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PAL色彩系统

逐行倒相(PAL)是一种用于广播电视系统中广播625行/ 50场(25帧)/秒(576i)的模拟电视的彩色编码系统。 其他常见的颜色编码系统是NTSC和SECAM。

所有使用PAL的国家目前正在进行转换或已经将标准转换为DVB,ISDB或DTMB。

本页主要讨论PAL色彩编码系统。 广播电视系统和模拟电视上的文章进一步描述了帧率,图像分辨率和音频调制。

历史
在20世纪50年代,西欧国家开始计划推出彩色电视,并且面临着NTSC标准存在几个弱点的问题,包括在传输条件差的情况下色调偏移,这成为考虑到欧洲的地理和天气相关性的主要问题特殊性。 为了克服NTSC的缺点,设计了替代标准,从而开发出PAL和SECAM标准。 我们的目标是为每秒50场(50赫兹)的欧洲图像频率提供彩色电视标准,并寻找一种方法来消除NTSC的问题。

PAL由德国汉诺威Telefunken的Walter Bruch开发,并得到了Kruse博士和Gerhard Mahler(de)的重要投入。 该格式于1962年由德律风根获得专利,引用布鲁赫为发明人,并于1963年1月3日向欧洲广播联盟(EBU)的成员公布。当被问及为什么系统被命名为“PAL”而不是发明人回答“布鲁赫”时“布鲁克系统”可能不会很好地销售(“布鲁赫”点燃,意味着“休息”)。 第一次广播于1967年6月在英国开始,随后在西德晚些时候播出。 最初使用广播标准的BBC频道是英国广播公司2频道,它是1964年首次推出“625线”的英国电视服务。英国电信的PALcolor 708T是第一台PAL商用电视机。 紧随其后的是Loewe-Farbfernseher S 920&F 900。

德律风根后来被法国电子制造商汤姆森收购。 汤姆逊还收购了法国Henri de France公司开发的第一个欧洲彩色电视标准SECAM。 现在名为Technicolor SA的Thomson也拥有RCA品牌并将其授权给其他公司; 美国无线电公司是该品牌的创始人,在Thomson参与之前创建了NTSC彩色电视标准。

PAL一词通常用于非正式的用语,在一般情况下指的是625线/ 50 Hz(576i)电视系统,与NTSC通常使用的525线/ 60 Hz(480i)系统不同。 因此,即使在技术上该盘不携带PAL或NTSC编码信号,DVD仍被标记为PAL或NTSC(指行计数和帧速率)。 CCIR 625/50和EIA 525/60是这些(行数和现场费率)标准的专有名称; 另一方面,PAL和NTSC是对信号中的颜色信息进行编码的方法。

颜色编码
PAL和NTSC系统都使用载有加到亮度视频信号上的色度信息的正交调幅副载波来形成复合视频基带信号。 PAL和NTSC 4.43的副载波频率为4.43361875 MHz,而NTSC 3.58的频率为3.579545 MHz。 另一方面,SECAM系统在其双线交替彩色副载波4.25000和4.40625 MHz上使用频率调制方案。

名称“相位交替行”描述了视频信号上的部分色彩信息的相位与每行相反的方式,它通过消除它们而自动校正信号传输中的相位误差,代价是垂直帧颜色分辨率。 彩色相位与NTSC相比反转的行通常称为PAL或相位交替行,这可以证明首字母缩写之一的扩展,而其他行称为NTSC行。 早期的PAL接收机依靠人眼来做这个取消; 然而,这导致了一种称为汉诺威的梳状效应,其在更大的相位误差上。 因此,大多数接收机现在使用色度模拟延迟线,它将接收到的色彩信息存储在每一行显示器上;然后使用来自前一行和当前行的颜色信息的平均值来驱动显像管。 结果是相位误差导致饱和度变化,这比NTSC的等效色调变化更不令人反感。 一个小缺点是垂直彩色分辨率比NTSC系统差,但由于人眼也具有比其亮度分辨率低得多的彩色分辨率,所以这种效果是不可见的。 在任何情况下,与亮度信号相比,NTSC,PAL和SECAM都具有较大的色度带宽(水平色彩细节)。

彩色载波的4.43361875 MHz频率是每行283.75色时钟周期加上25 Hz偏移以避免干扰的结果。 由于行频(每秒行数)为15625 Hz(625行×50 Hz÷2),因此彩色载波频率计算如下:4.43361875 MHz = 283.75×15625 Hz + 25 Hz。

彩色解码器需要原始的彩色载体来重新创建色差信号。 由于载波没有与视频信息一起传输,所以它必须在接收机本地生成。 为了使这个本地产生的信号的相位与发送的信息相匹配,在行同步脉冲后不久,在所谓的后沿期间,在图像信息之前,将10个色副载波的脉冲串加到视频信号上。 这种色同步信号实际上并不与原始色副载波同相,但是在奇数行上引导它45度,并且在偶数行上滞后45度。 该摆动脉冲使得彩色解码器电路能够区分反转每一行的RY矢量的相位。

PAL与NTSC
PAL通常有576条可见行,而NTSC则有480行,这意味着PAL的分辨率提高了20%,实际上它的分辨率甚至比增强分辨率标准(854×480)的分辨率还要高。 PAL和NTSC的大多数电视输出使用隔行帧,这意味着偶数行在一个场上更新,而奇数行在下一个场上更新。 隔行扫描帧以一半的帧频提供更平滑的运动。 NTSC以60i或30p的帧率使用,而PAL通常使用50i或25p; 两者都使用足够高的帧率来给出流体运动的错觉。 这是由于NTSC通常用于工频为60 Hz的国家以及50赫兹国家的PAL,尽管有很多例外。 PAL和NTSC都具有比使用每秒24帧的胶片更高的帧速率。 PAL的电影帧率更接近于电影的速度,因此大多数电影在PAL制上播放速度提高了4%,缩短了电影的运行时间,并且在不进行调整的情况下略微提高了音轨的音高。 NTSC制式的电影转换使用3:2下拉以在60个隔行场中传播24帧电影。 这保持了电影的运行时间并保留了原始音频,但是在快速移动过程中可能会导致交错伪影。

NTSC接收机具有色调控制功能,可手动执行色彩校正。 如果调整不正确,颜色可能有问题。 PAL标准通过倒相自动消除色相错误,因此色调控制是不必要的,但饱和度控制可能更有用。 使用1H延迟线抵消PAL系统中的色度相位误差,导致较低的饱和度,这比NTSC色调误差更不明显。

然而,即使在PAL系统中,如果解码器电路未对准或使用早期设计的简化解码器(通常是为了克服版权限制),色彩信息 – 汉诺威条纹的交替 – 可能导致图像上出现极端相位错误的图像颗粒。 在大多数情况下,这种极端的相移不会发生。 当传输路径很差时,通常会观察到这种效应,通常在建成区域或地形不利的地方。 由于VHF信号趋于更强健,因此UHF信号比VHF信号更明显。

在二十世纪七十年代早期,一些日本制造商开发了解码系统,以避免向Telefunken支付版税。 德律风根许可证涵盖了任何依赖交替副载波相位以减少相位误差的解码方法。 这包括非常基本的PAL解码器,它们依靠人眼来平均奇数/偶数行相位误差。 一种解决方案是使用1H模拟延迟线来仅解码奇数行或偶数行。 例如,奇数行上的色度将被直接切换到解码器,并且也被存储在延迟线中。 然后,在偶数行上,存储的奇数行将被再次解码。 这种方法有效地将PAL转换为NTSC。 这样的系统遭受色调错误和NTSC中固有的其他问题,并且需要增加手动色调控制。

PAL和NTSC具有稍微不同的色彩空间,但这里的色彩解码器差异被忽略。

PAL与SECAM
SECAM专利早于PAL的几年(1956年和1962年)。 它的创建者Henri de France寻找对已知NTSC色调问题的反应,提出了一些想法,这些想法将成为两个欧洲系统的基础,即:1)两个连续电视线上的颜色信息非常相似,并且垂直分辨率可以被减半而对感知的视觉质量没有严重影响2)通过在两条电视线上而不是仅仅一条电视线上传播信息,可以实现更强大的彩色传输。3)来自两条电视线的信息可以使用延迟线重新组合。

SECAM通过在每条电视线上仅交替地传输U和V分量中的一个并且从延迟线获取另一个来应用这些原理。 不需要QAM,并且使用副载波的频率调制来代替额外的鲁棒性(在欧洲最后的“模拟”视频系统:MAC标准中,U和V的顺序传输将被重复使用)。

SECAM不含色相和饱和度错误。 它对色同步信号和色度信号之间的相移不敏感,因此有时在彩色视频记录的早期尝试中使用,因为磁带速度波动会使其他系统陷入困境。 在接收器中,它不需要石英晶体(当时这是一个昂贵的部件),而且通常可以用较低精度的延迟线和元件来完成。

SECAM传输在比NTSC或PAL更长的距离上更稳定。 然而,由于它们的FM性质,即使在图像的单色部分中幅度减小,颜色信号仍然存在,因此受到更强的交叉色彩。

演播室工作的一个严重缺点是由于使用了频率调制,添加两个SECAM信号不会产生有效的色彩信息。 有必要对FM进行解调并将其作为AM进行适当混合,然后再作为FM进行重新调制,但需要增加一些复杂性和信号衰减。 在其后几年,由于组件和数字设备的广泛使用,这已不再是问题。

PAL可以在没有延迟线的情况下工作,但是这种配置(有时称为“穷人的PAL”)在图像质量方面不能与SECAM匹配。 为了在同一级别与之竞争,它必须利用上述主要思想,因此PAL必须向SECAM支付许可费。 多年来,这对SECAM专利收集的估计5亿法郎(最初投资于研究的1亿法郎)作出了重大贡献。

因此,PAL可以被认为是一个混合系统,它的信号结构更接近NTSC,但是它的解码借用SECAM很多。

初始规格使用法国819线格式的颜色(系统E)。 然而,“SECAM E”只在发展阶段才存在。 实际部署使用625行格式。 这使得在欧洲PAL和SECAM之间轻松交换和转换。 通常甚至不需要转换,因为越来越多的接收器和录像机变得兼容这两种标准,这通过共同的解码步骤和组件得到了帮助。 而且,当SCART插头成为标准配置时,它可以将RGB作为输入,有效地绕过所有颜色编码格式的特性。

当涉及家庭录像机时,所有视频标准都使用所谓的“色彩不足”格式。 从视频频谱的高频中提取颜色,并将其移至磁带可用光谱的较低部分。 亮度然后使用它的剩余部分,高于颜色频率范围。 这通常通过PAL(以及NTSC)的外差来完成。 但SECAM中色彩的FM性质允许使用更便宜的技巧:除以副载波频率的4倍(以及重放时的乘法)。 这成为法国SECAM VHS录制的标准。 大多数其他国家一直采用与PAL或NTSC相同的外差法,这就是所谓的MESECAM录制(因为对于一些使用PAL和SECAM广播的中东国家来说,它更方便)。

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关于早期(模拟)视频盘,已建立的Laserdisc标准仅支持NTSC和PAL。 然而,不同的光盘格式,汤姆逊透射式光盘在市场上短暂亮相。 在某个时候,它使用了一个改进的SECAM信号(3.6 MHz的单个FM副载波)。 媒体的灵活透明材料允许直接访问双面而不翻转光盘,大约十五年后这种概念再现在多层DVD中。

PAL信号细节
对于PAL-B / G信号具有这些特性。

参数
带宽 5 MHz
水平同步极性
每条线的总时间 64.000μs
前廊(A) 1.65 +0.4
-0.1微秒
同步脉冲长度(B) 4.7 ± 0.20μs
后廊(C) 5.7 ± 0.20微秒
活动视频(D) 51.95 +0.4
-0.1微秒

(总水平同步时间12.05μs)

经过0.9μs后,发送10±1个周期的2.25±0.23μs彩色突发。 大部分上升/下降时间在250±50 ns范围内。 白色电平的幅度为100%,黑色为30%,同步为0%。 CVBS电振幅为Vpp 1.0 V,阻抗为75Ω。

垂直时间是:

参数
垂直线条 312.5(共计625)
垂直线条可见 288(共计576)
垂直同步极性 负(爆发)
垂直频率 50赫兹
同步脉冲长度(F) 0.576毫秒 (突发)
有效视频(H) 18.4毫秒

(总垂直同步时间1.6毫秒)

由于PAL是隔行扫描的,因此每两个场都相加以形成一个完整的图像帧。

亮度Y来自红色,绿色和蓝色(R’G’B’)信号:


U和V用于传输色度。 每个具有1.3 MHz的典型带宽。

复合PAL信号  时机在哪里  ..

副载波频率  对于PAL-B / D / G / H / I / N是4.43361875MHz(±5Hz)。

PAL广播系统
该表格说明了不同之处:

PAL B PAL G,H PAL I PAL D / K PAL M PAL N
传输带 VHF 超高频 UHF / VHF * VHF / UHF VHF / UHF VHF / UHF
字段 50 50 50 50 60 50
625 625 625 625 525 625
主动线路 576 576 576 576 480 576
信道带宽 7 MHz 8 MHz 8 MHz 8 MHz 6 MHz 6 MHz
视频带宽 5.0 MHz 5.0 MHz 5.5 MHz 6.0 MHz 4.2 MHz 4.2 MHz
彩色副载波 4.43361875 MHz 4.43361875 MHz 4.43361875 MHz 4.43361875 MHz 3.575611 MHz 3.58205625 MHz
视觉/声音载体间距 5.5 MHz 5.5 MHz 6.0 MHz 6.5 MHz 4.5 MHz 4.5 MHz

*系统I在英国从未用于VHF。

PAL-B / G / d / K / I
许多国家已经关闭了模拟传输,因此除了使用输出广播信号的设备(如录像机)之外,以下内容不适用。 PAL给出的分辨率可能仍然可以使用,但HD或全高清在数字传输中最常用。

使用PAL的大多数国家/地区都有625行和50场/秒的电视标准,不同之处在于音频载波频率和信道带宽。 变体是:

西欧,澳大利亚和新西兰大部分地区都使用B / G标准
标准I在英国,爱尔兰,香港,南非和澳门
标准D / K(和SECAM一起)在中欧和东欧的大部分地区
标准D在中国大陆。 大多数模拟CCTV摄像机是标准D.
系统B和G类似。 系统B用于VHF的7 MHz宽信道,而系统G用于UHF上的8 MHz宽信道(澳大利亚使用UHF系统B)。 同样,除了他们使用的频段外,系统D和K类似:系统D仅用于VHF(中国大陆除外),而系统K仅用于UHF。 尽管系统I在两个频段上都使用,但它仅在英国的UHF上使用。

PAL-M(巴西)
在巴西,PAL与525线,59.94场/秒系统M一起使用,使用(非常接近)NTSC彩色副载波频率。 PAL-M的精确彩色副载波频率为3.575611 MHz。 几乎所有其他使用M系统的国家都使用NTSC。

PAL色彩系统(基带或任何RF系统,与PAL-M不同,具有正常的4.43MHz副载波)也可以应用于类似NTSC的525行(480i)图像,以形成通常被称为“PAL- 60“(有时是”PAL-60/525“,”准PAL“或”伪PAL“)。 但PAL-M(广播标准)不应与“PAL-60”(视频播放系统 – 见下文)混淆。

PAL-N(阿根廷,巴拉圭和乌拉圭)
在阿根廷,巴拉圭和乌拉圭使用PAL-N变体。 它采用PAL-B / G,D / K,H和I的625行/ 50场/秒的波形,但在色度副载波频率为3.582056 MHz的6 MHz频道上与NTSC非常相似。

从PAL-N或PAL-B / G,D / K,H或I广播记录的VHS磁带难以区分,因为磁带上的下变频子载波相同。 在欧洲录制的电视录像带(或已发行)将在阿根廷,巴拉圭和乌拉圭的任何PAL-N录像机和PAL-N电视机上播放。 同样,在阿根廷,巴拉圭或乌拉圭录制的关于PAL-N电视广播的录像带可以发送给使用PAL(以及澳大利亚/新西兰等)的欧洲国家的任何人,并以彩色显示。 这也将在俄罗斯和其他SECAM国家成功播放,因为1985年苏联授权PAL制兼容性 – 这对视频采集者来说已证明非常方便。

除了PAL-N之外,阿根廷,巴拉圭和乌拉圭的人们通常都拥有也显示NTSC-M的电视机。 直播电视还可以方便地在北美,中美和南美以NTSC-M播放。 在阿根廷,巴拉圭和乌拉圭销售的大多数DVD播放机也播放PAL制式的碟片 – 但这通常是欧洲版本(彩色副载波频率为4.433618 MHz)的输出,因此拥有只能在PAL-N(加NTSC -M在大多数情况下)将不得不以黑白方式观看PAL DVD导入(除非电视支持RGB SCART),因为电视机中的彩色副载波频率是PAL-N变化(3.582056 MHz)。

如果VHS或DVD播放机以PAL(而不是PAL-N)工作,并且电视机以PAL-N(而不是PAL)工作,则有两种选择:

图像可以看到黑色和白色,或
可以购买廉价的代码转换器(PAL – > PAL-N)以查看颜色
一些DVD播放器(通常不太知名的品牌)包括一个内部代码转换器,信号可以用NTSC-M输出,由于系统从625/50 PAL DVD转换为NTSC-M 525/60输出,导致视频质量下降格式。 在阿根廷,巴拉圭和乌拉圭销售的一些DVD播放机也允许NTSC-M,PAL或PAL-N的信号输出。 在这种情况下,PAL制式(从欧洲进口)可以在PAL-N电视机上播放,因为没有场/线转换,质量一般都很好。

PAL规范的扩展功能(如图文电视)在PAL-N中的实现方式完全不同。 PAL-N支持经修改的608隐藏式字幕格式,该格式旨在简化与第18行上携带的NTSC起始内容的兼容性,以及可以占用多行的修改后的图文电视格式。

一些特殊的VHS录像机可以让观众灵活地使用标准的PAL(625/50 Hz)彩色电视机,甚至通过多系统电视机享受PAL-N录制。 诸如Panasonic NV-W1E(美国的AG-W1),AG-W2,AG-W3,NV-J700AM,Aiwa HV-M110S,HV-M1U,Samsung SV-4000W和SV-7000W的录像机具有数字电视系统转换电路。

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