安防视频监控系统磁存储录像设备——磁性记录与重放的基本原理

磁性记录与重放,主要是通过磁头、磁带、磁头与磁带之间的相对运动来完成的。所谓磁头是在一个环形铁芯上绕有一组线圈的电磁铁、且铁芯中央有一缝隙的实现电磁或磁电转换的器件;磁带是一涂有磁性层的塑料软带而用来存储图像和声音信息的载体。通过磁头和磁带做相对运动即可实现图像与声音信息的记录和重放(通常所说的录放)。

一、磁带磁性记录的原理

磁带的磁性记录是通过磁头把彩色全电视信号转换为磁带上的磁信号而实现存储的,它实质上是一电磁转换过程。

当彩色全电视信号电流通过磁头线圈时,在磁头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,从而把彩色全电视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称为磁迹。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称为记录波长。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=ν/f (1)

式中,λ为记录波长,ν为磁头磁带相对速度,f为信号频率。

二、磁带磁性重放的原理

磁带的磁性重放是把记录在磁带上的磁信号复原成彩色全电视信号,是磁性记录的逆过程,即磁电转换过程。

当将已记录有信息的磁迹的磁带表面与磁头缝相接触时,这时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(dB/dt) (2)

式中,N为线圈匝数,B为磁通量。

如果记录信号电流为正弦信号,频率为即可推导得到下列感应电动势表达式。

E=kfsin(2πft-π/2) (3)

式中,k为常数。式(3)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1倍,则输出的感应电动势E也增加1倍。

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,称这时的临界频率为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1/2左右。

三、磁带录像的缺陷及磁盘录像

虽然,使用实时或时滞磁带录像机,可以在录像带上顺序记录几秒或几十个小时的视频信息。每盘录像带总计可以存储成千上万幅图像,如两小时型VHS带可以记录的图像帧的数目是2小时x25帧/秒=180000帧。但磁带录像系统有一个最大的缺点,当我们想在磁带上寻找某帧图像时,我们需要花相当长的时间(因磁带是卷起的)才能找到,显然录像带无法适用于快速检索系统。虽然录像时将摄像机编号、时间、日期和图像一齐存储起来,但即使这样,也仍然需要相当长的时间才能到达特定的帧,因为它至少需要花几分钟的时间卷过几十米长的磁带。

这样,高速视频图像存取系统不再使用顺序读写式的磁带,而是使用随机读写式的磁盘或光盘。因为这种系统,可快速地检索和定位某帧图像或某段图像,其整个过程只需要几分之一秒到几秒。当有报警发生时,对应的摄像机画面会马上被记录下来;几秒后,这些图像又被读出、打印,供远处的监视器察看。在这类应用中,所有任务只需要在数秒间完成。磁盘和光盘记录系统可以很好地完成这一任务。

实际上,磁盘同光盘系统一样,其存储视频图像的介质是一个高速旋转的盘片。它在保存图像的同时,还将相关摄像机的编号、录像日期、录像时间记录下来了。因此,可通过高速随机操作来读取这些图像。磁盘上有许多互相平行的同心圆,称为磁道;图像就是记录在这些磁道上。视频信息在磁盘上的记录形式可以是模拟式的,也可以是数字式的,而在光盘上记录时则清一色地采用数字形式。这种存储视频图像的硬盘与计算机上的硬磁盘没有任何区别。一般地,一只2.1GB的硬盘足以存放几万幅到几十万幅黑白视频图像,而读取画面需要的时间约为几秒。硬盘录像时也是逐帧记录的(这与磁带录像机有点类似),其录像的格式有两种。

•直接采用计算机技术,在硬盘上存储的是数字式的视频文件。

•在硬盘上保存的是模拟式的图像信息。

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