Фазовая чередующаяся линия (PAL) представляет собой систему кодирования цвета для аналогового телевидения, используемого в системах широковещательного телевидения в большинстве стран, вещающих на поле 625 строк / 50 (25 кадров) в секунду (576i). Другие общие системы кодирования цвета — NTSC и SECAM.
Все страны, использующие PAL, в настоящее время находятся в процессе преобразования или уже преобразовали стандарты в DVB, ISDB или DTMB.
На этой странице в первую очередь обсуждается система кодирования цвета PAL. Статьи о вещательных телевизионных системах и аналоговом телевидении дополнительно описывают частоту кадров, разрешение изображения и модуляцию звука.
история
В 1950-х годах западноевропейские страны начали планировать внедрение цветного телевидения и столкнулись с проблемой, что стандарт NTSC продемонстрировал несколько слабых мест, в том числе изменение цветового тона в условиях плохой передачи, что стало серьезной проблемой, учитывая географию Европы и связанные с погодой особенности. Чтобы преодолеть недостатки NTSC, были разработаны альтернативные стандарты, что привело к разработке стандартов PAL и SECAM. Цель состояла в том, чтобы обеспечить стандарт цветного телевидения для европейской частоты изображения 50 полей в секунду (50 герц) и найти способ устранить проблемы с NTSC.
PAL был разработан Уолтером Брухом в Telefunken в Ганновере, Германия, с важным вкладом от доктора Крузе и Герхарда Малера (de). Формат был запатентован Telefunken в 1962 году, сославшись на Bruch в качестве изобретателя и был представлен членам Европейского вещательного союза (EBU) 3 января 1963 года. Когда его спросили, почему система была названа «PAL», а не «Bruch», изобретатель ответил что «система Бруха», вероятно, не продавалась бы очень хорошо («Брух» лит. означает «перерыв»). Первые передачи начались в Соединенном Королевстве в июне 1967 года, а затем в конце этого года в Западной Германии. Одним из каналов BBC, первоначально использующим стандарт вещания, был BBC2, который был первым британским телевизионным сервисом, который представил «625 линий» в 1964 году. Telefunken PALcolor 708T стал первым коммерческим телевидением PAL. За ним последовали Loewe-Farbfernseher S 920 и F 900.
Telefunken был позже куплен французским производителем электроники Thomson. Томсон также купил Compagnie Générale de Télévision, где Анри де Франс разработал SECAM, первый европейский стандарт для цветного телевидения. Thomson, теперь называемый Technicolor SA, также владеет маркой RCA и лицензирует ее другим компаниям; Радиокорпорация Америки, создатель этого бренда, создала стандарт цветного ТВ NTSC, прежде чем Томсон стал участвовать.
Термин PAL часто использовался неформально и несколько неточно для обозначения телевизионной системы 625 строк / 50 Гц (576i) в целом, чтобы отличать систему 525 строк / 60 Гц (480i), обычно используемую с NTSC. Соответственно, DVD-диски были помечены как PAL или NTSC (со ссылкой на количество строк и частоту кадров), хотя технически диски не содержат ни PAL, ни NTSC-кодированный сигнал. CCIR 625/50 и EIA 525/60 являются правильными именами для этих стандартов (количество строк и скорости поля); PAL и NTSC, с другой стороны, являются методами кодирования информации о цвете в сигнале.
Цветовая кодировка
Как PAL, так и система NTSC используют квадратурную амплитудно-модулированную поднесущую, несущую информацию о цветности, добавленную к видеосигналу яркости, для формирования сигнала основной полосы видеосигнала. Частота этой поднесущей составляет 4,43361875 МГц для PAL и NTSC 4.43, по сравнению с 3,579545 МГц для NTSC 3.58. С другой стороны, система SECAM использует схему частотной модуляции на двух линейных поднесущих цветных поднесущих 4.25000 и 4.40625 МГц.
Название «Фазовая чередующаяся линия» описывает способ изменения фазы части информации о цвете видеосигнала с каждой строкой, которая автоматически корректирует фазовые ошибки при передаче сигнала путем их отмены за счет вертикальной цветное разрешение. Линии, где цветная фаза меняется на противоположную по сравнению с NTSC, часто называются линиями PAL или чередования фаз, что оправдывает одно из расширений аббревиатуры, тогда как другие линии называются линиями NTSC. Ранние приемники PAL полагались на человеческий глаз, чтобы сделать это отмена;однако это привело к гребенчатому эффекту, известному как бары Ганновера при больших фазовых ошибках. Таким образом, большинство приемников теперь используют линию задержки аналогового сигнала цветности, которая сохраняет полученную информацию о цвете в каждой строке дисплея; в среднем информация о цвете от предыдущей строки и текущая строка затем используются для управления камерой изображения. Эффект заключается в том, что фазовые ошибки приводят к изменениям насыщенности, которые менее нежелательны, чем эквивалентные изменения оттенка NTSC.Небольшой недостаток заключается в том, что вертикальное цветовое разрешение хуже, чем у системы NTSC, но поскольку человеческий глаз также имеет цветовое разрешение, намного меньшее, чем его разрешение яркости, этот эффект не виден. В любом случае, NTSC, PAL и SECAM имеют ширину цветности (детали горизонтального цвета), значительно уменьшенные по сравнению с сигналом яркости.
Частота 4.43361875 МГц несущей цвета является результатом 283,75 цветовых тактовых циклов на линию плюс смещение 25 Гц, чтобы избежать помех.Так как линейная частота (количество строк в секунду) составляет 15625 Гц (625 строк × 50 Гц ÷ 2), частота несущей цвета рассчитывается следующим образом: 4.43361875 МГц = 283,75 × 15625 Гц + 25 Гц.
Цветной декодер требуется оригинальному цветному носителю для воссоздания сигналов разности цветов. Поскольку несущая не передается с видеоинформацией, она должна генерироваться локально в приемнике. Для того чтобы фаза этого локально сгенерированного сигнала могла соответствовать передаваемой информации, 10-кратный пакет цветовой поднесущей добавляется к видеосигналу вскоре после синхронизирующего импульса линии, но до информации о снимке во время так называемого заднего крыльца. Этот цветовой пакет фактически не находится в фазе с исходной цветной поднесущей, но ведет на 45 градусов по нечетным линиям и уклоняется на 45 градусов по четным линиям. Этот размахивающий импульс позволяет схеме цветового декодера различать фазу вектора RY, которая меняет направление каждой линии.
PAL против NTSC
PAL обычно имеет 576 видимых линий по сравнению с 480 линиями с NTSC, что означает, что PAL имеет разрешение на 20% выше, на самом деле оно даже имеет более высокое разрешение, чем стандарт Enhanced Definition (854 × 480). Большинство ТВ-выход для PAL и NTSC используют чересстрочные кадры, что означает, что даже строки обновляются в одном поле и нечетные строки обновляются в следующем поле. Кадры чередования обеспечивают более плавное движение с половиной частоты кадров. NTSC используется с частотой кадров 60i или 30p, тогда как PAL обычно использует 50i или 25p; оба используют достаточно высокую частоту кадров, чтобы создать иллюзию движения жидкости. Это связано с тем, что NTSC обычно используется в странах с частотной частотой 60 Гц и PAL в странах с частотой 50 Гц, хотя существует множество исключений. И PAL, и NTSC имеют более высокую частоту кадров, чем пленка, которая использует 24 кадра в секунду. PAL имеет более близкую частоту кадров к фильму, поэтому большинство фильмов ускоряется на 4%, чтобы играть на PAL-системах, сокращая время работы пленки и, без регулировки, слегка увеличивая высоту звуковой дорожки. Конверсии фильмов для NTSC вместо этого используют разворот 3: 2 для распространения 24 кадров пленки на 60 чересстрочных полей. Это поддерживает время работы пленки и сохраняет исходный звук, но может привести к ухудшению искажения артефактов во время быстрого движения.
Ресиверы NTSC имеют регулировку оттенка вручную для ручной коррекции цвета. Если это неправильно отрегулировано, цвета могут быть неисправными. Стандарт PAL автоматически отменяет ошибки оттенка путем разворота фазы, поэтому управление оттенком не требуется, но управление насыщенностью может быть более полезным. Ошибки фазы Chrominance в системе PAL отменяются с использованием линии задержки 1H, что приводит к более низкому насыщению, что значительно менее заметно для глаза, чем ошибки оттенка NTSC.
Тем не менее, чередование информации о цвете — ганноверские бары — может привести к отображению изображения на изображениях с экстремальными фазовыми ошибками даже в системах PAL, если схемы декодера смещены или использовать упрощенные декодеры ранних рисунков (как правило, для преодоления ограничений роялти). В большинстве случаев такие экстремальные фазовые сдвиги не происходят. Этот эффект, как правило, наблюдается, когда канал передачи плохой, как правило, в застроенных районах или где местность неблагоприятна. Эффект более заметен на СВЧ, чем сигналы УКВ, поскольку сигналы УКВ имеют тенденцию быть более надежными.
В начале 1970-х годов некоторые японские производители разработали системы декодирования, чтобы избежать выплаты роялти Telefunken. Лицензия Telefunken охватывала любой метод декодирования, который полагался на фазу чередующейся поднесущей для уменьшения фазовых ошибок. Это включало в себя очень простые декодеры PAL, которые полагались на человеческий глаз, чтобы усреднить ошибки фазы нечетной / четной линии. Одним из решений было использование 1-х аналоговой линии задержки, позволяющей декодировать только нечетные или четные линии. Например, цветность на нечетных линиях будет переключена непосредственно в декодер, а также будет сохранена в линии задержки. Затем на четных строках сохраненная нечетная строка будет снова декодирована. Этот метод эффективно преобразовал PAL в NTSC. Такие системы подвергались ошибкам оттенка и другим проблемам, присущим NTSC, и требовали добавления ручного управления оттенком.
PAL и NTSC имеют несколько расходящиеся цветовые пространства, но различия цветового декодера здесь игнорируются.
PAL против SECAM
Патенты SECAM предшествуют патентам PAL на несколько лет (1956 против 1962). Его создатель Анри де Франс в поисках ответа на известные проблемы с оттенками NTSC придумал идеи, которые должны были стать фундаментальными для обеих европейских систем, а именно: 1) информация о цвете на двух последовательных телевизионных линиях очень похожа, и вертикальное разрешение может уменьшаться вдвое без серьезного воздействия на воспринимаемое качество изображения. 2) более надежная передача цвета может быть достигнута путем распространения информации на двух ТВ-линиях, а не только на 3) информация из двух телевизионных линий может быть рекомбинирована с использованием линии задержки.
SECAM применяет эти принципы, передавая поочередно только один из компонентов U и V на каждой телевизионной линии и получая другую из линии задержки. QAM не требуется, и частотная модуляция поднесущей используется для дополнительной надежности (последовательная передача U и V должна была быть повторно использована намного позже в последних «аналоговых» видеосистемах Европы: стандарты MAC).
SECAM не содержит ошибок цвета и насыщенности. Он не чувствителен к фазовым сдвигам между цветовой вспышкой и сигналом цветности, и по этой причине иногда использовался в ранних попытках записи цветного видео, где колебания скорости ленты могли привести к проблемам других систем. В приемнике он не требовал кристалла кварца (который в то время был дорогостоящим компонентом) и, как правило, мог работать с линиями и компонентами с более низкой точностью задержки.
Передачи SECAM более надежны на больших расстояниях, чем NTSC или PAL. Однако из-за их FM-характер цветовой сигнал остается присутствующим, хотя и при уменьшенной амплитуде даже в монохромных частях изображения, тем самым подвергаясь более сильному поперечному цвету.
Один серьезный недостаток в работе студии заключается в том, что добавление двух сигналов SECAM не дает достоверной информации о цвете из-за использования частотной модуляции. Необходимо было демодулировать FM и обрабатывать его как AM для правильного микширования, прежде чем, наконец, переконфигурировать как FM, за счет некоторой дополнительной сложности и деградации сигнала. В последующие годы это уже не было проблемой из-за более широкого использования компонентного и цифрового оборудования.
PAL может работать без линии задержки, но эта конфигурация, иногда называемая «PAL бедного человека», не может сравниться с SECAM с точки зрения качества изображения. Чтобы конкурировать с ним на том же уровне, ему пришлось использовать основные идеи, изложенные выше, и, как следствие, PAL пришлось платить лицензионные сборы SECAM. На протяжении многих лет это в значительной степени способствовало приблизительно 500 миллионам франков, собранным патентами SECAM (для первоначальных 100 миллионов франков, вложенных в исследования).
Следовательно, PAL можно рассматривать как гибридную систему, ее структура сигнала ближе к NTSC, но ее декодирование существенно заимствует от SECAM.
Были исходные спецификации для использования цвета с французским 819-строчным форматом (система E). Однако «SECAM E» существовал только на этапах разработки. Фактическое развертывание использовало формат линии 625. Это упростило обмен и конвертацию между PAL и SECAM в Европе.Конверсии часто даже не требовалось, поскольку все больше и больше приемников и видеомагнитофонов стали совместимыми с обоими стандартами, чему способствовали общие шаги и компоненты декодирования. Кроме того, когда штекер SCART стал стандартным, он может принимать RGB в качестве входа, эффективно минуя все особенности форматов цветового кодирования.
Когда речь заходит о домашних видеомагнитофонах, все видеостандарты используют так называемый «цвет под». Цвет извлекается из высоких частот спектра видео и перемещается в нижнюю часть спектра, доступную на ленте. Затем яркость использует то, что остается от него, выше диапазона цветовых частот. Обычно это делается путем гетеродинирования для PAL (а также NTSC). Но характер цвета FM в SECAM позволяет использовать более дешевый трюк: деление на 4 частоты поднесущей (и умножение на воспроизведение). Это стало стандартом для записи SECAM VHS во Франции.Большинство других стран продолжали использовать тот же процесс гетеродинирования, что и для PAL или NTSC, и это известно как запись MESECAM (поскольку это было более удобно для некоторых стран Ближнего Востока, которые использовали трансляции PAL и SECAM).
Что касается ранних (аналоговых) видеодисков, установленный стандарт Laserdisc поддерживал только NTSC и PAL. Тем не менее, другой формат оптического диска, оптический диск Thomson Transissive, сделанный кратким появлением на рынке. В какой-то момент он использовал модифицированный сигнал SECAM (одна поднесущая FM на частоте 3,6 МГц). Гибкий и прозрачный материал носителей позволил получить прямой доступ к обеим сторонам без переливания диска, что появилось в многослойных DVD-дисках примерно пятнадцать лет спустя.
Детали сигнала PAL
Для PAL-B / G сигнал имеет эти характеристики.
| параметр | Стоимость |
|---|---|
| Пропускная способность | 5 МГц |
| Полярная полярность | отрицательный |
| Общее время для каждой линии | 64 000 мкс |
| Передний крыльцо (A) | 1,65 + 0,4 -0,1 мкс |
| Длительность синхроимпульса (B) | 4,7 ± 0,20 мкс |
| Назад крыльцо (C) | 5,7 ± 0,20 мкс |
| Активное видео (D) | 51,95 +0,4 -0,1 мкс |
(Общее время синхронизации по горизонтали 12,05 мкс)
Через 0,9 мкс отправляется цветная вспышка 2,25 ± 0,23 мкс в 10 ± 1 цикла. В большинстве случаев время нарастания / спада находится в диапазоне 250 ± 50 нс. Амплитуда составляет 100% для белого уровня, 30% для черного и 0% для синхронизации. Электрическая амплитуда CVBS равна Vpp 1,0 В и импедансу 75 Ом.
Вертикальные тайминги:
| параметр | Стоимость |
|---|---|
| Вертикальные линии | 312,5 (всего 625) |
| Отображаются вертикальные линии | 288 (всего 576) |
| Вертикальная полярность синхронизации | Отрицательный (всплеск) |
| Вертикальная частота | 50 Гц |
| Длительность синхронизации (F) | 0,576 мс (всплеск) |
| Активное видео (H) | 18,4 мс |
(Общее время синхронизации по вертикали 1,6 мс)
Поскольку PAL чересстрочная развертка, каждое из двух полей суммируется для создания полного кадра изображения.
Luminance, Y, выводится из сигналов красного, зеленого и синего (R’G’B ‘):
U и V используются для передачи цветности. Каждая из них имеет типичную полосу пропускания 1,3 МГц.
Композитный сигнал PAL времени, когда ..
Частота поднесущей составляет 4,43361875 МГц (± 5 Гц) для PAL-B / D / G / H / I / N.
Системы вещания PAL
Эта таблица иллюстрирует различия:
| PAL B | PAL G, H | PAL I | PAL D / K | ПАЛЬМА | PAL N | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Полоса пропускания | УКВ | UHF | UHF / VHF * | VHF / UHF | VHF / UHF | VHF / UHF |
| поля | 50 | 50 | 50 | 50 | 60 | 50 |
| линии | 625 | 625 | 625 | 625 | 525 | 625 |
| Активные линии | 576 | 576 | 576 | 576 | 480 | 576 |
| Пропускная способность канала | 7 МГц | 8 МГц | 8 МГц | 8 МГц | 6 МГц | 6 МГц |
| Скорость передачи видео | 5,0 МГц | 5,0 МГц | 5,5 МГц | 6,0 МГц | 4,2 МГц | 4,2 МГц |
| Цветовая поднесущая | 4,43361875 МГц | 4,43361875 МГц | 4,43361875 МГц | 4,43361875 МГц | 3,575611 МГц | 3,58205625 МГц |
| Расстояние между зрительными / звуковыми носителями | 5,5 МГц | 5,5 МГц | 6,0 МГц | 6,5 МГц | 4,5 МГц | 4,5 МГц |
* Система I никогда не использовалась на УКВ в Великобритании.
PAL-B / G / D / K / I
Многие страны отключили аналоговые передачи, поэтому следующее не применяется, за исключением использования устройств, которые выводят широковещательные сигналы, например, видеомагнитофоны. Разрешение, предоставляемое PAL, может или не может использоваться, но HD или Full HD чаще всего используются в цифровых передачах.
Большинство стран, использующих PAL, имеют телевизионные стандарты с 625 линиями и 50 полями в секунду, различия касаются частоты несущей аудио и пропускной способности канала. Возможны следующие варианты:
Стандарты B / G используются в большинстве стран Западной Европы, Австралии и Новой Зеландии
Стандарт I в Великобритании, Ирландии, Гонконге, Южной Африке и Макао
Стандарты D / K (вместе с SECAM) в большинстве стран Центральной и Восточной Европы
Стандарт D в материковой части Китая. Большинство аналоговых камер видеонаблюдения являются стандартными D.
Системы B и G аналогичны. Система B используется для каналов с частотой 7 МГц на УКВ, а система G используется для каналов шириной 8 МГц на УКВ (Австралия использует систему B на УВЧ). Аналогично, системы D и K аналогичны, за исключением используемых полос: система D используется только на УКВ (за исключением континентального Китая), а система K используется только на УВЧ. Хотя система I используется в обеих полосах частот, она использовалась только для УВЧ в Соединенном Королевстве.
PAL-M (Бразилия)
В Бразилии PAL используется в сочетании с линией 525, 59.94 field / s system M, используя (очень близкую) частоту поднесущей цвета NTSC. Точная цветовая частота поднесущей PAL-M составляет 3,575611 МГц. Почти все другие страны, использующие систему M, используют NTSC.
Цветовая система PAL (либо базовая частота, либо любая радиочастотная система с нормальной поднесущей 4,43 МГц, в отличие от PAL-M) также может быть применена к картине 525-канальной (480i), подобной NTSC, чтобы сформировать то, что часто называют «PAL- 60 «(иногда« PAL-60/525 »,« Quasi-PAL »или« Pseudo PAL »). PAL-M (стандарт вещания), однако, не следует путать с «PAL-60» (система воспроизведения видео — см. Ниже).
PAL-N (Аргентина, Парагвай и Уругвай)
В Аргентине, Парагвае и Уругвае используется вариант PAL-N. Он использует 625 строк / 50 полей в секунду для сигналов PAL-B / G, D / K, H и I, но на канале 6 МГц с частотой поднесущей цветности 3,582056 МГц, очень похожей на NTSC.
Ленты VHS, записанные с трансляций PAL-N или PAL-B / G, D / K, H или I, неотличимы, поскольку понижающая поднесущая на ленте одинакова. VHS, записанный с телевизора (или выпущенный) в Европе, будет воспроизводиться по цвету на любом видеомагнитофоне PAL-N и телевизоре PAL-N в Аргентине, Парагвае и Уругвае. Аналогично, любая лента, записанная в Аргентине, Парагвае или Уругвае, с телевизионной трансляцией PAL-N может быть отправлена всем в европейских странах, которые используют PAL (и Австралию / Новую Зеландию и т. Д.), И она будет отображаться в цвете. Это также будет успешно работать в России и других странах SECAM, поскольку в 1985 году в СССР была утверждена совместимость PAL — это оказалось очень удобным для видео-сборщиков.
В Аргентине, Парагвае и Уругвае обычно есть телевизоры, которые также показывают NTSC-M, в дополнение к PAL-N. Прямое телевидение также удобно транслируется в NTSC-M для Северной, Центральной и Южной Америки. Большинство проигрывателей DVD, продаваемых в Аргентине, Парагвае и Уругвае, также воспроизводят диски PAL, однако это обычно выводится в европейском варианте (частота цветной поднесущей 4.433618 МГц), поэтому люди, которые владеют телевизором, который работает только в PAL-N (плюс NTSC -M в большинстве случаев) придется смотреть эти импортные DVD-диски PAL в черно-белом режиме (если телевизор не поддерживает RGB SCART), поскольку частота цветной поднесущей в телевизоре представляет собой изменение PAL-N 3,582056 МГц.
В случае, если VHS или DVD-плеер работает в PAL (а не в PAL-N), а телевизор работает в PAL-N (а не в PAL), существует два варианта:
изображения можно увидеть в черно-белом режиме или
недорогой транскодер (PAL -> PAL-N) можно купить, чтобы увидеть цвета
Некоторые проигрыватели DVD (обычно менее известные бренды) включают в себя внутренний транскодер, и сигнал может выводиться в NTSC-M с некоторыми потерями качества видео из-за преобразования системы с 625/50 PAL DVD на выход NTSC-M 525/60 формат. Несколько проигрывателей DVD, продаваемых в Аргентине, Парагвае и Уругвае, также позволяют выводить сигналы NTSC-M, PAL или PAL-N. В этом случае диск PAL (импортированный из Европы) можно воспроизводить на телевизоре PAL-N, потому что нет конверсий полей / линий, качество, как правило, превосходное.
Расширенные функции спецификации PAL, такие как Teletext, реализованы совершенно иначе в PAL-N. PAL-N поддерживает модифицированный 608 формат закрытых субтитров, который предназначен для облегчения совместимости с исходным контентом NTSC, переносимым по строке 18, и измененным форматом телетекста, который может занимать несколько строк.
Доступны некоторые специальные видеомагнитофоны VHS, которые могут позволить зрителям гибкость в использовании записей PAL-N с использованием стандартного цветного телевизора PAL (625/50 Гц) или даже через многосистемные телевизоры. Видеомагнитофоны, такие как Panasonic NV-W1E (AG-W1 для США), AG-W2, AG-W3, NV-J700AM, Aiwa HV-M110S, HV-M1U, Samsung SV-4000W и SV-7000W оснащены системой цифрового телевидения схема преобразования.