NTSC

Das National Television Systems Committee (NTSC) ist eine US-amerikanische Institution, die das erste Farbübertragungssystem für Fernsehsignale festlegte, das in weiten Teilen Amerikas und einigen Ländern Ostasiens verwendet wird. Der Begriff setzte sich später als Bezeichnung für dieses Fernsehsystem als solches durch.

Technische Details

Das NTSC-Signal wird (anders als bei 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. Lediglich Japan verwendet eine minimal abweichende Norm mit einem leicht anderen Schwarzpegel; durch Verstellung des Helligkeits-Reglers am Empfänger kann dieser Unterschied aber bei allen NTSC-Empfangsgeräten ausgeglichen werden.

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. Das Seitenverhältnis ist 4:3, die Auflösung entspricht 3:2.

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 und eine gerade Zeile abwechselnd in ein Feld schreibt. Damit wird ein mit 59,94 Hz (beim ursprünglichen Schwarzweißsystem 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 zwar etwas komplizierter, was aber für alle derartigen Videoformate, also auch für PAL und SECAM, gilt.

Die NTSC-Bildwiederholrate 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 oder im Licht von Leuchtstoffröhren laufende Balken auf dem Bildschirm sichtbar gewesen wären. Die Angleichung der Wiederholrate an die Stromversorgung war außerdem für die frühen Liveübertragungen hilfreich: Es war dadurch sehr einfach, die Kamera dazu zu bringen, ein Bild zu speichern, indem man die Wechselspannung als Blendenauslöser verwendete. Im Farbsystem wurde die Wiederholrate dann leicht nach unten auf 59,94 Hz (genauer: 60000 Halbbilder je 1001 s) abgesenkt, da sich so gewisse Interferenzen zwischen Farbträger und Tonträger verringern lassen (Bildfrequenz = 59,94005994… Hz, Zeilenfrequenz = 262,5 * Bildfrequenz = 15.734,265734… Hz, Farbträgerfrequenz = 227,5 * Zeilenfrequenz = 3.579.545,454… Hz, Tonträgerfrequenz = 286 * Zeilenfrequenz = 4.500.000,000 Hz: Farbträger und Tonträger unterscheiden sich um ein halbzahliges Vielfaches der Zeilenfrequenz).

Die unterschiedliche Bildwiederholrate zwischen NTSC und den anderen beiden Bildformaten PAL und SECAM ist das größte Ärgernis bei einer Videoumwandlung. Häufig erfolgt das Umwandeln durch das Weglassen bzw. Wiederholen von Frames oder Fields, was das bekannte Ruckeln bei Schwenks auslöst. Hochwertige und teure Wandler setzen auf Objektverfolgung und Interpolation der Bilder aus benachbarten Bildern. Diese Technik wurde erstmals 1994 zur Fußball-WM in größerem Maße eingesetzt – damals war das ziemlich aufwendig. Obwohl diese Technik mittlerweile Stand der Technik ist (jeder 100 Hz-TFT-Fernseher hat so etwas in leicht vereinfachter Form), ist es trotzdem heutzutage immer noch usus, die alte ruckelnde Wandlungsmethode zu verwenden.

Telecine

Kinofilme werden seit den 1920er Jahren weltweit mit 24 Vollbildern pro Sekunde gedreht, was weder der PAL- noch der NTSC-Norm entspricht. Daraus ergibt sich ein Problem, wenn solche Filme im Fernsehen gezeigt werden sollen. Während man bei PAL (25 Bilder pro Sekunde) den Film einfach 4 % schneller abspielen kann, was noch nicht sehr auffällt, müsste man bei NTSC (ca. 30 Bilder pro Sekunde) den Film 25 % schneller abspielen, was schon sehr stark auffallen würde. Stattdessen werden hier je 4 Bilder in je 5 Bilder mittels des 3:2-Pull-Down Telecine-Verfahrens umgewandelt. Telecine zieht diverse technische Schwierigkeiten nach sich, wenn es mittels Inverse Telecine (zur Aufzeichnung oder zum Abspielen auf einem Nicht-Standard-Röhren-Fernsehgerät wie LCD, Plasma, 100-Hz-Röhre, etc.) wieder rückgängig gemacht werden muss.

Farbkodierung

Für die Abwärtskompatibilität zum Schwarzweiß-Fernsehen benutzt das NTSC-Format ein Helligkeits- und ein Farbsystem, die getrennt übertragen werden. Diese Zusammensetzung wurde 1938 von Georges Valensi erfunden. Das Helligkeitssystem ist im Grunde genommen das alte Schwarzweißsystem, wohingegen das Farbsystem die eigentlichen Farbinformationen enthält: Es benutzt für die Farbübertragung zwei Farbdifferenzsignale nach dem YUV-Modell1. Das erlaubt es den alten Schwarzweiß-Empfängern, Farbsendungen darzustellen, indem sie die Farbinformationen einfach ignorierten.

Zur Übertragung im FBAS-Videosignal moduliert das NTSC-Format die Farbinformationen auf eine Trägerwelle, auch Farbträger oder Farbhilfsträger genannt, mit einer Frequenz von 3,579545 MHz.

Die Modulationsart ist eine QAM- Restseitenbandmodulation (Siehe SSB, PAL), mit dem sich beide Farbdifferenzsignale gleichzeitig übertragen lassen.

Die Trägerwelle selbst wird während der Übertragung aus Effizienzgründen unterdrückt, und später bei der (QAM-)Demodulation im Empfänger wieder rekonstruiert. Dazu verwendet man ein kurzes Referenzsignal, ein „Paket“ von Sinusschwingungen der gleichen Frequenz und Phasenlage, welches man Colorburst oder kurz Burst nennt. Es befindet sich am Anfang jeder Bildzeile im eigentlich ungenutzten Raum zwischen dem waagerechten (Horizontal-)Synchronisierungsimpuls und dem Start des sichtbaren Bildinhalts (also in der hinteren Schwarzschulter). Der Colorburst selbst besteht aus acht bis zehn Takten der unmodulierten Trägerwelle mit 180° Phasenlage als Referenz. Zur Rekonstruktion des Farbträgers wird ein in engen Grenzen abstimmbarer (Quarz-)Oszillator mit einem Phasenregelkreis (PLL) auf den Colorburst synchronisiert.

Um die beiden Farbsignale U und V im Empfänger zu gewinnen, erfolgt die Demodulation des QAM-Farbsignals nun mit dem rekonstruierten Farb(hilfs)träger.

Auf dem Funkübertragungskanal und im Empfänger kann es leicht zu Phasenverschiebungen zwischen Burst, bzw. Farbträger, und dem QAM-Signal kommen. Weil NTSC im Gegensatz zu den alternativen Systemen PAL und SECAM ursprünglich nicht über dynamische Korrekturmaßnahmen dagegen verfügte, kam es früher häufig zu charakteristischen Farbverfälschungen wie ins Grüne oder Violette verfälschte Hautfarben. Siehe unterer Abschnitt „Farbfehler“.

1) Heute wird das YUV-Modell, Rot minus Helligkeit und Blau minus Helligkeit verwendet, zu früheren Zeiten der YIQ-Farbraum, der auf Kanälen mit Bandbreitenbeschränkung effizienter ist; I und Q sind hierbei nicht zu verwechseln mit den beiden Vektorkomponenten des QA-modulierten Farbsignales, die auch mit I und Q bezeichnet werden.
2) Genau 315/88, der Grund für die Zahl ist eine Frequenzverkämmung mit dem Helligkeitssystem, um Moiré-Bildstörungen durch Interferenz und Intermodulation zu vermeiden. Das war auch der Grund für die leichte Anpassung der Bildwiederholrate. Siehe PAL; SECAM verwendet keine Frequenzverkämmung.

Verschlüsselungssysteme

Analoges und digitales NTSC besitzen verschiedene Zugangssperren („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 inzwischen 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 das 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. Das heißt soviel wie „Niemals (zweimal) dieselbe Farbe“, womit spöttisch auf die Problematik hingewiesen wird, dass selbst bei geringsten Übertragungsfehlern – besonders im Farbbereich von Gesichtsfarben – sichtbare bis störende Verfärbungen auftreten.

Länder und Territorien, die NTSC benutzen

Nordamerika:
USA
Kanada
Mexiko

Zentralamerika:
Amerikanische Jungferninseln
Antigua und Barbuda
Aruba
Bahamas
Barbados
Belize
Bermuda
Britische Jungferninseln
Costa Rica
Dominica
Dominikanische Republik
El Salvador
Guatemala
Grenada
Haiti
Honduras
Jamaika
Kaimaninseln
Kuba
Montserrat
Niederländische Antillen
Nicaragua
Panama
St. Kitts und Nevis
St. Lucia
St. Vincent und die Grenadinen
Trinidad und Tobago

Südamerika:
Bolivien
Brasilien1
Chile
Ecuador
Guyana
Kolumbien
Peru
Suriname
Venezuela

Asien:
Japan
Myanmar
Nordkorea2
Philippinen
Südkorea
Taiwan

Pazifik:
Amerikanisch-Samoa
Diego Garcia
Fidschi
Guam
Marshallinseln
Mikronesien
Midway-Atoll
Nördliche Marianen
Palau
Samoa

• SECAM
  Séquentiel couleur à mémoire (SECAM oder SÉCAM [seˈkam]), zu deutsch in etwa „Sequenzielle Farbe mit Speicher“ ist eine vor allem in Frankreich und Osteuropa gebräuchliche analoge Fernsehnorm für die Farbübertragung im analogen Fernsehen und wurde von Henri de France entwickelt und 1956 vorgestellt. Genau wie NTSC und PAL ist SECAM ein System zur schwarzweißfernseh-kompatiblen Farbübertragung. Das [...]......
• fps
  Die Abkürzung fps (für das englische Frames per Second) bezeichnet bei Film- und Videoaufnahmen sowie bei graphischen Computeranwendungen die Anzahl der Bilder pro Sekunde. Das menschliche Auge verarbeitet ab etwa 16 bis 18 Bildern pro Sekunde aufeinanderfolgende Bilder als bewegte Szene, weswegen die heute gebräuchliche Bildfrequenz bei Kinofilmen o.ä. bei 24, bei den älteren Stummfilmen dagegen [...]......
• PAL
  Das Phase-Alternation-Line-Verfahren, kurz PAL, ist ein Verfahren zur Farbübertragung beim analogen Fernsehen. Es wurde mit dem Ziel entwickelt störende Farbton-Fehler, die im NTSC-Verfahren nur manuell und unbefriedigend ausgeglichen werden können, automatisch zu kompensieren. Grundlage des Verfahrens ist der Gedanke, dass zwei aufeinanderfolgende Bildzeilen mehr Ähnlichkeit als Unterschied aufweisen, weil Bilder aus Flächen bestehen. Der technische [...]......
• High Definition Television
  High Definition Television (HDTV, engl. für hochauflösendes Fernsehen) ist ein Sammelbegriff, der eine Reihe von Fernsehnormen bezeichnet, die sich gegenüber dem herkömmlichem Fernsehen (Standard Definition, SDTV) durch eine erhöhte vertikale, horizontale oder temporale Auflösung auszeichnen. „HDTV“ sollte nicht mit 16:9 oder digitalem (DTV, in Europa im DVB-Standard) bzw. digitalem terrestrischen Fernsehen (DTTV, in Europa DVB-T) verwechselt [...]......
• Zeilensprungverfahren
  Das Zeilensprungverfahren (auch als Zwischenzeilenverfahren bezeichnet; engl. Interlace) dient zur Verringerung des Bildflimmerns in der Fernsehtechnik und wurde Ende der 1920er Jahre bei Telefunken durch Fritz Schröter entwickelt; 1930 als „Verfahren zur Abtastung von Fernsehbildern” (DRP-Patent Nr. 574085) patentiert. Es wird noch heute (2009) weltweit bei der Aufnahme, Bearbeitung und Darstellung von Bildern verwendet. Es wurde [...]......

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