第2章 磁带录像机.ppt

1、第2章 磁带录像机,授课教师：龙 英 艳 授课班级：教技081、082班,本章内容结构体系,学习目标,了解磁带录像机的发展历史 知道磁带录像机的分类方法 理解磁记录的基本原理 掌握录像机的基本组成 掌握磁带录像机的记录格式及其兼容性 了解磁带录像机在电视节目制作系统中的应用,教学重点与难点、教学时数,教学重点 磁记录的基本原理 录像机的基本组成 磁带录像机的记录格式及其兼容性 磁带录像机在电视节目制作系统中的应用 教学难点：磁记录的基本原理 教学时数：6学时,相关概念,磁带录像机：简称VTR，是利用电磁感应原理，以剩磁的形式在磁带上记录并重放电视信号的一种设备。 实现磁记录的关键是磁头（完成电

2、磁转换和磁电转换）和磁带（记录磁信号的介质，由磁性层和带基构成）。 磁迹：当磁带以一定的速度移动并经过磁头工作间隙，在磁带上所留下连续的与记录信号电流大小成正比的剩磁轨迹（简称磁迹） 。 磁记录的最大特点：磁信号可以被消去并反复记录。 消磁方法有：直流消磁法和交流消磁法。,2. 1 录像机的发展,发展历程：从模拟到数字、从复合到分量。 四大记录格式：模拟复合、模拟分量、数字复合、数字分量,2.1.1 磁记录技术的发展,1898年，丹麦的波尔森所做的有关磁性记录的实际演示。 1906年，波尔森和其同事采用直流偏磁的记录方式，减少了失真，提升了输出信号电平。 20世纪20年代末期，卡尔森提出了使用

3、交流偏磁的记录方式，提高了信噪比。 1928年，出现磁带的雏形。 1935年，德国通用电器公司推出磁带录音机。,2.1.2 广播及业务用磁带录像机的发展,第一代广播用录像机：1956年，美国安培(AmPex)公司推出第一部旋转四磁头广播用录像机(2in)，采取两大技术措施： 放慢带速而磁头高速旋转，提高了头带相对速度。 低载频、浅调制的调频信号记录方式。 第二代广播用录像机：1978年，制定了1in螺旋扫描录像机的规格。 业务用磁带录像机： 1971年，3/4in盒式录像机(U型低带机)问世 随后推出高带U型机 1986年推出超高带U型录像机,分量录像机,1981年，松下公司开发出M格式分量录

4、像机，特点： 将亮度信号和2个色差信号分别调频记录，对2个色差信号采用频分复用法进行记录。 1982年，SONY公司推出Betacam格式录像机，特点 将亮度信号和2个色差信号分别调频记录，对2个色差信号采用时间压缩分割复用法进行记录。 1986年， SONY公司推出Betacam-SP格式录像机，质量超过1in广播级录像机的水平。 数字分量录像机方面 1987年， SONY公司就已推出D-1格式数字分量录像机，1993年推出DVW系列，1996年推出DVCAM格式，2000年推出基于MPEG-2的4:2:2PML压缩格式。,2.1.3 家用录像机的发展,1975年，SONY推出Beta格式的

5、家用录像机。 1976年JVC推出VHS（Video Home System）格式家用录像机 ，目前已成为世界统一的家用录像机格式。 1985年，SONY推出8mm录像机。 1987年，JVC推出S-VHS录像机，实现了VHS录像机的高带化。 1989年4月， SONY推出高带8mm录像机。,2.1.4 录像机的新发展,数字硬盘录像机(Digital Video Recorder, DVR) PC式DVR：非线性编辑系统 嵌入式DVR：将应用软件与硬件融于一体的一种专门用于图像信号录放的设备。 光盘录像机 工作原理：将输入的信号先进行A/D转换，最后再以一定的格式“刻录”在光盘上。 分类： P

6、C式录像机和专用光盘录像机 SONY：推出专业蓝光光盘录像机（能在双层50GB蓝光光盘上存储16个小时的高清节目 ） 松下：固态存储卡（专业插卡式，Professional Plugin, P2）系列产品,2.2 录像机的分类,按用途分：广播级、专业级、家用级、特殊用途 按磁带宽度分：2in、 1in、 3/4in、1/2in、8mm、 1/4in等六类 按扫描方式分：横向扫描和螺旋扫描两类 按对信号处理方式分：模拟和数字两类 按处理的信号内容分：复合和分量两类 按视频录放磁头的数目分：单磁头、1.5磁头、双磁头、三磁头、四磁头五类,按绕带方式分：、四种。 按功能分：放像机、录放像机、编辑录像

7、机等。 按电视制式分：PAL、SECAM、NTSC3.58、NTSC4.43等；高清录像机则有1080/60i、 1080/60P、 1080/24P、 1080/50i 、 1080/50P 、 1080/30P等 按磁带盘的形式分：盒式和开盘式（1in、2in） 按每条磁迹记录的信息量分：场分段和场不分段两类 按清晰度等级分：标准清晰度（250550TV线之间）和高清晰度两类,2.3 磁记录基本原理,2.3.1 磁记录与重放原理 磁记录：利用的是铁磁物质的剩磁特性 磁记录的物质基础：磁头（软磁性材料）和磁带（硬磁性材料） 磁头：由磁芯（铁芯）和线圈两部分组成。 磁芯：用导磁率高、在较宽频带

8、范围内导磁率变化小、涡流损耗小的软磁性材料制成。 磁头的基本结构：见图2.1 磁带：由粘合剂、带基、磁性层及背涂层构成(见图2.2)。,3.磁记录与重放的基本原理,磁记录与重放的基础：当外磁场作用于铁磁物质时，铁磁物质将被磁化，当外磁场消失后，铁磁物质还能保留与外磁场大小和方向相对应的磁场。 （1）记录原理电磁转换（图2.3） 记录波长：记录一个周期信号的磁迹长度称为记录波长，计算公式如下：,图2.3 磁性记录原理,由以上公式可以得出结论：记录波长和磁带与磁头的相对速度成正比，和记录信号的频率成反比。,（2）重放原理磁电转换,重放时，让记录有信号磁迹的磁带与重放磁头工作间隙接触，并以与记录时相

9、同的速度运行。此时磁带的磁化量发生变化，从而使磁头铁芯中的磁通量也发生变化，于是，磁头线圈中便产生了感应电动势。根据电磁感应定律：重放磁头线圈上的感应电动势的大小与磁头铁芯中磁通量对时间的变化量成正比，即：,若 ,由于磁通量与记录信号电流成正比，于是： ，则,由上式可以说明：重放电压与记录在磁带上的信号频率成正比，频率每增加1倍，重放电压也增加1倍，即6dB。,说明事项： （1）重放电压不可能随信号频率的升高而无限度地 增加。 （2）当记录波长减小到与重放磁头的工作间隙相等 （g=）时，整个磁头间隙内的磁通量平均值 因正负抵消而等于零，无重放电信号输出。 （3）当g= /2时，重放电压才会达到

10、最大值，因而 g /2 是保证正常重放的基本条件。,2.3.2 视频信号的录放特点,特点1,视频信号的上限频率高，视频录放必须采用旋转磁头并减小磁头工作间隙的宽度。 原因：由公式g/2 和=/f 得出：f/2g。 因而，提高录放信号的上限频率方法有两种： （1）减小磁头工作间隙宽度 （2）提高头带相对速度 具体措施：让磁带保持低速运行，而让磁头高速旋转，从而达到提高头带相对速度的目的。,特点2,视频信号相对带宽大，采用频率调制的措施减少视频信号的相对带宽。 原因：图像信号上限频率为：6MHz,下限频率为25Hz,相对带宽为18个倍频程。频率每增加1倍，输出电压要增加6dB，则最高频率和最低频率

11、的重放输出电压要相差108dB。若在整个带宽范围内直接记录，其结果是在重放高频信号正常的情况下，低频分量则会被杂波淹没而无信号输出。 措施：采用低载波频率及浅调制（低调制度）的方法降 低相对带宽，压缩倍频程，并增加抗干扰能力。,特点3,视频信号对相位失真非常敏感，必须采用高精度的伺服系统来稳定视频磁头的旋转速度与相位以及磁带的运行速度与相位，从而减小视频信号在录放过程中产生的相位失真。,2.4 录像机的基本组成,2.4.1 录像机的组成框图（图2.6）,视频信号处理系统,由视频录放磁头组件、视频记录电路、视频重放电路及相应的接口组成，主要完成视频信号的记录与重放。,音频信号处理系统,由音频录放

12、磁头组件、音频记录电路、音频重放电路及相应的接口组成，主要完成音频信号的记录与重放。,机械与 控制系统,由带盘机构、磁头鼓组件、穿带机构及控制与驱动电路组成，主要是驱动磁带按各种规定的状态运行，并完成各种机械和电路状态的转换。,伺服系统,包括磁鼓伺服、主导伺服、张力伺服几部分，主要是控制磁鼓和主导轴的旋转速度与相位，并使磁带保持一定的张力运行。,2.4.2 视频信号处理系统,视频信号处理系统主要有视频信号记录系统和视频信号重放系统组成。,视频信号记录系统,将预记录的彩色全电视信号经过必要的变换和处理后送入视频录放磁头。按对信号处理的方式不同，可分为模拟记录方式（分为模拟复合记录方式和模拟分量记

13、录分式，而模拟复合记录方式又分为直接调频记录方式和亮度信号调频、色度信号降频记录两种方式）和数字记录方式两类。,视频信号重放系统,记录是重放的逆过程，即重放时经过视频录放磁头将其转换成为电信号，然后按照记录的相反程序进行必要的放大、解码、还原、补偿和校正，最后输出符合要求的模拟彩色全电视信号、分量信号或数字信号。,前进,彩色全 电视信号,图2.7 直接调频记录方式原理框图,该记录方式的优点：信号处理电路简单、记录与重放 稳定性高。 缺点：对头带相对运行速度和伺服系统的精度要求都 很高，因而成本高，且有亮色串扰。,(1)模拟记录方式,FBAS,图2.8 亮度信号调频、色度信号降频记录方式原理框图

14、,该记录方式的优点：降低了对记录信号上限频率的要求， 从而减小了对头带相对速度、磁头工作间隙以及 伺服系统的精度要求，因而降低了设备成本。 缺点：有亮色串扰。,图2.9 模拟分量记录方式原理框图（简图）,该记录方式的优点：减小了亮色串扰。,(2)数字记录方式,Y Cr Cb,图2.10 压缩格式的数字记录方式简图,该记录方式的优点：可保证图像质量没有明显的降低，并且降低了信号处理、记录的难度及成本。,返回,2.4.3 音频处理系统,音频信号记录方式：纵向记录 记录原理：与普通盒式磁带录音机基本相同。 高保真录像机：采用旋转磁头记录和重放音频信号，可改善音频信号的录放幅频特性，从而达到提高音质的

15、目的。,2.4.4 机械及控制系统,磁头鼓组件,功能：让视频磁头高速旋转。磁头鼓分上、下两部分，上磁鼓可随磁头高速旋转，下磁鼓固定不动，上、下磁鼓之间的信号耦合通过旋转变压器来完成。,主导轴组件,由压带轮、主导轴及驱动电机组成，主要任务是拉动磁带按规定的速度运行。,音控磁头 组件,控制磁头与音频磁头共同做在一个支架上构成。控制磁头的主要功能是产生伺服电路所需要的控制磁迹(CTL)。,带盘机构,主要任务：为磁带带盘的运行提供动力，使录像机完成快进、倒带以及录放时的供带与收带工作。,穿带机构,主要任务：从磁带盒中拉出磁带并将其送到指定位置，建立正确的走带路径。,控制系统,根据使用者的操作指令对录像

16、机进行电路和机械状态的转换。,录像机机械及控制系统框图,录像机走带示意图,录像机磁头鼓组件,录像机磁头、磁鼓、走带系统,磁迹信号分布示意图1,磁迹信号分布示意图1,2.4.5 伺服系统,伺服,指使某一机械参数保持固定不变或按一定规律变化的自动控制。,伺服系统的主要功能,控制录像机的磁鼓和主导轴的旋转速度与相位，并使磁带运行时保持一定的张力，使录像机在记录状态时磁头能按规定的轨迹扫描磁带，重放时能够正确跟踪扫描磁迹。,伺服系统的组成,包括磁鼓伺服、主导伺服、张力伺服三部分。,2.5 磁带录像机的记录格式及其兼容性,为什么要了解录像机的记录格式？ 原因有二： 可以在原有记录格式的基础上，充分挖掘格

17、式潜力和采用各种技术，不断开发新的与原有记录格式兼容的高质量记录格式。 记录格式兼容，便于不同格式间相互的信息交流。 因而记录格式间的兼容性就成为选购录像设备时需要考虑的主要因素。,2.5.1 U型低带、高带、超高带记录格式及其兼容性,U-matic机,记录方式：亮度信号调频、色度信号降频。 缺点：记录频带较窄，图像质量较1in录像机差，不能满足广播电视部门的要求。,U-matic H机,记录方式：亮度信号调频、色度信号降频。 改进措施：减小磁头缝隙宽度为0.5m；展宽亮度和色度信号的记录频带，使图像的水平清晰线提高到270线（彩色）或370线（黑白）；亮度信号预加重由2.5提高到4，视频磁迹

18、宽度由85m或105m提高到125m，从而提高了信噪比。,U-matic SP机,记录方式：亮度信号调频、色度信号降频。 改进措施：专门开发了高保磁力的SP磁带（KSP系列）；展宽亮度和色度信号的记录频带，使图像的水平清晰线提高到300线（彩色）；采用新型Y/C分离电路、新型噪波消除电路等，提高了视频信号的信噪比。,兼容性,超高带和高带记录格式兼容，且超高带录像机对高带格式的兼容记录和重放是自动完成的；但与低带记录格式不兼容（超高带九型机具有低带格式的重放功能）。,2.5.2 VHS、S-VHS、Digital-S记录格式及其兼容性,VHS机,记录方式：亮度信号调频、色度信号降频，采用 高密度

19、倾斜方位角记录，取消了视频 磁迹之间的保护带磁带采用1/2in的 盒式磁带。,S-VHS机,改进措施：开发了高矫顽力含钴氧化物磁带；采 用缝隙更窄的叠片式非晶态磁头；展 宽亮度和色度信号的记录频带，使图 像的水平清晰线提高到400线；采用 Y/C分离电路，避免了亮色串扰，从 而提高了信噪比和图像清晰度。,Digital-S机,记录方式：分量记录，图像取样是4:2:2的分量 方式；图像8比特量化，声音16比特 量化；图像压缩比为3.3:1。 改进措施：磁鼓分3层，上下鼓固定，中间鼓旋 转并带旋转磁头，可减小磁带张力； 编辑录像机的录放磁头分开且重放磁 头超前90，因而具备图像预读功能， 可轻松完

20、成二对一编辑系统的划变和叠 画功能；使用高清晰度的W-VHS磁带。,兼容性,Digital-S可实现向下兼容S-VHS， S-VHS可实现向下兼容VHS （S-VHS 和VHS记录格式的兼容互换性见表2.2和表2.3）。,2.5.3 Beta、ED-Beta记录格式及其兼容性,Beta机,记录方式：亮度信号调频、色度信号降频，采用 高密度倾斜方位角记录，取消了视频 磁迹之间的保护带磁带采用小1/2in 的盒式磁带。,ED-Beta机,改进措施：采用金属磁带和TSS视频磁头，并展 宽亮度和色度信号的记录频带，采用 Y/C分离电路，避免了亮色串扰，使 图像的水平清晰线提高到500线。,兼容性,向下

21、兼容，即Beta机的磁带在ED-Beta机上可以实现记录和重放，而ED-Beta机的磁带则无法在低带Beta机上实现记录和重放。,2.5.4 8mm与Hi8记录格式及其兼容性,8mm机,记录方式：亮度信号调频、色度信号降频，采用 高密度倾斜方位角记录，还采用PCM 音频记录及旋转小磁头；视频磁头缝 隙宽度为0.25m ，金属带。,Hi8机,改进措施：采用蒸镀型金属磁带和TSS视频磁头，并展宽亮度和色度信号的记录频带，可使图像的水平清晰线提高到400线，采用Y/C分离电路和8mm复制（DUB）接口，避免了亮色串扰。,兼容性,向下兼容，即8mm机的磁带在Hi8机上可以实现记录和重放，而Hi8机的磁

22、带则无法在低带8mm机上实现记录和重放（8mm 和Hi8记录格式的兼容互换性见表2.4和表2.5） 。,2.5.5 Betacam、Betacam-SP、数字Betacam、Betacam-SX、 MPEG IMX记录格式及其兼容性,Betacam机,均为调频记录；采用1/2in氧化物磁带、绕带、场不分段记录方式；头带相对速度5.75m/s，无保护带高密度记录；亮色磁头方位角15，可消除重放时的亮色磁迹串扰。,兼容性,Betacam、Betacam-SP、数字Betacam记录格式的兼容互换性见表2.6。,Betacam SP机,主要技术措施：提高调频载波的频率，展宽了亮度亮色信号的记录带宽，

23、提高了图像的清晰度和信噪比；采用金属带。又分为高级型BVW系列、标准型PVW系列、普及型UVW系列。,数字Betacam机,主要技术特点：数字分量降比特记录，取样方式4:2:2，10比特量化，采用基于DCT的电平自适应场内压缩方式，压缩比为2:1，记录码率125.8Mb/s；使用1/2in磁带，信噪比大于62dB,可做到复制30代无损失；声音为48kHz取样、20比特量化。其模拟兼容机DVW-A系列可向下兼容重放。,Betacam-SX格式：盘带结合型数字录像机 主要参数（见教材77页） 主要优点 压缩时采用由I-B帧构成的GOP图像组序列，可实现高精度编辑，保证入点画面的制作质量。 重放磁头

24、增加一倍，降低了对磁迹精度的要求，可使磁带在1倍速范围内重放得到无杂波的图像。 兼容性：可使用Betacam-SP格式系列的BCT-MC和UVWT-MC等磁带，其DNW-A系列录像机可兼容重放Betacam-SP格式节目带。 MPEG IMX格式 主要参数： （见教材78页） 主要优点 采用只有I帧的帧内压缩方式，确保高质量帧精度的后期编辑制作 兼容性：能兼容重放Betacam/Betacam-SP/Betacam-SP和Digital Betacam格式的节目磁带；通过选用格式变换器，有利于将来向HDTV节目制作的过渡。,2.5.6 DV、DVCPRO、DVCAM记录格式及其兼容性,DV格式 技术指标：1/4in金属蒸镀型磁带；4:1:1或4:2:0数字分量处理；压缩方式为基于DCT，可提供500线水平清晰度。 DV CPRO格式：有DV CPRO50和DV CPRO25两种 技术指标 ： 4:2:2、4:1:1或4:2:0数字分量处理，压缩率