Система PAL

Принимая во внимание, что наиболее существенный недостаток системы NTSC заключается в очень большой чувствительности к фазовым искажениям, авторы системы PAL придумали метод компенсации этих искажений в декодирующем устройстве.

Основная идея изобретателя системы PAL доктора Вальтера Бруха — перевернуть на 180° направление оси (R — Y) на одной строке из каждых двух (отсюда происходит и само название системы Phase Alternation Line — строка с переменной фазой).

Для этой цели в кодирующем устройстве передатчика предусмотрен инвертор.

На приемной стороне подобный инвертор позволяет получить сигнал (R — Y) в правильной фазе. Но главная «хитрость» заключается в том, что с помощью линии задержки, представляющей собой «память», сигналы двух следующих одна за другую строк складываются таким образом, что их фазовые искажения оказываются в противофазе и взаимно уничтожаются.

Выдвигая этот принцип, Вальтер Брух основывался на фундаментальном законе, сформулированном Анри де Франсом; по этому закону цветовое содержание двух соседних строк довольно идентично.

1. КОДИРОВАНИЕ

На основе системы NTSC введен один вариант: у одной из двух строк изменена полярность несущей (R — Y), несущая не подвергается никаким изменениям (стр. 57).

Рис. 57. В системе PAL две передаваемые одна за другой строки имеют различные графики цветности (на левом рисунке сигнал находится вверху, а на правом рисунке сигнал находится внизу, ось Q у обеих строк занимает на графике одно и то же место).

Дальше в ходе лекции ради простоты изложения мы будем пользоваться обозначениями: .

Рис. 58. Упрощенная блок-схема кодирующего устройства системы .

Следует помнить, что сигналы системы PAL не совпадают с сигналами и Q системы NTSC. В частности, в системе PAL оба сигнала передаются с одинаковой шириной полосы пропускания (рис. 58).

Как мы увидим, декодирующее устройство должно различать полярность несущей или ); для этого передают сигнал синхронизации с чередующейся фазой 180—45° и (чередующийся сигнал синхронизации).

2. ДЕКОДИРОВАНИЕ

а) Стандартная система PAL

Представим, что мы одновременно имеем в своем распоряжении две диаграммы поднесущей, соответствующие графикам цветности четных и нечетных строк.

Рис. 59. Упрощенная блок-схема декодирующего устройства стандартной системы .

Для достижения этого используют линию задержки со временем, равным времени передачи одной строки (в европейском стандарте с разложением изображения на 625 строк — эта линия задержки хранит поднесущую и восстанавливает ее с опозданием на одну сторону (рис. 59).

Вполне ясно, что сумма вектора представляющего одну строку, и вектора V2, представляющего следующую строку, равна , разность поочередно равна (рис. 60).

Рис. 60. Сложение и вычитание сигналов Q и в двух передаваемых одна за другой строках.

(Разность векторов получают сложением одного вектора с другим, у которого предварительно изменили знак на противоположный).

Теперь предположим, что вектор , характеризующий цвет одного элемента из первой строки, имеет в качестве аргумента угол Ф. Но при наличии фазового искажения, соответствующего некоторому углу а, он сместится в положение V2 (рис. 61, а).

На следующей строке (рис. 61,б) направление оси изменяется на противоположное. Вектор , испытывающий такое же фазовое искажение а, перемещается в положение V2.

В приемнике инверсия оси I приведет вектор в симметричное по отношению к оси Q положение (рис. 61, в). Этот сигнал складывается (рис. 61, г) с сигналом предыдущей строки, который в течение 64 мксек хранился в линии задержки.

Рис. 61. Если при передаче первой строки (а) вектор из-за фазового искажения смещается на угол а и занимает положение то такое же явление происходит и при передаче второй строки (б), у которой ось направлена в противоположную сторону. В декодирующем устройстве приемника сигнал второй строки еще раз проходит через фазоинвертор (в) и складывается с сигналом первой строки (г).

Что дает это сложение? Фазовые ошибки обоих векторов оказываются равными по величине, но имеют противоположные знаки. В этих условиях они взаимно уничтожаются.

В этом заключается наибольшее преимущество системы PAL по сравнению с системой NTSC. Эта система позволяет правильно воспроизводить в приемнике цветовой тон передаваемого изображения.

А насыщенность? Мы можем сказать, что вследствие фазового искажения насыщенность претерпевает небольшое изменение. В самом деле, как показано на рис. 61,г, результирующий вектор вместо того, чтобы быть равным удвоенному оказывается немного короче, так как он образует диагональ равностороннего параллелограмма. Однако при допустимых значениях фазового сдвига а получающиеся различия в насыщенности S практически незаметны для глаза.

Для детектирования необходимо, как и в системе NTSC, восстановить поднесущую. Демодулирование сигнала производится синхронно, а постоянная полярность сигнала достигается за счет использования электронного инвертора, синхронизированного чередующимися сигналами синхронизации.

б) Упрощенная система PAL

В данном случае (рис. 62) используется декодирующее устройство системы NTSC, к которому добавляется инвертор полярности детектированного сигнала инвертор синхронизирован чередующимися сигналами синхронизации. Попутно отметим, что стандартная система PAL, которая первоначально в литературе фигурировала под названием PAL —DL (Delay — Line — линия задержки), теперь часто неправильно называется PAL — люкс (PAL de luxe).

Рис. 62. Принципиальная блок-схема декодирующего устройства упрощенной системы .

3. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ PAL

а) Дифференциальное усиление

В связи с тем, что амплитудная модуляция поднесущей производится так же, как в системе NTSC, характеристики системы PAL с точки зрения амплитудных искажений точно такие же, как и у системы NTSC.

б) Дифференциальная фаза

1. Стандартная система PAL. Как мы видели при рассмотрении принципа системы PAL, фазовое искажение а аннулируется самой природой системы при условии, что его величина для двух соседних строк не изменяется. За исключением случаев технических неполадок, эта величина в передающей цепи остается неизменной или изменяется медленно. Поэтому можно утверждать, что система PAL, как правило, позволяет верно воспроизводить цветовые тона изображения.

2. Упрощенная система PAL (в настоящее время используется редко, так как цена ультразвуковой линии задержки значительно упала. Прим. ред.). Вызываемое сдвигом фазы искажение цветов проявляется во вращении графика цветности в противоположные стороны у двух соседних строк вследствие периодического изменения полярности сигнала . При небольших искажениях глаз способен интегрировать эти чередующиеся и симметричные ошибки цветопередачи; но при значительных искажениях, когда в системе NTSC наблюдается нарушение цвета, в системе PAL можно заметить горизонтальные полосы разных цветов, перемещающиеся снизу вверх; причина этого явления заключается в использовании чересстрочной развертки (эффект жалюзи).

в) Магнитная запись

Начиная с этого момента мы будем рассматривать только стандартное декодирование, ибо упрощенная система PAL дает результаты такие же или даже хуже, чем система NTSC.

В тех же условиях, в которых мы рассматривали характеристики системы NTSC, т. е. в случае использования синхронизированного по частоте строк видеомагнитофона, фазовые искажения, вызываемые неравномерной скоростью воспроизведения, дадут такой же результат, как и при дифференциальной фазе; в самом деле, мы не сформулировали иной гипотезы, кроме той, которая утверждает, что фазовое искажение для двух соседних строк одинаково.

А в этих условиях вызываемые дифференциальной фазой искажения взаимно нейтрализуются.

Коммутация сигнала с одной головки на следующую может вызвать искажения насыщенности и цветового тона, но так как в декодирующем устройстве для восстановления поднесущей используется не кварц, а управляемый контур, то они незначительны.

Однако муаровые полосы, порождаемые исключительно большими размахами амплитуды поднесущей, существуют в системе PAL точно так же, как в системе NTSC.

Для записи цветного телевизионного сигнала по системе PAL обычно используются видеомагнитофоны с высокочастотным стандартом и вспомогательными устройствами типа «Колортек». Это дает хорошие результаты.

г) Ограничение полосы

Тот факт, что для одной строки из двух передается сигнал I, а для другой из этой пары строк сигнал (симметричный относительно начала координат), делает также симметричными и боковые полосы . Верхняя и нижняя полосы воздействуют одна на другую. Квадратурное искажение , увеличивающее угол между осями и Q до величины , на следующей строке превращается в искажение — , в результате чего угол между осями I и Q становится 90° . Мы берем сумму и разность обеих поднесущих, благодаря чему искажение уничтожается. Следовательно, в стандартной системе PAL при срезе полосы происходит взаимных помех между двумя сигналами цветности; можно заметить лишь некоторое снижение насыщенности при частично подавленной полосе, т. е. снижение хроматической четкости передаваемого цветного изображения.

д) Повторные сигналы

Известное для системы NTSC явление повторного сигнала в системе PAL отсутствует — причина та же, что и в изложенном случае; замена кварца в декодирующем устройстве управляемым резонатором.

е) Особенности системы PAL

Таким образом, стандартная система PAL существенно лучше системы NTSC по таким показателям, как искажения, связанные с распространением или передачей сигналов.

Системе PAL ставили в упрек снижение хроматической разрешающей способности по вертикали (это определяется тем, что информация о цветности используется дважды на двух соседних строках); этот упрек не имеет никакого смысла, если вспомнить, что хроматическая четкость по горизонтали в 4—5 раз ниже яркостной четкости. В ходе последующего изложения мы увидим, что в системе SECAM значительно раньше решили использовать это излишество четкости для повышения помехоустойчивости информации о цвете.

Рис. 63. Устранение квадратурного искажения в системе PAL.

Одновременно необходимо отметить, что в приемнике для стандартной системы PAL, который в принципе устраняет влияние фазового искажения (при условии, что оно незначительно изменяется от строки к строке), имеется риск возникновения новых искажений, скорректировать которые невозможно. Действительно, время прохождения сигнала по линии задержки, которая служит для хранения поднесущей на время развертки одной строки, должно быть точным и постоянным с тем, чтобы фазы прямой несущей Q и задержанной несущей Q строго совпадали. Сдвиг фазы вызывает такое же искажение цветопередачи, что и в системе NTSC (в настоящее время эти искажения маловероятны вследствие повышения качества ультразвуковых линий задержки. Прим. ред.).

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ О СИСТЕМЕ PAL

Система PAL более удобна в эксплуатации, чем система NTSC (легкость магнитной записи, возможность использования аппаратуры с небезупречными фазовыми характеристиками), обычно она дает изображение лучшего качества, но ее приемник более сложен.

В системе PAL по сравнению с обычным черно-белым телевизором телезрителю приходится пользоваться только одной дополнительной регулировкой: регулировкой насыщенности цветов.

В заключение заметим, что название PAL применяется для весьма различных категорий телевизоров: стандартная система PAL, которая обладает всеми перечисленными преимуществами, и упрощенная система PAL, которая дает такие же или даже худшие, чем система NTSC, результаты (в настоящее время изобретено декодирующее устройство по системе PAL, в котором производится непрерывная подстройка фазы опорной поднесущей, что исключает искажения, вызываемые видеомагнитофонами. Прим. ред.).