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3　Digital－S磁帶規(guī)格及特性

　　（1）規(guī)格與S－VHS／VHS磁帶大小相同（188×104×25mm）
　　（2） 主要特性
　　采用高密度金屬磁帶：與一般氧化鐵磁帶（VHS及S－VHS磁帶）相比，使用高密度金屬粉末磁帶可以進(jìn)行高頻率波段的錄像與放像。另外，Digital－S磁帶比一般數(shù)字磁帶錄像機(jī)所用磁帶的價格便宜。
　　雙蓋型防塵結(jié)構(gòu)：因?yàn)榇艓П粖A在固定的防護(hù)板（磁帶門）內(nèi)側(cè)的內(nèi)蓋之間，所以在保管時，既可以防止灰塵進(jìn)入，也可以防止磁帶損傷。
　　用滑動片防止誤消除：與S－VHS和VHS磁帶防止誤消除的結(jié)構(gòu)不同，在S－VHS和VHS磁帶中要折斷REC安全片才能防止誤消除，而Digital－S磁帶采用了滑動片來防止誤消除。
　　磁帶識別原理：用磁帶識別孔來區(qū)別Digital－S磁帶與S－VHS，VHS磁帶。該功能可以讓誤插入S－VHS與VHS錄像機(jī)的Digital－S磁帶，安全退出。

4　錄像系統(tǒng)及磁帶格式

　　（1） 磁帶模式　　磁帶模式及與VHS（SP）比較如圖1和表2。

圖1　磁帶模式

表2　磁帶模式及與VHS(SP)的比較（對照圖1）

　　（2） 磁路模式
　　在格式中，為了錄制不同的信息把一個磁跡分為8個區(qū)：3個ITI區(qū)，2個音頻區(qū)，2個視頻區(qū)，1個副碼區(qū)。在區(qū)與區(qū)之間錄有一定的編輯間隙，這些間隙能吸收編輯過程中可能發(fā)生的定時錯誤。625／50系統(tǒng)的1幀視頻信號被分為24等份后，由上到下分別記錄在指定區(qū)上。
　　如果用CH1的“＋”方位角磁頭重放1幀中的區(qū)（1）的信號，那么，下一幀的同一區(qū)將由CH1的“－”方位角磁頭重放，如果雙磁頭中的一個發(fā)生故障，那么對面的磁頭將捕捉信號并且每隔一幀重放一次。

5　磁鼓組件

　　（1） 磁鼓組件的結(jié)構(gòu)
　　磁鼓組件包括固定的上部磁鼓、下部磁鼓和旋轉(zhuǎn)的中間磁鼓。因?yàn)樾�轉(zhuǎn)的中間磁鼓的滑動幅度很窄，所以它具有能夠穩(wěn)定地連接在磁頭與磁帶之間的優(yōu)點(diǎn)。由于滑動部分越寬或磁鼓旋轉(zhuǎn)速度越高，空氣膜就變得越厚。空氣膜越厚，磁鼓與磁帶的接觸越不穩(wěn)定，這是因?yàn)榭諝饽ぐ汛殴暮痛艓Ц艚^開來。盡管其運(yùn)行速度是VHS方式的3倍，但由于旋轉(zhuǎn)磁鼓滑動幅度很窄，旋轉(zhuǎn)磁鼓不增加磁鼓入口處的氣體隔層（空氣膜）。
　　（2） 磁頭的結(jié)構(gòu)
　　BR－D85E／D80E的磁頭結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　磁頭結(jié)構(gòu)（BR-D85E/D80E）

　　DIGITAL－S磁帶錄像機(jī)的REC和PB磁頭由具有不同方位角的對磁頭構(gòu)成。所以可以同時進(jìn)行兩個磁跡的錄像或放像，因?yàn)橐粠�的視頻數(shù)據(jù)被分為12份并分別被錄制在12條磁路上。所以磁鼓運(yùn)轉(zhuǎn)速度是VHS系統(tǒng)（4 500轉(zhuǎn)／min）的3倍（由于VHS磁鼓的磁頭磁跡是一場一跡，而DIGITAL－S是由具有不同方位角的雙磁頭構(gòu)成，且一幀12條磁跡）。
　　只要預(yù)讀編輯功能把PB信號輸入特殊效果裝置等，便可以在同一磁帶上錄制已經(jīng)處理過的信號。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，安裝時使PB磁頭高于REC磁頭1 mm左右（4幀）。注意：只有BR－D85E才具備預(yù)讀錄像功能。

6　視頻系統(tǒng)

　　（1） 信號流程如圖3所示

圖3　視頻信號流程圖

　　（2） 各塊的功能　　①A／D轉(zhuǎn)換器 因?yàn)橐曨l信號為模擬信號，A／D轉(zhuǎn)換器的作用是把視頻信號由模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字值。模擬波形時間軸上的分割被稱為“取樣”，而電壓的分割則稱為“量化”。在DIGITAL－S系統(tǒng)中，取樣頻率Y＝13．5 MHz，R－Y或B－Y＝6．75 MHz，量化比特為8 bit的數(shù)字色差分離（4∶2∶2）。
　　因?yàn)橛行�像素�?FONT face="Times New Roman">720（像素）×576（線），1s內(nèi)的數(shù)據(jù)為166 Mbps＝720（H）×576（V）×2（Y＋C）×8（bit）×25（幀）。
　　② 改組
　　改組的目的是將作為固定長度的單位的五大塊內(nèi)包含的情報(bào)量均一化，使由于壓縮而產(chǎn)生的失真顯得不明顯。具體地說，改組即是按照某種規(guī)則，將從圖像各處選來的情報(bào)匯集成五大塊的過程。
　　^.DCT塊
　　在改組之前，一幀的數(shù)據(jù)被分為8×8像素的塊（稱作DCT塊）。各塊都是DCT的基本單位。因?yàn)?FONT face="Times New Roman">Y信號和色差信號的取樣頻率不同，Y信號被分為72（V）×90（H）塊，而色差信號被分為72（V）×45（H）。
　　^.MB宏塊
　　一個宏塊由一個圖像中的相同位置的4個DCT塊組成。4個DCT塊由Y塊和各色差信號（P_b或Pr）的兩個DCT塊組成。在宏塊單元上進(jìn)行ECC遮掩。
　　③ 數(shù)據(jù)壓縮
　　如果把視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并按原樣錄制的話，記錄數(shù)據(jù)量就非常大。所以，從錄像時間及磁帶消耗的觀點(diǎn)出發(fā)，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。電視畫面由每秒25幀（PAL）連續(xù)移動的圖像構(gòu)成。且各連續(xù)幀之間的區(qū)別很小。如果只錄制這些變化了的數(shù)據(jù)，從理論上講錄像數(shù)據(jù)將被縮減。這種視頻數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)被稱為幀間編碼，采用MPEG－1。雖然基于幀間相互關(guān)系的這種數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)可以提高壓縮率，但是為了再現(xiàn)一幀需要前一幀的視頻數(shù)據(jù)。鑒于這種情況，很難把基于幀間相互關(guān)系的這種系統(tǒng)用于DIGITAL－S磁帶錄像機(jī)，因?yàn)?FONT face="Times New Roman">DIGITAL－S錄像機(jī)要求把前一幀作為一個單位進(jìn)行編輯，并且以不同的速度重放。所以，DIGITA－S磁帶錄像機(jī)采用在各幀內(nèi)壓縮數(shù)據(jù)的幀內(nèi)編碼系統(tǒng)。在這種壓縮系統(tǒng)上，畫面被分為細(xì)小的塊（宏塊），并且組成以5個宏塊為一個單元的固定長度數(shù)據(jù)。因此，可以把一幀的視頻數(shù)據(jù)壓縮到不超過按照視頻錄像率計(jì)算的一定比特。具體地說，用高度數(shù)字處理手段如DCT（離散余弦變換），再量化、VLC（變長編碼），將視頻數(shù)據(jù)壓縮到50 Mbps或1／3．3（50∶166 Mbps）。
　　^.DCT（離散余弦變換）
　　DCT是把數(shù)學(xué)理論用于將空間時域像素值轉(zhuǎn)換到頻域。因?yàn)橄噜彽南袼亻g有冗余數(shù)據(jù)，DCT使分布廣泛的信號能量被壓縮到低頻部分。
　　^.重新量化
　　重新量化是指在幾乎不降低圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)上減少視頻數(shù)據(jù)量。這是因?yàn)樾盘柲芰考�中的低頻部分被細(xì)致地量化，而信號能量分散的高頻部分則被簡單地量化。在重新量化過程中，把DCT輸出分為4個區(qū)，由不同的量化步驟分別進(jìn)行量化。各區(qū)的量化步驟已被確定，各量化步驟中將由改組聚集的5個宏的數(shù)據(jù)總量壓縮為規(guī)定的量。但是，因?yàn)橹绷鞒煞质鞘�分重要的�?shù)據(jù)，所以不被重新量化。
　　^.VLC（變長編碼）
　　利用以短符號代表發(fā)生率高的物質(zhì)，以長符號代表發(fā)生率低的物質(zhì)的方法，可以縮短符號整體的平均長度。這種編碼方法稱為變字長的編碼（VLC）。DIGITAL－S格式的變長編碼是以霍夫曼編碼為基礎(chǔ)的連續(xù)長編碼。（連續(xù)長編碼是編制有連續(xù)出現(xiàn)傾向的“0”數(shù)據(jù)的有效方法，即以連續(xù)出現(xiàn)“0”數(shù)據(jù)的個數(shù)和接在這個“0”數(shù)據(jù)后面的其他數(shù)據(jù)為一組的變換方法）。
　　霍夫曼編碼：可以縮短符號全長，因?yàn)樗�把出現(xiàn)頻率高的以連續(xù)長編碼組成的數(shù)據(jù)組（包括“0”的個數(shù)和“0”以后的數(shù)據(jù)）用短符號來代替。
　　^.ECC（糾錯碼）
　　如果數(shù)字化信號受到噪音、灰塵等的影響，PB信號可能變成與記錄信號不同的信號。因此在數(shù)字錄像機(jī)記錄時一般在記錄信號中加入糾錯碼，錯誤信號被糾錯碼更正后再進(jìn)行重放。Digital－S錄像機(jī)中采用里德－所羅門乘積碼，這種碼對出現(xiàn)在音、視頻數(shù)據(jù)中的隨機(jī)錯誤或群錯誤（連續(xù)錯誤）具有很強(qiáng)的糾錯能力。
　　^.DCI
　　DCI重新調(diào)整錄制的磁帶上的視、音頻數(shù)據(jù)及其他數(shù)據(jù)以適應(yīng)Digital－S格式。結(jié)果使一幀視頻數(shù)據(jù)被分成24個區(qū)，而音頻信號則被分成每聲道6個區(qū)。另外，DCI調(diào)制了磁跡格式化的數(shù)據(jù)之后將此數(shù)據(jù)由并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，然后送到REC放大器。
　　調(diào)制（通道編碼）：在把數(shù)字信號錄到磁帶上之前記錄數(shù)據(jù)列就已經(jīng)被轉(zhuǎn)換為與數(shù)字錄像放像系統(tǒng)吻合的數(shù)據(jù)。這項(xiàng)轉(zhuǎn)變主要依靠磁帶的記錄、重放特性和使用的機(jī)器、記錄數(shù)據(jù)傳輸率等來進(jìn)行。在數(shù)字磁帶錄像機(jī)中，雖然旋轉(zhuǎn)變壓器是向旋轉(zhuǎn)磁鼓發(fā)送信號的主要手段，但在發(fā)送包括連續(xù)“0”“1”的數(shù)字信號時，這種旋轉(zhuǎn)變壓器存在著弱點(diǎn)，因?yàn)樯鲜鲂盘栔杏泻芏?FONT face="Times New Roman">DC成份，為獲得重放信號，需要用PLL電路觸發(fā)與重放信號同步的時鐘。為了觸發(fā)穩(wěn)定的時鐘就要縮短連續(xù)“0”“1”的長度。從磁帶的記錄密度來看，“0”，“1”交替出現(xiàn)的現(xiàn)象也是最不希望有的現(xiàn)象，因?yàn)榻惶娉霈F(xiàn)“0”，“1”是最難讀取的數(shù)據(jù)。通道基本上由SI－NRZI24／25調(diào)制構(gòu)成。根據(jù)以上內(nèi)容進(jìn)行“0”和“1”的轉(zhuǎn)換，使“0”和“1”的排列適合于附加同步、記錄和重放。

7　音頻系統(tǒng)

　　（1） 記錄通道數(shù)
　　數(shù)字音頻：4聲道（可以進(jìn)行獨(dú)立插入編輯）
　　搜索音頻：2聲道（交流偏置記錄，搜索專用）
　　（2） 數(shù)字音頻的規(guī)格
　　壓縮：無糾正錯誤：里德－所羅門乘積碼內(nèi)側(cè)（85，77），外側(cè)（14，9） 取樣頻率：48 kHz量化比特：16 bit。
　　（3） 音頻AUX數(shù)據(jù)
　　除音頻數(shù)據(jù)外，以下數(shù)據(jù)也可以錄到音頻塊內(nèi)：a）REC聲道數(shù)：2聲道狀態(tài)或4聲道狀態(tài)；（b）加重：開／關(guān)；（c）編輯點(diǎn)數(shù)據(jù)：是否為編輯點(diǎn)；（d）記錄數(shù)據(jù)總數(shù)：一幀取樣數(shù)據(jù)為1 896～1 944。
　　（4） 信號流程如圖4

圖4　音頻信號流程圖

　　^.各部分功能
　　A／D轉(zhuǎn)換器：使用一個不與視頻系統(tǒng)同步的48 kHz取樣時鐘模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號。作為標(biāo)準(zhǔn)輸入電平（＋4 dBμv）的模擬音頻信號降至－20 dB后被轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸率轉(zhuǎn)換［記錄時］：在此將不與視頻信號同步的被取樣的音頻數(shù)據(jù)處理成與視頻信號同步。具體地說，音頻數(shù)據(jù)被分為與每1個視頻幀相等的單位，然后使各單比特?cái)?shù)據(jù)與視頻系統(tǒng)的時鐘同步。此時，幀的取樣數(shù)據(jù)不固定，且以幀為單位進(jìn)行變化。所以，錄制的數(shù)據(jù)量被記錄在音頻AUX區(qū)。［重放時］：把在記錄時轉(zhuǎn)變的音頻數(shù)據(jù)恢復(fù)至原始的傳輸率。簡而言之，控制VCO，使一幀中的時鐘數(shù)與記錄在音頻AUX區(qū)的記錄數(shù)據(jù)總數(shù)相同，由此得到的時鐘被用于數(shù)據(jù)傳輸率的轉(zhuǎn)換。
　　^.改組／重組
　　改組：在記錄時根據(jù)某種規(guī)則重新編排數(shù)據(jù)以便在發(fā)生群錯誤時起到重新處理記錄數(shù)據(jù)的作用。 重組：將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)形式恢復(fù)到原來的狀態(tài)以備重放時用。
　　ECC，DCI：參考視頻中相應(yīng)小節(jié)。
　　D／A轉(zhuǎn)換器：D／A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。

作者單位：浙江省　舟山有線電視臺技術(shù)部　郵編　316000