最新安全技术防范第18章.docx
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最新安全技术防范第18章
安全技术防范第18章
第十八章磁带录像机
18.1磁性录放的基本原理
磁性记录：
录像机的磁性记录有三个基本要素，即磁头，磁带和磁头与磁带之间的相对运动。
磁头是实现电磁转换的器件。
它是在环形铁芯上绕有一组线圈的电磁铁，铁芯中央有一缝隙。
磁带是贮存图像和声音的载体，它是涂有磁性层的塑料软带。
通过磁头和磁带作相对运动，实现信号的记录和重放。
记录过程：
当信号电流通过磁头线圈时，铁芯中感应出相应的磁通。
由于磁头缝隙处的磁阻大，此处的磁力线不能完全从铁芯的一端渡越到另一端，有一部分磁力线外溢，在缝隙周围产生漏磁场。
当磁头缝隙与磁带磁性层接触时，因磁性层呈低磁阻，磁性层将磁头缝隙的磁力线旁路，磁力线经过磁性层再与磁头铁芯构成闭合磁路，并使与磁头缝隙相接触的磁性层磁化。
如果磁带以一定的速度相对于磁头移动，则被磁化的磁性层离开磁头缝隙后，就留下与磁头内磁通相对应的剩磁，把电信号的信息记录在磁带上。
磁带经过磁头所形成的一条条剩磁痕迹叫磁迹。
如果记录信号是正弦波，则磁带上的剩磁强度也沿磁带方向按正弦变化。
记录信号一个周期在磁带上所形成磁迹的长度叫记录波长。
记录波长的大小与磁头磁带相对速度成正比，而与被记录电信号的频率成反比。
即：
λ=υ/ƒ
式中，λ为记录波长；υ为磁头磁带相对速度；ƒ为信号频率。
录像机中的记录过程实质上就是电磁转换过程。
具体地说，在录像机通过磁头把彩色全电视信号转换为磁带上的磁信号，实现电视信号的记录和贮存。
磁性重放：
磁带上贮存信号的重放是信号记录的逆过程，即磁电转换过程。
也就是在录像机中把记录在磁带上的磁信号复原成彩色全电视信号。
它是通过磁头和磁带来完成的。
重放过程：
重放时记录已有磁迹的磁带表面与重放磁头缝相接触，磁带上的磁迹与磁头缝隙两端呈桥接状态而形成闭合磁路。
于是任何时刻通过磁头铁芯的磁通量取决于磁带对应处的剩磁强度，其大小等于磁头缝隙与磁带实际接触部分剩磁强度的平均值。
当磁带按照规定的速度通过磁头缝隙时，磁带的剩磁强度发生变化，磁头铁芯的磁通量也相应发生变化，因此在铁芯线圈中感应出与磁通量相对应的电动势，完成磁电转换过程。
根据电磁感应定律，重放磁头感应电动势E与磁通对时间变化率成正比，它等于：
E=-N（dφ/dt）
式中，N——线圈匝数，φ——磁通量。
假定记录信号电流为正弦信号，频率为f，通过数学推导，可得到感应电动势表达式：
E=k·f·sin（2πft–90°）
式中，k——常数。
上式表明，重放感应电动势E和记录信号频率f成正比，若记录信号频率f增加一倍，输出的感应电动势E也增加一倍，即：
当f2=2f1则:
e2=2e1.其增加量若用对数表示为：
20lg=e2/e1=20lg2=6dB
即磁头线圈输出的感应电动势随记录信号的频率线性增加，以每个倍频程增加6dB直线上升。
所谓倍频程是以信号频率下限为基准，信号频率每升高一倍，称之为一个倍频程，信号频率在此基础上再升高一倍，称为两个倍频程，以此类推用其上限频率所含倍频程的个数来反映频率的宽度。
重放感应电动势随频率的增加也不是无限的，当记录波长减小到与重放磁头缝隙宽度相等时，磁头缝隙间的剩磁强度平均值因正负抵消而等于零，其重放电压输出也为零，称这时倍频率为临界频率，也就是所能录放信号的上限频率。
考虑到因频率增高，磁头磁带各种高频损失随之增加，要求最短记录波长应大于磁头缝隙的2倍。
实际上录像机所能录放的上限频率仅为其临界频率的二分之一左右。
在恒流记录情况下，不同频率的重放磁头的输出特性曲线不同。
在低频部分磁头重放输出随频率的升高而增加，曲线上升，称为上升区；在中高频率部分，磁头重放输出随频率的升高而减小，曲线下降，称高频衰减区。
录音机主要工作在上升区，而录像机因其记录的是图像信号（高频率可达6MHz），所以主要工作在高频衰减区。
需要说明，由于各种录像机磁带相对速度和磁头缝隙宽度及所用磁性材料不同，所以输出特性曲线从上升变为下降的转折点对应的频率也不相同。
18.2磁带录像系统的基本组成部分
电视解调器：
电视解调器的作用是把天线接收到的射频电视信号变成视频信号和音频信号，它相当于电视接收机中的高频头、中放、视频图像解调电路和伴音解调电路。
在广播级和专业级的录像机中，一般没有电视解调器，其信号的输入与输出均为视频和音频的基带信号，或视频的R、G、B信号和复合同步信号。
射频（RF）变换器：
射频变换器的作用是将录像机重放的视频信号和音频信号调制成某一电视频道的射频信号，以便供普通电视机接收。
如果采用具有视频和音频输入插孔的电视机或监视器，可直接从录像机的视频和音频输出端引入。
广播级和专业级的录像机中，大部分也没有射频（RF）变换器。
视频信号处理系统：
视频信号处理系统的作用是将视频信号处理变换成符合磁头磁带要求的信号。
在记录时，首先将视频输入端或解调器输出的视频信号分成亮度和色度信号，分别进行亮度信号调频和色度信号降频处理，然后再混合一起通过视频磁头记录在磁带上；重放时，磁头从磁带上拾取的混合信号，分别再进行亮度解调和色度升频处理，恢复成彩色全电视信号输出。
音频信号处理系统：
音频信号处理系统与录音机类似。
在记录时，将音频输入信号或解调器输出的音频信号经过处理，加入偏磁信号，再通过音频磁头记录在磁带上；重放时，将音频磁头拾取的信号加以放大和处理，然后再输出。
大部分录像机磁带上记录的视频图像信号与音频信号的磁迹如图18-1所示。
CTL脉冲（其频率一般与场频相同，即50Hz用于记录与重放时伺服系统等部分的控制信号）
机械系统：
机械系统是指完成录像机内部所有机械运动的机构，它的最主要作用是按要求完成视频磁头与磁带之间的相对运动。
机械系统的特点是结构复杂，加工精度高，制作精巧。
图18-1录像机磁迹格式
螺旋扫描录像机机械系统由磁鼓组件、走带机自动加载和卸载机构等几个部分组成。
伺服系统：
伺服系统作用是对磁头、磁带相对运动进行自动控制，使其速度误差和相对误差自动保持在所允许的误差范围之内。
进而使磁头在记录时形成标准的磁迹格式，重放时准确地跟踪磁迹，以减小时基误差。
伺服系统主要由磁鼓伺服和主导伺服组成。
控制系统：
控制系统是录像机运行的指挥中心。
它对录像机的各种工作方式、保护电路和控制电路发出指令，使其按预定的程序工作，从而协调和控制机械部分及电路的工作状态，完成各种操作、控制及保护功能。
电源系统：
电源系统的任务是向录像机的各部分提供所需的交流电压和直流电压。
其它辅助系统：
有些型号的录像机增加了报警信号检测和报警信号输出及自动启动录像功能等。
录像机的典型系统构成框图如图18-2所示。
图18-2录像机的系统构成图
18.3工作过程
录像机在记录时，控制系统接到人工“记录”指令后，向视频信号系统、音频信号系统、机械系统、伺服系统和电源系统下达“记录”指令信号，执行控制，电源系统按指令向有关系统提供所需电压；视频信号系统、音频信号系统，进行开关切换，处于记录状态；机械系统按程序完成一系列机械运动；伺服系统对机械系统伺服，同时向视频信号系统输送磁头切换脉冲。
录像机进入记录工作状态后，控制系统的传感检测电器不断地检测录像机的运动状态。
同时RF输入端将天线接收的射频电视信号送入电视解调器，解调出的视频信号和伴音信号分别通过输入信号选择开关送到视频信号处理电路和音频信号处理电路，经处理变换后送至相应的磁头，通过磁头磁带的相对运动，将信号记录在磁带上。
如果所记录的信号是视频信号和音频信号，则可直接经输入信号选择开关，送到视频、音频电路中。
录像机只能完成电-磁-电信号的转换与处理任务，要将电信号变成人眼能看到的图像和人耳能听到的声音，则必须依赖电视机或监视器。
因此，录像机之输出主要是与电视机或监视器相连接。
若重放所记录的节目时，控制系统首先接到“重放”指令，然后控制各系统进入重放状态。
重放电路的作用是将磁带中所记录的信号经相应的磁头拾取后，变成相关的电信号，或将重放的视频信号与音频信号经录像机的视频输出口（VIDEOOUT）和音频输出口（AVDIOOUT）直接输出，或将视频信号和音频信号送至射频调制器进行调制，使之变换成普通电视机能够接收的电视信号。
18.4长时间录像机
长时间录像机是记录监控图像最有效的途径，有模拟式记录和数字式记录两大类。
利用它可以减少不断更换与储存录像带的麻烦。
18.4.1模拟式长时间录像机
长时间录像机最基本的特征是由伺服马达（servomotor或steppingmotor）直接驱动磁头，使其逐格地转动，每记录一幅图像磁头就转动一格。
长时间录像机的类别有：
1．72~960小时时滞式长时间录像机
时滞式长时间录像机工作时，其时间间隔可以由用户选择，例如用E-180录像带，可以3小时连续记录，也可以间隔长达数秒钟记录一幅图像。
长时间录像机中录像时间最长的是用一盘正常记录为3小时（E-180）的录像带能记录960小时，其录像模式有3，12，24，36，48，72，84，120，168，240，480，720和960小时，并带有报警功能。
其他长时数录像机还有168小时（7天）、720小时等几种，它们主要用在自动取款机ATM等场合，大多数有多路视频输入，有数百个报警存储器接收报警输入，有两个可编程的报警输出，以对应白天与夜间不同的摄像机序列。
这类录像机的优点是太平无事时无需更换录像带，缺点是如果案发在两次记录的时间间隔内时，则无法记录到案发过程。
因此，一般选择时间间隔以4s以内为好，彩色分辨率以240线为标准，但不少产品的分辨率已达到彩色300线，若要达到400线的分辨率，则需要采用S-VHS制式的长时间录像机。
对用户而言，24小时的长时间录像机是比较理想的选择，每日只需更换一盘录像带，加之价格适中，因此受到众多用户青睐。
2．24小时时滞式（timelapse）长时间录像机
24小时时滞式长时间录像机有0.02s～0.2s的时间间隔，因此在回放录像带时，影像有不连续感，给人以动画的效果，典型产品有3小时、6小时、12小时和4小时四种时间记录方式；其水平分辨率在3小时记录方式时黑白图像为320线、彩色图像240线或是300线，信噪比46dB，有一路声音信号。
使用时可参看表18-1。
表18-124小时型录像机特征
磁带
类型
记录
类型
可记录时间（h）
视频记录间隔（s）
声音
记录
摄象机切换间隔（s）
磁带运行速度（连续运行）（/mm/s）
E180
E120
E90
E60
3小时
3
2
1．5
1
0．02
有
0．04
23．39
6小时
6
4
3
2
0．02
有
0．04
11．69
12小时
12
8
6
4
0．10
有
0．10
4．678
24小时
24
16
12
8
0．18
有
0．18
2．599
近期出现了可作为CCTV监控用的24小时高密度录像的机型，其带速为3.9mm/s，每秒钟可记录8.33帧画面，提高了录像密度，该种长时间录像机均带有报警功能，其性能指标如表18-2所示。
表18-224小时高密度录像机指标
磁带
类型
记录
类型
可记录时间（h）
录像间隔
（s）
声音记录
带速
（mm/s）
E240
E180
E120
E90
E60
E30
8小时
8
6
4
3
2
1
连续
有
11.7（连续）
24小时
24
18
12
9
6
3
0．06
有
3.9（连续）
3．24小时实时型（realtime）长时间录像机
24小时实时型录像机回放时画面连续可观，它采用四磁头结构来抑制出现噪声，其分辨率已能达到黑白350线左右，彩色300线。
使用一盘E—240录像带，它可以每秒16.7帧的速度进行24小时连续录像，也可以每秒50帧的速度进行8小时的连续录像。
该录像机在与之相连的外部报警传感器触发时，会从每秒16.7帧方式自动换成每秒50帧记录方式，以完整地捕捉该报警事件。
为适应某些部门每周5天工作，每天工作8小时的需要，新近出现了40小时连续时滞式录像机。
在要求不高的小型监控系统中，为降低造价，不妨采用市售带有慢速录像（LP）功能的家用录像机，使用一盘240分钟的录像带，可以连续录像8小时，每秒可录30帧图像，而回放时画面也是连续图像，最适用于低档应用。
18.4.2数字式录像机
随着图像压缩技术和计算机硬件技术的发展，最近多家公司推出了数字录像机，其图像压缩格式有MPEG1、JPEG、WAVELET等多种方式，以计算机硬盘作为存储介质，同时可存储多路图像。
在计算机网络技术的支持下，使通过网络进行远程监控成为现实。
图像经过计算机处理后，检索查询、备份、打印变得十分方便。
此外，还有新近推出的数字式光盘录像机，将监控图像记录于每张存储量为500MB的可读写光盘上（其存储容量相当于450张1.44MB软磁盘），可高速进行读写，并具有能够快速检索的高清晰度图像。
这种可重复擦写光盘驱动器PD，其最大优势一是可以无限次可靠地写入数据，二是它不仅可读取CD-ROM，而且因其采用了DVD的核心技术，因此可以与未来具有高速记录、高速寻道、低成本特点的DVD-RAM相兼容。
作为廉价存储的有效媒体，磁带录像机在电视监控行业仍然发挥着很大地作用，随着技术的不断更新，它将还有一定的生存时间。
但从总的发展趋势来看，数字录像机终将取代模拟录像机，由计算机控制的智能化、多功能的数字录像设备将成为市场的主流。
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