Система PAL

Совместимая система цветного телевидения NTSC обладает серьезным недостатком: повышенной чувствительностью к фазовым ошибкам восстановления поднесущей в ТВ приемнике. На рисунке 3.21 показан механизм возникновения искажений сигнала на выходах синхронных детекторов для случая, когда фаза восстановленной поднесущей отличается от истинного значения на угол δ ₁. Фазовая ошибка δ ₁ приводит к повороту осей детектирования I΄ и Q΄ по отношению к осям кодирования I и Q на угол δ ₁. В результате на выходах синхронных детекторов вместо сигналов U _I и U _Q мы имеем сигналы и , для которых справедливы очевидные из рисунка 3.21 выражения:

(3.7)

Вторые слагаемые в правой части выражений (3.7) характеризуют так называемую перекрестную помеху, проникающую из канала Q в канал I и наоборот. Другой вид искажений связан с уменьшением полезной составляющей сигнала в cos δ ₁ раз, что приводит к некоторому уменьшению цветовой насыщенности. Из этих двух видов искажений наиболее опасным и заметным для зрителя является искажение цветового тона, вызываемое перекрестной помехой, в то время как изменение насыщенности в соответствии с выражением (3.7) воспринимается зрителем менее болезненно. В системе NTSC для обеспечения незаметности искажений цветности необходимо обеспечить восстановление фазы поднесущей с высокой точностью (δ ₁ ≤ 5º), что значительно ужесточает требования к качеству канала связи.

Рисунок 3.21 – К пояснению природы перекрестной помехи при синхронном детектировании

Система PAL, разработанная в 1962–1964 гг. и принятая в эксплуатацию в 1967 г. в ФРГ, может рассматриваться как усовершенствованный вариант системы NTSC, примененный для широкополосного (европейского) стандарта разложения B/G. Переход к стандарту B/G позволил отказаться от сигналов I и Q, выбрать новое (повышенное) значение частоты поднесущей f ₀ =4, 43 МГц и сохранить квадратурную модуляцию поднесущей двумя модифицированными цветоразностными сигналами U _V и U _U:

(3.8)

передаваемыми в полосе частот 1, 3 МГц каждый.

Спектрограмма сигнала ПЦТС в системе PAL приведена на рисунке 3.22. Из нее видно, что цветоразностные сигналы U _V и U _U передаются в составе модулированной поднесущей в полосе частот 1, 3 МГц каждый с частичным подавлением верхней боковой полосы. Указанные отличия системы PAL от NTSC не являются принципиальными.

Рисунок 3.22 –Совмещение каналов яркости и цветности в системе PAL (стандарт B/G)

Существенное же отличие заключается в том, что фаза одной из квадратурных составляющих поднесущей (а именно той из них, которая совпадает с осью R-Y) меняется от строки к строке на 180º, а в приемнике сигналы цветности в двух соседних строках усредняются, что приводит к подавлению перекрестной помехи. Рассмотрим этот процесс (подавления помехи) более подробно.

На рисунке 3.23 представлена векторная диаграмма сигнала цветности в двух соседних строках.

Рисунок 3.23 –Векторная диаграмма сигналов в системе PAL

Здесь же представлен сигнал цветовой синхронизации (вспышка поднесущей), который меняет свою фазу от строки к строке на 90º. Строки, в которых фаза вспышки поднесущей составляет 225º, условно названы нечетными, а остальные — четными строками. Из рисунка видно, что фаза вектора U _Sm принимает в соседних строках значения ± φ _S, а фаза вспышки поднесущей несет информацию о четности (нечетности) текущей строки, что необходимо для безошибочного декодирования сигналов цветности. Механизм подавления перекрестной помехи в приемнике PAL поясняется графически на рисунке 3.24.

Рисунок 3.24 – Подавление перекрестной помехи в системе PAL

Для простоты изложения векторы модулированной поднесущей в соседних строках (для одного и того же цвета) обозначены A и В. Здесь же приведены векторы инвертированных сигналов А и B (т.е. -A и -B). Из рисунка 3.24 со всей очевидностью следуют выражения:

(3.9)

Технически осуществить операции (3.9) можно с помощью схемы, приведенной на рисунке 3.25. Схема содержит линию задержки на строку, инвертор полярности сигнала (Инв.) и два сумматора. На выходе первого из них формируется сигнал, в котором подавлена квадратурная составляющая поднесущей, модулированная сигналом U _V. Аналогично на выходе второго сумматора в сигнале подавлена квадратурная составляющая, модулируемая сигналом U _U.

Рисунок 3.25 – Схема подавления перекрестной помехи в системе PAL

Векторные диаграммы сигналов на выходах сумматоров схемы (рисунок 3.25), которые далее попадают на входы синхронных детекторов PAL, приведены на рисунке 3.26.

Рисунок 3.26 – Векторные диаграммы сигналов на входах синхронных детекторов канала R-Y (а) и канала B-Y (б)

При синхронном детектировании этих сигналов с учетом фазовой ошибки восстановления поднесущей имеем на выходе канала R-Y

U _v ¢ = ± U _v cos δ ₁, (3.10)

а на выходе канала B-Y -

U _u ¢ = U _u cos δ ₁. (3.11)

Если сравнить полученные формулы с выражениями (3.7), то можно заметить, что перекрестная помеха отсутствует полностью, сохраняется уменьшение цветовой насыщенности и имеет место знакопеременность сигнала на выходе синхронного детектора канала R-Y. Результатом является снижение чувствительности систем PAL к фазовым искажениям, поскольку уменьшение насыщенности остается незаметным для зрителя при d₁£ 25º ÷ 30º.

Упрощенная схема кодера PAL представлена на рисунке 3.27. Вспышка поднесущей формируется путем введения в сигналы U _v и U _u отрицательных импульсов одинаковой амплитуды (СИ-строб). Этот же импульс подается на счетный вход триггера Т, который управляет ключом K, обеспечивая вместе с инвертором (Инв.) коммутацию фазы поднесущей в канале R-Y на 180º от строки к строке. Остальные элементы кодера PAL в дополнительных пояснениях не нуждаются, так как достаточно подробно рассмотрены в предыдущих разделах.

Рисунок 3.27 – Упрощенная схема кодера PAL

На рисунке 3.28 приведена функциональная схема декодера PAL, которая нуждается в пояснении особенности цепи подачи сигнала восстановленной поднесущей к синхронному детектору СД1 (канал R-Y).

Ранее было показано (см. выражение (3.10)), что в канале R-Y имеет место знакопеременность (от строки к строке) сигнала U _V. Для компенсации этого явления квадратурная составляющая поднесущей подводится к синхронному детектору СД1 через коммутатор фазы поднесущей на 180º от строки к строке. Коммутатор фазы состоит из ключа K и инвертора (Инв.); при этом ключ K должен работать синхронно и синфазно с соответствующим ключом в кодере PAL. Необходимая информация для формирования сигнала полустрочной частоты ƒ _с /2, управляющего работой ключа K, имеется в сигнале вспышки поднесущей, фаза которой имеет вполне определенные значения в четных и нечетных строках (см. рисунок 3.23). В простейшем случае,

Рисунок 3.28 – Упрощенная схема декодера PAL

например, можно использовать в качестве управляющего ключом K сигнал, снимаемый с выхода импульсно-фазового детектора (ИФД) схемы восстановления поднесущей (рисунок 3.16).