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录像机

录像机是对图像和声音信号进行记录及重放的一种工具,包括传统的模拟盒式录音磁带录像机和现代常用的数字磁带磁盘或光盘录像机。主要用来录像、放像、检索等,广泛应用于家庭录像、广播电视部门,电视剧制作中心,部分重点高等院校、科研机构、医疗卫生、国防、军事以及党政军群所属各部门的培训中心、教育中心、节目制作中心等,还广泛应用于安防领域。

录像机诞生于1950年的美国Ampen公司的录像实验,之后制作了第一个黑白录像和彩色录像。1956年美国安培公司制作了第一台磁带录像机,进入了录像机发展的启蒙阶段,先后出现了黑白录像机、彩色磁带录像机、单磁头螺旋扫描磁带录像机、两磁头螺旋扫描磁带录机。1970年,日本松下电器、胜利、索尼等几家公司联合制定了两磁头螺旋扫描U-matic盒式磁带录像机的标准,生产出了3/4英寸盒式磁带录像机,从而开创了专业用录像机的新时代。从20世纪70年代开始,磁带录像机有了一个突飞猛进的发展。随着数字时代的到来,特别是VCD,DVD媒体机的出现,使辉煌了20余年的磁记录家用录像系统——VHS录像机受到了严重的冲击。在2010年左右,录像机技术已经发展到一个相当高的水平,各项性能指标已能满足不同层次、不同要求的需要,传统的模拟视频监控设备被逐步替代,数字录像机的应用已经从最初的金融领域发展到楼宇、小区、宾馆、商场、政府机关、监狱、机场、交通等应用场所。

磁带录像机主要分为磁头系统、磁带传送系统视频信号处理系统、音频信号处理系统、伺服系统、机械控制系统以及电源等部分。数字录像机的结构主要分为音视频输入输出及编解码部分、中央控制及其串行通讯接口控制部分、光盘读写部分、软件部分。若按应用领域分类,可主要分为家用级录像机、专业级录像机和广播级录像机。

发展历史

诞生时期

此阶段是磁带录像机发展的开端。

1950年美国 Ampen 公司开始录像实验,采用旋转磁头的工作方式。最初曾用调幅制,后来该公司首先改用调频制。盒式录音磁带的磁性材料为矫顽力250奥斯特的铁氧体。1951年,美国RCA开始研究磁带录像机。同年,美国平·克劳斯比( 冰·哥罗士比 )研究所公开展示世界上第一个用磁带对黑白电视的录像。使用1英寸磁带,10个固定磁头,12行磁迹(视频信号10行,同步信号1行,音频信号1行)。1953年,美国RCA公司用固定磁头录像机记录黑白和彩色信号。黑白信号记录在1/4英寸磁带上,彩色信号记录在1/2英寸磁带上。盒式录音磁带速度为360英寸/秒,红、蓝、绿磁迹3行,加上1行控制磁迹,共4行磁迹。1954年,日本东芝开始研制磁带录像机。

启蒙时期

启蒙时期录像机各方面技术尚不成熟,很多问题还在摸索中。

1956年,美国安培公司制作了广播用转鼓式4磁头黑白录像机。从此,磁带录像机进入电视广播行列。但那时磁带、磁头及电路系统都很不成熟,图像质量较差,重放信号的时基跳动也很大,频带宽为25兆赫±3兆赫,信噪比为30分贝,时基跳动为10微秒,售价也较高,达4.5万美元。该录像机盒式录音磁带速度为38.1厘米/秒,磁带与磁头间的相对速度为40米/秒,磁带宽度为2英寸,磁带厚度36微秒,磁带的磁性材料为矫顽力280奥斯特的γ铁氧体,磁头材料为铝铁合金。

1957年美国RCA、Ampen公司试制广播用彩色磁带录像机,到1959年,RCA公司发表彩色磁带录像机,Ampex公司在原有基础上推出VR-1000B型。1958年,日本几家公司引进美国VR-1000型录像机,从而加快了磁带录像机研制的步伐。

1959年,日本东芝研制出别具一格的单磁头螺旋扫描磁带录像机。不久,日本胜利公司发布了旋转2磁头磁带录像机(Ω卷带)。1960年,日本胜利公司研制了2磁头广播用彩色磁带录像机[KV-I]。美国安培公司试制出工业用螺旋扫描磁带录像机。日本索尼研制出2磁头螺旋扫描磁带录像机(SV—201),同年12月在电子工业新技术展览会上展出,该机还可以重放静止图像。

专业录像机的发展时期

1962年至1967年可称为充实和改进时期,这段时间研制出高带调制技术,铁氧体磁头、色同步校正器,自动编辑装置等。1968年之后,进入磁带录像机系列化时期,尾旋扫描方式机种普及开来。

1970年,日本松下电器、胜利、索尼等几家公司联合制定了两磁头螺旋扫描U-matic盒式磁带录像机的标准,生产出了3/4英寸盒式磁带录像机,从而开创了专业用录像机的新时代。这种录像机,由于采用先进的集成电路技术,体积明显减小,性能大幅度提高,操作简便,价格便宜,可进行电子编辑,图像质量好,特别是采用盒式盒式录音磁带,携带方便,因此被广泛应用于电子新闻采集及一般电视节目制作中。

成熟时期

从20世纪70年代开始,磁带录像机有了一个突飞猛进的发展。从不同用途、不同质量、不同规格等各个方面同时发展起来。

在工业用及家用录像机方面,1978年以后,盒式录像机进入激烈竞争阶段,出现如U方式(3/4英寸,2磁头的工业机种,以及VHS方式、β-nex方式(1/2英寸,2磁头)的家用机种。其中尤以家用机竞争激烈,各厂家都在逻辑操作、多功能上下功夫,不少录像机有了变速重放、预置定时录像、全频道接收及UHF频段输出等功能。同时,由于采用无保护带高密度记录及超薄型高能盒式录音磁带,每盘磁带容量可达2~4小时以上。

适合家庭使用的小型化录像机,以设备简单、操作方便、价格便宜迅速进入家庭,如Beta-max和VHS(Video Home System)家用录像机为相当多的家庭所拥有;专业用录像机在U-matic基础上又推出了U-matie H和U-matic SP等机型,使其图像质量进一步提高;广播用的Betacam,Betacam SP和MII等系列机型也不断完善,逐步逼近1英寸机型的质量。

1995年春,日本胜利公司公司首先宣告了家用数字录像机的概念,即数字式VHS格式(D-VHS)录像机。这种录像机能够记录直接从卫星或其他数字式信号源播送的数字式信号。随着数字录像技术的发展,数字盒式录音磁带录像机在20世纪90年代之后开始进入消费领域,人们认识到存储介质本身并不是影响图像质量的主要因素,无论是磁带、光盘,还是磁盘都可以达到相当于或高于DVD格式的图像质量。数字录像机按照不同的数字格式记录和存储影视,能够通过多媒体计算机进行后期編辑处理与回放。目前数字录像机的格式比较齐全,如D-VHS格式、DVC格式、DVCAM格式和DVCPRO格式等,分别适用于家用、商用、专业用和广播用各种领域。

随着数字时代的到来,特别是VCD,DVD媒体机的出现,使辉煌了20余年的磁记录家用录像系统—VHS录像机受到了严重地冲击。2010年,录像机技术已经发展到一个相当高的水平,各项性能指标已能满足不同层次、不同要求的需要。

数字录像机的图像压缩技术已经从MPEG-1发展到MPEG-4;图像压缩卡由每卡可压缩一路视音频发展到每卡可压缩四路、六路、八路视音频,从非实时发展到全实时;功能也越来越完善,它已经广泛应用于安防领域,并将逐步替代传统的模拟视频监控设备。数字录像机的应用已经从最初的金融领域发展到楼宇、小区、宾馆、商场、政府机关、监狱、机场、交通等等各种应用场所。

分类

按照用途分类

广播用录像机:主要用于广播电视系统,这类录像机技术指标高、图像质量好、价格昂贵,主要有Betacam-SP系列、M II系列、数字Betacam系列、Betacam-SX系列、MPEG-IMX,Digital-S系列,HDCAM系列,DVCPROHD系列和D9HD系列等。

专业用录像机:主要用于电化教育、.工业、医疗、交通等领域。这类录像机体积较小、质量较轻、价格便宜,但图像质量不如广播用录像机。主要有DVCAM系列、DVCPRO系列、S-VHS系列、Hi8系列等。

家用录像机:主要用于家庭娱乐,这类录像机小巧、灵活、价格低廉,图像质量比广播和专业用录像机差,但能满足一般非专业需要。主要有DV系列、VHS系列、8mm系列等。

特殊用途用录像机:主要用于航天探测、商业监视、图像通讯等领城。

按照磁带宽度分类

磁带录像机按照磁带宽度分类的话,可以分为2英寸、1英寸、3/4英寸、1/2英寸、8mm和1/4英寸。其中,2英寸磁带录像机的代表产品有Ampex的VR-1500、日本胜利公司的9000系列等。3/4英寸磁带录像机有索尼的Vo-5850P、BVU-150P(背包机)等。此外,使用1/2英寸磁带的录像机有以下几类:VHS系列大1/2录像机,代表机型有松下电器的HD-500、SD-50、PD-92等;Betamax系列小1/2录像机,代表机型有SONY公司的slC5CH等;S-VHS系列录像机,代表机型有JVC公司的SR-388等;Belacam系列:代表机型有SONY公司的BVW-75、PVW-2800、UVW-1800等;M I系列,代表机型有松下公司的AU-650、AU-400等。此外,D-3、D-5数字格式录像机也使用1/2英寸带。

按照清晰度等级分类

主要有标准清晰度录像机和高清晰度录像机两大类。标准清晰度录像机,主要是指现行电视体制下的录像机,清晰度一般在250-550电视线之间;高清晰度录像机,主要是指高清晰度电视体制下的录像机,如索尼公司的HDW-F500高清多格式演播室录像机等。

按照记录信号的形式分类

可以将磁带录像机分为模拟录像机和数字录像机。模拟录像机又可以分为模拟复合录像机和模拟分量录像机。数字录像机也可以分为数字复合录像机和数字分量录像机。两者之间的差别在于,复合录像机中亮度信号和色度信号是用一个或一组磁头一起进行录放的;而分量机中亮度和色度信号分别进行处理,并用各自的磁头进行记录。

其他分类方式

按照扫描方式分类:主要有横向扫描录像机和螺旋扫描录像机两大类。

按照对信号的处理方式分类:主要有模拟录像机和数字录像机两大类。

按照处理的信号内容分类:主要有复合录像机和分量录像机两大类。

按照视频录放磁头的数目分类:主要有单磁头、1.5磁头、双磁头、三磁头、四磁头等几种形式。有些录像机也有采用六磁头甚至八磁头式的,但都是为了实现“静像”或“慢放"时加强跟踪效果而增加的磁头,与这里讲的专用视频录放磁头是完全不同的。

按照绕带方式分类:主要有Ω、a、β及M等几种。

按照功能分类:主要有放像机、录放像机、编辑录像机等。另外,根据使用环境的不同,人们还把录像机分成台式和便携式录像机等。为了与摄像机实现一体化,还专门生产了能与摄像机组成摄录机的录像机(又称录像头)。

按照电视制式分类:主要有PAL、SECAM、NTSC3.58、NTSC4.43等。高清录像机有1080/60i、1080/60P、1080/24P、1080/50i、1080/50P、1080/30P等多种格式。部分录像机是属于多制式或多格式的。

按照盒式录音磁带盘的形式分类:主要有盒式和开盘式两种。2英寸和1英寸录像机为开盘式,其他录像机均为盒式。

按照每条磁迹记录的信息量分类:主要有场分段记录方式录像机和场不分段记录方式录像机两大类。

按照记录媒介分类:主要分为数字磁带录像机、数字硬磁盘录像机、数字光盘录像机和数字半导体集成存储器录像机。

应用领域及场景

根据录像机的应用领域,人们将录像机分为广播用(即广播级)、专业用(即专业级)和家庭用(即家用级),这种分类实际上是根据录像机的技术性能指标而划分的。

通常人们将为广播电视领域设计、技术性能指标最好的录像机称为广播级录像机;把为家庭使用而设计,能满足家庭使用,但价格比较低廉的录像机称为家用级录像机;把技术性能指标介于广播级和家用级之间,可用于各种专业领城,例如生产科研、教育、医疗卫生、交通管理、国防、专业训练等的最像机称为专业级录像机。

广播级录像机主要用于中央、省市级电视台、有线电视台等广播电视部门,电视剧制作中心,部分重点高等院校,科研机构等;专业级录像机主要用于大专院校电教中心、省地、县市级电视台、有线电视台、厂矿企业和公司的有线电视台、科研机构、医疗卫生,国防,军事以及党政军群所属各部门的培训中心、教育中心、节目制作中心等;家用级录像机主要是家庭用以及大、中、小学电教中心(室),地、县市级有线电视台、厂矿企业有线电视台等。

工作原理

录像机是对图像和声音信号进行记录及重放的一种工具,包括传统的模拟盒式录音磁带录像机和现代常用的数字磁带磁盘或光盘录像机。磁带录像机,是利用了带状磁性材料的特性来进行声像录放的。“录”即把电信号转换成磁信号,"放”则是将磁信号转为电信号。数字录像机的工作原理是将传统意义上的视频和音频信号通过压缩码芯片,转换成数字信号(即计算机的0101编码),以一定的格式保存在磁带、磁盘或光盘上,通过解码器进行读取。现代录像机还有许多种类,主要区别在数据的处理上,其基本原理相同。

家用录像机可处理和记录的视频带宽不够,因此采用将全电视信号中的色度信号降频到1MHz以下进行记录,重放时再将其升至色度副载波的方式。一般备有射频、复合视频以及音频的输入输出端口,可以与电视机的相应端口连接,进行节目的录制和重放。

专业用录像机一般指工业、文教、卫生等方面使用的录像机,其视频信号的水平分解率可达250线以上。除了具有信号的记录和重放功能以外,它还具有编辑等功能,价格是家用录像机的数十倍左右。

广播级录像机是最高质量的录像机,其技术指标是以视频信号的带宽和水平分辨率来衡量的,基本上可以无失真记录和重放视频信号。广播级录像机一般都采用数字分量视频信号的记录方式,可以提供最高质量及最精确的色彩重放。

结构组成

磁带录像机结构

无论什么种类形式的录像机,它的功能都是将彩色电视图像和声音同时记录在同一条盒式录音磁带上。它的主要组成部分包括磁头系统磁带传送系统视频信号处理系统、音频信号处理系统、伺服系统、机械控制系统以及电源等。

录像机中的核心部件是磁头系统。该系统包括磁头鼓组件、音频/控制磁头组件和全消磁头组件。为了能够更加优质地记录视频信号,提高磁带与磁头之间的相对速度,录像机通常采用旋转式多磁头进行信号转换。采用旋转式磁头进行扫描,可以在保持必要的磁头和磁带之间的相对速度的条件下,大大地减小带速,从而减少节目的磁带量。

目前录像机所采用的旋转磁头扫描方式有两种,垂直扫招方式和尾旋扫描方式。垂直扫描方式是盒式录音磁带运行方向与磁头旋转方向垂直,磁头高速旋转时横向扫描磁带。例如,广播用的直接调频记录方式的2英寸带(现已经淘汰)、1英寸带录像机就是采用这种方式,其相对带速达20米/秒以上。螺旋扫描方式是磁带运行方向和磁头旋转方向倾斜一定的角度,呈三维空间旋转状态。轻便型的盒式录像机绝大多数都采用这种方式。

数字录像机的结构

数字录像机的结构以MPEG-2磁光盘数字录像机为例,大致分为音视频输入输出及编解码部分、中央控制及其串行通讯接口控制部分、光盘读写部分、软件部分。

音视颜输人输出及编解码部分:提供音视频的输人输出接口,负责将音视频信号进行编解码。同时,在中央控制部分的控制下,各种压缩/非压缩数据流在本部分和光盘读写部分进行交换。其关键芯片是SnazziII卡,SnazziII卡通过PCI总线计算机相连,可以将模拟电视信号进行采样量化转换成为数字视频信号后再通过SCSI接口读写到磁光盘,也可以将磁光盘中的数字视频信号通过SnazziII卡转换为模拟信号在电视上播放出来。

中央控制部分:协调控制其它各部分,提供与其它各部分的接口,保障各部分之间数据流的同步,控制实现数据的传输、存储、交换以及输人输出。

串行通讯接口控制部分:可以控制音视频的录制、播放、预览以及其它一些信息。

光盘读写部分:利用高速并行SCSI接口,将经过压缩后的数据实时以计算机兼容的数据文件格式存人磁光盘中,在回放时,又将压缩数据从磁光盘中读出后送音视频输人输出及编解码部分进行解码和输出。

软件部分:在硬件基础上提供了对本磁光盘数字录像机的整体性能支持。应用层提供了音视频编解码应用支持软件的实现。又分为开始程序模块、录制预览程序模块和播放程序模块三个模块。

功能特点

功能

特点

录像机有多种类型,这里主要介绍的是数字磁带录像机的特点。数字磁带录像机在视音频信号处理系统、伺服和控制系统、时基校正等电路中均采用数字技术,其记录在磁带上的信号是数字编码信号。数字技术的特有本质决定了数字磁带录像机具有优异的图像质量和声音质量。主要表现为以下几点:

卓越的录制与复制特性:借助于8bit、10bit量化处理以及误码纠错和掩错技术,数字磁带录像机可以得到透明记录和极好的多代复制(非压缩方式50代、压缩方式20代~30代)效果,使节目制作过程中信号质量得以保持。

良好可靠的工作性能:在信号处理、伺服、系统控制等方面,由于采用数字技术,使得数字录像机可以工作在高度稳定、可靠的状态,可以进行无调整操作和实现故障自我诊断所功能,有利于机器的设计制造和实现标准化,具有耐冲击、耐震动、易于维护和互换性能好等优点。

具有扩展新功能的能力:开发的四倍速数字接口技术(QSDI)可以实现视音频数据的高速传输复制,提高效率。编辑录像机的预读磁头技术可以实现单机编辑,与一台编辑放像机组合可以实现A/B卷编辑,与具有QSDI接口的非线性编辑系统组合可以实现高速数据上载和下载。

参考资料

..2023-11-06

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