PAL制色度信号与色同步信号详解

NTSC制是第一个彩色电视制式，它根据三基色原理、大面积着色原理、混合高频原理、频谱交错原理、恒定亮度原理、正交平衡调幅技术、频谱间置技术等原理、技术实现了兼容。

NTSC制的缺点是色度副载波对相位失真（指色度副载波相对于色同步的相位失真）非常敏感——引起色调失真。

1963年，德国人在NTSC制的基础上研制出PAL制，克服了NTSC制的相位敏感特性，成为世界上第二个彩色电视制式，并列为三大彩色电视制式之一。

PAL是“相位逐行交变”的英文缩写，它的关键技术是将色度信号中的V分量进行逐行倒相，故PAL制又称为V分量逐行倒相的正交平衡调幅制。

（一）V信号逐行倒相

逐行倒相的目的是抵消相位偏差而恢复正确的彩色（相位偏差会引起彩色失真）。什么是V分量逐行倒相？

在PAL制式中，如果第n行的色度副载波信号为Usin（ωsct）+Vcos（ωsct），则第n+1行为Usin（ωsct）-Vcos（ωsct），第n+2行为Usin（ωsct）+Vcos（ωsct），第n+3行为Usin（ωsct）-Vcos（ωsct），……如此重复直到最后一行。

我们把色度副载波信号为Usin（ωt）+Vcos（ωt）的各行称为不倒相行或NTSC行；把色度副载波信号为Usin（ωsct）-Vcos（ωsct）的各行称为倒相行或PAL行。即：

NTSC行FC=FN=Usin（ωsct）+Vcos（ωsct）

PAL行FC=FP=Usin（ωsct）-Vcos（ωsct）

可统一写为FC=Usin（ωsct）±Vcos（ωsct）

为什么将V分量逐行倒相能克服色度副载波信号对相位失真的敏感性呢？

V分量逐行倒相原理如图3-56所示。FN代表发送端NTSC行某像素为品色，FP为发送端PAL制（倒相行）为黄色（偏蓝），若传输中产生相位误差φ，接收端收到的色度矢量则分别为FN'、FP'，解调时将FP'中的V分量倒相复位，U分量不变，即将FP'变成FP'N，这时相继两行的色度信号FN'、FP'N相对于正常的FN矢量相位为相反方向偏离的色调失真。FN'为品偏红，FP'N为品偏蓝。由于人眼分辨力有限，对相邻两行彩色产生视觉平均，综合感觉为品色。

图3-56　V分量逐行倒相原理

实现V分量逐行倒相的具体方法可有三种：

第一种将V信号先逐行倒相为±V，再对cos（ωsct）进行平衡调幅，形成±Vcos（ωsct）；

第二种将压缩后的色差信号V对逐行倒相的副载波±cos（ωsct）进行平衡调制，形成±Vcos（ωsct）；

第三种将已调副载波Vcos（ωsct）进行逐行倒相，形成±Vcos（ωsct）。

在PAL制中，采用第二种方法，实现的电路框图如图3-57所示。

这种方法最简单，它与正交平衡调幅电路的区别在于增加一个PAL开关、一个倒相器。PAL开关是一个由半行频对称方波控制的电子开关电路，它能逐行改变开关的接通点，输出一行+cos（ωsct），再输出一行-cos（ωsct），不断重复，实现cos（ωsct）逐行倒相。

图3-57　V分量逐行倒相电路

图3-58　逐行倒相波形

（二）PAL制色度副载波频率的选择

先看PAL色度信号的频谱：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，它的频谱位置不变，FV分量因逐行倒相，其频谱位置发生了变化。因为逐行倒相的过程实质上是半行频方波对cos（ωsct）进行平衡调幅，如图3-58所示。

其表达式为：

±cos（ωsct）=g（t）cos（ωsct）(www.xing528.com)

根据傅氏级数分析，可得到±FV分量的频谱，如图3-59（b）所示，谱线间隔为行频fH，m=0的谱线（最低边频）距离副载波的间隔为fH/2，而U分量（FU）对副载波直接进行平衡调幅，最低边频距离副载波的间隔为fH，所以，FV与FU频谱线刚好错开fH/2。

图3-59　PAL色度信号频谱

如果利用NTSC制的方法，将副载波频率fsc选为半行频的整数倍，必使±FV的主谱线与亮度信号的主谱线重合。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，而是令nfH位于fsc和（fsc+fH/2）之间，也就是将副载波频率fsc选为行频的整数倍加上或减去fH/4，这样就可将亮度信号Y与色度信号分量的频谱位置错开，那么，nfH应满足下述关系：

由于fsc与整数倍的行频nfH有fH/4的差值，故称为1/4行频间置，如图3-60所示。

图3-60　PAL副载波选择分解图

PAL制选择副载频的原则：

第一，尽量高一些，靠近6MHz（384fH），使副载波对亮度信号造成的点状干扰细一些；

第二，色差信号对副载频调制后，其上边带应尽量在视频带宽内，考虑到色度信号的带宽为1.3MHz，即fsc比384fH至少低1.3MHz（6MHz-1.3MHz=4.7MHz，约为300fH），实际上取n=284；

第三，应使色差信号对副载频调制后的频谱和亮度信号频谱间置，以解决色度副载波和亮度信号频带共用的问题；由于V信号逐行倒相，V信号频谱发生变化，为了频谱间置，副载频应和行频四分之一行间置，即fsc=（n±1/4）fH；

第四，副载频和伴音载频的差值应和行频四分之一行间置，以减小伴音载波和色度副载频差拍对亮度信号干扰的可见度。由于PAL制的伴音载波为6.5MHz，它是行频的整数倍（416倍），选fsc=（n±1/4）fH能符合要求；

第五，为了进一步减小色度副载波对亮度信号干扰的可见度，应在四分之一行间置的基础上增加25Hz（称为25Hz偏置）。

实际的fsc=（284-1/4）fH+25Hz=4433618.75Hz，简记为4.43MHz。

（三）PAL制色同步信号

由上述分析可知，NTSC制式系统要在接收端把两个正交平衡调幅的色差信号分量完全独立地分离开，要求接收端解调副载波与发送端调制副载波应严格同步，即同频同相。否则在接收端将不可能把两个色度信号彻底分离，易引起两色差信号之间的串色干扰。所以为了消除串色，在NTSC制式编码器中将专门产生一个色同步信号，以供接收端在恢复解调副载波时作为基准。

色同步信号为：

Cb（t）=K（t）sin（ωsct+180°）

色同步信号实际上是每行发出一个色同步脉冲，它位于行同步脉冲之后的消隐电平上，是一串有9～11个周期，振幅和相位恒定的副载波群，其初相位为180°（当接收机中行消隐脉冲的振幅不够时，色同步信号将在屏幕左端产生明显的垂直条干扰，若初相位为180°，则此干扰为最小）。而K（t）表示色同步信号的包络，也叫做K脉冲。

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。表现为：PAL行的色同步信号相位是-135°；NTSC行的色同步信号相位为+135°。因此，PAL制的色同步信号除了像NTSC制一样，要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，以保证收、发逐行倒相的同步。

图3-61　色同步信号

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。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±0.1）μs，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3-61所示。图中，2.25μs是10个副载波周期（1/4.43MHz=2.25μs），当视频Vpp=1V时，同步Vpp为0.43V，占总峰值30%。

PAL色同步信号是怎样产生的呢？

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±0.23）μs（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±0.1）μs。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，如图3-62所示。

图3-62　色同步信号形成与向量图