Phase Alternating Line Bedeutung, Erklärung und Definition.

PAL ist eine vor allem in Europa gebrĂ€uchliche analoge Fernsehnorm zur FarbĂŒbertragung. Ferner wird PAL in Australien und den meisten afrikanischen und asiatischen LĂ€ndern (außer Japan) verwendet. PAL wurde von Walter Bruch in Deutschland entwickelt und 1963 zum Patent angemeldet. Hauptziel der Entwicklung war, die bei NTSC vorkommenden Farbtonfehler deutlich zu verringern. Die grundlegenden Konzepte der SignalĂŒbertragung wurden dabei vom NTSC-System ĂŒbernommen.

Hinweis: Oft wird mit PAL die Übertragung von Bildern mit 625 Zeilen/50 Halbbilder bezeichnet. Technisch ist das verwirrend und spĂ€testens bei PAL-M (PAL60), was in einigen LĂ€ndern verwendet wird, vollkommen falsch.

Die AbkĂŒrzung PAL bedeutet Phase Alternating Line, was sich darauf bezieht, dass die Phase des Rot-Differenzsignals von Zeile zu Zeile invertiert wird. Im EmpfĂ€nger werden, im Gegensatz zu NTSC, Farbtonfehler (die in diesen Systemen den hĂ€ufig auftretenden elektrischen Phasenfehlern entsprechen) durch Mittelwertbildung ĂŒber je zwei Zeilen automatisch kompensiert, wenn die Farbe und der Farbtonfehler zwischen beiden Zeilen konstant sind, und in einen geringen FarbsĂ€ttigungsfehler umgewandelt. FarbsĂ€ttigungsfehler fallen dem menschlichen Auge wesentlich weniger auf als Farbtonfehler. Dies ist der entscheidende Vorteil des PAL-Verfahrens gegenĂŒber NTSC. Andererseits ist PAL dadurch technisch komplizierter zu realisieren als NTSC -- z.B. ist eine Verzögerungsleitung von ca. 64 ”s notwendig, zur Zeit der EinfĂŒhrung von PAL war das noch ein ziemlich teures Bauteil -- und hat eine geringere vertikale Farbauflösung. Auch Cross-Color-Störungen und Cross-Luminance-Störungen sind bei PAL auffĂ€lliger und schlechter filterbar als bei NTSC, sodass bei hochwertigen, phasenfesten Übertragungswegen -- etwa Kabelfernsehen, Satellitenfernsehen, Videospiele, Videorecorder etc. -- NTSC als ĂŒberlegen gelten muss.

PAL benutzt fĂŒr die Übertragung der Farbdifferenzsignale Rot minus Helligkeit (R-Y) und Blau minus Helligkeit (B-Y) ebenso wie NTSC die Quadraturamplitudenmodulation (QAM). Da bei der QAM der TrĂ€ger unterdrĂŒckt ist, dieser fĂŒr die Demodulation aber benötigt wird, wird er im EmpfĂ€nger durch einen Quarz-Oszillator neu generiert, wobei dieser von dem PAL-Burst, von welchem pro Fernsehbildzeile einige wenige Perioden auf der hinteren Schwarzschulter des FBAS-Signals ĂŒbertragen werden, synchronisiert wird.

Table of contents

1 Vermeidung der Farbfehler 2 Weitere Bemerkungen 2.1 Wahl der NTSC-FarbtrÀgerfrequenz 2.2 Wahl der PAL-FarbtrÀgerfrequenz 2.3 Demodulation 3 Referenzen 4 Digitales PAL 5 Digitales PAL (2) 6 Siehe auch

Vermeidung der Farbfehler

Stellt man sich die Modulation im Zeigerdiagramm vor, so steckt beim jeweiligen Zeiger in der Phase (Richtung) die Farbart (der Farbton), in der LĂ€nge des Zeigers der Farbkontrast (die FarbsĂ€ttigung). Treten Phasenfehler auf, wĂŒrden diese sich bei einer einfachen Demodulation wie bei NTSC als Farbtonfehler zeigen. Jedoch wird bei PAL in jeder zweiten Zeile der TrĂ€ger der Rotkomponente um 180 Grad gedreht. Bei der Demodulation wird dieser entsprechend wieder zurĂŒckgedreht. Ein eventuell aufgetretener Phasenfehler wird mitgedreht und mittelt sich ĂŒber zwei aufeinanderfolgende Zeilen aus.

1. Zeigerdiagramm: Zeile n, schwarz Originalzeiger, blau Zeiger mit Phasenfehler
2. Zeigerdiagramm: Zeile n+1, Phase um 180 Grad gedreht
3. Zeigerdiagramm: Lage der Zeiger in der Zeile n+1 nach RĂŒckdrehung
4. Zeigerdiagramm: schwarz: vektorielle Addition der beiden originalen Zeiger, in blau Addition der beiden phasenfehlerbehafteten Zeiger

Dabei geht man davon aus, dass sich von Zeile zu Zeile die Farbinformation nur wenig Àndert und der zu verdeckende Farbfehler sich ebenfalls von Zeile zu Zeile wenig Àndert.

Über diesen Voraussetzungen wird der Farbtonfehler 1. Ordnung in einen FarbsĂ€ttigungsfehler 2. Ordnung umgewandelt, der vom Auge wesentlich schwieriger wahrzunehmen und daher vernachlĂ€ssigbar ist.

Da zur Dekodierung des PAL-Signals jeweils die Information der aktuellen sowie der vorherigen Zeile benötigt werden, durchlĂ€uft das eingehende PAL-Signal im EmpfĂ€nger eine Verzögerungsleitung mit einer Laufzeit knapp der LĂ€nge einer Fernsehzeile (63,943 ÎŒs) zur Speicherung. Ausgegeben wird dann jeweils ein Mittelwert zwischen dem gerade einlaufenden und dem aus der vorigen Bildzeile gespeicherten Signal.

Moderne (digitale) PAL-Decoder arbeiten wesentlich aufwendiger:

• es werden vorherige und folgende Zeilen verrechnet, um Helligkeits- und Farbsignal besser zu trennen (2D Comb Filtering)
• es werden vorherige und folgende Bilder verrechnet, um Helligkeits- und Farbsignal besser zu trennen (3D Comb Filtering)
• es wird keine Mittlung von Zeilen zur Farbtonkorrektur verwendet, sondern auf Grundlage statistischer GrĂ¶ĂŸen eine KorrekturgrĂ¶ĂŸe fĂŒr das Farbsignal berechnet

FĂŒr die Grundlagen der FarbĂŒbertragung siehe ebenda. Siehe auch: Fernsehsignal.

Weitere Bemerkungen

Wahl der NTSC-FarbtrÀgerfrequenz

Zum VerstÀndnis der PAL-FarbtrÀgerfrequenzwahl wird zuerst die einfachere Wahl bei NTSC erklÀrt:

Die FarbtrĂ€gerfrequenz wurde so gelegt, dass das durch sie hervorgerufene Stör-Moire (vor allem auf den bereits existierenden Schwarz-Weiß-EmpfĂ€ngern) möglichst unauffĂ€llig ist und gleichzeitig feinstrukturierte Helligkeitsinformationen (feinkarierte Hemden im Bild u.Ă€.) möglich wenig störende Farbbilder verursachen. Zugleich darf jedoch auch das Tonsignal nicht gestört werden.

Dazu wird:

• eine möglichst hohe Frequenz gewĂ€hlt, die jedoch noch weit genug vom Tonsignal (4,5 MHz) entfernt sein muss
• die Anzahl der FarbtrĂ€gerschwingungen pro Zeile so gelegt, dass nach benachbarte Zeilen die Phase des FarbttrĂ€gers um 180° gedreht ist (dies ist nicht das gleiche wie das Phasendrehen des fertigen Farbsignals bei PAL).

Das ergibt dann 4,5 MHz / 286 * 227,5 Perioden = 3,57954545 MHz fĂŒr den FarbtrĂ€ger bei der NTSC-Farbmodulation. Es werden etwa 1,3 MHz des unteren Seitenbandes und 0,4 MHz des oberen Seitenbandes davon ĂŒbertragen. Durch die Natur des Farbsignals treten dabei ganz bestimmte Frequenzen in diesen SeitenbĂ€ndern wesentlich stĂ€rker auf als andere; im EmpfĂ€nger genĂŒgt es diese Frequenzen aus dem Schwarz-Weiß-Bild wieder "herauszufischen", um eine ziemlich saubere Trennung von Helligkeits- und Farbinformation zu erreichen.

Wahl der PAL-FarbtrÀgerfrequenz

Die FarbtrÀgerfrequenz wurde so gelegt, dass das durch sie hervorgerufene Stör-Moire möglichst unauffÀllig ist und gleichzeitig feinstrukturierte Helligkeitsinformationen möglich wenig störende Farbbilder verursachen.

Dazu wird:

• eine möglichst hohe Frequenz gewĂ€hlt, der jedoch weit genug vom Tonsignal (5,5 MHz) entfernt ist.
• die Anzahl der FarbtrĂ€gerschwingungen pro Zeile so gelegt, dass nach zwei Zeilen die Phase des FarbtrĂ€gers um 180° gedreht ist. Alle zwei Zeilen deswegen, weil benachbarte Zeilen durch die 180° PAL-Phasenschaltung unterschiedlich aussehen, deswegen wird im Gegensatz zu NTSC das Diagonalraster nicht zwischen Nachbarzeilen, sondern zwischen Zeilen mit einem Abstand von 2 aufgebaut. Insgesamt wiederholt sich die Phasenlage also alle vier Zeilen.
• der FarbtrĂ€ger wird weiterhin noch um 25 Hz erhöht, damit das Störraster zwischen den Halbbildern alterniert. Dies ist nötig, weil die Zeilenzahl 625 -- anders als die NTSC-Zeilenzahl 525 -- bei der Teilung durch 8 einen Rest von 1 ergibt, wodurch ein langsam wanderndes Störmuster entsteht, das auffĂ€lliger ist als ein schnell wanderndes, wie es bei einem Rest von 3 entsteht. Bei PAL-M, also PAL mit 525 Zeilen, wird diese Korrektur daher nicht verwendet. Auch die meisten DVD-Player, Spielkonsolen und digitalen Satelliten-Receiver erzeugen diese Korrektur nicht, da sie in Digitaltechnik nur mit relativ aufwendigen - und daher teuren - Komponenten erzeugt werden kann. Es schaut ja kaum jemand DVDs auf Schwarzweiß-Fernsehern, und auf FarbgerĂ€ten sind die Störungen sowieso weniger stark sichtbar.

Das ergibt dann 15625 Hz * 283,75 Perioden + 25 Hz = 4,43361875 MHz fĂŒr den FarbtrĂ€ger bei der PAL-Farbmodulation. Es werden etwa 1,3 MHz des unteren Seitenbandes und 0,65 MHz des oberen Seitenbandes davon ĂŒbertragen. Die FarbtrĂ€gerfrequenz wird ĂŒblicherweise im EmpfangsgerĂ€t durch einen vom Fernsehsender nachsynchronisierten Quarzoszillator erzeugt. Dieser Oszillator wird durch den Burst in Frequenz und Phase an den Oszillator beim Sender angegelichen. Damit steht in jedem FernsehgerĂ€t eine stabile, hochkonstante Referenzfrequenz zur VerfĂŒgung.

Die verwendete Frequenz wird teilweise auch zur Baseband-Übertragung von NTSC verwendet und heißt dann NTSC-4.43. Ein solches Signal können auch die meisten neueren PAL-Fernseher problemlos anzeigen, weshalb es z.B. genutzt wird, wenn man eine NTSC-DVD auf einem PAL-Fernseher ansehen möchte. Die StörunterdrĂŒckung des FarbtrĂ€gers (TrĂ€gerfrequenz ist das 281,78fache der Zeilenfrequenz, was nicht mehr halbzahlig ist) ist dann allerdings nicht mehr optimal.

Demodulation

Die Mittelung von benachbarten Zeilen bei der Dekodierung ist bei PAL, im Gegensatz zu SECAM, nicht prinzipiell notwendig. Man kann jede Zeile auch fĂŒr sich unabhĂ€ngig dekodieren. Die Korrektur von Farbartfehlern funktioniert bei geringen Fehlern immer noch ordentlich, die Mittelung wird bei geringem Farbtonfehler (wie man sie heutzutage durch Kabelfernsehen und andere phasenfestere Übertragungsmethoden hĂ€ufig antrifft) problemlos durch das menschliche Auge ĂŒbernommen. Dabei verringert sich die vertikalen Auflösung im Gegensatz zur klassischen PAL-Dekodierung mit Zeilenmittlung nicht. Bei Übertragung von PAL via Y/C (Hosidenverbindung, S-Video) ist auch eine breitere Farbbandbreite möglich, es gibt keine BeschrĂ€nkung auf 1,3 MHz Bandbreite mehr. Leider wird davon kaum Gebrauch gemacht.

Referenzen

Der Standard, der das PAL-System (und auch das NTSC-System) definiert, wurde 1998 von der International Telecommunications Union publiziert und hat den Titel "Recommendation ITU-R BT.470-6, Conventional Television Systems". Er ist nicht öffentlich im Internet zugÀnglich, kann aber bei der ITU gekauft werden.

Digitales PAL

Alles bisher beschriebene bezieht sich auf den Begriff PAL in der analogen Welt, also z.B. Analogfernsehen und Videorekorder. In der digitalen Welt, z.B. beim digitalen Satellitenfernsehen, neueren Spielkonsolen oder auf einer DVD, wird die Farbmodulation erst im AbspielgerĂ€t erzeugt und ist nicht auf dem Medium selbst gespeichert. Daher bedeutet PAL (nur noch) die Bildauflösung von 576 sichtbaren Zeilen je Vollbild bei 25 Vollbildern pro Sekunde. Zwischen PAL und SECAM besteht auf einem digitalen Medium kein Unterschied mehr -- ein PAL-DVD-Player erzeugt aus einer PAL-DVD ein PAL-Videosignal, ein SECAM-DVD-Player aus der gleichen PAL-DVD ein SECAM-Videosignal. Und das auch nur bei Ansteuerung per FBAS/Composite Video/RCA oder S-Video/YC/Hosiden-Anschluss. Am RGB/SCART oder YUV-Anschluss tritt keine Farbnorm mehr auf. Einzig NTSC hat auf digitalen Medien eine etwas andere Bedeutung, nĂ€mlich die Auflösung von 480 Zeilen je Vollbild bei entweder 29,97 oder (fĂŒr Spielfilme) 23,976 Vollbildern pro Sekunde. Fast alle PAL-DVD-Player können jedoch auch hieraus ein PAL-60 genanntes PAL-Ă€hnliches Signal erzeugen, mit dem fast alle neueren PAL-FernsehgerĂ€te problemlos zurechtkommen.

Digitales PAL (2)

ZusĂ€tzlich zu der oben genannten Ausformung des digitalen PALes gibt es auch noch eine weitere Form. Bei dieser Form wird das analoge Signal mit der 4-fachen FarbuntertrĂ€gerfrequenz abgetastet. Die Abtastung geschieht synchron zum Burst. Es ist moderat einfach, durch Addition und Subtraktion nahestehender Abtastwerte die Farbdifferenzsignale zu erhalten. Dieses Verfahren wird besonders intern in videoverarbeiteten GerĂ€ten benutzt. Digitale FernsehgerĂ€te arbeiten hier hĂ€ufig mit 7- oder 8-Bit Abtastwerten, bessere GerĂ€te verwenden bis zu 10 Bit. FrĂŒhe digitale Videorekorder (zum Beispiel d2) nutzten ebenfalls dieses Verfahren.

Siehe auch

• PALplus
• Fernsehnormen verschiedener LĂ€nder und deren PAL-Varianten

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