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磁性記錄與重放，主要是通過磁頭、磁帶、磁頭與磁帶之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來完成的。所謂磁頭是在一個(gè)環(huán)形鐵芯上繞有一組線圈的電磁鐵、且鐵芯中央有一縫隙的實(shí)現(xiàn)電磁或磁電轉(zhuǎn)換的器件；磁帶是一涂有磁性層的塑料軟帶而用來存儲(chǔ)圖像和聲音信息的載體。通過磁頭和磁帶做相對(duì)運(yùn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)圖像與聲音信息的記錄和重放（通常所說的錄放）。

一、磁帶磁性記錄的原理

磁帶的磁性記錄是通過磁頭把彩色全電視信號(hào)轉(zhuǎn)換為磁帶上的磁信號(hào)而實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的，它實(shí)質(zhì)上是一電磁轉(zhuǎn)換過程。

當(dāng)彩色全電視信號(hào)電流通過磁頭線圈時(shí)，在磁頭鐵芯中感應(yīng)出相應(yīng)的磁通。由于磁頭縫隙處的磁阻大，此處的磁力線不能完全從鐵芯的一端渡越到另一端，有一部分磁力線外溢，在縫隙周圍產(chǎn)生漏磁場(chǎng)。當(dāng)磁頭縫隙與磁帶磁性層接觸時(shí)，因磁性層呈低磁阻，磁性層將磁頭縫隙的磁力線旁路，磁力線經(jīng)過磁性層再與磁頭鐵芯構(gòu)成閉合磁路，并使與磁頭縫隙相接觸的磁性層磁化。如果磁帶以一定的速度相對(duì)于磁頭移動(dòng)，則被磁化的磁性層離開磁頭縫隙后，就留下與磁頭內(nèi)磁通相對(duì)應(yīng)的剩磁，從而把彩色全電視信號(hào)的信息記錄在磁帶上。

磁帶經(jīng)過磁頭所形成的一條條剩磁痕跡稱為磁跡。如果記錄信號(hào)是正弦波，則磁帶上的剩磁強(qiáng)度也沿磁帶方向按正弦變化。記錄信號(hào)一個(gè)周期在磁帶上所形成磁跡的長(zhǎng)度稱為記錄波長(zhǎng)。記錄波長(zhǎng)的大小與磁頭磁帶相對(duì)速度成正比，而與被記錄電信號(hào)的頻率成反比，即

λ=ν/f（1）

式中，λ為記錄波長(zhǎng)，ν為磁頭磁帶相對(duì)速度，f為信號(hào)頻率。

二、磁帶磁性重放的原理

磁帶的磁性重放是把記錄在磁帶上的磁信號(hào)復(fù)原成彩色全電視信號(hào)，是磁性記錄的逆過程，即磁電轉(zhuǎn)換過程。

當(dāng)將已記錄有信息的磁跡的磁帶表面與磁頭縫相接觸時(shí)，這時(shí)磁帶上的磁跡與磁頭縫隙兩端呈橋接狀態(tài)而形成閉合磁路。于是任何時(shí)刻通過磁頭鐵芯的磁通量取決于磁帶對(duì)應(yīng)處的剩磁強(qiáng)度，其大小等于磁頭縫隙與磁帶實(shí)際接觸部分剩磁強(qiáng)度的平均值。當(dāng)磁帶按照規(guī)定的速度通過磁頭縫隙時(shí)，磁帶的剩磁強(qiáng)度發(fā)生變化，磁頭鐵芯的磁通量也相應(yīng)發(fā)生變化，因此在鐵芯線圈中感應(yīng)出與磁通量相對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)，完成磁電轉(zhuǎn)換過程。

根據(jù)電磁感應(yīng)定律，重放磁頭感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與磁通對(duì)時(shí)間變化率成正比，它等于

E=-N（dB/dt）（2）

式中，N為線圈匝數(shù)，B為磁通量。

如果記錄信號(hào)電流為正弦信號(hào)，頻率為即可推導(dǎo)得到下列感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式。

E=kfsin（2πft-π/2）（3）

式中，k為常數(shù)。式（3）表明，重放感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和記錄信號(hào)頻率f成正比，若記錄信號(hào)頻率f增加1倍，則輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E也增加1倍。

重放感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨頻率的增加也不是無限的，當(dāng)記錄波長(zhǎng)減小到與重放磁頭縫隙寬度相等時(shí)，磁頭縫隙間的剩磁強(qiáng)度平均值因正負(fù)抵消而等于零，其重放電壓輸出也為零，稱這時(shí)的臨界頻率為所能錄放信號(hào)的上限頻率。考慮到因頻率增高，磁頭磁帶各種高頻損失隨之增加，要求最短記錄波長(zhǎng)應(yīng)大于磁頭縫隙的2倍。實(shí)際上錄像機(jī)所能錄放的上限頻率僅為其臨界頻率的1/2左右。

三、磁帶錄像的缺陷及磁盤錄像

雖然，使用實(shí)時(shí)或時(shí)滯磁帶錄像機(jī)，可以在錄像帶上順序記錄幾秒或幾十個(gè)小時(shí)的視頻信息。每盤錄像帶總計(jì)可以存儲(chǔ)成千上萬幅圖像，如兩小時(shí)型VHS帶可以記錄的圖像幀的數(shù)目是2小時(shí)x25幀/秒=180000幀。但磁帶錄像系統(tǒng)有一個(gè)最大的缺點(diǎn)，當(dāng)我們想在磁帶上尋找某幀圖像時(shí)，我們需要花相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間（因磁帶是卷起的）才能找到，顯然錄像帶無法適用于快速檢索系統(tǒng)。雖然錄像時(shí)將攝像機(jī)編號(hào)、時(shí)間、日期和圖像一齊存儲(chǔ)起來，但即使這樣，也仍然需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能到達(dá)特定的幀，因?yàn)樗辽傩枰◣追昼姷臅r(shí)間卷過幾十米長(zhǎng)的磁帶。

這樣，高速視頻圖像存取系統(tǒng)不再使用順序讀寫式的磁帶，而是使用隨機(jī)讀寫式的磁盤或光盤。因?yàn)檫@種系統(tǒng)，可快速地檢索和定位某幀圖像或某段圖像，其整個(gè)過程只需要幾分之一秒到幾秒。當(dāng)有報(bào)警發(fā)生時(shí)，對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)畫面會(huì)馬上被記錄下來；幾秒后，這些圖像又被讀出、打印，供遠(yuǎn)處的監(jiān)視器察看。在這類應(yīng)用中，所有任務(wù)只需要在數(shù)秒間完成。磁盤和光盤記錄系統(tǒng)可以很好地完成這一任務(wù)。

實(shí)際上，磁盤同光盤系統(tǒng)一樣，其存儲(chǔ)視頻圖像的介質(zhì)是一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的盤片。它在保存圖像的同時(shí)，還將相關(guān)攝像機(jī)的編號(hào)、錄像日期、錄像時(shí)間記錄下來了。因此，可通過高速隨機(jī)操作來讀取這些圖像。磁盤上有許多互相平行的同心圓，稱為磁道；圖像就是記錄在這些磁道上。視頻信息在磁盤上的記錄形式可以是模擬式的，也可以是數(shù)字式的，而在光盤上記錄時(shí)則清一色地采用數(shù)字形式。這種存儲(chǔ)視頻圖像的硬盤與計(jì)算機(jī)上的硬磁盤沒有任何區(qū)別。一般地，一只2.1GB的硬盤足以存放幾萬幅到幾十萬幅黑白視頻圖像，而讀取畫面需要的時(shí)間約為幾秒。硬盤錄像時(shí)也是逐幀記錄的（這與磁帶錄像機(jī)有點(diǎn)類似），其錄像的格式有兩種。

•直接采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，在硬盤上存儲(chǔ)的是數(shù)字式的視頻文件。

•在硬盤上保存的是模擬式的圖像信息。