National Television Systems Commitee

Das National Television System Committee (NTSC) ist ein Farbübertragungssystem für Fernsehsignale, das in weiten Teilen Amerikas und einigen Ländern Ostasiens verwendet wird.

Geschichte

Das nationale Fernsehsystemskomitee wurde 1940 durch die Federal Communications Commission (FCC) (dt.: staatlicher Kommunikationsrat) ins Leben gerufen, um den zwischen den Firmen über einen landesweit einzuführendenen Fernsehstandard aufgeflammten Konflikt zu lösen. Im März 1941 veröffentlichte das Komitee einen technischen Standard für schwarz-weißes Fernsehen. Dieses basierte auf einem Vorschlag der Radio Manufacturers Association (RMA) (dt.: Verband der Radiohersteller) von 1936, das ein System mit 441 Zeilen vorschlug. Mit der Weiterentwicklung des Vestigial Sideband (dt.: Restseitenbandverfahren) zur Fernsehübertragung, welche die benötigte Bandbreite verringerte (so dass je Frequenzband mehr Sender untergebracht werden können), ergab sich eine Möglichkeit, auch die Bildauflösung zu verbessern. Das Komitee machte einen Kompromiss zwischen dem Wunsch der Radio Corporation of America (RCA), die mit dem NBC-Netz schon einen 441-Zeilen-Standard verwendeten, den alten Standard zu behalten und das Interesse von Philco an einer Auflösung von 600 bis 800 Zeilen, indem sie einen 525-zeiligen Standard festlegte.

Im Januar 1950 wurde das Komitee wieder einberufen um eine Entscheidung über das Farbfernsehen zu treffen. Im März 1953 stimmten die Mitglieder einstimmig dem heute allgemein unter dem Begriff NTSC bekannten Standard zu. Dieser neue Standard besaß allerdings volle Abwärtskompatibilität zum alten Schwarzweiß-Standard.

Das FCC stimmte Anfang 1950 kurzfristig einem anderen Farbfernsehstandard zu. Er wurde vom Columbia Broadcasting Inc. (CBS) entwickelt und war zum alten Schwarzweiß inkompatibel. Es benutze wechselnde Farbmischungen, reduzierte die Linienanzahl von 525 auf 405 und erhöhte die Rate der Einzelfelder von normalerweise 60 (in 2 Halbbildern zu effektiven 30 Fps) auf 144 (was aber durch 6 verschiedene Felder effektiv nur 24 Vollbilder ergab). Die Verzögerungstaktik der RCA verhinderte den Einsatz dieses Systems bis Mitte 1951 und die eigentliche Ausstrahlung mit diesem System lief nur ein paar Monate, bis die National Production Authority (NPA) (dt.: staatliche Produktionsaufsicht) das System verbot. Die meisten der bis dahin hergestellten Empfangsgeräte wurden danach verschrottet, heute existieren nur noch zwei Geräte. Offiziell abgeschafft wurde der Standard 1953 von der FCC und wurde noch im selben Jahr vom farbigen NTSC-Standard ersetzt, der unter Einbeziehung vieler Firmen, darunter RCA und Philco, entwickelt worden war. Eine Variante des CBS-Systems wurde später von der NASA verwendet, um die Bilder der Astronauten aus dem Weltraum zu übertragen.

Über ein drittes, zeilenwechselndes System der Color Television, Incorporated (CTI) wurde ebenfalls nachgedacht. Dementsprechend nannte man später das CBS-System feldwechselndes und das NTSC-Format punktwechselndes.

Die erste im freien Handel verfügbare NTSC-Farbkamera war die RCA TK-40A im März 1954, die später durch die verbesserte Version TK-41 ersetzt wurde. Diese wurde die am häufigsten verwendete Filmkamera der 60er-Jahre.

Der NTSC-Standard wurde dennoch trotz aller Bemühungen nur von wenigen Industriestaten neben den USA übernommen, vor allem Kanada und von Japan. Die Karte zeigt es deutlich. Europa hatte später einen grandiosen Streit zwischen SECAM und PAL hinter sich und war dadurch geteilt. Südamerika hat sich fast geschlossen für ein NTSC ähnliches PAL entschieden.

Technische Details

Das NTSC-Signal wird (anders als PAL) in allen Ländern, die es heute nutzen, mit identischem Bildformat benutzt: 525 Zeilen (davon maximal 486 sichtbar), Interlace, 29,97 Vollbilder pro Sekunde (ursprünglich 30 bei Schwarzweiß), Farbträger ca. 3,58 MHz, Tonträger 4,5 MHz, negative Amplitudenmodulation für das Bild, Frequenzmodulation für den Ton. Diese Eigenschaften alle zusammen genommen bezeichnet man vollständig als NTSC-M.

Im digitalen Bereich, zum Beispiel auf DVDs, bezeichnet NTSC nur mehr das Bildformat von 720 x 480 Bildpunkten bei 29,97 Vollbildern pro Sekunde. Die übrigen oben aufgezählten Eigenschaften sind für digitale Signale nicht mehr relevant.

Bildwiederholrate

Der NTSC-Standard, oder korrekterweise M-Standard, besteht aus 29,97 Vollbildern pro Sekunde. Jedes Bild besteht aus 486 sichtbaren Zeilen (von denen heute oft nur noch 480 genutzt werden). Die restlichen zu 525 fehlenden Zeilen werden für die Synchronisation, Rekonstruktion des Bildes und andere Daten wie Untertitel verwendet. Das NTSC-System setzt die Bilder aus zwei Halbbildern zusammen, indem es jeweils eine ungerade Zeile und eine gerade Zeile abwechselnd in ein Feld schreibt. Damit wird ein mit 59.94 Hertz (meistens 60 Hz) schwingendes, nahezu flimmerfreies Bild erzeugt. Die 625-zeiligen Formate PAL und SECAM, die beide mit lediglich 50 Hz arbeiten, sind für Bildflimmern etwas anfälliger. Das Zusammensetzen der Bilder macht die Videobearbeitung etwas komplizierter, was aber für alle derartigen Videoformate, also auch PAL und SECAM, gilt.

Die NTSC-Bildwiederholungsrate lief anfangs, in Anlehnung an das in den USA übliche Wechselstromnetz, mit genau 60 Hz. Es war günstiger, die Bildwiederholrate an die Frequenz der Energiequelle anzupassen, da sonst in der Nähe starker Stromquellen laufende Balken auf dem Bildschirm sichtbar wären. Die Angleichung der Wiederholrate an die Stromversorgung war außerdem für die frühen Liveübertragungen hilfreich: Es war so sehr einfach, die Kamera dazu zu bringen ein Bild zu speichern, wenn man die Wechselspannung als Blendenauslöser verwendete. Im Farbsystem wurde die Wiederholrate dann leicht nach unten auf 59,94 Hz abgesenkt.

Die unterschiedliche Bildwiederholrate zwischen NTSC und den anderen beiden Bildformaten, PAL und SECAM, ist das größte Hindernis bei einer Videoumwandlung. Da die Bildwiederholrate von NTSC höher ist, ist es für die Videobearbeitungsgeräte nötig, bei Umwandlung in NTSC die fehlenden Bilder aus benachbarten Bildern zusammenzurechnen. Dies erzeugt Artefakte, die ein geübtes Auge schnell als umgewandelte Videodateien erkennen kann.

Farbkodierung

Für die Abwärtskompatibilität zum Schwarzweißfernsehen benutzt das NTSC-Format (für schwarzweiß ist NTSC auch offiziell richtig) ein Helligkeits- und ein Farbstärkesystem. Diese Zusammensetzung wurde 1938 von Georges Valensi erfunden. Das Helligkeitssystem ist im Grunde genommen das alte Schwarzweißsystem, wohingegen das Farbstärkesystem die eigentlichen Farbinformationen enthält: Es benutzt für die Farbübertragung der Farbdifferenzsignale (YIQ, Rot minus Helligkeit und Blau minus Helligkeit) die Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM). Dies erlaubte es den alten Schwarzweißempfängern, das Farbformat darzustellen, indem sie die Farbinformationen einfach ignorierten. Im NTSC wird das Farbsignal in zwei Vierphasensignalen gesendet (I und Q).

Um die Farbgebung einzubauen, moduliert das NTSC-Format die Farbinformationen in eine Trägerwelle mit einer Frequenz von 3,579545 MHz (also genau 315/88). Die Trägerwelle selbst wird während der Übertragung unterdrückt, aber sie wird durch das Senden eines sinusförmigen Resonanzsignals synchronisiert, welches man colorburst nennt. Es befindet sich am Anfang jeder Bildzeile, in eigentlich ungenutzten Takten zwischen dem waagerechten Synchronisierungsimpuls und dem eigentlichen Start der Bildzeile. Der Colorburst selbst besteht aus acht bis zehn Takten der unmodulierten Trägerwelle mit 180° Polarisation. Die Farbinformationen werden dann an den farbigen Stellen der Bildzeile eingefügt. Wenn das Signal korrekt entschlüsselt worden ist, legt die Amplitude der Trägerwelle mit der Polarisation in Verhältnis zum Colorburst die korrekte Farbe fest.

Da bei der QAM der Träger unterdrückt ist, dieser für die Demodulation aber benötigt wird, generiert man ihn in einem Quarz-Oszillator im Empfänger neu, wobei dieser von dem Burst synchronisiert wird, von welchem pro Fernsehbildzeile einige wenige Perioden auf der hinteren Schwarzschulter des FBAS-Signals übertragen werden.

Das Hinzufügen dieser Trägerwelle war der Grund für die leichte Anpassung der Bildwiederholrate, denn wenn NTSC über das VHF- oder UHF-Band gesendet wird, so ist das zugehörige Audiosignal genau 4,5 MHz höher. Kommt es nun zu einer leichten Signalstörung, die in vielen Empfängern leicht auftreten kann, könnte die bei 3,58 MHz liegende Bildträgerwelle leicht durch die Audiowelle gestört werden, die ein Punktemuster auf den Bildschirm zeichnet. Die Anpassung der Bildrate sorgte dafür, dass möglicherweise auftretende Störungen sich nicht bemerkbar machen würden.

Wählbarer Zugriff

Analoges und digitales NTSC besitzen verschiedene Zugangsmethoden zum System, die für Pay Per View (PPV) und andere kundenbezogene Dienstleistungen verwendet werden können.

Gebräuchlich in den Systemen Nordamerikas Motorola (GI):

Videocipher I (analog, nicht weiter benutzt)
Videocipher II (noch in Gebrauch)
Digicipher II (digital, weiteste Verbreitung)

Farbfehler

Stellt man sich die Modulation im Zeigerdiagramm vor, so steckt beim jeweiligen Zeiger in der Phase der Farbton, in der Länge des Zeigers die Farbsättigung. Phasenverschiebungen, die in der gesamten Übertragungskette auftreten können (vor allem beim herkömmlichen terrestrischen Empfang, weniger über Kabel oder Satellit), wirken sich dadurch als Farbtonfehler aus. Dieser lässt sich im Prinzip nicht automatisch korrigieren. Fernsehgeräte mit NTSC-Farbteil haben deshalb traditionell gegenüber PAL-Geräten eine zusätzliche Einstellmöglichkeit, den Farbtonregler (engl. "hue control" oder "tint control").

Die meisten neueren Geräte haben allerdings doch Schaltkreise zur automatischen Regelung des Farbtons. Dabei wird vor allem eine Natürlichkeit von Haut- und Gesichtsfarben angestrebt, da Fehler in diesem Bereich am stärksten auffallen. Um dies zu erreichen, werden mit dem Vertical-Interval-Reference-Verfahren (VIR) einige Referenzwerte (schwarz, 50 % grau und "Hautfarben") in Bildzeile 19 übertragen. Da diese Referenzwerte als normaler Bildinhalt (aber noch unsichtbar im oberen Bildrand) gesendet werden, ist die Kompatibilität zu alten Empfängern gewährleistet.

Aufgrund der oft auffallenden Farbfehler beim NTSC-Verfahren existiert eine scherzhafte Deutung der Abkürzung NTSC, die entweder als "Never The Same Color" oder "Never twice the same color" geläufig ist. Dies heißt soviel wie "Niemals (zweimal) die selbe Farbe", womit spöttisch auf die Problematik hingewiesen wird, dass selbst bei geringsten Übertragungsfehlern – besonders im Farbbereich von Gesichtsfarben – sichtbare bis störende Verfärbungen ausgelöst werden.