PAL
Phase Alternate Line, oder
warum das mit der Farbe so schwierig ist

Und so geht das mit der Farbe dann doch...
(derzeit vernuenftig nur in der Linuxversion Nagratv implementiert, da es die anderen Programme nicht im Source gibt)

Steffan konnte einfach nicht glauben, daß das nicht gehen soll :-)
Hier also die Beschreibung seines Verfahrens:

 

Das PAL-System

Das PAL (Phase-Alternate-Line) System ist eine Weiterentwicklung des
NTSC-Verfahrens. Dessen Nachteile (Farbtonfehler) werden mit elektronischen
Mehraufwand gut kompensiert.

Encoder

Das Leuchtdichtesignal (Y) wird aus den Farbwertsignalen R,B und G (rot, grün
und blau) unter Berücksichtigung der Empfindlichkeit des Auges für die
einzelnen Farben gebildet:

Y = 0.3*R+0.59*G+0.11*B

Aus Kompatibilitätsgründen werden bei allen gängigen Farbübertragungsverfahren
nur die Farbdifferenzsignale übertragen:

U = 0.493 (B-Y)
V = 0.877 (R-Y)

Diese Differenzsignale werden beim PAL-System zur Übertragung auf den
Farbträger (Fc) moduliert:

Uc = U * sin(Fc*2*Pi)
Vc = V * cos(Fc*2*Pi)

Zusätzlich invertiert man Vc jede zweite Zeile. Die Referenzphase
des Farbträgers wird auf der hinteren Schwarzschulter des
Zeilensynchronimpulses für 2.26 µs übertragen. Die Phasenlage
diese Burst ist:

135° für Zeilen mit +Vc
225° für Zeilen mit -Vc

Die Farbträgerfrequenz wurde mit 4.4336175 MHz festgelegt, d.h. eine Zeile (64µs)
entspricht 283.75 Farbträgerschwingungen.

Alle Signale (Y, Uc, Vc) werden addiert und stellen das Farbartsignal dar.

Decoder

Im Decoder wird das Y-Signal durch einen Bandsperre von Uc und Vc befreit.
Umgekehrt erhält man das Croma-Signal C = Uc+Vc hinter einem Bandpass.

Zur Rückgewinnung der Referenzphasenlage des Farbträgers wird der Burst über
eine Torschaltung einer Synchronisationsstufe zugeleitet. Sie stellt einen
Phasendiskriminator dar, der zwei Ausgänge hat: der Ausgang mit hoher
Zeitkonstante syncronisiert den Referenzoszillator, aus dem Ausgang mit
niedriger Zeitkonstante erhält man die Phasenlage von Vc.

Die eigendlich Demodulation und damit die Rückgewinnung von U und V aus
Vc und Uc erfolgt in einem sogenannten Laufzeitdemodulator. C wird mit einer
Verzögerungsleitung um 63,943 µs (180 Phasendrehung) verzögert, so daß man
die aktuelle Zeile Cn und die vorherige Zeile Cn-1 phsengedreht gleichzeitig
zur Verfügung hat.

Durch die Addition bzw. Subtrakion von Cn und Cn-1 erhält man:

2 Uc' = Cn + Cn-1 = (Uc+Vc)+((Uc-1)-(Vc-1))

und je nach Phasenlage von Vc in der aktuellen Zeile

2 Vc' = Cn - Cn-1 = (Uc+Vc)-((Uc-1)-(Vc-1))

oder

-2 Vc' = Cn - Cn-1 = (Uc-Vc)-((Uc-1)+(Vc-1))

Uc' und Vc' werden also aus zwei benachbarten Zeilen gemittelt. Wie man
leicht nachweisen kann, wird aber eine Phasenverschiebung von C durch dieses
Verfahren in einen Farbsättigungsfehler umgewandelt. Dieser ist weniger
störend als die von einem Phasenfehler hervorgerufenen Farbtonfehler.

Nach der Multiplikation mit der 0° Phase des Referenzfarbträgers erhält man U.
Die V-Komponente ergibt sich durch die Multiplikation mit der 90° bzw. 180°
Phase in Abhängigkeit von der Phasenlage von Vc.

Um die Farbwertsignale zu erhalten, ist noch folgende Transformation nötig:

R = Y + V
B = Y + U
G = 1,7*Y-0,51*R-0,19*B

Fehler bei der PAL-Decodierung eines verschlüsselten Syster-Signals

Das Systerverfahren beruht auf der scheinbar willkürlichen Verwürfelung
von kompletten Bildzeilen. Wird das verschlüsselte Bild mit einer
Framegrabberkarte aufgezeichnet, erfolgt die PAL-Decodierung vor der
Entschlüsselung. Es ergeben sich im wesentlichen zwei Fehler:

1. Bei der Rückgewinnung der U und V-Komponenten im Laufzeitdemodulator
werden die Farbkomponenten von nicht zusammengehörige Zeilen addiert
bzw. subtrahiert. Es entstehen Fehler in Betrag und Phase, die unter
Umständen sogar zur Auslöschung der Farbe führen können. Sie sind daher
auch durch nachtägliche rechnerische Bearbeitung der Farbkomponenten nicht
mehr zu korrigieren.

Wenn die Farb-Decodierung vor der Entschlüsselung des Bildes erfolgt, kann
man dieses Problem nur durch Abschaltung des Laufzeitdemodulators umgehen.
Nun werden allerdings eventuelle Farbtonfehler nicht mehr automatisch
korrigiert. Innerhalb der Framegrabber-IC BT848 kann der 'digitale
Laufzeitdemodulator' abgeschalten werden.

Man kann natürlich auch die Farbdecodierung durch Software nach der
Syster-Decodierung machen, daß wird dann aber seeeeeehr langsam.

2. Da innerhalb einer Zeile 283.75 Farbträgerschwingungen auftreten, ist die
Phase jeder Zeile gegenüber der vorhergenden um 90° verschoben. Das führt
zu massiven Farbtonfehlern. Daher stammen auch die typischen farbigen Streifen
im verschlüsselten Syster-Bild.

Der Burst wird im verschlüsselten Bild nicht getauscht (warum wohl ;-),
so daß die Referenzphase fehlerfrei zurückgewonnen werden kann. Wenn man mit
einer Framegrabberkarte die Bilder im YUV-Format abspeichert (je zwei Pixel
haben die selben Farbe U und V) kann man bei Kenntnis der Verschiebung
jeder einzelnen Zeile zwischen verschlüsselten und unverschlüsselten Bild
die ursprüngliche Phase rekonstruieren. Da die Phase der Farbkomponenten
immer um Vielfache von 90° gedreht ist, reduziert sich das Ganze auf richtiges
Vertauschung oder/und den Vorzeichenwechsel der U und V-Bytes. Wird nun noch
die YUV nach RGB-Konvertierung durch Software gemacht, braucht sich ein P200
nicht zu langweilen.

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