电压U0，那么在该瞬间，电极A下部有势阱作用，可以存储电子。图4-9(b)在t}时间内，B极加上电压U2(U2>U1)，在B极下面形成更深的势阱，存储在A阱中的大部分电荷流入B阱。图4-9(c)在t3时刻，A,C电极的电压都为U0,B电极的电压为U1,电荷就从A势阱全部转移到B势阱中。也就是说，信号电荷离开了原来的电极，完成了从A电极向B电极的转移。上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成下一次c极电位更高时，信号电荷又从B极向C极移动。这一过程不断反复下去，信号电荷得以转移。2.单片CCD方式摄像机的组成单片CCD方式摄像机简图如图4-10所示。它主要由光学镜头组件、CCD摄像元件、摄像信号处理电路、视频编码器、视频输出电路、摄像机控制系统、话筒和音频信号处理电路等部分组成。镜头组件是将所拍摄的景物图像清晰地投射到CCD感光面上。调节光圈可以控制入射光强度，使拍摄的画面亮度均匀稳定。改变焦距可实现远景到超近距离的图像摄取。

CCD摄像元件是将光图像变换成相应电信号的器件。在它前面设有色滤光器，用于调制信号，以便在信号处理电路中进行亮度和色度信号的分离。上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成摄像信号处理电路是对CCD输出的图像信号进行处理，即放大、均衡、校正、亮度色度信号分离等，再编码，然后输出视频信号。控制系统主要是对光圈控制、AGC控制、自动自平衡控制和自动聚焦、自动变焦等控制，是保证拍摄的图像清晰、色彩亮丽的自动调整系统。话筒和音频信号处理电路是拾取伴音、放大处理声音信号的电路。

(1)网格滤色片单片CCD方式中的CCD的像素单元要罩上一层网格滤色片。其功能是对入射光进行调制，使不同颜色的光先经过网格滤色片的过滤再射到CCD上。滤色片排列有原色滤色片的排列。即使用R(红)、G(绿)、B(蓝)三原色滤色片的排列，R滤色片只能通过红光，G滤色片只能通过绿光，B滤色片只能通过蓝光。这种方式灵敏度较低;另一种采用补色滤色片的排列。即使用Y(黄)、G(绿)、C(青)三色滤色片的排列，Y滤色片只能通过红光和绿光，C滤色片只能通过绿光和蓝光。这种方式灵敏度较高;还有一种四像素排列，是RG和BG反复排列而成的网格。上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成

(2)摄像信号处理电路采用补色滤色片方式CCD的信号处理电路如图4-11所示。由信号分离和取样保持电路、亮度色度分离电路、亮度信号处理电路、色度信号处理电路等部分组成。

3.数码摄像机的组成数码摄像机与模拟机相比较，捕获的视频更真实、分辨率更高，可以将捕获的视频直接存放到计算机中。数码摄像机的电路比较复杂，归纳起来主要有摄像单元、模拟处理单元、数字处理单元和系统控制单元等。数码摄像机电路结构如图4-12所示。数码摄像机的镜头聚焦来自被摄对象的光线，清晰地成像在CCD图像传感器上，CCD摄像器件将光能转化为相应的电荷。CCD输出信号经过模拟处理单元、数字处理单元后，被转换成一系列的数字信号。该数字信号随后又送到编解码器，编解码器利用压缩算法压缩各帧的比特数，但不丢失任何可视信息。由于每一帧是分别压缩的，所以它可以被用作一个单独的快照。上一页下一页返回4.1摄像机原理与组成①摄像单元主要包括镜头、分光棱镜和CCD摄像器件。广播用数码摄像机多采用三片式CCD结构。②模拟处理单元主要是对R,G,B各系统的黑色阴影补偿、黑色电平补偿、光斑补偿的信号分别进行演算;把自平衡控制、自色阴影补偿、增益放大控制等的信号，加到增益控制电路中，而这些补偿与控制信号全部是从数字信号处理电路的数据中取出的，借助微处理器和A/D转换器实现反馈。这些功能实际实现了数字信号控制。③数字处理单元通常由三块大规模集成电路组成，其中图像数据检出部分把画面分解为许多块区域，再把每小块内的图像数据的平均值进行演算，送入微处理器中，微处理器根据信号特点和指令情况形成各种控制信号。上一页返回4.2磁性录放原理4.2.1磁性记录原理磁头是由一个带缝隙的铁芯和绕在铁芯上的线圈构成，铁芯采用软磁性材料(无剩磁)，当线圈上通过要记录的信号的电流时，铁芯中就会产生相应的交变磁通。由于磁头缝隙的磁阻很大，磁力线在此处不能完全从铁芯的一极渡越到另一极，有部分磁力线会从铁芯溢出，在缝隙处产生漏磁场。当磁带与磁头接触时，由于磁带上磁性层的磁阻很小(磁带上的磁粉为硬磁性材料)，磁力线将经过磁性层构成闭合磁路，向磁带施加了磁场，使磁头缝隙所接触的磁性层磁化，如图4-13所示。磁带以一定速度相对于磁头移动，则被磁化的磁性层离开磁头缝隙后，就留下了与磁头内的磁通成正比的剩磁，这一条磁痕迹称为磁迹。被记录的信号电流的幅度和频率变化、磁带以一定的速度移动、在磁带上留下与信号电流相对应的剩磁交替变化的持续时间长短与信号电流的频率相关。信号电流的频率低，剩磁交替变化的持续时间长;信号电流的频率高，剩磁交替变化的持续时间短。信号电流的幅度大，剩磁强;下一页返回4.2磁性录放原理信号电流的幅度小，剩磁弱。如果被记录的信号是正弦波，则磁带上的剩磁的强度和方向也沿着磁带的走向按正弦规律变化。剩磁变化一个周期在磁带上所占有的长度，叫记录波长(λ)。即被记录信号的一个周期内，磁带相对磁头行走的距离。如图4-14所示。由此可见，被记录电流信号的频率(f)和磁迹的记录波长(λ)及磁带的移动速度(即头带相对速度v)有着对应的关系，记录波长表达式为式(4.2.1)表明，记录波长与信号频率成反比，与头带相对速度成正比。在同样的信号周期内，v越高，在磁带上留下的磁迹占有的空间越长，f越高，在磁带上留下的磁迹占有的空间越短。上一页下一页返回4.2磁性录放原理注意:记录波长与被记录的电信号本身的波长是两个不同的概念，千万不能混淆。电信号的波长由它本身的频率所确定。频率一定，波长不变。频率愈高，波长愈短。而记录波长不仅与信号的频率大小有关，还同磁头磁带的相对移动速度有关。4.2.2记录过程中的磁场分布上述记录过程，是理想的简单的记录过程。实际磁记录过程会受记录波长、磁头缝隙宽度、磁带的磁性层厚度等因素的影响，产生各种损耗，重放时信号质量下降。下面我们来分析一下磁头工作缝隙处的磁场分布情况。为了提高记录效果，实际磁头都是采用环形铁芯，在环形中间有一个很窄的缝隙称为磁头缝隙(川，且环形的长度、厚度和缝隙深度都要比缝隙大得多，磁头铁芯具有极高的导磁力。可以认为缝隙两端平面上都具有均匀的磁势。设Hx为磁头缝隙处二方向的磁场强度，x方向代表平行上一页下一页返回4.2磁性录放原理于磁带的方向，Hx为磁头缝隙处v方向的磁场强度，x方向代表垂直于磁带的方向。磁头缝隙处的磁场分布情况如图4-15所示。由图4-15可知，磁场分量Hx是以缝隙中心线为轴对称分布，越接近磁头缝隙处Hx就越均匀，Hx的最大值在缝隙中心线上，它随)的增大而迅速衰减。磁场Hx、分量以原点对称分布，缝隙中心线两侧方向相反，且垂直于磁带方向，在缝隙中心线上H,始终为零。当磁带通过记录磁头并沿着x方向运动时，受到的磁场强度先是垂直于磁带Hx的方向，然后逐渐变为平行于磁带的H方向，在磁头缝隙中心处Hx达到最大，然后Hx逐渐减小，最后，磁场强度又由平行于磁带的方向变为垂直于磁带的方向，但给出的剩磁则主要是平行于磁带的磁场分量Hx。

1.长波长信号的记录根据式(4.2.1)可知，当磁带磁头相对速度一定时，记录信号频率越低，记录波长就越长。我们将记录波长远大于磁头缝隙时的记录称为长波长信号的记录。此时可认为磁带上的一个微段磁场强度的分布基本上一页下一页返回4.2磁性录放原理不变，它所遇到的磁场仅是单调增加而又单调减小，并在磁带上得到与这瞬间磁场分布相对应的剩磁，如图4-16所示。磁场强度H的分布和该微段被磁化的过程:磁带微段进入磁头的时间顺序为t1->t5在该瞬间磁场强度Hx逐渐增加，到达磁头缝隙中心点Hx达到最大。然后，随着空间位置的变化，

Hx逐渐减小，到达t5处时，

Hx减至零。在图4-16中画出了相对应的磁化曲线，此曲线沿着Bt1、Bt2、Bt3、Bt4、Bt5变化。当该微段离开磁头缝隙移到处t5时，虽然Hx=0，但是磁带却得到了剩余磁感应强度Bt5。2.短波长信号的记录另一种情况是记录信号频率比较高，此时记录波长小于或接近磁头缝隙，称之为短波长记录或高频记录。短波长记录时的情况比较复杂，当磁带的某一微段通过磁头缝隙处时，由于记录信号的频率很高，信号可能在此期间已改变多次，包括方向和大小都已变化，因此磁带上该微段所受到的磁场作用不仅与位置有关，而且与信号变化有关，是空间和上一页下一页返回4.2磁性录放原理时间两个变量函数。图4-17画出了短波长记录时磁头缝隙的磁场分布和磁化曲线。磁带微段进入磁头缝隙的时间顺序仍为t1->t5，由于记录信号频率很高，所以在瞬间信号的大小和方向都会变化，引起磁头缝隙处的磁场极性反转，使磁带上前面记下的剩磁会被后边的记录信号消去一些，产生去磁现象。4.2.3记录过程中的各种损失在进行磁性记录时，主要存在高频损失。1.记录去磁损失所谓记录去磁损失是当记录信号频率较高时，磁带上已录下的剩磁部分被反磁场抵消掉一部分，使其剩磁小于最大磁场所对应的剩磁。记录去磁损失对记录不利，但在音频记录中，用交流偏磁记录方式时，却是利用这一损失，因为偏磁信号频率比音频信号频率高得多，而音频上一页下一页返回4.2磁性录放原理磁头缝隙较大，即偏磁信号的记录波长比磁头缝隙小得多，它几乎在磁带上没有剩磁，因此偏磁信号一也就不会记录在磁带上。而在录像机中，视频信号记录频率较高，视频磁头主要工作在短波长记录范围，所以“高频记录去磁损失”是视频磁头主要的记录损失之一。记录去磁损失与磁带磁性层厚度、记录信号波长、磁带矫顽力、磁头缝隙宽度等有关。这种损失随记录信号频率的提高和磁头缝隙的增大而增大。为了减小这种损失，必须增大磁带矫顽力和减小磁头缝隙。

2.自去磁损失自去磁损失又称自退磁损失。出现自去磁的原因有二:一是磁带离开磁头后，外磁路磁阻增加，已记录剩磁减小，然而这一减小在重放时又不能恢复到原来大小;二是不同方向磁化区之间相互去磁作用使剩磁强度进一步减小。上一页下一页返回4.2磁性录放原理自去磁损失与磁性层厚度、记录波长、磁带矫顽力有关。对于长波长记录或磁带磁性层薄，记录深度深达整个磁性层，因此没有可以产生反向自去磁磁场的余地。但对于短波长记录或磁性层厚，记录深度浅，就容易在磁性层深处产生反向磁场。因此记录信号频率愈高，磁性层厚度愈厚，自去磁损失愈大。另外，磁带矫顽力越大，自去磁损失就越小。

3.磁性层厚度损失磁性厚度损失与记录波长有关。在长波长记录时，磁性层厚度远小于记录波长，磁性层全部厚度的磁化都是均匀的。重放时，磁带与磁头接触而形成闭合磁路，在闭合磁路中的总磁通量与磁性层厚度成正比。因此长波长记录时不会产生磁性层厚度损失。在短波长记录时，磁带记录的剩磁深度随记录波长减小而变浅。磁带磁性层表面与内部的剩磁还会产生相位差，相位差的大小随波长减小而增大。重放时，磁带磁性层深层处的一部分磁力线不再通过重放磁头，而通过磁性层深层直接形成闭合回路，使磁头线圈中的感应电动势下降，上一页下一页返回4.2磁性录放原理由此引起磁性层厚度损失。由此可见，记录波长越短，磁性层越厚，损失越大。记录信号频率一定，磁性层越薄，损失越小，频率特性越好。另外，在记录过程中还存在着间隔损失、涡流损失、磁滞损失等。这些损失对高频信号的影响较大，频率越高，损失越大。4.2.4重放过程记录在磁带上的信号，只要不受外界磁场的破坏，就可以长期储存于磁带上。如要信号还原，必须再次使磁带以记录时的相同方向和速度通过磁头，由磁头完成磁一电转换，输出感应电压信号。将原记录在磁带上的磁迹，看作是一串反映记录信号幅度和频率的小磁铁，它们将在磁带表面形成磁场，磁力线溢出磁性层表面。重放时，磁头的工作缝隙与录有磁迹的磁带紧密接触，由于磁头铁芯磁阻远小于缝隙磁阻，磁力线通过磁头铁芯形成闭合磁路。如图4-18所示。上一页下一页返回4.2磁性录放原理当磁头与磁带的相对速度和运动方向同记录时一样时，通过铁芯中的磁通量将随着磁迹的变化而变化。在磁头线圈中感应出相应的电动势，这个感应出来的电信号就是原来记录时加到磁头线圈中的电信号，这就是重放过程。磁信号随空间变化的规律又被还原成电信号随时间变化的规律了。注意:重放信号的电压幅度与记录信号的频率成正比。4.2.5重放过程中的各种损失

1.磁头缝隙损失在重放过程中，只有磁力线通过铁芯穿过线圈时才能感应出电动势来，如果记录信号频率逐渐增加，则记录波长逐渐减小，当减小到与磁头缝隙接近时，磁头缝隙就会对感应电势产生严重的影响，使重放输出电压不但不能随频率的增加而增加，反而会随频率的增加而迅速下降。这种由磁头缝隙宽度所引起的输出下降，称为磁头缝隙损失。上一页下一页返回4.2磁性录放原理

2.方位角损失记录磁头缝隙的方向直接决定了磁带上磁迹的方向。在理想情况下，重放磁头缝隙与磁迹的方向相同，这样可获得最大的感应电势。但实际上，重放磁头缝隙与磁迹方向会存在偏差，即存在一定的夹角即方位角，就会产生所谓的方位角损失。产生方位角损失的原因是，由于重放磁头和记录磁头之间存在方位偏差，使得重放磁头缝隙上、下分别和极性不同的磁化区接触，使得上、下两部分磁通作用相互抵消，因而减弱了磁头感应电势的输出。方位角损失是录放过程中一个不利的因素，应当避免。但在高密度方位角记录技术中，巧妙地利用这种损失，可以有效地消除邻迹干扰。

3.间隔损失在录放过程中，理想情况应该是磁头和磁带完全紧密地接触。但是实际上磁头和磁带之间接触的只是凸起部分。加之在录放过程中，由于上一页下一页返回4.2磁性录放原理磁带张力不均匀，磁头缝隙处有灰尘或污物，以及振动和磨损等因素，使磁头和磁带之间产生间隙。使重放感应电势减弱，由此造成的损失称为间隔损失。记录信号频率高，记录波长短时，磁场的范围小，磁力线就更不易通过间隔到达磁头上，因而间隔损失随记录波长变短而增加。

4.轮廓效应和低频损失当记录波长A逐渐加大，变得与磁头磁带接触的弧长‘接近时，使输出产生波动，称之为轮廓效应，如图4-19所示。从图4-19可以看出，G/λ≤2剩磁的外泄磁通通过磁头铁芯，磁力线方向相反，肩互相抵消的作用，使感应电动势减小。而当G/λ≤1时，磁带剩磁的外泄磁通通过磁头铁芯，有互相加强的作用，使感应电势加大，由此可见感应电势随着G/λ而变化。上一页下一页返回4.2磁性录放原理要克服这种轮廓效应只要使用前工作曲面半径小而突出的磁芯形状，减小非磁头缝隙的磁芯部分与磁带的接触面即可。然而这种磁芯，又会使记录波长特长，长得比磁头同磁带相接触的长度还长时，如图4-20所示，有一部分磁力线就要通过空气才能到达磁头铁芯，由于空气的磁阻远大于铁芯和磁带磁性层的磁阻，从而使感应电势变小，这种情况产生于低频信号重放时，故称为低频损失。另外，在重放过程中，同样会产生涡流损失、磁滞损失等。这些损失都属于高频损失。

5.实际录放特性实际录放特性低频部分由于低频损失引起下凹，当频率逐渐升高时，感应电势变大，感应电势获最大值后，由于各种高频损失的原因，感应电势又开始下降，当记录波长与磁头缝隙相等时，此时损失为无穷大，感应电势为零。上一页返回4.3录像机原理4.3.1录像机概述录像机简称为VTR，它是一种记录、存储、重放图像和伴音的视听设备。磁带录像机是从磁带录音机发展而来的，都采用磁带与磁头进行磁性记录。磁带上的磁粉为硬磁性材料，磁头铁芯为软磁性材料。1956年美国安培公司制作了世界上第一台广播用转鼓式四磁头黑白录像机。同年，日本东芝公司研制出单磁头螺旋扫描录像机。1962年至1967年研制出了高带调制技术、铁氧体磁头、色同步校正器、自动编辑装置等。1968年之后螺旋扫描方式机种异军突起。

1978年之后，盒式录像机进入激烈竞争阶段，出现如U方式(3/4in,2磁头)的工业机种，以及VHS方式、p-max方式(1/2in,2磁头)的家用机种。在我国最为普及流行的是VHS型录像机。VHS录像机采用的是旋转磁头、螺旋扫描方式、模拟电路处理技术，因而存在一些模拟电路固有的缺点，如随着复制次数的增多，图像质量迅速劣化等，然而这种下一页返回4.3录像机原理情况往往被误认为是单纯的磁带问题。随着数字技术的发展，数码录像机(简称DVR)在20世纪90年代之后开始进入专业消费领域，以优良的性价比迅速赢得市场。数码录像机采用新的录像方式，以高质量的活动图像压缩方式记录信号，可以直接与计算机相连，将记录的信号下载到计算机中，通过计算机进行编辑处理或上网传输。数码录像机是指全部采用数字技术的录像机。视频信号处理系统全部实现了数字化，记录在媒体上的信息是数字编码信号，它经多次复制或传输变换后一也不会使图像质量劣化。实际上，系统控制电路、伺服电路、时基校正电路等，在过去模拟录像机中也早已采用了数字技术。第一台广播质量的数码录像机是索尼公司1987年推出的数字分量式录像机D1。它采用3/4in磁带记录信息，对亮度信号Y和两个色差信号R一Y,B一Y分别进行数字化处理和记录。亮度信号的取样频率为13.5MHz，两个色差信号的取样频率为6.75MHz，三者之间的数字化比例关系为4:2:2(以3.375MHz为1)。亮度信号和两个色差信号均按8b量化，上一页下一页返回4.3录像机原理以时分方式传送，经通道编码和纠错编码，磁头记录的总码率为243Mb/s。由于数字记录方式所记录的数据量比模拟录像大许多，所以D1格式录像机提高了磁鼓转速为9000r/min，将模拟录像机场不分段记录改为场分段记录。D1具有4个音频通道，音频抽样频率为48kHz,量化比特为16~20b，音频带宽为20Hz~20kHz，动态范围为90dB,每通道数码率为7.68Mb/s,磁带为氧化铁带。1988年索尼公司推出数字式复合录像机D2。一也采用3/4in磁带记录信息，与D1不同的是将视频全电视信号整体进行数字化，取样频率为17.72MHz,磁鼓转速为6000r/min,磁带为金属粒子带。

1991年松下公司推出数字复合式录像机D3。使用1/2in磁带记录信息，场分段记录方式。它可以选配解码接口电路装置转换成数字分量方式，再与其他分量系统相连。

DS录像机(又称DX'0)是松下公司1995年推出的，使用1/2in磁带的全比特数字分量式录像机。上一页下一页返回4.3录像机原理数码S录像机是JVC公司推出的采用1/2in磁带数字分量式录像机。磁带尺寸与VHS一样，磁鼓转速为4500r/min，纠错系统采用双重里德一所罗门编码纠错方法。

VCD光盘录像机是将视频数字信号按VCD格式压缩后刻录到CD一R或CD一R/1V光盘上。

DVD光盘录像机是1999年推出的将视频数字信号按DVD格式压缩后刻录到光盘上的录像机。DVD与VCD光盘录像机的主要区别在激光头，DVD需要使用波长更短的激光器件。录像机的记录媒体除磁带、光盘外，还有硬盘、记忆棒、半导体存储卡等。上一页下一页返回4.3录像机原理4.3.2VHS录像机的基本原理录像机不但能记录和重放声音，还能记录、重放活动的图像。那么能否像记录、重放声音那样记录、重放图像呢?答案是不行。因为图像信号与声音信号除其共性外，还有许多各自的特点。我们知道音频信号的频率范围为20Hz~20kHz，视频信号的频率范围是0Hz~6MHz,如果对图像质量要求不高，至少也应为25Hz一3MHz。

信号的倍频程为音频信号的倍频程为上一页下一页返回4.3录像机原理最低要求的视频信号的倍频程为根据电磁感应定律，在没有损耗的情况下，重放特性是随着频率的升高重放电动势也上升，每倍频程重放电动势上升6dB(即增加一倍)，两者成正比。我们知道可记录的电平是有一定限度的，信号过强会导致磁饱和，过弱又会使重放的信噪比变坏。目前常用的磁带，可记录电平的上下限之比(称为动态范围)约为70dB左右。音频信号的动态特性约为60x10=60dB，根据现用磁带的动态范围，经过各种校正，音频信号尚可直接记录。视频信号的动态范围约为6x18=108dB，远远超出现用磁带的动态范围，要校正视频信号的重放特性非常困难，给确定视频信号的最佳电平上一页下一页返回4.3录像机原理也带来困难。若以高频端为基准进行设计，则低频端的信噪比变坏;而以低频端为基准，高频端又会出现饱和现象产生饱和失真。而视频信号高、低频段都是同样重要，低频分量代表图像的轮廓，高频分量代表图像的细节。要获得满意的图像两者不能偏废。解决这一问题的根本技术措施是利用调制进行频谱搬移，使视频信号的相对带宽压缩到能校正的倍频程范围内。但这样做就要求录像机能记录比原来视频信号上限频率还要高的信号。

1.亮度信亏调频、色度信亏降频的记录方式利用调制进行频谱搬移，可以使视频信号的相对带宽压缩到能校正的倍频程范围内。所谓调制，就是用低频信号去改变高频载波信号的参数，达到传递信号的目的。一个高频载波信号可改变的参数有三个:幅度、频率、初相位，对应的调制为调幅、调频、调相。采用调频方式，虽然同时提高了下限频率和上限频率，但上、下限频率之比却降低了，即压缩了倍频程，且采用调频有如下优点。上一页下一页返回4.3录像机原理①抗幅度性干扰能力强。调频波是由瞬时频率的变化来反映所传递的信号，在录放过程中出现的幅度干扰可以通过限幅的方法加以消除，而对信号没有影响。②可以不加偏磁直接记录调频波。调频波是等幅的高频信号。剩磁特性非线性引起调频波波形失真是正负对称的。对称性的波形失真没有二次谐波，三次以上的谐波与基波的频谱并不重叠，用普通滤波器滤除后对基波不产生干扰。因此，调频波在记录时不需另加偏磁。③调频波的幅度可以加大到在峰值使磁带饱和磁化的程度，能确保重放时有足够的强度。避免由于磁头磁带特性不同而产生的重放输出电平变化的影响。④便于实现频分多路化记录。可以对亮度、色度信号采用频分多路化记录。采用亮度信号调频、色度信号降频的记录方式是将输入的视频信号上一页下一页返回4.3录像机原理一分为二，一路经低通滤波器分离出带宽3MHz左右的亮度信号进行调频;另一路经中心频率为4.43MHz的带通滤波器分离出色度信号，然后经过外差电路，将原4.43MHz的副载频fsc降为低载频fsc’，最后将亮度调频信号和低载频色度信号相加并放大后送给视频磁头记录在磁带上。亮度信号调频:对VHS机来说是将黑电平变换为4.1MHz的调频载波，自电平变换为4.8MHz的调频载波，视频亮度信号的上限频率限制在3MHz，亮度调频后信号低端频谱延伸至1.1MHz,0~1.1MHz频段正好留给色度信号降频。色度信号降频是将副载波频率由fsc=4.43MHz降低为fsc’=627kHz。

采用亮度信号调频、色度信号降频的记录方式还有如下优点:①同样的时基误差信号对低载频色度信号来说产生的相位误差和频率变动较小。约降低到原来的fsc’/fsc，色度信号副载波的相位误差减少和频率变动较小意味着提高了重现的彩色图像的质量。上一页下一页返回4.3录像机原理②亮度调频信号对低载频色度信号起交流偏磁作用，因此不必再另加偏磁信号。注意:这里说可不加偏磁记录与前面提到的视频调频信号不加偏磁记录其原因有本质的区别。因原电视信号中的色度信号是调幅波，降频后的色度信号还是调幅波，按理应采用偏磁记录。但按选偏磁信号频率的原则——偏磁信号频率为最高记录信号频率的5倍以上，选定低副载频色度信号的偏磁信号频率为3MHz以上，刚好是亮度调频信号的载波，出现了一个技术上的巧合，亮度调频信号恰好可用作降频色度信号的记录偏磁。在录像机中采用了低调制度、低载频的窄带调频方法，使边频成分减少到只有一对边频分量，但其上限频率和频带宽度都超出了视频信号原来的上限频率和频带宽度。因此，对视频磁头的高频特性提出了更高的要求。另外，在重放时，低载频色度信号仍需上升到标准副载频fa，然后再与解调的亮度信号相混合，还原成彩色全电视信号输出。在升频过程中还要设法稳定副载波的频率，称为时基误差校正。上一页下一页返回4.3录像机原理2.提高记录、重放上限频率的方法我们知道当记录波长入等于磁头缝隙g时，感应电势为零。此时信号频率为这一点的频率称为截止频率或临界频率。式中:为磁头磁带的相对速度称为头带的相对速度。由于各种高频损失的影响，实际允许的上限频率为临界频率的一半。即从式(4.3.3)可知，要提高上限频率的方法有两种，一是减少磁头缝隙宽度，二是提高头带的相对速度。上一页下一页返回4.3录像机原理当头带的相对速度一定时，磁头缝隙越小，可记录的上限频率越高。但磁头的缝隙并不是可以无限制的减少，磁头缝隙太小不仅制造困难，而且还会降低录放灵敏度。此外，磁头缝隙还受磁带分解力的限制，当磁带分解力已达到极限时，减少磁头缝隙就没有意义了。因此磁头缝隙的大小要根据实际情况来确定，广播用机磁头缝隙为1μm左右，VHS机的磁头缝隙为0.3μm左右。当磁头缝隙一定时，提高头带的相对速度也可提高录放的上限频率。若采用录音机那样的固定磁头，仅提高磁带的走速，来实现记录视频信号是不可能的，不但磁带的用量增大到不能容忍的程度，而且走带机构也无法保证这种高速恒速的要求。于是，提出了螺旋扫描方式来提高头带的相对速度，进而提高录放的上限频率。3.螺旋扫描原理在录像机中，声音信号与控制信号的磁头固定，磁带运动，磁头在磁带上沿纵向扫描，磁迹分布是纵向的。一般有两条音频磁迹，可以录制上一页下一页返回4.3录像机原理立体声或进行插话记录。还有一条控制磁迹，作为录放控制指令用。图像信号的磁迹则依旋转磁头和磁带的相对运动而定。目前较多采用如图4-21所示螺旋扫描方式。磁头旋转方向和磁带运动方向接近于平行而略有倾斜(约5°)的斜扫描方式。一般的螺旋扫描方式，磁鼓分为上鼓和下鼓两部分，下鼓不动，上鼓高速旋转，磁头从上鼓的最下面伸出，磁带以几形环绕在磁鼓上，信号用旋转变压器进行藕合。磁鼓的直径在不同的机器上是不同的，磁鼓的旋转速度为50r/5(单磁头)、25r/5(双磁头)，保证磁鼓每旋转一圈扫描出一场或两场视频磁迹。再来看看家用录像机可记录的上限频率。磁鼓的旋转速度n=25r/s

磁鼓直径φ=62mm

磁带运动速度vt=23.39mm/s上一页下一页返回4.3录像机原理

磁头缝隙g=0.3μm

所以，磁鼓的线速度

vt=πφn=3.14x62x25=4.867m/s

相对的头带速度

v=vt

-vT

=4.867-0.02339=4.844m/s4.声像信号的记录下面以记录电视节目为例，来说明录像机各部分的工作过程，如图4-22所示。上一页下一页返回4.3录像机原理射频电视信号接到录像机的RFIN端子，经天线放大器放大分为两路:一路送混合器，并由混合器输出(RFOUT);另一路经TV解调器解出音频(A}、视频信号(V)，视频信号经AGC电路分出一路到同步分离电路取出同步信号输到系统控制微处理器;另一路送到视频电路进行亮度(Y)、色度(C)分离，亮度信号进行调频，色度信号进行降频，然后再合成，经磁头放大器、旋转变压器将信号送到旋转的视频磁头上，记录到运动的磁带上。音频信号的记录与录音机的录音电路基本相同，对音频信号进行自动录音电平控制放大和录音均衡处理，将70kHz的超音频偏磁信号与音频信号叠加后送到固定的音频磁头上，记录到磁带的上边沿1mm位置。记录时，偏磁振荡器同时为全消磁头(消除磁带上的所有信息)和音频消磁头(只消除音频信息)提供消磁信号。记录时操作电路将入工操作信息送给系统控制微处理器，微处理器根据程序对各有关部分下达工作指令，如机械部分穿带、走带的指令，鼓电机、主导轴电机启动的指令，视频、音频电路的工作指令，TV解调器上一页下一页返回4.3录像机原理的频段选择信号，电源电路的启动信号，同时对各电路和机械进行检测以便发现故障进行自动保护，并驱动多功能显示器显示。伺服电路驱动鼓电机和主导轴电机并使之协调运转。鼓的旋转速度与电视信号的帧频同步，且必须保证两个视频磁头刚好各记录一场视频信号。主导轴电机恒速牵引磁带，使视频磁头所记录的磁迹一条条整齐地排列在磁带上，不分离也不重叠。为使重放时磁头寻找跟踪各自所记录的磁迹，记录时伺服电路还把同步信号送到控制磁头，记录到磁带的下边沿。霍尔传感器是利用霍尔效应检测电机的转速和相位。霍尔效应是指将一块矩形半导体薄片置于磁场之中，薄片两侧通过电流时，则在薄片的另外两侧会产生感应电动势。高保真音频记录是将两个声道的音频信号分别调制(FM)到两个载频上(1.4MHz和1.8MHz)，音频信号采用深层记录的方法，记录到磁带的深层，表层记录视频图像信号。上一页下一页返回4.3录像机原理

5.声像信号的重放重放时，操作、显示、电源电路、机械部分工作情况与记录时相同。重放状态方框图如图4-23所示。伺服系统通过检测磁带的同步信号，使鼓电机、主导轴电机的运转与视频信号同步，视频磁头准确地跟踪各自所记录的磁迹。视频磁头拾取磁带上的磁信号，经旋转变压器将两磁头的信号分别送到各自的前置放大器，经放大和切割合成将两磁头的输出连成一个连续信号，然后以失落补偿电路弥补因磁带损伤和走带抖动而引起的信号丢失。经磁头放大器放大的图像信号用频率分离的方法分离出亮度调频信号和色度调幅信号，重放电路是记录电路的逆变换。亮度调频信号经鉴频恢复成原亮度信号，降频的色度信号经升频电路和梳状滤波器恢复出原色度信号，最后再合成视频信号输出。重放时，记录在磁带边沿的音频信号由固定的音频磁头重放出来。在放音放大器中经过前置均衡放大器补偿低频，在电压放大器中调整增益，上一页下一页返回4.3录像机原理输出放大器放大后恢复成原来的伴音信号直接送到机器后面板上的音频输出插座，同时也送到射频调制器与视频信号调制成射频信号。高保真音频信号的重放是将旋转音频磁头提出的调频信号进行放大滤波后，再根据两声道调频载频的不同进行分离，分别解调，解出两声道的音频信号。4.3.3数码录像机简明原理数码录像机的原理特点主要表现在视频和音频信号处理方面，同时在磁路模式与磁鼓结构方面一也各具特点。由于个入消费市场受影碟机和摄录一体机的冲击，数码录像机主要以专业机为主。数码录像机的格式有多种，主要是索尼、松下、JVC三家公司的三种格式。下面以JVC公司的Digital-s数码录像机为例，简明地介绍一下数码录像机的原理特点。上一页下一页返回4.3录像机原理在Digital-s格式中，使用较廉价的金属涂敷磁带。为了录制不同的信息，把一个磁迹分为8个区:三个ITI(插入与跟踪信息码)区，两个音频区，两个视频区，一个副码区。在区与区之间录有一定的编辑间歇，这些间歇能吸收编辑过程中可能发生的定时错误。磁迹间距20μm，有三条直线磁迹，两条为音频提示磁迹，可以方便地设置编辑点，另一条为控制磁迹。625/25系统的1帧视频信号被分成24等份后，由上到下分别记录在指定区上。)磁鼓组件包括固定的上部磁鼓、下部磁鼓和旋转的中间磁鼓。运行速度是VHS方式的3倍。Digital-5格式磁头结构如图4-24所示，磁头由具有不同方位角的对磁头构成，可以同时进行两条磁迹的录像或放像。其中REC为录磁头，PB为放磁头。

Digital-s数码录像机视频信号流程如图4-25所示。

A/D车令换器把视频信号由模拟量转化为数字值。模拟波形时间轴上的分割称为取样，而电压的分割则称为量化。在Digital-*数码录像机中，上一页下一页返回4.3录像机原理取样频率为13.5MHz,R-Y或B-Y=6.75MHz,量化比特为8b的数字色差分离(4:2:2)01帧的数据被分为8x8像块(DCT块)，因为Y信号和色差信号的取样频率不同，所以Y信号被分为72(Y)x90(H)块，而色差信号被分为72(Y)x45(H)块。1MB宏块由一幅图像中的相同位置的4个DCT块组成，4个DCT块由Y块和色差信号的两个DCT块组成。如果把视频信号转换为数字信号并按原样录制的话，则记录数据量将非常大，需要对数据进行压缩。视频数据压缩系统采用MPE(}一1标准(在第5章将会详细叙述)。压缩后的数据通过磁头记录到视频区。

Digital-s数码录像机音频信号流程如图4-26所示。

Digital-s数码录像机声音以48kHz取样、16b量化，可记录四个通道的声音，可对每一个声道进行高质量逐帧编辑。音频数字信号被记录在音频区。上一页返回4.4DV摄录机的格式、电路结构与工作原理家用1/4in磁带DV格式的数码录像机是具有统一标准的家用录像机，对机械、电路、信号处理(数字压缩和编码)以及磁带部分都作了统一的规范。DV是英文DigitalVideo(数字视频)的缩写，DV摄录机是数码摄像机和DV录像机的组合体。采用数字技术记录图像和伴音信号。4.4.1DV录像机的基本特点

1.水平分解力500线在DV规格中，亮度信号的带宽为6MHz，水平分解力可达500线，是目前的最高水平模拟家用录像机的水平分解力VHS方式为250线)。信噪比高达54dB。2.色度失真小

DV机采用1.5MH，降频记录色度信号。3.视频抖动小

DV机中都采用数字式时基校正器，具有内置数字信号处理器，可下一页返回4.4DV摄录机的格式、电路结构与工作原理基本上消除抖动。

4.音频记录采用脉冲编码调制方式

DV机对音频信号的记录处理采用脉冲编码调制方式即PCM方式，通常采用采样频率48kHz高音质16b线性量化两声道或采用采样频率犯kHz,12b编辑用非线性量化四声道两种模式。

5.信号处理方式

DV格式的录像机采用1帧/场内压缩方式，记录在磁带上的信号是数据块可以实现高速搜索。

6.基本功能

(1)编辑过程几乎无信号损失在DV录像机之间，或DV录像机与编辑机(非线性编辑)之间用一根DV接u线，可将图像和伴音进行数字信号的编辑，且无损失(模拟录像机转录信号有损失)。上一页下一页返回4.4DV摄录机的格式、电路结构与工作原理

(2)自动记录录像的日期和时间这些日期和时间都以辅助(AUX)数据的形式记录在磁带上。

(3)自动记录编辑用时间码编辑用时间作为子码记录在磁带上。

(4)子信号完全独立图像信号、声音信号、时钟信号等子信号完全、独立的记录在磁带上，文字信息不存储在磁带上，而是记录在搭载于磁带上的IC存储器中。摄录机上也有一块与盒带上相同的半导体存储芯片，用于记录索引数据。4.4.2家用数码录像机(DV)的基本规格数码录像机中规定了SD规格(标准清晰度规格)，以及HD规格(高清晰度规格)。上一页下一页返回4.4DV摄录机的格式、电路结构与工作原理1.SD规格采用旋转磁头方位记录，视频信号采用数字分量记录方式。取样频率:13.5MHz量化比特数:8b信息压缩后的记录速率视频:25Mb/5音频信号记录方式:PCM数字记录2CH,48kHz,16b4CH、32kHz、12b使用磁带:金属蒸镀磁带(ME)或同等性能的磁带磁带宽度、厚度:宽6.35mm(1/4in)、厚7μm带盒:标准型125mmx78mmx14.6mm

迷你型66mmx48mmx12.2mm内装4KB半导体存储器，在DV带盒上，采用电子识别机构，以便检测上一页下一页返回4.4DV摄录机的格式、电路结构与工作原理盒中磁带的厚度、种类、用途等。走带速度:60Hz(18.812mm/s)，50Hz(18.831mm/s)数据压缩技术:DCT(离散余弦变换)2.HD规格取样频率:40.5MHz信息压缩后的记录速率:视频50Mb/5音频记录方式:PCM数字记录8CH,32kHz,12b4CH、48kHz、16b走带速度:60Hz(37.625mm/s)，50Hz(37.662mm/s)其他与SD相同。上一页下一页返回4.4DV摄录机的格式、电路结构与工作原理4.4.3DV磁带的标记、记录格式标准DV磁带用“DV”来表示，微型迷你盒带用“DVM”来表示。磁带在标准带速(SP)下可记录节目的时间用数字表示。例1DV270——记录时间为270min的标准磁带例2DVM60——记录时间为60min微型迷你磁带市场上流行的磁带有:DV带120min,180min或70min等几种;微型迷你磁带肩30min,60min,80min等几种。DV格式的录像机采用旋转磁头螺旋扫描方式，DV磁带的记录格式如图4-27所示。上一页下一页返回4.4DV摄录机的格式、电路结构与工作原理4.4.4信号的数字处理1.视频信号的记录处理

DV机视频信号的记录处理方框图如图4-28所示。亮度信号(Y)经A/D变换后送入数据压缩处理电路，色度信号分解成两个色差信号后，再经A/D变换成数字信号，送入数据压缩处理电路中，数据压缩处理电路除去信息中的冗余，将数据量减小，具体处理包括有效面积提取、离散余弦变换(DcT)、量化和可变长度编码(vl,c，最后将编码的数字信号经记录放大器记录到磁带上。

2.音频信号的数字处理电路在磁迹格式中音频信号记录部分主要记录PCM音频信号和音频辅助信号(A.Aux)。(1)PCM音频记录音频信号的数字处理有12b和16b两种。在摄录机中，有固定为12b上一页下一页返回4.4DV摄录机的格式、电路结构与工作原理量化的机种，也有可选择12b或16b两种模式的机种。重放时，所有的摄录机都能自动识别。

图4-29为16b量化方式，图4-30为12b量化方式。在音频磁迹部分，除记录PCM音频信号之外，还记录音频辅助数据。主要是取样频率、量化比特数、记录模式、记录日期等信号。

(2)子码记录部分在磁带的磁迹上专门有一部分记录子码信号。其主要内容有如下几个部分。时间码:在磁带上每一幅画面都对应一个时间，像磁带上的顺序位置一样，一段节目从哪里开始到哪里结束可以准确地选取，可精确到1帧图像。如图4-31所示。识别信号(索引)ID录像机在记录数字视频信号时，在每段节目的开头记录一段索引信号，在放像进行200倍的高速搜索节目时，由磁头检出这个索引信号，以便判别节目录制的位置。如图4-32所示。上一页下一页返回4.4DV摄录机的格式、电路结构与工作原理照片索引PP一ID:摄录机也可以记录静止画面、照片，为了便于搜索照片记录的位置，所记录的标记信号就是索引信号ID。如图4-33所示。(3)插入和磁迹信号记录部分ITIITI信号的记录位置如图4-34所示。这一部分是为了记录高精度基准信号而设置的。在编辑节目时，用这部分的信号进行伺服控制，可以替换某些视频部分的数据(即插入编辑)，插入后的视频部分以及其他部分相对磁迹位置保持不变，这样可以以磁迹为单位进行高精度编辑。

(4)磁迹图与记录信息的主要内容

图4-35所示是一条磁迹所记录信号的主要内容。上一页下一页返回4.4D