彩色电视---PAL制的基本原理

一、逐行倒相

    为了克服NTSC制的相位敏感性，产生了PAL制（Phase Alternation Line），PAL制是在NTSC制的基础上发展起来的，它沿用了NTSC制中行之有效的绝大部分技术，它也采用正交平衡调幅。但不同的是，它使色度信号中分量保持不变，使分量逐行倒相，例如，传送第n行时为，传送第n+1行时，传送n+2行时为…，如此等等，逐行交替传送。因此，PAL制又称为逐行倒相正交平衡调幅制。PAL制的色度信号为：

上式中：

而是一个以2H为周期的开关函数，它的值逐行交替的取＋1和－1，其表达式为：

式中，TH为行周期，n=0，1，2，…。的波形图如图3.4-1所示。

    由上可见，PAL制的色度信号仍是一个正交平衡调幅信号，与NTSC制不同之处是V分量逐行倒相。因此，在相邻两行的PAL色度信号中，一行与NTSC制色度信号完全相同，称它为NTSC行；另一行色度信号的相位改变符号，称它为PAL行。

NTSC行

PAL行

    式中，F是被传送景物的色度信号，是F的共轭复数。PAL制色度信号的矢量表示法，如图（3.4-2）所示。

    在PAL制的色度信号中，除了PAL行的相角和NTSC行的相角不同外（两者之和为360°），其他参数均和NTSC制的色度信号相同。

    在接收端，为检出正确V信号，必须使送入V信号同步检波器的副载波相位也和发送端一样进行逐行倒相，检波以后的V信号就恢复原来状态了。

二、色调失真的补偿

    在NTSC讨论制论的性能时曾指出：由于微分相位，不对称边带和多径接收等原因会引起重现图象色调的严重畸变。在PAL制中，由于采用逐行倒相的措施，能使上述原因引起的色调失真得到很大的改善和补偿，有力地克服了NTSC制的 大缺点-----相位敏感**。下面仅以PAL制克服微分相位失真为例进行说明，对于克服不对称边带和多径接收而引起的色调失真，读者可查参考文献〔2〕、〔5〕。

    微分相位失真只与亮度电平有关，相邻两行上的亮度总是差不多的，它们的微分相位也就相同，假设都滞后了一个相角Φ，则如图3.4-3所示。对一个任意的色度信号F来说，其NTSC行的失真信号为F1；PAL行由于逐行倒相，相邻象素色度信号本来是，滞后Φ角就成了F2。在接收机中，PAL行的矢量F2又被倒相变成，和F1恰好对称地位于F的两旁。经过视觉平均以后，两者的合成彩色将准确地等于原来的色调，只不过饱和度下降为无失真时的倍。所以色度信号的幅度相对变化量是。当幅度下降15％时，人眼刚刚察觉出饱和度下降。按此计算：当幅度下降30％时，将出现人眼不能允许的饱和度失真，按此计算：

    因此PAL制规定：微分相位的容限为±40°。

    举例来说，如果F是紫色，失真后的F1是紫偏蓝色，为紫偏红色，由于荧光屏上这两个象素相邻近，所以看起来还是紫色。即使是相位误差φ高达40°，F1几乎已经是蓝色，几乎已经是红色，但平均起来还是紫色。

    这里所说平均有两种方法：（1）利用人眼的视觉特**，就把空间上和时间上相邻两行的色度信息平均起来（混色），得到原来的色调。这种平均的办法简单，在相位失真Δφ不大时，可以得到较好的效果，但当相位失真Δφ较大时，平均效果就大大减弱。（2）比较完善的平均办法是采用延时线，把两行的色度信号加以平均，这种方法称为电平均法。

    综上所述，PAL制采用逐行倒相与平均作用后，把严重的色调失真变****眼不敏感的饱和度失真，有力地克服了NTSC制相位敏感**的缺点，其微分相位失真容限从NTSC制的±12°扩大到±40°。

三、色同步信号

    在PAL制中，V信号是逐行倒相的，所以在接收机的同步检波中，解调V信号的副载波也必须是逐行倒相的。要求PAL制的色同步信号不但要给出基准副载波的频率和相位，而且还要给出一个判断V信号极**的识别信号，使接收机能判断哪一行是＋V，哪一行是－V，以便将副载波的极**进行倒换，准确地检出V信号。

    为了使色同步信号具有上述功能， 就不能象NTSC制那样只传送一个与U轴成±180°角的相位固定的色同步信号，而必须传送一个相位逐行变化的色同步信号。其表达式如下：

    上式表明：PAL色同步信号是由恒定相位分量和逐行倒相分量两部分组成，前者用来传送副载波的相位信息（称为锁相分量）；后者用来传递开关极性信息（称为识别分量）。PAL色同步信号的相位在NTSC行为135°，在PAL行为225°，具有逐行摆动±90°的规律，因此也称摆动色同步信号。对于625行PAL制，色同步信号**含10个周期的副载波，也是位于行消隐的后肩上，PAL色同步信号的矢量表示法如图3.4-4所示。

四、色度信号的解调

    如前所述，由于PAL制采用了逐行倒相的方法，使相邻两行的色度信号产生了相反的相位失真。因此，将两行的色度信号进行平均后，就可以使两种相反的失真相互补偿。平均的办法有两种：一种是利用人眼的视觉特性进行光学平均；另一种是利用延时线进行电学平均。对应于两种不同的平均方法，有两种不同的解码方式。利用光学平均的解码方式称为简单PAL制解码方式，简记为PALs解码方式。利用电学平均的解码方式，称为标准PAL制解调方式，简记为PALD解码方式。

    PAL解码器方框图如图3.4-5所示。其原理与NTSC解码器大致相同，不同之处是副载波形成电路要给V同步检波提供一个逐行倒相的副载波。这种解码方式简单，相位失真小时，相邻两行的色调失真可以靠人眼视觉特性进行平均。但是当相位失真较大时，屏幕上会出现亮的水平滚动条纹，通常称为爬行效应或百叶窗交应。传输出系统的相位失真越大，相邻两行的色调差别就越大。由于显象管的非线使恒定亮度原理失效，所以色调失真对亮度的影响就越大，爬行现象越严重。为使人眼看不出明显的爬行现象，要求传输系统的相位失真不能超过±3°，这比NTSC制的要求还严格。因此要使PAL制克服色调失真的功能得到充分发挥，必须采用电平均的办法，即采用带有延时线的标准解调电路。

    图3.4-6为PALD解码器方框图，它与PALS解码器唯一的不同之处是增加了一个梳状滤波器。下面重点介绍梳状滤波器的工作原理。

    梳状滤波器又称为延时解调器，它由超声延时线DL、加法电路和减法电路组成。它有两个作用：其一是将色度信号延迟大约一行时间，使相邻两行的色度信号进行平均，以消除由于相位失真所产生的色调畸变；其二是通过延迟的色度信号和不延迟的色度信号相加或相减，将色度信号中的两个色度分量U、V进行第一次分离（实质是频率分离），以克服两个色度之间的相互干扰。

    为了使梳状滤波器具有上述两个作用，延时线的延时时间Ti既要非常接近或者等于一个行周期（64μs），又要严格地等于副载波半周期的整数倍。因为，所以延迟时间可以取二种：

    所以，梳状滤波器的相减端只输出色度信号的u分量，而相加端只输出v分量，色度信号两个分量得到完善的分离。同理可以证明，当延迟时间Td＝Td2＝284Ts＝64.056μs时，梳状小波器的相减端将输出v 分量，而相加端却输出u分量，后一情况相当于前一情况下两个输出端对换，因而输出量对换是必须的。PALD解码方式，除利用电平均补偿相位失真外，同样也利用视觉平均来补偿相位失真。

    综上所述，PAL制克服NTSC制相位敏感性的基本原理可概括为：采用逐和倒相正交平衡调幅的色度信号，在解调时先经梳状滤波器分离，然后再同步检波； 后又利用视觉平均作用补偿小幅度串色所引起的彩色偏差。