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主题:彩电制式的技术性分析——论我国当时为什么选择P制 -- 三个C的猫

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  • 家园 彩电制式的技术性分析——论我国当时为什么选择P制

    目前,世界上模拟彩色电视制式主要有3种:

    NTSC制:全称为正交平衡调幅制,主要使用国家有美国、日本等。

    PAL制:全称为逐行倒相正交平衡调幅制,主要使用国家和地区有中国、中国香港、英国、德国等。

    SECAM制:全称为调频行轮换制,主要使用国家有俄罗斯(包括前苏联)、法国等。

    所有彩色电视制式必须与黑白电视兼容,也就是说,如果用黑白电视收看彩色电视信号,应该能够显示出正常的黑白影像。

    对于黑白电视信号,图像(视频)部分只要传输一个亮度(Y)信号就行了,因此通常将亮度信号、行同步信号和场同步信号通过调幅的方式调制在图像载波上就行了(伴音信号通过调频的方式调制在伴音载波上)。

    那么,为了实现兼容,彩色电视信号视频部分也必须传输Y信号,这样黑白电视在接收彩色电视信号时,只处理Y信号就能看到正常的黑白影像。

    但是,我们都知道,彩色是红(R)、绿(G)和蓝(B)三原色混合而成,由三原色混合而成的彩色,既表示了彩色的色彩(又叫做色度),同时也表示了彩色的亮度,二者具有以下关系式:

    Y=0.30R+0.59G+0.11B

    彩色电视信号视频部分必须传输Y信号,那么R、G、B色度信号传输两个就可以了,剩下的一个可以通过上面的公式计算出来。

    因此,彩色电视信号视频部分实际上只传输了3个信号:

    Y

    U=0.877(R-Y)

    V=0.493(B-Y)

    U和V叫做色差信号,通过YUV,即可还原出RGB。

    那么,U和V信号如何传输呢?

    U和V如果直接调制在同一图像载波上,势必对Y信号造成干扰,因此通常采用将U和V调制在彩色副载波上,然后将彩色副载波再次调制在图像载波上的方法,使得调制过的彩色副载波与Y信号频谱分开,以避免干扰。

    3种制式的差别,就在于U和V色差信号对彩色副载波调制方式的不同。

    由于彩色副载波只有一个频率,却要调制两个色差信号,势必采取在现代通信中叫做“复用”的技术。

    NTSC制的方法是:生成两个相位相差90度(正交)的彩色副载波信号,分别平衡调幅上U和V,这样可以保证互不干扰(通过数学可以证明),因此NTSC制就称为“正交平衡调幅制”。

    SECAM制的方法是:逐行轮换(分时)将U和V调频在彩色副载波信号上,因此SECAM制可称为“调频行轮换制”。

    可以说:NTSC制属于FDMA(或者PDMA?),SECAM制就属于TDMA了。

    显然:NTSC制发射机和接收机(电视)设计都比较简单,接收机只要生成同样两个相位相差90度的彩色副载波信号,通过两个同步检波器就可以将U和V解调。

    但是,U和V信号经过调制后,还要二次调制到图像载波上,才能最终通过电视发射台发射。电视机接收彩色电视信号后,还要经过复杂的电路,才能初步解调出调制在彩色副载波上的U和V信号(以下简称已调制的U和V信号)。在这复杂的电磁波和信号传输过程中,能一定保证NTSC制中,已调制的U和V信号相位绝对相差90度吗?

    显然这不太现实,80年代在有线电视还不普及的情况下,采用室内或者室外天线看电视,非常容易出现重影现象,究其原因就是空间电磁波会产生反射现象,电磁波经过反射后会产生相位偏差,和直射信号一起叠加后再被电视机接收,最终结果就是重影。

    NTSC制中,如果已调制的U和V信号发生相位偏差,最终经过同步检波器解调出的U和V信号幅度就会发生变化,最终结果就是偏色,或者叫做色彩失真。

    因此,NTSC制式在传播条件和设备较差的情况下,是最容易导致色彩失真的一种制式。

    NTSC制由美国制定,是最早推出的彩色电视制式(1952年),这个缺点很快就被人们发现,因此人们开始寻找改进NTSC制的方法。

    1967年,前联邦德国提出了PAL制,PAL制实际上是改进后的NTSC制,其基本原理如下:

    在V信号调制到彩色副载波上之后,逐行对已调制的V信号进行倒相,简单地说,已调制的V信号用Fv表示,则第1行为Fv,第2行为-Fv,第3行再为Fv,第4行又为-Fv……

    因此PAL制又称为“逐行倒相制”,实际上应该称为“逐行倒相正交平衡调幅制”,其核心原理和NTSC制是相同的。

    电视机在对PAL制已调制的U和V信号进行解调时,需要通过一个电子开关控制的倒相器,将±Fv解调成V信号。因此PAL制发射机和接收机(电视)设计比NTSC制要麻烦一些,但也不是麻烦太多。

    PAL制的优点体现在哪里呢:

    NTSC制一旦因为相位偏差发生色彩失真,一般会导致整屏幕偏色,例如全屏偏红。

    PAL制则不然,由于已调制的V信号经过逐行倒相,因此一旦因为相位偏差导致了色彩失真,那么如果上一行偏红,下一行就会偏青,这样两行平均起来,肉眼就不容易发现色彩失真了,顶多是看起来清晰度下降一些。

    70年代末我国开始首播彩色电视时,电视发射机和电视机质量,以及电磁波的传输条件如何呢?

    很显然,不容乐观,机器质量受限于国内电子元器件的水平,还大量使用分立元件电路,当时全晶体管12寸黑白电视机电路,还得全国联合设计,彩色电视机就更不用说了。

    电磁波传输条件问题嘛,看看80年代城市里林立的自制电视室外天线“一景”就知道了,有线电视是80年代末期才开始推广的。

    因此,在这种情况下,调制过的U和V信号发生相位偏差几乎是必然的,如果使用NTSC制,偏色也几乎是必然的。

    在这种情况下,为了保证传输基本不偏色的彩色图像,我国只能选择PAL制。目前PAL制也是世界上使用国家和地区最多的制式。

    至于SECAM制,其使用国家和地区远不如NTSC制和PAL制广泛,当时我国未予考虑。

    (刚才写错了少数地方,略作修改)

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