PAL制彩色电视制式 ★知识回顾★ 思考1:彩色电视通常不直接传输R、G、B三基色信号,而 是转化成Y和R-Y、B-Y后再传输,为什么? 每一路基色信号带宽为6MHz,三路基色信号共计需要 18MHz带宽,现行彩色电视系统无法提供这样的带宽。 思考2:NTSC制色度信号对副载波的调制方式是什么?有什 么特点? 3.1 正交平衡调幅 平衡调幅:抑制载波的调幅。抑制载波调幅可以抑制色度信 号对亮度信号的干扰并节省发射功率。 设用色差信号 uR-Y =(R-Y) cosΩt对载波 uSC =USC cosωSCt进行 调幅 u AM ? U SC [cos?SCt ? m 2 c os (? SC ? ?)t ? m 2 c os (?SC ? ?)t] 式中, m=(R-Y)/USC,称为调制系数。 平衡调幅波的数学表达式为 uBM ? U SC [ m 2 cos(?SC ? ? )t ? m 2 cos(?SC ? ? )t] ? mUSC cos ?t ? cos?SCt ? (R ? Y ) cos ?t ? cos?SCt 平衡调幅特点: ①平衡调幅波不含载波分量。 ②平衡调幅波的极性由调制信号和载波的极性共同决定,色 差信号(调制信号)通过0值点时, 平衡调幅波极性反相180°。 正交平衡调幅: 为了在同一频带内传送两个色差信号R-Y和B-Y,用两个色差 信号R-Y和B-Y分别对频率相同、相位相差90°的两个色副载波 cosωSCt和sinωSCt进行平衡调幅,然后相加成色度信号。 图 3-4 (a) 正交平衡调幅器; (b) 色度信号矢量图 思考3:在NTSC制里如何实现Y和U、V公用一个频段传输? 频谱间置原理(频谱交错原理) 对于同一幅图像,色度信号与亮度信号的频谱结构相同 ,通 过精确选定色副载波的频率,可使色度信号的各谱线群正好插 在亮度信号各谱线群中间。 频谱间置实现的方法? 调幅的方法(时域相乘,频域卷积,即频谱周期延拓)。 图2-21 频谱间置原理 ◆ NTSC制总结 NTSC制优点 ① 色度信号的组成方式最简单, 解码电路也最简单, 容易 集成化, 容易降低接收机的生产成本。 ②采用1/2行间置,亮度信号与色度信号频谱以最大间距错 开,兼容性能好, 亮度窜色少, 容易实现亮度信号和色度信 号的分离。 NTSC制缺点 ①相位失真比较敏感,即色度信号的相位失真对重现彩色的 色调有明显影响,这种微分相位失真不能用简单的相位校正网 络来校正。 ②一般相位失真超过±5°,人眼就会觉察出色调的失真, NTSC制规定相位失真容限为±12°。 4、PAL制彩色电视制式※ 4.1 PAL制基本原理 4.2 PAL制副载波的选择 4.3 PAL制色同步信号 4.1 PAL制基本原理 ① 为什么引入PAL制? 原因:为了克服NTSC制色调相位失真敏感的缺点。 ② PAL制克服色调相位失真的本质※※ (a) 用逐行倒相的方法,使相邻两行色度信号的相位失真方 向相反,解调中再将它们合成,从而得到相位不失真的色度矢 量,消除了相位失真带来的色调失真。 (b) PAL制是用色饱和度的下降换取色调的不失真。 ③ 彩色相序交变原理(PAL制的基本依据) (a)为了克服NTSC制的相位敏感性,在发送端周期性地改变 彩色相序; (b)传输通道的彩色失真在相邻两行(或场、点)的彩色失 真向相反的方向变化; (c)在接收端采用平均措施就可以使彩色失真相互抵消。 图 3-6 彩条色度矢量图 ③PAL制基本特点 PAL(Phase Altermation by Line)/ 相位逐行交变 逐行倒相的含义 将色度信号F中的一个分量, 即FV进行逐行倒相(不是色度 信号的倒相,更不是将整个视频信号倒相)。 PAL制色度信号数学表达式为 F ? FU ? FV ? U sin?SCt ? V cos?SCt ? U 2 ? V 2 sin(?SCt ? ? ) ? Fm sin(?SCt ? ? ) ? ? arctan V U (3-1) (3-2) (3-3) (3-4) 公式含义※※ ㈠ ±号表示的含义: ①对于V信号而言,第n行取正号,则第n+1行取负号; ②第一、二场的奇数行和第三、四场的偶数行取正号;那 么第一、二场的偶数行和第三、四场的奇数行就应取负; ㈡ NTSC行和PAL行 把取正号不倒相的那些行叫做NTSC行,或简称 N行;把取 负号要倒相的那些行叫做PAL行,或简称P行。 ㈢ Fn 矢量和Fn+1矢量的关系 对于任意色调的色度信号,如果NTSC行用Fn表示,那么它的 PAL行的矢量Fn+1就应该是以U轴为基准的一个镜像。 PAL制的色度信号矢量图 ㈣ 接收机的相位还原 为了使接收机能按色度信号的本来相位正确重现原来的色调, 在接收端必须采用相应的措施将PAL行的色度信号?Fv,再重新 倒回来。 ④PAL制相位失真补偿原理 假设:传送相位角φ为61?的紫色信号,由于微分相位失真 产生了相移Δφ(设Δφ=5?)。 补偿过程: ▲ 接收机收到n行信号时,相位角φ?变成了61?+5 ?= 66 ?, 其矢量以F?n代表; ▲ 接收到n+1行信号时,相位角由-61 ?变成了-61 ?+5 ?= -56 ?,其矢量以F?n+1代表。 ▲ 根据PAL制接收机的要求,必须把F?n+1倒相回来变成 F??n+1,相位角φ?? = 56 ?。 最终补偿结果 F?n和F??n+1恰好对称地位于Fn的两旁,经平均以后,色 调将准确地重现为原来的色调,只不过此时的饱和度下降了 一些(退饱和度效应)。 ☆ 平均的含义: 通过人眼本身进行视觉平均的,但由于人眼的平均效果有 限,所以在PAL接收机中,通过电路来实现的。 ☆ 相位补偿实质: PAL制没有减小相位失真, 只是采用逐行倒相的方法使相邻 两行相位失真产生了两种方向相反的色调畸变,它们经相加互 相补偿、 抵消。 4.2 PAL制副载波的选择 ㈠ 1/4行频间置 PAL制色度信号 F ? FU ? FV ? U sin ?SCt ?V cos?SCt ? U 2 ?V 2 sin(?SCt ? ?) ? Fm sin(?SCt ? ?) fSC U U V V U U V VV fH fH f 2 PAL色度信号频谱 PAL色度信号频谱特点 ①频谱结构由于FV分量逐行倒相而发生了变化。色度信号的 FU分量没有倒相,它的谱线群以行频fH为间距, 对称地排列在 副载波fSC 两旁; ②FU分量主谱线位置是fSC±nfH,其中n是不为零的整数。 FV 分量如果不逐行倒相,主谱线也应占有这些位置,逐行倒 相后位置发生了变化。 fSC U U V V U U V VV fH f H f 2 PAL色度信号频谱 既然主谱线U和V相互错开了fH/2, 为了减小干扰,在实 行频谱交错时, 亮度信号的谱线最好是插在U、 V谱线的正 中间,即副载频应采用1/4行频间置: f SC ? (n ? 1/ 4) f H (3-28) 为了使所选择的PAL制副载波频率容易变换成NTSC制, 取n=284,这样 fSC ? 283.75 fH (3-29) 此时已调副载波FU、FV的频谱线都要向高端移动fH/4, 即FU谱线比亮度信号低fH/4,而FV的谱线比亮度信号谱线 高fH/4,使得Y、FU、FV的谱线都相互错开了。 Y Y V U Y V fSC V U YY V UV YY fH 2fH f f f H/4 H/4 图 3-17 1/4行频间置后信号频谱 ㈡ 25Hz偏置 由式(3-29)得 fSC ? 283.75 fH TH=283.75TSC (3-29) (3-30) 在一行周期内有283.75个副载波周期。图像一行内有284 个干扰亮点。 下一行开始是0.25个副载波周期, 副载波干扰 亮点向右移了1/4周期距离。 同样,干扰亮点逐行向右移了1/4周期。人眼能觉察到 干扰光点以缓慢速度有规则地作对角线移动。 为了消除这种干扰,将副载波频率在式(3-29)的基础上再 加上一个帧频(25Hz),叫做25Hz偏置。 这样,光点干扰移动速度提高到了原来的3倍,不易被人 眼察觉,所以PAL制最后精确选定的副载波频率为 fSC =283.75fH+25 Hz=4.43361875 MHz≈4.43 MHz 4.3 PAL制色同步信号 PAL制色同步信号作用※ ①为接收端恢复副载波提供频率和相位基准。 ②识别作用。使接收机能正确识别信号中的PAL行和 NTSC行,以确保收发两端逐行倒相的同步工作。 ㈡ PAL制色同步信号波形 相关参数: ① 在逆程期间发出,位于行消隐信号的后肩上,与行同 步脉冲前沿相隔(5.6±0.1)us, ② 它由9-11个副载波频率的正弦波组成,其整个宽度为 (2.25±0.23) us,其幅度为0.3V±0.9mV(与行同步脉冲相同), 而包络对消隐电平成上下对称分布。 如何传送识别信号? ① 色同步信号相邻两行的相位逐行将其第二分量倒相的, 即NTSC行的相位为+135?;PAL行的相位是?135 ?。 ② 两个色同步矢量对称于?U轴以45 ?相位角上下摆动,因此 可以把这种逐行倒相的色同步信号称为摇摆色同步信号,而相邻 两行色同步的平均相位为180 ?。 ③在接收端,如果某行色同步信号相位是+135 ?,即表示此 行是N行,接收机中的PAL开关无须将它的相位反转;如果某 行色同相位是-135?,即表示该行是P行,接收机的PAL开关须 将其相位反转回来。这就保证了接收端与发送端的逐行倒相完 全同步。 ( PAL制色步信号矢量) ★课堂总结★ (1)了解PAL制和NTSC制的演进关系; (2)掌握PAL制的基本原理和特征; (3)掌握PAL制色副载波的选择依据; (4)了解色同步信号的作用及主要参数。 下节课内容:PAL制编码器和解码器 ★课堂测验★ 测验题1:NTSC制最大的缺点是什么?PAL制如何克 服这一缺点? 测验题2:PAL制色同步信号的作用是什么?