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PAL ist eine vor allem in Europa gebräuchliche analoge Fernsehnorm zur Farbübertragung. Ferner wird PAL in Australien und den meisten afrikanischen und asiatischen Ländern (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 Signalübertragung wurden dabei vom NTSC-System übernommen.
Hinweis: Oft wird mit PAL die Übertragung von Bildern mit 625 Zeilen/50 Halbbilder bezeichnet. Technisch ist das verwirrend und spätestens bei PAL-M (PAL60), was in einigen Ländern verwendet wird, vollkommen falsch.
Die Abkürzung PAL bedeutet Phase Alternating Line, was sich darauf bezieht, dass die Phase des Rot-Differenzsignals von Zeile zu Zeile invertiert wird. Im Empfänger werden, im Gegensatz zu NTSC, Farbtonfehler (die in diesen Systemen den häufig auftretenden elektrischen Phasenfehlern entsprechen) durch Mittelwertbildung über je zwei Zeilen automatisch kompensiert, wenn die Farbe und der Farbtonfehler zwischen beiden Zeilen konstant sind, und in einen geringen Farbsättigungsfehler umgewandelt. Farbsättigungsfehler fallen dem menschlichen Auge wesentlich weniger auf als Farbtonfehler. Dies ist der entscheidende Vorteil des PAL-Verfahrens gegenüber NTSC. Andererseits ist PAL dadurch technisch komplizierter zu realisieren als NTSC -- z.B. ist eine Verzögerungsleitung von ca. 64 µs notwendig, zur Zeit der Einführung 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 auffälliger und schlechter filterbar als bei NTSC, sodass bei hochwertigen, phasenfesten Übertragungswegen -- etwa Kabelfernsehen, Satellitenfernsehen, Videospiele, Videorecorder etc. -- NTSC als überlegen gelten muss.
PAL benutzt für 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 Träger unterdrückt ist, dieser für die Demodulation aber benötigt wird, wird er im Empfänger 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 übertragen werden, synchronisiert wird.
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Stellt man sich die Modulation im Zeigerdiagramm vor, so steckt beim jeweiligen Zeiger in der Phase (Richtung) die Farbart (der Farbton), in der Länge des Zeigers der Farbkontrast (die Farbsättigung). Treten Phasenfehler auf, würden diese sich bei einer einfachen Demodulation wie bei NTSC als Farbtonfehler zeigen. Jedoch wird bei PAL in jeder zweiten Zeile der Träger der Rotkomponente um 180 Grad gedreht. Bei der Demodulation wird dieser entsprechend wieder zurückgedreht. Ein eventuell aufgetretener Phasenfehler wird mitgedreht und mittelt sich über zwei aufeinanderfolgende Zeilen aus.
Dabei geht man davon aus, dass sich von Zeile zu Zeile die Farbinformation nur wenig ändert und der zu verdeckende Farbfehler sich ebenfalls von Zeile zu Zeile wenig ändert.
Über diesen Voraussetzungen wird der Farbtonfehler 1. Ordnung in einen Farbsättigungsfehler 2. Ordnung umgewandelt, der vom Auge wesentlich schwieriger wahrzunehmen und daher vernachlässigbar ist.
Da zur Dekodierung des PAL-Signals jeweils die Information der aktuellen sowie der vorherigen Zeile benötigt werden, durchläuft das eingehende PAL-Signal im Empfänger eine Verzögerungsleitung mit einer Laufzeit knapp der Länge einer Fernsehzeile (63,943 μs) 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:
Für die Grundlagen der Farbübertragung siehe ebenda. Siehe auch: Fernsehsignal.
Zum Verständnis der PAL-Farbträgerfrequenzwahl wird zuerst die einfachere Wahl bei NTSC erklärt:
Die Farbträgerfrequenz wurde so gelegt, dass das durch sie hervorgerufene Stör-Moire (vor allem auf den bereits existierenden Schwarz-Weiß-Empfängern) möglichst unauffällig ist und gleichzeitig feinstrukturierte Helligkeitsinformationen (feinkarierte Hemden im Bild u.ä.) möglich wenig störende Farbbilder verursachen. Zugleich darf jedoch auch das Tonsignal nicht gestört werden.
Dazu wird:
Das ergibt dann 4,5 MHz / 286 * 227,5 Perioden = 3,57954545 MHz für den Farbträger bei der NTSC-Farbmodulation. Es werden etwa 1,3 MHz des unteren Seitenbandes und 0,4 MHz des oberen Seitenbandes davon übertragen. Durch die Natur des Farbsignals treten dabei ganz bestimmte Frequenzen in diesen Seitenbändern wesentlich stärker auf als andere; im Empfänger genügt es diese Frequenzen aus dem Schwarz-Weiß-Bild wieder "herauszufischen", um eine ziemlich saubere Trennung von Helligkeits- und Farbinformation zu erreichen.
Die Farbträgerfrequenz wurde so gelegt, dass das durch sie hervorgerufene Stör-Moire möglichst unauffällig ist und gleichzeitig feinstrukturierte Helligkeitsinformationen möglich wenig störende Farbbilder verursachen.
Dazu wird:
Das ergibt dann 15625 Hz * 283,75 Perioden + 25 Hz = 4,43361875 MHz für den Farbträger bei der PAL-Farbmodulation. Es werden etwa 1,3 MHz des unteren Seitenbandes und 0,65 MHz des oberen Seitenbandes davon übertragen. Die Farbträgerfrequenz wird üblicherweise im Empfangsgerät 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 Fernsehgerät eine stabile, hochkonstante Referenzfrequenz zur Verfügung.
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 Störunterdrückung des Farbträgers (Trägerfrequenz ist das 281,78fache der Zeilenfrequenz, was nicht mehr halbzahlig ist) ist dann allerdings nicht mehr optimal.
Die Mittelung von benachbarten Zeilen bei der Dekodierung ist bei PAL, im Gegensatz zu SECAM, nicht prinzipiell notwendig. Man kann jede Zeile auch für sich unabhängig 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 häufig antrifft) problemlos durch das menschliche Auge übernommen. 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 Beschränkung auf 1,3 MHz Bandbreite mehr. Leider wird davon kaum Gebrauch gemacht.
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 zugänglich, kann aber bei der ITU gekauft werden.
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 Abspielgerät 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, nämlich die Auflösung von 480 Zeilen je Vollbild bei entweder 29,97 oder (für Spielfilme) 23,976 Vollbildern pro Sekunde. Fast alle PAL-DVD-Player können jedoch auch hieraus ein PAL-60 genanntes PAL-ähnliches Signal erzeugen, mit dem fast alle neueren PAL-Fernsehgeräte problemlos zurechtkommen.
Zusätzlich 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 Farbunterträgerfrequenz 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 Geräten benutzt. Digitale Fernsehgeräte arbeiten hier häufig mit 7- oder 8-Bit Abtastwerten, bessere Geräte verwenden bis zu 10 Bit. Frühe digitale Videorekorder (zum Beispiel d2) nutzten ebenfalls dieses Verfahren.
