视频信号的重放原理

视频信号的重放原理 4(6 视频信号的重放原理 显然，重放过程是过程的逆过程，是把记录在磁带上的磁信号转换成电信号的过程，尽管不同类型的录像机其重放系统的电路形式有所不同，但它们的作用都是相同的，即经过重放系统的处理，还原出符合要求的视频信号来。本节我们将以分量型录像机为例简要分析视频信号的重放。 一( 亮度信号的重放过程 图4-37是分量型录像机重放通道的方框图。如图，两个旋转亮度磁头拾取亮度调频信号，经过磁头放大器，及磁头切换开关后形成一个射频亮度信号分两路输出。一路经失落检测电路，产生失落检测脉冲，到时基校正电路中的失落补偿电路进行失落补偿;另一路经频率解调器对亮度调频信号进行限幅、解调处理，得到复原的亮度信号。然后经过非线性去加重和去加重电路进行去加重，恢复信号原来的幅频特性，同时抑制了高频端杂波能量，提高高频端信噪比。再后信号进入时基校正电路，完成消噪、时基校正、失落补偿等处理。最后信号分成两路，一路作为分量亮度信号输出;另一路进入Y/C混合电路与编码色度信号混合成复合彩色视频信号输出。 1( 磁头放大器 又称为预放大器，它是一个低噪声，高增益的宽带放大器，它把旋转变压由输出来的1mv左右的微弱的射频信号放大到几百mv，以满足后续电路对信号处理的要求，一般其增益在40dB以上。另外，由于磁头放大器是重放电路的第一级，它的噪声系数将影响到整个电路的信噪比，因此要求其必须是低噪声放大器。另外，由于信号在录放过程中存在很多损失，特别是高频损失较大，所以在预放器中要进行高频补偿，即进行幅频特性的校正。 2( 磁头切换电路 在两磁头的录像机中，磁带与磁头鼓的包角略大于180?，所以在记录时，A磁头还未离开磁带时，B磁头已贴上磁带的另一边，在 两磁头同时与磁带接触的那一段时间里，将分别在相邻两条磁迹的首末端记录相同的内容，形成重复部分，大约10行左右。图4-38中?和?的图形即反映了这种情况。 磁头切换电路的作用是切掉两个磁头的多余部分信号，如图中?、?所示，并将A、B磁头不连续的信号变成连续的输出信号，如图中?。而切除的动作是根据磁头切换脉冲来进行的，如图中?，这个切换脉冲由伺服系统产生，它是一个频率等于磁鼓转速的方波，其跳变沿刚好位于重叠部分的中心。 3( 信号失落补偿 由于磁粉脱落，或者由于磁头与磁带瞬间接触不良，或者是由于磁带上有污物等原因，会使重放亮度信号出现部分幅度跌落，严重时可能没有信号输出，即产生信号失落。这种情况反映在图像上是出现横向白色噪点或条纹。信号失落是没有规律的，因此不可能在失落点补上与原来完全相同的信号，但也不能使补上去的与原来相差太远。由于电视信号中相邻两行的信息是相似的，称为行相关原理。根据这个原理，我们可用前一行信号代替这一行失落的信号。但是，由于电路技术能力有限，不可能将所有的微小失落都全部检测出来，因此一般当失落长度相当于5us时间或是信号输出衰减16dB以上才进行失落补偿。 4( 限幅与解调电路 为了消除亮度信号中的寄生调幅和高频杂波，保证解调电路正常工作，一般在解调电路之前设置限幅电路。利用限幅电路将调频信号的幅度下降为原来的1/2(降低,,,)，信号能量也降低为原来的一半。如图4-39所示。 限幅电路的作用有两个: (1) 通过将信号变成近似矩形波，能恢复丢失的部分上边带能量，为后续电路提供所需要的信号波形。 (2) 能消除亮度调频信号的一切寄生调幅，保证解调电路正常工作， 改善信噪比。 对限幅电路的要求是: (1) 要有足够的限幅深度(40~50dB)，至少进行两次限幅，中间插入放大器，使限幅和放大交替进行。 (2) 要有足够的通频带，能完全通过调频信号的一次上边带。 (3) 要求对称限幅，否则会出现二次谐波成分而产生网纹干扰。 解调电路的作用是将限幅由输出的调频波经过解调还原为视频信号，它是重放系统的核心。 对解调电路的要求是: (1) 解调性好，解调载漏小; (2) 能调频率范围应包括调频信号的整个范围。 由于调频信号的载频较低，相对频偏较大，一般的鉴频方式不能保证其鉴频的直线性，所以要采用脉冲计数式鉴频器或延时线式解调器。 5( 非线性去加重和去加重 前面介绍了为提高重放信号的信噪比，视频信号在调频之前要进行非线性预加重和预加重处理。在重放时，为了使信号恢复正常的调频特性，必须对解调后的视频信号进行非线性去加重和去加重处理。去加重的频率特性与预加重相反，所以在去加重过程中，高频分量被衰减下来，从而降低了信号的高频噪声，使信噪比得到提高。非线性去加重同样也是非线性预加重的逆过程，它的主要目的也是通过抑制信号的高频分量，提高高频端的信噪比，达到消除高频杂波能量的目的，因此也叫杂波消除电路。 6( 时基校正 视频信号在重放过程中，由于磁头旋转不均匀和磁带运行速度不稳定，以及磁带伸缩等因素，会使重放的视频信号产生抖动，即时间轴发生变动，产生了时基误差，这种影响现在亮度信号是同步信号 周期性中晃动，而表现在色度信号上是副载波频率和相位的变化，并引起图像色调失真。也就是说，由于各种原因导致磁带发生伸缩变化时，使视频信号在时域上产生压缩或拉伸，这种时间轴基准长度发生的变化，称为时基误差。如图4-40所示。图中信号周期伸长了?TH，即为时基误差。要减少时基误差，单靠提高录像机的机械精度和伺服系统精度是难以达到要求的，一般还需要采用电路校正的方法，这就是时基误差电路。图4-37(重放通道)中所示的时基校正电路有消噪，时基校正器，失落补偿电路等部分组成，完成其各自的功能。 tu 4-40 在录像机发展的初期，时基误差采用模拟式延时电路，通过控制延时量大小使信号的时基误差得到校正。但是模拟式电路校正的程度太小，后来出现了数字时基校正器电路。 数字时基校正器的基本原理是把录像机重放的视频信号变换为数字信号后存储在数字存储器里边，并控制从存储器中读出的信号给以不同的延时来实现时基校正。有关时基校正电路的原理，具体的我们将在后面的章节专门介绍。 二( 色度信号的重放过程 与亮度信号的重放过程类似，两个色度磁头重放的色度信号磁头放大器和切换开关后形成射频信号分成两路。一路去AFM解调电路，从频分复用的合成频谱中，利用带道滤波器取出两个声道的AFM信号;另一路经射频放大后进入色度信号通道，后面电路的形式与亮度通道基本相同。但是，需要指出:在色度时基校正电路中，除了进行与亮度通道相同的消噪、时基校正、失落补偿等处理之外，还有一项亮度信号里没有的处理工作，即时间轴扩展。它是时间轴压缩的逆变换，即对一个合成的时间轴压缩的时分复用信号CTDM，通过时间轴扩展还原为R-Y、B-Y色差信号。 时基校正后的两个色差信号，一方面作为分量色度信号输出，另一方面进行色度编码形成色度信号，与亮度信号混合后，作为复合全电视信号输出。 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 录像机的音频系统由音频录/放磁头、消音磁头和音频处理电路等组成。由于采用固定磁头纵向记录和重放声音信号，所以在原理上与录音机有很多相似之处，但也有所不同，具体区别如下: (1) 由于使用视频磁带，需较高的偏磁电流。 (2) 为保证声画同步，音频磁头位置必须严格安装。 (3) 录像机的消音磁头有两个，一个是记录时使用的全消磁头，另一个是安装在录音磁头前面用于后期配音的专用消磁头。通常音频录放磁头与控制磁头做在一起，称为音控磁头。音频系统磁头位置如图4-41所示。 (1) 当录像机处于非正常重放的情况下，如寻像、倒退、快进 等，为避免音频磁头扫描磁迹产生较大的声音，家用录像 机没有非正常重放声音抑制电路，而专业和广播用录像机 则没有降低非正常重放音频电平的电路。 2) 录像机的纵向音频磁迹宽度较窄，约为录音机的一半。录( 像机的走带速度较低，也约为录像机的一半，甚至更少。 这给音频信号的记录与重放带来较大的困难，这使得录像 机的音频处理电路变得更复杂。 图4-42所示为录像机的音频系统方框图，它有记录、重放、配音三种工作状态。 图中k1~k4位工作状态转换开关，它们都置于“记录”一侧时，系统处于记录工作状态。由于话筒电平为-60dB，线路输出为-20 dB，因此话筒输入信号要经记录预放器提升20 dB后输入AGC放大电路，而线路输出信号经电位器R2调节后送入AGC放大器。 AGC放大器的输出信号一路经R4,开关K1，线路放大器作为音频线路输出，输出电平为0 dB或-6 dB。另一路经R3，记录放大器向音频磁头提供记录电流。在这里AGC电路的作用是使记录放大器的激励电平保持恒定，从而保持恒定的记录电流。为减小记录过程中 引起的非线性失真，设置了偏振消磁振荡器，其中一路输出在记录时通过R5调整偏磁电平，提供一个最佳的偏磁电流。另一路输出到全消磁头和消音磁头作为消磁信号。 重放状态时，音频磁头拾取微弱信号经重放预放器放大，重放均衡器对磁头的重放输出特性进行均衡，然后经放大，K1，线路放大器输出。在非正常重放时，根据控制信号控制抑制音频电路，减小音频输出。重放时，偏磁振荡停止工作，不向磁头提供电流。 配音状态时，K1、K2、K3都在记录侧，K4位与配音侧，因此消磁信号只能送到消音磁头，音频录放磁头则在记录状态。 二( 高保真音频系统 高保真音频系统目前在分量型录像机和家用录像机上都在应用，其目的都是为了改善录像机音频记录和重放的音质。 1( Betacam-sp分量录像机上的高保真音频系统 Betacam-sp分量录像机音频为4声道，声道1和声道2位普通纵向音频记录，声道3和声道4的调频方式(AFM)混入色度信号已调频谱的低端，采用频分复用形式，用色度磁头把色度信号盒声音信号已同记录在色度磁迹上。因为两种信号由同一磁头记录下来，因此不能单独消去或后期编辑加工。其频谱图如图4-43所示。 2( VHS录像机的高保真音频系统 有些VHS录像机也采用了高保真音频系统，但它采用的方法都与前者不同，是一种分层调频记录的方法。它主要包括两条措施: (,)在磁头鼓上增加两个旋转音频磁头，超前于视频磁头设置，如图4-44。记录时，音频磁头首先把高保真音频磁迹记录在视频磁迹的位置上，然后视频磁头把磁迹记录在音频磁迹之上。为避免相互串扰和保证录放质量，采用不同磁头方位角的措施，视频磁头方位角仍为?6?，音频磁头方位角为?30?，利用方位角损失完全消除掉了对视频信号的串扰。 (2)采用分层调频记录的方式。与视频信号相比，高保真音频信号带宽小，载频低(1.3MHz和1.7MHz )，频谱图如图4-45所示，所以纪录时磁化深度较深，而视频磁迹的磁化深度较浅。因此，可使音频磁头先记录，随后视频磁头消去表层音频磁迹，如图4-46所示。这样虽然会使重放音频信号的幅度衰减，但在重放时可以校正其影响。 4-35 思考题: • 1、阐述磁头切换电路的原理。 • 2、如何进行信号失落补偿, • 3、录像机的音频系统与录音机有那些区别,