PAL制及其编、解码过程

PAL制及其编、解码过程PAL是PhaseAlternationLine（逐行倒相）的缩写。PAL制是在对色度信号采用正交平衡调幅的基础上，将其中一个色度分量(FV分量)进行逐行倒相，在发端周期性地(行频)改变FV分量的相序，在收端采用平均措施，以减轻传输相位误差带来的影响。2．5．1相位失真的慨念及影响彩色电视机的图像失真有亮度失真、饱和度失真和色调失真(几何失真不讨论)。其中，亮度失真主要影响景物的层次，色饱和度失真则改变颜色的深浅程度，而色调失真会造成景物的颜色改变。这三种失真中，人眼对色调的失真最为敏感，NTSC制中，色度信号的相位失真会带来明显的色调失真。彩电调谐不准确，多径效应及传输系统的非线性等都可能引起相位失真，实践证明，要使人眼感觉不到色调畸变，相位失真应小于±5°。PAL制彩色电视系统，就是为解决相位敏感性而发展起来的。返上2．5．2PAL色度信号PAL制获得色度信号的方法，也是先将三基色信号R、G、B变换为一个亮度信号和两个色差信号，然后再用正交平衡调制的方法把色度信号安插到亮度信号频谱的间隙之间，这些与NTSC制大体相同。不同的是，将色度信号中的FV分量进行逐行倒相，色轴不旋转。逐行倒相规律是：第n行色度：Fn=UsinωSCt+VcosωSCt，第n+1行色度：Fn+1=UsinωSCt-VcosωSCt，PAL色度信号的数学表达式为：对于隔行扫描来说，奇数帧(第1，3，5，…帧)的奇数行取正号，偶数行取负号；偶数帧(第2，4，6、…帧)的奇数行取负号，偶数行取正号。取正号的行叫NTSC行(简称N行)，取负号的行叫PAL行(简称P行)，如图2-20所示应该指出，逐行倒相并非将整个色度信号倒相，也不是扫描方向的改变，而是将色度V分量（FV分量）的副载波相位逐行改变180°.对于任意色调的色度信号，若N行用Fn表示，P行用Fn+1表示，则P行的矢量Fn+1应该与N行矢量Fn以U轴为对称，图2-21（a）。因为这两行色度信号的FU分量相同，而FV分量的绝对值相等、符号相反。图2-21(b)是三基色和三补色彩条矢量图逐行倒相的情况。此图中，实线表示NTSC行，虚线表示PAL行。1、逐行倒相的实现实现逐行倒相的两种方法方法：（1）逐行改变色差信号V的相位（2）逐行改变副载波的相位改变后者较为简单。它与正交平衡调幅的区别在于增加了一个PAL开关、一个90°移相器和一个倒相路。PAL开关是一个由半行频对称方被控制的电子开天电路，它能逐行改变开关的接通点，其原理如图2-22所示。2、PAL制色度信号的频谱色度信号FV分量逐行倒相后，色度信号的频谱结构发生了变化。其中，FU分量与倒相无关，它的主谱线位置未变，仍以行频fH为间距，对称的分布在副载波fSC的两旁，如图2-22（a）所示。FU分量的主谱线位置为fSC±nfH（n=1，2，3，…）。而色度信号±FV分量的主谱线由于逐行倒相，位置发生了变化，如图2-22（b）中实线的所示。谱线间隔仍为行频fH，且仍对称的分布在副载波fSC的两旁，但是，最低边频距离副载频为fH/2。所以，FV与FU的谱线刚好错开fH/2。图2-22（c）是逐行倒相正交平衡调幅后的色度信号F频谱图。图中U、V分别表示FU、FV的主谱线。可以看出FV与FU的谱线刚好错开fH/2。±FV频谱的数学分析：因为逐行倒相的过程实质上是半行频方波控制平衡调幅的过程，因此可以将逐行倒相的副载波看成是半行频方波jK（t）对cosωSCt进行平衡调幅。根据傅里叶级数分析，由于jK（t）是对原点对称的开关函数，可分解为一系列正弦函数之和，即式中：m=0，1，2，3，…；Ω1＝2πfH/2=ωH/2为开关函数基波的角频率（ωH为行扫描角频率）。由此可求得逐行倒相副载波的各频率分量为：由上式可见，m=0所对应的谱线（最低边频），距离副载频为fH/2。逐行到相副载波jK（t）cosωSCt实际上是包含一系列频率分量的副载波群。于是当具有从零频率开始，以fH为间隔的频谱结构的V信号对其平衡调幅，所得已调信号的振幅频谱主谱线，同样具有图2-22（b）的形式。返上2．5．3PAL制采用逐行倒相克服相位失真的原理PAL制采用逐行倒相克服相位失真的原理，可用彩色予以说明。矢量图2-23图中Fn表示第n行的色度矢量，Fn+1表示n+1行的色度矢量。由于行相关，可以认为它们的颜色相同。则矢量Fn和Fn+1的U分量相等，V分量绝对值相等、相位相反，即以U轴对称。如果传输过程中无相位失真，在接收端解调时，第n+1行用-coswSCt加入V同步解调器，等效于使Fn+1行的相位由-a变为a，回到Fn位置，可正确地恢复出色差信号，即不产生色调失真如图2-23（a）所示。如若Fn发生相位失真，使Fn向逆时针方向转动一个Dj相位，移到F￠n处，由于相两行相位失真可认为基本一样，所以Fn+1也逆时针方向转动一个Dj相位，移到F￠n+1处，见图2-23（b）。接收机本应收到Fn和Fn+1，因失真实际收到的是F￠n和F￠n+1，接收机解调电路将倒相行的F￠n+1返回到第一象限，相当于F￠￠n+1的位置，而F￠n在解调中其矢量位置不变。由图2-23（b）。可见，F￠n与F￠￠n+1合成的色度信号矢量F￠的相位与不失真的F矢量相位一致，只是矢量长度较原来有所变化（变短）。这说明由于相位失真仅引起饱和度下降，但色调不变。如何将相邻两行相位失真方向相反的色度信号合成呢？在接收端采用延迟解调方法合成。这就是用延迟线把前一行色度信号延迟大约一行的时间(约64μs)，然后在合成电路中与本行色度信号合成，从而得到合成的色度信号。这种解码用到延迟线，故称延迟解码，以PALD表示。后面讲到PAL解码在仔细分析。返上2．5．4PAL制副载波频率的选择选择原则：(1)使亮度信号与色度信号频谱的主谱线彼此错开；(2)减小副载波的谐波干扰；（fSC尽量高）(3)不能使已调色差信号的上边带超出规定的6MHz范围。（fSC不能太高）PAL制中已调色差信号FU与±FV频谱的主谱线不是占有相同的位置，而是彼此错开(间距)半个行频fH/2，如图2-24（a）所示。如果与NTSC制一样，将副载波频率fSC选为半行频的奇数倍，必然导致±FV的主谱线与亮度信号的主谱线重合，如图2-24（b）所示。如果选择fSC既不等于行频的整数倍，也不等于半行频的奇数倍，而是作如图2-24(c)那样的选择，即令nfH位于fSC和(fSC+fH/2)之间（即将副载波频率fSC选为行频的整数倍加上或减去fH/4），这样就可使亮度信号Y与两个色度信号分量的频谱相互错开，那么nfH应满足下述关系：从而求出：式中，N为正整数。由于fSC与整数倍的行频fH有fH/4的频差，故称1/4行频间置。对于行频为15625Hz，场频为50Hz，标称视频带宽为6MHz的系统，根据选择fSC尽量高原则，可取n＝284。实际的PAL制色副载波为：俗称4.43MHz。增加25Hz的目的在于减轻副载波光点干扰的可见度。返上2．5．5PAL制色同步信号1．色同步信号PAL制彩色电视接收机在解调色度信号时，需要在PAL行使用-cosωSCt、NTSC行使用+cosωSCt副载波。要做到这一点，需要有一个识别PAL行与NTSC行的识别信号，即需要在发送端提供一个附加信息。这个附加信息并没有直接加在色度信号中，而是寄存在每一行的色同步信号中。表现为相邻两行的色同步信号相位不同。PAL行的色同步信号相位是-135°；NTSC行的色同步信号相位为+135°，平均相位180°。因此，PAL制的色同步信号除了为接收机提供恢复副载波所需的频率、相位信息外，还能提供一个PAL行与NTSC行的识别信息，即倒相识别信息，从而保证了收、发双方逐行倒相的同步进行。PAL制色同步信号所含副载波周期数、幅度、出现位置等都与NTSC制相同。按我国广播电视标准规定，色同步信号由8～12个周期的副载波组成，位于行消隐后肩上，起始点距行同步脉冲前沿5.6±0.1μs，峰—峰值等于行同步脉冲幅度，相对于消隐电平上、下对称，如图2-26所示。2．PAL制色同步信号的产生方法：内容扩展发送端先产生一个色同步选通脉冲K，重复频率为行频、宽度为2.25±0.23μs(约等于10个副载波周期)，位置在行消隐的后肩上，起始点距行同步脉冲前沿5.6±0.1μs。将K脉冲以两种不同的极性分别加到两个色差信号中，与色差信号一起送入平衡调幅器，V色差信号中加入正极性K脉冲(以+K表示)，就可产生色同步信号的V分量(N行为90°，P行为-90°)，U色差信号中加入负极性K脉冲(以-K表示)，则可产生色同步信号的U分量(180°)，两个分量进行矢量合成便形成逐行改变相位的N行为+135°、P行为-135°的色同步信号。图2-27给出了K脉冲通过两个平衡调制器形成色同步信号的方框图。图2-28给出了色同步信号的矢量图。图中Fb（n）是NTSC行色同步信号矢量；Fb（n+1）是PAL行色同步信号矢量。它们分别是由各自行的U和V路色同步矢量合成的。返上2．5．6PAL制编、解码过程1．PAL制编码器及编码过程所谓编码，就是把三基色电信号R、G、B编制成彩色全电视信号的过程，编码器就是用来编码的电路，方框图如图2-29所示。图中给出了方框图上各点的波形。具体编码过程如下：（1）将经过γ校正的R、G、B三基色电信号通矩阵电路，变换成亮度信号Y和色差信号（R-Y）和（B-Y）。（2）为抑制色度信号副载波对亮度信号的干扰，在Y通道中接入一个副载波陷波器。陷波后的Y信号经过放大后与行、场同步及消隐信号相混合。（3）色差信号（R-Y）和（B-Y）经幅度和频带压缩后，得到V、U。V信号与+K脉冲混合后与±coswSCt副载波同时进入平衡调幅器，经平衡调幅电路输出红色度分量±FV和色同步信号±FbV分量；色差信号U与-K脉冲混合后，对sinwSCt平衡条调幅，得到FU和色同步信号FbU分量。以上二色度分量与色同步信号分量混合后，最后得到色度信号F和色同步信号Fb。为了得到逐行倒相的正交副载波±coswSCt，需要设置90°移相、180°倒相和PAL开关电路、逐行倒相的半行频（7.8kHz）开关控制信号jK（t）。（4）色度信号F、色同步信号Fb、亮度信号Y与消隐信号A、同步信号S经混合电路后输出彩色全电视信号FBAS。2．PAL制解码器及解码过程把彩色全电视信号还原成三基色电信号的过程称为解码，解码是编码的逆过程。PAL制解码器有许多种，如PALS(简单解码)、PALN(锁相解码)、PALD(延迟解码)等。其中PALD应用较广，这种解码器中用超声延迟线构成梳状滤波器，它将色度信号分离为FU和±FV两个色度分离。PALD解码器主要包括亮度通道、色度通道、基准副载波恢复及基色矩阵电路四大部分。图2-30中分别将它们以点划线框出。图中还给出了各点波形。具体解码过程分析如下：⑴从预视放输出的彩色全电视信号FBAS，经过4.43MHz陷波器和色度带通滤波器进行频率分离，将FBAS分离成亮度信号色度信号两部分。在亮度通道中，经4.43MHz的陷波器，将彩色全电视信号中的色度信号滤除，保留亮度信号，见图2-31上部。滤除了色度信号后的亮度信号Y，经0.6秒的延迟电路延时后再送入Y信号放大器进行亮度放大，后送基色矩阵电路。在色度通道前，设置有一中心频率为4.43MHz,带宽约2.6MHz的带通滤波器,它从全电视信号中分离出色度信号。其分离原理及波形、频谱表示于图2-31中。⑵梳状滤波器分离色度信号原理梳状滤波器的任务是将色度信号中的两个分量FU与±FV分离。设第n行色度信号为；则第n+1行色度信号为当第n行色度信号经延迟线延迟一个行周期（实际延迟时间为τd=63.943μs）并倒相成为Fn￠(Fn￠=-Fn)，在加法器中与直通第n+1行色度信号Fn+1相加可得到在减法器中与直通第n+1行色度信号Fn+1相减可得到由此可以有效地分离开两个色差分量FU和±FV见图2-32（1）⑶延时线延迟时间τd的选择按上述分离要求，延时线延迟时间τ