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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)

元宝推荐:铁手, 通宝推:wlr,假设,史文恭,荆棘探兴,

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家园 支持一下!
家园 好贴!—— 把世界彩电P/N制分布图再贴一下:

点看全图
外链图片需谨慎,可能会被源头改

贴过

冰雨:选P制还是N制,应该跟进不进口电视线关系不大;

家园 欢迎多写这方面的东西。。。

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家园 花之且谢通宝之

电视制式版图简直就是政治制式版图。

就是因为NTSC的色调问题,所以只有N的电视在菜单里头有Hue这个选项,免得收到信号发现色调不对的时候可以手动调整。

至于Secam,这个制式太麻烦了,只有法国人这种十三不靠的喜欢。

家园 极好。记得当年还学过电视原理,现在全忘了。
家园 我一直梦想装个彩电

可惜水平一直停留在半导体收音机这个档次。

家园 嘿嘿

电视模拟技术基本就这些内容了。至于当初为什么选PAL制式,据偶当年的老师说,60年代的科研大会战中,那时候的要求是:既反苏修,也反美帝。所以选择了第三种PAL制式。

家园 N制式基本都是美国的铁杆啊

是某种巧合吗?

家园 “巧合”就是:用N制式就要向美国交钱!

每一次 FCC 要定一个技术标准,美国的各大公司都要尽量设法用自己的‘研究成果’在最后的拍板方案上多占一块,以便今后多分专利的红利。

家园 原来不是江青搞得鬼,还是尊重科学的
家园 我听说选PAL是反帝反休的结果

几年前公司请了一位做过远望二号显示系统的老教授给我们讲彩色显示的讲座。老教授讲当年他们选择制式的时候因为美国是NTSC,我们反美帝不能用,苏联是SECAM,我们反苏休也不能用,最后就选了和欧洲一样的PAL。还有他说当年确定刷新频率是因为我们国产的荧光粉还是什么材料只能支持这么高的刷新频率。当然,也许老教授说的只是远望二号的事情,和彩电无关。

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