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1、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。,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,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,四、消磁原理,消磁方式：直流消磁；交流消磁。,五、磁头与磁带,（一）磁头 1、视频磁头 （1）单体磁头
2、,（2）复合磁头,2、音频及控制磁头,3、全消磁头,（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,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=20.310-66106=3.6m/s,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：
3、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。,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
4、，则fmax / fmin=6106/25=2.4 105218，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25Hz3MHz217。,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。,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
5、分。,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,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,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，型绕带方式，1.5磁头记录方式。,（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
6、个色差信号记录在另一条磁迹上。,1、Betacam型录像机,Bvw-50p,Bvw-60p,Bvw-70p,2、M型录像机,方位角记录方式,（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，型绕带方式，3/4英寸磁带。,1、低带型（VO）,（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-VHS,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
7、描方位角记录方式。,8mm格式的高带型式：超8（Hi-8）。,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,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。,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,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
8、。,3、音频混合电路,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,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。,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,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
9、安装； （3）有两个消音磁头，一个全消磁头、一个专用消磁头；,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。,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、Betacamsp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。,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
10、，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。,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。,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。,1、相位伺服环路,（1）记录状态下 （2）重放状态下,TRACKING CONTROL,2、速度伺服环路,磁鼓转一周，磁带
11、移动两条磁迹。,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。,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,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。,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
12、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。,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。,n比特量化器需要2n-1个比较器。,量化误差： =Ui(t) U0(t),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：D7D0，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
13、，Q7=0，Q6=Q5=Q4=Q3=Q2=Q1=1,4.11 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。,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。,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
14、有扩展新功能的能力。,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。,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
15、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88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。,5）去交织,6）纠错编码：在压缩数据块的前面或后面加几
16、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。,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。,（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
