第2章 磁帶錄像機.ppt

1、第2章 磁帶錄像機,授課教師：龍 英 艷 授課班級：教技081、082班,本章內容結構體系,學習目標,了解磁帶錄像機的發(fā)展歷史 知道磁帶錄像機的分類方法 理解磁記錄的基本原理 掌握錄像機的基本組成 掌握磁帶錄像機的記錄格式及其兼容性 了解磁帶錄像機在電視節(jié)目制作系統(tǒng)中的應用,教學重點與難點、教學時數(shù),教學重點 磁記錄的基本原理 錄像機的基本組成 磁帶錄像機的記錄格式及其兼容性 磁帶錄像機在電視節(jié)目制作系統(tǒng)中的應用 教學難點：磁記錄的基本原理 教學時數(shù)：6學時,相關概念,磁帶錄像機：簡稱VTR，是利用電磁感應原理，以剩磁的形式在磁帶上記錄并重放電視信號的一種設備。 實現(xiàn)磁記錄的關鍵是磁頭（完成電

2、磁轉換和磁電轉換）和磁帶（記錄磁信號的介質，由磁性層和帶基構成）。 磁跡：當磁帶以一定的速度移動并經(jīng)過磁頭工作間隙，在磁帶上所留下連續(xù)的與記錄信號電流大小成正比的剩磁軌跡（簡稱磁跡） 。 磁記錄的最大特點：磁信號可以被消去并反復記錄。 消磁方法有：直流消磁法和交流消磁法。,2. 1 錄像機的發(fā)展,發(fā)展歷程：從模擬到數(shù)字、從復合到分量。 四大記錄格式：模擬復合、模擬分量、數(shù)字復合、數(shù)字分量,2.1.1 磁記錄技術的發(fā)展,1898年，丹麥的波爾森所做的有關磁性記錄的實際演示。 1906年，波爾森和其同事采用直流偏磁的記錄方式，減少了失真，提升了輸出信號電平。 20世紀20年代末期，卡爾森提出了使用

3、交流偏磁的記錄方式，提高了信噪比。 1928年，出現(xiàn)磁帶的雛形。 1935年，德國通用電器公司推出磁帶錄音機。,2.1.2 廣播及業(yè)務用磁帶錄像機的發(fā)展,第一代廣播用錄像機：1956年，美國安培(AmPex)公司推出第一部旋轉四磁頭廣播用錄像機(2in)，采取兩大技術措施： 放慢帶速而磁頭高速旋轉，提高了頭帶相對速度。 低載頻、淺調制的調頻信號記錄方式。 第二代廣播用錄像機：1978年，制定了1in螺旋掃描錄像機的規(guī)格。 業(yè)務用磁帶錄像機： 1971年，3/4in盒式錄像機(U型低帶機)問世 隨后推出高帶U型機 1986年推出超高帶U型錄像機,分量錄像機,1981年，松下公司開發(fā)出M格式分量錄

4、像機，特點： 將亮度信號和2個色差信號分別調頻記錄，對2個色差信號采用頻分復用法進行記錄。 1982年，SONY公司推出Betacam格式錄像機，特點 將亮度信號和2個色差信號分別調頻記錄，對2個色差信號采用時間壓縮分割復用法進行記錄。 1986年， SONY公司推出Betacam-SP格式錄像機，質量超過1in廣播級錄像機的水平。 數(shù)字分量錄像機方面 1987年， SONY公司就已推出D-1格式數(shù)字分量錄像機，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壓縮格式。,2.1.3 家用錄像機的發(fā)展,1975年，SONY推出Beta格式的

5、家用錄像機。 1976年JVC推出VHS（Video Home System）格式家用錄像機 ，目前已成為世界統(tǒng)一的家用錄像機格式。 1985年，SONY推出8mm錄像機。 1987年，JVC推出S-VHS錄像機，實現(xiàn)了VHS錄像機的高帶化。 1989年4月， SONY推出高帶8mm錄像機。,2.1.4 錄像機的新發(fā)展,數(shù)字硬盤錄像機(Digital Video Recorder, DVR) PC式DVR：非線性編輯系統(tǒng) 嵌入式DVR：將應用軟件與硬件融于一體的一種專門用于圖像信號錄放的設備。 光盤錄像機 工作原理：將輸入的信號先進行A/D轉換，最后再以一定的格式“刻錄”在光盤上。 分類： P

6、C式錄像機和專用光盤錄像機 SONY：推出專業(yè)藍光光盤錄像機（能在雙層50GB藍光光盤上存儲16個小時的高清節(jié)目 ） 松下：固態(tài)存儲卡（專業(yè)插卡式，Professional Plugin, P2）系列產(chǎn)品,2.2 錄像機的分類,按用途分：廣播級、專業(yè)級、家用級、特殊用途 按磁帶寬度分：2in、 1in、 3/4in、1/2in、8mm、 1/4in等六類 按掃描方式分：橫向掃描和螺旋掃描兩類 按對信號處理方式分：模擬和數(shù)字兩類 按處理的信號內容分：復合和分量兩類 按視頻錄放磁頭的數(shù)目分：單磁頭、1.5磁頭、雙磁頭、三磁頭、四磁頭五類,按繞帶方式分：、四種。 按功能分：放像機、錄放像機、編輯錄像

7、機等。 按電視制式分：PAL、SECAM、NTSC3.58、NTSC4.43等；高清錄像機則有1080/60i、 1080/60P、 1080/24P、 1080/50i 、 1080/50P 、 1080/30P等 按磁帶盤的形式分：盒式和開盤式（1in、2in） 按每條磁跡記錄的信息量分：場分段和場不分段兩類 按清晰度等級分：標準清晰度（250550TV線之間）和高清晰度兩類,2.3 磁記錄基本原理,2.3.1 磁記錄與重放原理 磁記錄：利用的是鐵磁物質的剩磁特性 磁記錄的物質基礎：磁頭（軟磁性材料）和磁帶（硬磁性材料） 磁頭：由磁芯（鐵芯）和線圈兩部分組成。 磁芯：用導磁率高、在較寬頻帶

8、范圍內導磁率變化小、渦流損耗小的軟磁性材料制成。 磁頭的基本結構：見圖2.1 磁帶：由粘合劑、帶基、磁性層及背涂層構成(見圖2.2)。,3.磁記錄與重放的基本原理,磁記錄與重放的基礎：當外磁場作用于鐵磁物質時，鐵磁物質將被磁化，當外磁場消失后，鐵磁物質還能保留與外磁場大小和方向相對應的磁場。 （1）記錄原理電磁轉換（圖2.3） 記錄波長：記錄一個周期信號的磁跡長度稱為記錄波長，計算公式如下：,圖2.3 磁性記錄原理,由以上公式可以得出結論：記錄波長和磁帶與磁頭的相對速度成正比，和記錄信號的頻率成反比。,（2）重放原理磁電轉換,重放時，讓記錄有信號磁跡的磁帶與重放磁頭工作間隙接觸，并以與記錄時相

9、同的速度運行。此時磁帶的磁化量發(fā)生變化，從而使磁頭鐵芯中的磁通量也發(fā)生變化，于是，磁頭線圈中便產(chǎn)生了感應電動勢。根據(jù)電磁感應定律：重放磁頭線圈上的感應電動勢的大小與磁頭鐵芯中磁通量對時間的變化量成正比，即：,若 ,由于磁通量與記錄信號電流成正比，于是： ，則,由上式可以說明：重放電壓與記錄在磁帶上的信號頻率成正比，頻率每增加1倍，重放電壓也增加1倍，即6dB。,說明事項： （1）重放電壓不可能隨信號頻率的升高而無限度地 增加。 （2）當記錄波長減小到與重放磁頭的工作間隙相等 （g=）時，整個磁頭間隙內的磁通量平均值 因正負抵消而等于零，無重放電信號輸出。 （3）當g= /2時，重放電壓才會達到

10、最大值，因而 g /2 是保證正常重放的基本條件。,2.3.2 視頻信號的錄放特點,特點1,視頻信號的上限頻率高，視頻錄放必須采用旋轉磁頭并減小磁頭工作間隙的寬度。 原因：由公式g/2 和=/f 得出：f/2g。 因而，提高錄放信號的上限頻率方法有兩種： （1）減小磁頭工作間隙寬度 （2）提高頭帶相對速度 具體措施：讓磁帶保持低速運行，而讓磁頭高速旋轉，從而達到提高頭帶相對速度的目的。,特點2,視頻信號相對帶寬大，采用頻率調制的措施減少視頻信號的相對帶寬。 原因：圖像信號上限頻率為：6MHz,下限頻率為25Hz,相對帶寬為18個倍頻程。頻率每增加1倍，輸出電壓要增加6dB，則最高頻率和最低頻率

11、的重放輸出電壓要相差108dB。若在整個帶寬范圍內直接記錄，其結果是在重放高頻信號正常的情況下，低頻分量則會被雜波淹沒而無信號輸出。 措施：采用低載波頻率及淺調制（低調制度）的方法降 低相對帶寬，壓縮倍頻程，并增加抗干擾能力。,特點3,視頻信號對相位失真非常敏感，必須采用高精度的伺服系統(tǒng)來穩(wěn)定視頻磁頭的旋轉速度與相位以及磁帶的運行速度與相位，從而減小視頻信號在錄放過程中產(chǎn)生的相位失真。,2.4 錄像機的基本組成,2.4.1 錄像機的組成框圖（圖2.6）,視頻信號處理系統(tǒng),由視頻錄放磁頭組件、視頻記錄電路、視頻重放電路及相應的接口組成，主要完成視頻信號的記錄與重放。,音頻信號處理系統(tǒng),由音頻錄放

12、磁頭組件、音頻記錄電路、音頻重放電路及相應的接口組成，主要完成音頻信號的記錄與重放。,機械與 控制系統(tǒng),由帶盤機構、磁頭鼓組件、穿帶機構及控制與驅動電路組成，主要是驅動磁帶按各種規(guī)定的狀態(tài)運行，并完成各種機械和電路狀態(tài)的轉換。,伺服系統(tǒng),包括磁鼓伺服、主導伺服、張力伺服幾部分，主要是控制磁鼓和主導軸的旋轉速度與相位，并使磁帶保持一定的張力運行。,2.4.2 視頻信號處理系統(tǒng),視頻信號處理系統(tǒng)主要有視頻信號記錄系統(tǒng)和視頻信號重放系統(tǒng)組成。,視頻信號記錄系統(tǒng),將預記錄的彩色全電視信號經(jīng)過必要的變換和處理后送入視頻錄放磁頭。按對信號處理的方式不同，可分為模擬記錄方式（分為模擬復合記錄方式和模擬分量記

13、錄分式，而模擬復合記錄方式又分為直接調頻記錄方式和亮度信號調頻、色度信號降頻記錄兩種方式）和數(shù)字記錄方式兩類。,視頻信號重放系統(tǒng),記錄是重放的逆過程，即重放時經(jīng)過視頻錄放磁頭將其轉換成為電信號，然后按照記錄的相反程序進行必要的放大、解碼、還原、補償和校正，最后輸出符合要求的模擬彩色全電視信號、分量信號或數(shù)字信號。,前進,彩色全 電視信號,圖2.7 直接調頻記錄方式原理框圖,該記錄方式的優(yōu)點：信號處理電路簡單、記錄與重放 穩(wěn)定性高。 缺點：對頭帶相對運行速度和伺服系統(tǒng)的精度要求都 很高，因而成本高，且有亮色串擾。,(1)模擬記錄方式,FBAS,圖2.8 亮度信號調頻、色度信號降頻記錄方式原理框圖

14、,該記錄方式的優(yōu)點：降低了對記錄信號上限頻率的要求， 從而減小了對頭帶相對速度、磁頭工作間隙以及 伺服系統(tǒng)的精度要求，因而降低了設備成本。 缺點：有亮色串擾。,圖2.9 模擬分量記錄方式原理框圖（簡圖）,該記錄方式的優(yōu)點：減小了亮色串擾。,(2)數(shù)字記錄方式,Y Cr Cb,圖2.10 壓縮格式的數(shù)字記錄方式簡圖,該記錄方式的優(yōu)點：可保證圖像質量沒有明顯的降低，并且降低了信號處理、記錄的難度及成本。,返回,2.4.3 音頻處理系統(tǒng),音頻信號記錄方式：縱向記錄 記錄原理：與普通盒式磁帶錄音機基本相同。 高保真錄像機：采用旋轉磁頭記錄和重放音頻信號，可改善音頻信號的錄放幅頻特性，從而達到提高音質的

15、目的。,2.4.4 機械及控制系統(tǒng),磁頭鼓組件,功能：讓視頻磁頭高速旋轉。磁頭鼓分上、下兩部分，上磁鼓可隨磁頭高速旋轉，下磁鼓固定不動，上、下磁鼓之間的信號耦合通過旋轉變壓器來完成。,主導軸組件,由壓帶輪、主導軸及驅動電機組成，主要任務是拉動磁帶按規(guī)定的速度運行。,音控磁頭 組件,控制磁頭與音頻磁頭共同做在一個支架上構成?？刂拼蓬^的主要功能是產(chǎn)生伺服電路所需要的控制磁跡(CTL)。,帶盤機構,主要任務：為磁帶帶盤的運行提供動力，使錄像機完成快進、倒帶以及錄放時的供帶與收帶工作。,穿帶機構,主要任務：從磁帶盒中拉出磁帶并將其送到指定位置，建立正確的走帶路徑。,控制系統(tǒng),根據(jù)使用者的操作指令對錄像

16、機進行電路和機械狀態(tài)的轉換。,錄像機機械及控制系統(tǒng)框圖,錄像機走帶示意圖,錄像機磁頭鼓組件,錄像機磁頭、磁鼓、走帶系統(tǒng),磁跡信號分布示意圖1,磁跡信號分布示意圖1,2.4.5 伺服系統(tǒng),伺服,指使某一機械參數(shù)保持固定不變或按一定規(guī)律變化的自動控制。,伺服系統(tǒng)的主要功能,控制錄像機的磁鼓和主導軸的旋轉速度與相位，并使磁帶運行時保持一定的張力，使錄像機在記錄狀態(tài)時磁頭能按規(guī)定的軌跡掃描磁帶，重放時能夠正確跟蹤掃描磁跡。,伺服系統(tǒng)的組成,包括磁鼓伺服、主導伺服、張力伺服三部分。,2.5 磁帶錄像機的記錄格式及其兼容性,為什么要了解錄像機的記錄格式？ 原因有二： 可以在原有記錄格式的基礎上，充分挖掘格

17、式潛力和采用各種技術，不斷開發(fā)新的與原有記錄格式兼容的高質量記錄格式。 記錄格式兼容，便于不同格式間相互的信息交流。 因而記錄格式間的兼容性就成為選購錄像設備時需要考慮的主要因素。,2.5.1 U型低帶、高帶、超高帶記錄格式及其兼容性,U-matic機,記錄方式：亮度信號調頻、色度信號降頻。 缺點：記錄頻帶較窄，圖像質量較1in錄像機差，不能滿足廣播電視部門的要求。,U-matic H機,記錄方式：亮度信號調頻、色度信號降頻。 改進措施：減小磁頭縫隙寬度為0.5m；展寬亮度和色度信號的記錄頻帶，使圖像的水平清晰線提高到270線（彩色）或370線（黑白）；亮度信號預加重由2.5提高到4，視頻磁跡

18、寬度由85m或105m提高到125m，從而提高了信噪比。,U-matic SP機,記錄方式：亮度信號調頻、色度信號降頻。 改進措施：專門開發(fā)了高保磁力的SP磁帶（KSP系列）；展寬亮度和色度信號的記錄頻帶，使圖像的水平清晰線提高到300線（彩色）；采用新型Y/C分離電路、新型噪波消除電路等，提高了視頻信號的信噪比。,兼容性,超高帶和高帶記錄格式兼容，且超高帶錄像機對高帶格式的兼容記錄和重放是自動完成的；但與低帶記錄格式不兼容（超高帶九型機具有低帶格式的重放功能）。,2.5.2 VHS、S-VHS、Digital-S記錄格式及其兼容性,VHS機,記錄方式：亮度信號調頻、色度信號降頻，采用 高密度

19、傾斜方位角記錄，取消了視頻 磁跡之間的保護帶磁帶采用1/2in的 盒式磁帶。,S-VHS機,改進措施：開發(fā)了高矯頑力含鈷氧化物磁帶；采 用縫隙更窄的疊片式非晶態(tài)磁頭；展 寬亮度和色度信號的記錄頻帶，使圖 像的水平清晰線提高到400線；采用 Y/C分離電路，避免了亮色串擾，從 而提高了信噪比和圖像清晰度。,Digital-S機,記錄方式：分量記錄，圖像取樣是4:2:2的分量 方式；圖像8比特量化，聲音16比特 量化；圖像壓縮比為3.3:1。 改進措施：磁鼓分3層，上下鼓固定，中間鼓旋 轉并帶旋轉磁頭，可減小磁帶張力； 編輯錄像機的錄放磁頭分開且重放磁 頭超前90，因而具備圖像預讀功能， 可輕松完

20、成二對一編輯系統(tǒng)的劃變和疊 畫功能；使用高清晰度的W-VHS磁帶。,兼容性,Digital-S可實現(xiàn)向下兼容S-VHS， S-VHS可實現(xiàn)向下兼容VHS （S-VHS 和VHS記錄格式的兼容互換性見表2.2和表2.3）。,2.5.3 Beta、ED-Beta記錄格式及其兼容性,Beta機,記錄方式：亮度信號調頻、色度信號降頻，采用 高密度傾斜方位角記錄，取消了視頻 磁跡之間的保護帶磁帶采用小1/2in 的盒式磁帶。,ED-Beta機,改進措施：采用金屬磁帶和TSS視頻磁頭，并展 寬亮度和色度信號的記錄頻帶，采用 Y/C分離電路，避免了亮色串擾，使 圖像的水平清晰線提高到500線。,兼容性,向下

21、兼容，即Beta機的磁帶在ED-Beta機上可以實現(xiàn)記錄和重放，而ED-Beta機的磁帶則無法在低帶Beta機上實現(xiàn)記錄和重放。,2.5.4 8mm與Hi8記錄格式及其兼容性,8mm機,記錄方式：亮度信號調頻、色度信號降頻，采用 高密度傾斜方位角記錄，還采用PCM 音頻記錄及旋轉小磁頭；視頻磁頭縫 隙寬度為0.25m ，金屬帶。,Hi8機,改進措施：采用蒸鍍型金屬磁帶和TSS視頻磁頭，并展寬亮度和色度信號的記錄頻帶，可使圖像的水平清晰線提高到400線，采用Y/C分離電路和8mm復制（DUB）接口，避免了亮色串擾。,兼容性,向下兼容，即8mm機的磁帶在Hi8機上可以實現(xiàn)記錄和重放，而Hi8機的磁

22、帶則無法在低帶8mm機上實現(xiàn)記錄和重放（8mm 和Hi8記錄格式的兼容互換性見表2.4和表2.5） 。,2.5.5 Betacam、Betacam-SP、數(shù)字Betacam、Betacam-SX、 MPEG IMX記錄格式及其兼容性,Betacam機,均為調頻記錄；采用1/2in氧化物磁帶、繞帶、場不分段記錄方式；頭帶相對速度5.75m/s，無保護帶高密度記錄；亮色磁頭方位角15，可消除重放時的亮色磁跡串擾。,兼容性,Betacam、Betacam-SP、數(shù)字Betacam記錄格式的兼容互換性見表2.6。,Betacam SP機,主要技術措施：提高調頻載波的頻率，展寬了亮度亮色信號的記錄帶寬，

23、提高了圖像的清晰度和信噪比；采用金屬帶。又分為高級型BVW系列、標準型PVW系列、普及型UVW系列。,數(shù)字Betacam機,主要技術特點：數(shù)字分量降比特記錄，取樣方式4:2:2，10比特量化，采用基于DCT的電平自適應場內壓縮方式，壓縮比為2:1，記錄碼率125.8Mb/s；使用1/2in磁帶，信噪比大于62dB,可做到復制30代無損失；聲音為48kHz取樣、20比特量化。其模擬兼容機DVW-A系列可向下兼容重放。,Betacam-SX格式：盤帶結合型數(shù)字錄像機 主要參數(shù)（見教材77頁） 主要優(yōu)點 壓縮時采用由I-B幀構成的GOP圖像組序列，可實現(xiàn)高精度編輯，保證入點畫面的制作質量。 重放磁頭

24、增加一倍，降低了對磁跡精度的要求，可使磁帶在1倍速范圍內重放得到無雜波的圖像。 兼容性：可使用Betacam-SP格式系列的BCT-MC和UVWT-MC等磁帶，其DNW-A系列錄像機可兼容重放Betacam-SP格式節(jié)目帶。 MPEG IMX格式 主要參數(shù)： （見教材78頁） 主要優(yōu)點 采用只有I幀的幀內壓縮方式，確保高質量幀精度的后期編輯制作 兼容性：能兼容重放Betacam/Betacam-SP/Betacam-SP和Digital Betacam格式的節(jié)目磁帶；通過選用格式變換器，有利于將來向HDTV節(jié)目制作的過渡。,2.5.6 DV、DVCPRO、DVCAM記錄格式及其兼容性,DV格式 技術指標：1/4in金屬蒸鍍型磁帶；4:1:1或4:2:0數(shù)字分量處理；壓縮方式為基于DCT，可提供500線水平清晰度。 DV CPRO格式：有DV CPRO50和DV CPRO25兩種 技術指標 ： 4:2:2、4:1:1或4:2:0數(shù)字分量處理，壓縮率