NTSC、PAL、SECAM三大制式简介

NTSC、PAL、SECAM三大制式简介
作者：佚名厚朴教育来源：本站原创点击数：4320 更新时间：2009-12-10
NTSC、PAL和SECAM是全球三大主要的电视广播制式，这三种制式是不能互相兼容的，例如在PAL制式的电视上播放NTSC的视频，则影像画面将不能正常显示。

下面分别对这三种制式进行简要介绍。

NTSC、PAL、SECAM三大制式采用区域分布图
一、NTSC（National Televison System Committee）制式
NTSC制式，又简称为N制，是1952年12月由美国国家电视标准委员会（National Television Syste m Committee，缩写为NTSC）制定的彩色电视广播标准，属于同时制，帧率为每秒29.97fps，扫描线为5 25，隔行扫描，画面比例为4:3，分辨率为720x480。

这种制式的色度信号调制包括了平衡调制和正交调制两种，解决了彩色黑白电视广播兼容问题，但存在相位容易失真、色彩不太稳定的问题，需要色彩控制（t int control）来手动调节颜色，这是NTSC的最大缺点之一。

美国、加拿大、墨西哥等大部分美洲国家以及日本、台湾、韩国、菲律宾等均采用这种制式，香港部份电视公司也采用NTSC制式广播，其中两大主要分支是NTSC-US（又名NTSC-U/C）与NTSC-J。

二、SECAM（Se'quential Co'uleur A Me'moire）制式
SECAM制式，又称塞康制，法文全名“Séquential Couleur Avec Mémoire”，意为“按顺序传送彩色与存储”，1966年法国研制成功，它属于同时顺序制，帧率每秒25帧，扫描线625行，隔行扫描，画面比例4:3，分辨率720x576。

在信号传输过程中，亮度信号每行传送，而两个色差信号则逐行依次传送，即用行错开传输时间的办法来避免同时传输时所产生的串色以及由其造成的彩色失真。

SECAM制式特点是不怕干扰，
彩色效果好，但兼容性差。

采用SECAM制的国家主要为大部分独联体国家（如俄罗斯）、法国、埃及以及非洲的一些法语系国家等等。

三、PAL（Phase Alternative Line）制式
PAL制式，又称帕尔制，英文全名“Phase Alternating Line”，意为“逐行倒相”，在1967年由当时任职于德律风根（Telefunken）公司的德国人沃尔特·布鲁赫（Walter Bruch）提出，也属于同时制，帧率每秒2 5帧，扫描线625行，隔行扫描，画面比例4:3，分辨率720x576。

PAL发明的原意是要在兼容原有黑白电视广播格式的情况下加入彩色信号时，为克服NTSC制相位敏感造成色彩失真的缺点，在综合NTSC制的技术成就基础上研制出来的一种改进方案。

所谓“逐行倒相”是指每行扫描线的彩色信号跟上一行倒相，其作用是自动改正在传播中可能出现的错相。

PAL采用逐行倒相正交平衡调幅技术方法，对同时传送的两个色差信号中的一个色差信号采用逐行倒相，另一个色差信号进行正交调制方式。

这样，如果在信号传输过程中发生相位失真，则会由于相邻两行信号的相位相反起到互相补尝作用，从而有效地克服了因相位失真而起的色彩变化。

因此，PAL制对相位失真不敏感，图像彩色误差较小，与黑白电视的兼容也好。

早期的PAL电视机没有特别的组件改正错相，严重的错相产生时通过肉眼都能明显看到，后期改进的电视把上行的色彩信号跟下一行的平均起来才显示，虽然这样PAL的垂直色彩分辨率会低于NTSC ，但由于人眼对色彩的灵敏不及对光暗，因此并不明显。

英国、香港、澳门使用的是PAL-I。

中国大陆使用的是PAL-D、新加坡使用的是PAL B/G或D/K。

Ⅰ．PAL制式的细分格式
PAL本身是一种彩色电视广播标准，经常被配以625线，每秒25帧画面，隔行扫描的电视广播格式。

PA L制式中根据不同的参数细节，又可以进一步划分为如B、D、G、H、I、N等制式，例如PAL-D制就是我国大陆采用的制式。

也有某些PAL是配以其他分辨率的格式，例如巴西使用的M广播格式为525线，2 9.97帧（与NTSC格式一样），用NTSC彩色副载波，但巴西是使用PAL彩色调频的。

现在大部分的PA L电视机都能收看以上所有不同系统格式的PAL。

很多PAL电视机更能同时收看基频的NTSC-M（例如电视游戏机、录影机等等的NTSC信号），但是却不一定可以接收NTSC广播。

当视频信号是以基频传送（例如电视游戏机、录影机等等）时，以及对于数字视频（DVD、数字电视等）的情况，各种以“字母”细分广播格式就没有具体分别了，在这种情况下，“PAL”被用来泛指625条扫
描线，每秒25帧，隔行扫描，PAL色彩调频的电视制式（即是说PAL的广义泛指概念包含了PAL和SE CAM两种制式中的所有细分格式）。

Ⅱ．在PAL制式下播放电影
视频图像PAL制式每秒50场，NTSC制是每秒60场，由于当时的电视都是隔行扫描，通过奇偶两场组成一幅完整帧，所以可以大概认为PAL制每秒25个完整视频帧，NTSC制30个完整视频帧。

而电影放映的时候都是每秒24个胶片帧，由于帧率的差别，因此要在PAL或者NTSC制式的电视上播放电影，通常需要做一些特别处理，具体又可分为视频和音频两部分处理：
首先关于视频，NTSC每秒有30帧，与电影的24帧/秒差别太大，因此必须通过“2:3 Pull-Up”等办法把24个电影帧转成30个视频帧，这30个视频帧里所包含的内容和24个电影帧是相等的，所以NTSC的播放速度和电影一样。

而PAL和电影每秒只差1帧，所以以前一般来说就直接一帧对一帧进行制作，没有经过任何处理直接被装载到DVD中去，这样PAL每秒会比电影多放一帧，因此其播放速度比电影院内或NTSC制式电视广播加快了1/24≈4%。

所以，对于同一部电影来说，PAL制的DVD会比NTSC制的同一部片子快1/24（时间换算公式：NTSC时间×24 ÷25 = PAL时间）。

例如一部100分钟的电影，在NTSC上播放还是100分钟，而放在PAL上播放就变成96分钟了。

为了获得跟电影一样的播放速度，也有一些PAL制DVD采用了24+1的制作方法，也就是把24帧中的其中一帧重复一次，确保每秒25帧的帧率。

其次关于音频，由于PAL制的视频比原始影片短，所以为了使声音与视频同步，声音也必须变短。

那声音怎样变短呢？自然是加快声音的播放速度了，效果可以类比磁带快放，这样做的结果就是声音的声调会变高。

PAL的音频就是这样一个“快放”的过程，虽然这个声音速度的变化只有4%，音调失真不会特别严重，但若不对声音的音调进行调校补偿，细心聆听下仍会发现音乐变高了一个半音。

可见在PAL制下播放电影在视频和音频上都不完美，这也是一些DVD爱好者不喜欢PAL制DV D的原因之一。

ITU BT 601建议及与ITU BT656 的区别
1、ITU-R BT.601介绍
1982年CCIR(International Radio Consultative Committee国际无线电咨询委员会)制定了彩色视频数字化标准，称为CCIR 601标准，现改为ITU-R BT.601标准（601-4:1994.7. / 601-5:1995.10）。

该标准规定了彩色视频转换成数字图像时使用的采样频率，RGB和YCbCr两个彩色空间之间的转换关系等。

其中的ITU = International Telecommunication Union(联合国)国际电信联盟，R = Radiocommunication Sector无线电部，BT = Broadcasting service (television)广播服务(电视)。

为了便于国际间的节目交换，为消除数字设备之间的制式差别,和为625行电视系统与525行电视系统之间兼容，向着数字电视广播系统参数统一化、标准化迈出，在1982年2月国际无线电咨询委员会(CCIR)第15次全会上，通过了601号建议，确定以分量编码为基础, 即以亮度分量Y、和两个色差分量R-Y、B-Y 为基础进行编码,作为电视演播室数字编码的国际标准,601号建议单独规定了电视演播室的编码标准。

该标准规定:
(1).不管是PAL制，还是NTSC制电视,Y、R-Y、B-Y三分量的抽样频率分别为13.5MHz、6.75MHz、6.75MHz。

(2). 抽样后采用线性量化，每个样点的量化比特数用于演播室为10bit, 用于传输为8bit。

(3). Y、R-Y、B-Y三分量样点之间比例为4:2: 2。

在1983年9月召开的国际无线电咨询委员会(CCIR)中期会议上，又作了三点补充：
(1). 明确规定编码信号是经过γ预校正的Y、(R-Y)、B-Y)信号；
(2). 相应于量化级0和255的码字专用于同步，l到254的量化级用于视频信号;
(3). 进一步明确了模拟与数字行的对应关系，并规定从数字有效行末尾至基准时间样点的间隔，对525行、60场／秒制式来说为16个样点，对625行、50场/秒制式则为12 个样点。

不论625行／50场或525行／60场，其数字有效行的亮度样点数都是720，色差信号的样点数均是360，这是为了便于制式转换。

若亮度样点数被2除，就得到色差信号的数据。

关于4:2:2的含义
亮度信号的抽样频率为13.5MHz，每个色差信号的抽样频率为6.75MHz，其抽样频率之比为4∶2∶2，或者说，每数字有效行亮度信号的取样点数是720个，每个色差信号的取样点数是360个，其取样点数之比也为4∶2∶2，这就是数字分量编码的4∶2∶2标准，也称为4∶2∶2格式，用作演播室数字设备及其联接或国际节目交换时的数字化标准。

为了保证信号的同步，采样频率必须是电视信号行频的倍数。

CCIR为NTSC、PAL和SECAM制式制定的共同的电视图像采样标准：
f s＝13.5MHz
这个采样频率正好是PAL、SECAM制行频的864倍，NTSC制行频的858倍，可以保证采样时采样时钟与行同步信号同步。

对于4:2:2的采样格式，亮度信号用13.5MHz频率采样，两个色差信号分别用f s／2＝6.75MHz的频率采样。

除了标准的4:2:2格式之外，还有将色差信号的抽样频率取为3.375MHz的较低标准的4:1:1和4:2:0格式。

另外还有为适合更高图像质量要求而将色差信号抽样频率取为13.5MHz的更高标准的4:4:4格式。

1.2 分辨率
根据采样频率，可算出对于PAL和SECAM制式，每一扫描行采样864个样本点；对于NTSC制则是858个样本点。

由于电视信号中每一行都包括一定的同步信号和回扫信号，故有效的图像信号样本点并没有那么多，CCIR 601规定对所有的制式，其每一行的有效样本点数为720点。

由于不同的制式其每帧的有效行数不同（PAL和SECAM制为576行，NTSC制为480行），CCIR 定义720×484为高清晰度电视HDTV （High Definition TV）的基本标准。

实际计算机显示数字视频时，通常采用下表的参数：
1.3 数据量
CCIR 601规定，每个样本点都按8位数字化，也即有256个等级。

但实际上亮度信号占220级，色度信号占225级，其它位作同步、编码等控制用。

如果按f s 的采样率、4：2：2的格式采样，则数字视频的数据量为：
13.5(MHz)×8(bit)＋2×6.75(MHz)×8(bit) = 27Mbyte / s
不同色度采样格式和不同分辨率下的码率和最小压缩比计算如下：
a) 4:2:2格式
SDTV像素速率为：(720×576＋2×360×576)×25 =(720×480＋2×360×480)×30 =20.736兆像素/秒码率=20.736兆像素/秒×8bit=165.888Mbps
Main Level视频格式中最高传输码率为15Mbps,则最小压缩比=165.888Mbps/15Mbps=11.06。

窄屏HDTV像素速率为：(1440×1152＋2×720×1152)×25=(1440×960＋2×720×960)×30=82.944兆像素/秒
码率=82.944兆像素/秒×8bit=663.552Mbps。

High-1440 Level的最高传输码率为60Mbps，则最小压缩比=663.552Mbps/60Mbps=11.06
宽屏HDTV像素速率为：(1920×1152＋2×960×1152)×25=(1920×960＋2×960×960)×30=110.592兆像素/秒
码率=110.592兆像素/秒×8bit=884.736Mbps
High Level的最高传输码率为80Mbps,则最小压缩比=884.736Mbps/80Mbps=11.06
因为人眼对色度清晰度不太敏感，为了降低码率可采用4:2:0格式，这时各视频格式的码率及最小压缩比：
SDTV像素速率为：(720×576＋2×360×288)×25 =(720×480＋2×360×240)×30=15.552兆像素/秒码率=15.552兆像素/秒×8bit=124.416Mbps
压缩比=124.416Mbps/15Mbps=8.29
窄屏HDTV像素速率为：(1440×1152＋2×720×576)×25=(1440×960＋2×720×480)×30=62.208兆像素/秒
码率=62.208兆像素/秒×8bit=497.644Mbps
压缩比=497.664Mbps/60Mbps=8.29
宽屏HDTV像素速率为：(1920×1152＋2×960×576)×25=(1920×960＋2×960×480)×30=82.944兆像素/秒
码率=82.944兆像素/秒×8bit=663.552Mbps
压缩比=663.552Mbps/80mbps=8.29
601规定了取样频率与取样结构:
例如：在4：2：2等级的编码中，规定亮度信号和色差信号的取样频率分别为13.5MHZ和6.75MHZ，取样结构为正交结构,即按行、场、帧重复,每行中的R-Y和B-Y取样与奇次(1,3,5……)Y的取样同位置，即取样结构是固定的，取样点在电视屏幕上的相对位置不变。

它规定了编码方式。

对亮度信号和两个色差信号进行线性PCM编码，每个取样点取8比特量化。

同时，规定在数字编码时，不使用A/D转换的整个动态范围，只给亮度信号分配220个量化级，黑电平对应于量化级16，白电平对应于量化级235。

为每个色差信号分配224个量化级，色差信号的零电平对应于量化级128。

综上所述，我们知道，分量信号的编码数据流是很高的。

以4：2：2编码标准为例，其比特流为：
13.5×8+6.75×8×2=216Mb/S。

若采用4：4：4编码方式，即对复合信号直接编码，其抽样频率取为
13.3×8=106.4 Mb/S
2、ITU-R BT.601与ITU-R BT.656的区别
关于这两种信号的区别：
ITU-R BT 601: 16位数据传输；21芯；Y、U、V信号同时传输，最后更新的文档代号为：ITU-R BT.601-5。

ITU-R BT 656: 9芯，不需要同步信号；8位数据传输；串行视频传输；传输速率是601的2倍；先传Y，后传UV。

656输出的是串行数据，行场同步信号嵌入在数据流中601是并行数据，行场同步有单独输出。

最后更新的文档代号为：ITU-R BT.656-4。

656只是数据传输接口而已，可以说是作为601的一个传输方式。

简单的说ITU-R BT.601是"演播室数字电视编码参数"标准,而ITU-R BT.656 则是ITU-R BT.601附件A中的数字接口标准,用于主要数字视频设备(包括芯片)之间采用27Mhz/s并口或243Mb/s串行接口的数字传输接口标准。

ITU-R BT 656:
9芯，不需要同步信号；8位数据传输；串行视频传输；传输速率是601的2倍；先传Y，后传UV。

656
输出的是串行数据，行场同步信号嵌入在数据流中
601是并行数据，行场同步有单独输出;
656只是数据传输接口而已，可以说是作为601的一个传输方式。

简单的说ITU-R
BT.601是"演播室数字电视编码参数"标准,而ITU-R BT.656 则是ITU-R
BT.601附件A中的数字接口标准,用于主要数字视频设备(包括芯
片)之间采用27Mhz/s并口或243Mb/s串行接口的数字传输接口标准.
CCIR601号建议的制定，是向着数字电视广播系统参数统一化、标准化迈出
的第一步。

在该建议中，规定了625和525行系统电视中心演播室数字编码的基
本参数值。

601号建议单独规定了电视演播室的编码标准。

它对彩色电视信号的编
码方式、取样频率、取样结构都作了明确的规定。

规定彩色电视信号采用分量编码。

所谓分量编码就是彩色全电视信号在转换成数字形式之前，先被分离成亮度信号和色差信号，然后对它们分别
进行编码。

分量信号（Y、B -- Y、R -- Y）被分别编码后，再合成数字信号。

它规定了取样频率与取样结构。

例如：在4：2：2等级的编码中，规定亮
度信号和色差信号的取样频率分别为13.5MHZ和6.75MHZ
,取样结构为正交结构,即按行、场、帧重复,每行中的R-Y和B-Y取样与奇次(1,3,5……)Y的取样同位置，即取样结构是固定的，取样点在电视屏幕上的相对位置不变。

它规定了编码方式。

对亮度信号和两个色差信号进行线性PCM编码，每个取样点取8比特量化。

同时，规定在数字编码时，不使用A/D转换的整个动态范围，只给亮度信号分配220个量化级，黑电平对应于量化级16，白电平对应于量化级235。

为每个色差信号分配224个量化级，色差信号的零电平对应于量化级128。

综上所述，我们知道，分量信号的编码数据流是很高的。

以4：2：2编码标准为例，其比特流为：
13.5×8+6.75×8×2=216Mb/S。

若采用4：4：4编码方式，即对复合信号直接编码，其抽样频率取为13.3×8=106.4
Mb/S。