NTSC – National Television System Committee

1. Die Geschichte von NTSC

Die Geschichte von NTSC beginnt bereits in den 1940er-Jahren. Damals wurde in den USA ein einheitlicher Schwarz-Weiß-Fernsehstandard benötigt.

Die amerikanischen Fernsehsender und Hersteller mussten sich auf gemeinsame technische Vorgaben einigen, damit Fernsehempfänger unterschiedliche Programme empfangen konnten.

1941 wurde ein amerikanischer Schwarz-Weiß-Standard mit 525 Bildzeilen und einer nominellen Bildfrequenz von 60 Halbbildern pro Sekunde eingeführt.

Als das Farbfernsehen entwickelt wurde, sollte es möglichst mit den bereits vorhandenen Schwarz-Weiß- Fernsehgeräten kompatibel bleiben.

Genau das war eine der großen Herausforderungen bei der Entwicklung von NTSC.

Nach mehreren technischen Entwicklungsstufen wurde 1953 ein kompatibles Farbfernsehsystem vorgestellt. Am 17. Dezember 1953 bestätigte die amerikanische Federal Communications Commission (FCC) die technischen Standards.

Am 1. Januar 1954 begann die offizielle Einführung des neuen NTSC-Farbfernsehens in den USA.

2. Das National Television System Committee

NTSC ist die Abkürzung für National Television System Committee.

Das Komitee wurde 1940 gegründet und beschäftigte sich mit der Vereinheitlichung der amerikanischen Fernsehstandards.

Nachdem sich erste Farbfernsehverfahren als nicht ausreichend kompatibel mit den bestehenden Schwarz-Weiß-Geräten erwiesen hatten, erhielt das Komitee 1949 den Auftrag, ein neues kompatibles Farbfernsehsystem zu entwickeln.

Beteiligt waren unter anderem Vertreter der amerikanischen Rundfunkindustrie, Elektronikhersteller und technische Fachleute.

Die Rolle von RCA

Eine besonders wichtige Rolle spielte der amerikanische Elektronikkonzern Radio Corporation of America (RCA).

RCA entwickelte wesentliche Teile der neuen Farbfernsehtechnik. Dazu gehörten Kameras, Signalverarbeitung, Farbdecoder und die passenden Bildröhren.

Das neue Verfahren sollte ein Farbbild ermöglichen, während ältere Schwarz-Weiß-Empfänger weiterhin ein normales Helligkeitsbild darstellen konnten.

3. Die Einführung des NTSC-Farbfernsehens

4. Wie funktioniert NTSC technisch?

NTSC ist ein analoges Farbfernsehsystem, das aus einem Helligkeitssignal und zwei Farbdifferenzsignalen ein gemeinsames Videosignal erzeugt.

Die drei grundlegenden Bildinformationen

• Y: Helligkeitsinformation (Luminanz)
• I: Eine Farbdifferenzkomponente
• Q: Die zweite Farbdifferenzkomponente

Das Helligkeitssignal beschreibt, wie hell oder dunkel ein Bildpunkt ist. Die beiden Farbdifferenzsignale enthalten die Informationen zur Farbwiedergabe.

Aus diesen Informationen kann der Fernsehempfänger die Grundfarben Rot, Grün und Blau rekonstruieren.

Die Besonderheit der gleichzeitigen Farbübertragung

Anders als bei SECAM werden die beiden Farbinformationen bei NTSC gleichzeitig übertragen.

Dazu werden beide Signale auf einen gemeinsamen Farbträger moduliert.

Die beiden Farbkomponenten stehen dabei in einer Phasenverschiebung von 90 Grad zueinander. Dadurch können sie im Empfänger wieder voneinander getrennt werden.

Der Farbträger

Der NTSC-Farbträger besitzt eine Frequenz von 3,579545 MHz.

Diese Frequenz wurde nicht zufällig gewählt. Sie steht in einem genau definierten Verhältnis zur Zeilenfrequenz des Fernsehsystems.

Dadurch konnten die Frequenzanteile des Farb- und Helligkeitssignals so ineinander verschachtelt werden, dass gegenseitige Störungen möglichst gering ausfielen.

Der Color Burst

NTSC verwendet einen sogenannten Color Burst. Dabei handelt es sich um ein kurzes Referenzsignal, das während der Austastlücke jeder Bildzeile übertragen wird.

Der Empfänger nutzt dieses Signal, um die Phase des Farbträgers zu bestimmen. Damit kann er die beiden Farbinformationen korrekt demodulieren.

Verändert sich die Phase des Signals auf dem Übertragungsweg, kann es zu Farbtonverschiebungen kommen.

Die Schwarz-Weiß-Kompatibilität

Ein wichtiger Vorteil von NTSC war die Abwärtskompatibilität.

Ein älterer Schwarz-Weiß-Fernseher konnte das Helligkeitssignal weiterhin darstellen. Die zusätzliche Farbinformation wurde vom Empfänger nicht ausgewertet.

Dadurch musste beim Übergang zum Farbfernsehen nicht die gesamte bestehende Fernsehtechnik ausgetauscht werden.

5. Die technischen Daten von NTSC

Die folgenden Angaben beziehen sich auf das klassische amerikanische Farbfernsehsystem NTSC-M.

Warum 59,94 statt 60 Hz?

Das ursprüngliche amerikanische Schwarz-Weiß-System arbeitete mit 60 Halbbildern pro Sekunde.

Bei der Einführung des Farbfernsehens musste die Farbträgerfrequenz so gewählt werden, dass Störungen zwischen Helligkeits-, Farb- und Tonsignal möglichst gering ausfielen.

Dafür wurden die Bild- und Zeilenfrequenzen um den Faktor 1000/1001 reduziert.

Daraus ergeben sich:

• 60 Hz / 1,001 = 59,94006 Hz
• 30 Vollbilder / 1,001 = 29,97003 Hz
• 15.750 Hz / 1,001 = 15.734,265 Hz

Diese kleine Änderung ist der Grund dafür, dass die NTSC-Bildfrequenz bis heute in der Videotechnik eine besondere Rolle spielt.

6. Die Farbmodulation bei NTSC

Das Herzstück von NTSC ist die Quadratur-Amplitudenmodulation. Die beiden Farbdifferenzsignale werden auf einen gemeinsamen Farbträger aufmoduliert.

Die beiden Farbsignale I und Q

Die Farbinformation wird in zwei Komponenten aufgeteilt:

• I: In-Phase-Komponente
• Q: Quadrature-Komponente

Die beiden Komponenten liegen um 90 Grad phasenverschoben zueinander.

Der Empfänger kann dadurch aus dem gemeinsamen Signal wieder die beiden ursprünglichen Farbinformationen gewinnen.

Was ist QAM?

QAM steht für Quadrature Amplitude Modulation. Auf Deutsch: Quadratur-Amplitudenmodulation.

Dabei werden zwei Signale gleichzeitig auf einem Träger übertragen. Die Signale unterscheiden sich durch ihre Phasenlage.

Die Amplitude und Phase des resultierenden Signals enthalten die Farbinformationen.

Der Farb-Burst als Referenz

Damit der Empfänger die richtige Phasenlage bestimmen kann, wird in jeder Bildzeile ein kurzes Referenzsignal übertragen.

Dieses Signal wird als Color Burst bezeichnet. Es befindet sich im hinteren Bereich der horizontalen Austastlücke.

Der Fernseher synchronisiert damit seinen Farbdecoder.

Die Bedeutung der Phasenlage

Da die Farbinformation durch Phasenverschiebungen codiert wird, können bereits relativ kleine Phasenfehler zu sichtbaren Veränderungen der Farbwiedergabe führen.

Eine Farbverschiebung kann beispielsweise dazu führen, dass ein eigentlich rotes Objekt einen orangefarbenen oder violetten Farbton erhält.

7. Die verschiedenen NTSC-Varianten

NTSC wurde in unterschiedlichen Ländern und Regionen eingesetzt. Dabei entstanden verschiedene Kombinationen aus Farbverfahren und terrestrischer Fernsehnorm.

NTSC-M – der amerikanische Standard

NTSC-M ist die klassische amerikanische Fernsehnorm. Sie verwendet 525 Zeilen, rund 59,94 Halbbilder pro Sekunde und eine Kanalbandbreite von 6 MHz.

Der Ton wird mit einem FM-Tonträger übertragen, der 4,5 MHz oberhalb des Bildträgers liegt.

NTSC-M wurde unter anderem in den USA, Kanada und Mexiko verwendet.

NTSC-J – die japanische Variante

Japan verwendete ebenfalls das NTSC-Farbverfahren, wies aber einige Besonderheiten bei den Videosignalpegeln auf.

Der wichtigste Unterschied gegenüber dem klassischen amerikanischen NTSC-M-System war der sogenannte Setup-Pegel.

Der Setup-Pegel bezeichnet einen kleinen Abstand zwischen dem Schwarzpegel und dem Austastpegel.

In Japan wurde dieser zusätzliche Pegel nicht verwendet. Das konnte bei der Übertragung zwischen amerikanischen und japanischen Geräten zu Helligkeitsunterschieden führen.

NTSC 4.43

NTSC 4.43 ist eine Bezeichnung für eine Wiedergabe- beziehungsweise Signalvariante, bei der das NTSC-Farbverfahren mit einem Farbträger von ungefähr 4,43 MHz verwendet wird.

Sie wurde insbesondere bei Videorekordern und Mehrnormengeräten relevant.

NTSC 4.43 ist nicht mit dem regulären amerikanischen NTSC-M-Sendestandard gleichzusetzen.

PAL-M – nicht mit NTSC verwechseln!

Brasilien verwendet historisch PAL-M. Dieses System besitzt ebenfalls 525 Zeilen und rund 59,94 Halbbilder pro Sekunde.

Die Farbkodierung ist jedoch PAL und nicht NTSC. Der Farbträger liegt bei ungefähr 3,575611 MHz.

8. In welchen Ländern wurde NTSC eingesetzt?

NTSC verbreitete sich besonders in Ländern mit einer 60-Hz-Netzfrequenz und entsprechenden technischen Fernsehnormen.

Die folgende Übersicht zeigt wichtige historische und klassische NTSC-Anwender.

NTSC in den USA und Kanada

Die USA waren das Ursprungsland des Systems. Von dort verbreitete sich die Technik nach Kanada und in zahlreiche weitere amerikanische Staaten.

Die gemeinsame technische Grundlage erleichterte den Austausch von Fernsehprogrammen und die Herstellung von Fernsehgeräten.

NTSC in Japan

Japan entschied sich ebenfalls für NTSC. Das System wurde dort zu einem wichtigen Bestandteil der Rundfunk- und Unterhaltungselektronik.

Besonders die japanische Elektronikindustrie trug dazu bei, dass NTSC weltweit in Videorekordern, Fernsehern und Spielkonsolen verbreitet wurde.

NTSC in Südamerika

In Südamerika war die Situation unterschiedlich. Während Länder wie Kolumbien und Venezuela NTSC verwendeten, entschieden sich andere Staaten für PAL-Varianten.

Brasilien setzte beispielsweise auf PAL-M, Argentinien auf PAL-N.

9. NTSC, PAL und SECAM im direkten Vergleich

Die drei großen analogen Farbfernsehsysteme unterscheiden sich vor allem in der Art der Farbübertragung und den Bildparametern.

Vorteile von NTSC

• Hohe Bildwiederholrate von rund 59,94 Halbbildern pro Sekunde.
• Gute Bewegungsdarstellung.
• Geringere Gesamtzahl an Bildzeilen, dadurch geringere Anforderungen an die Übertragungsbandbreite.
• Gleichzeitige Übertragung der beiden Farbinformationen.
• Abwärtskompatibilität zu älteren Schwarz-Weiß-Fernsehern.
• Weltweit verbreitete und gut etablierte Technik.

Nachteile von NTSC

• Empfindlichkeit gegenüber Phasenverschiebungen.
• Farbtonfehler bei ungünstigen Übertragungsbedingungen.
• Weniger Bildzeilen als PAL und SECAM.
• Kompliziertere Umrechnung zwischen 50-Hz- und 60-Hz-Systemen.
• Unterschiedliche Signalpegel bei NTSC-M und NTSC-J.

Welches System war besser?

Ein pauschaler Sieger lässt sich nicht bestimmen. NTSC bot eine hohe zeitliche Auflösung und eine flüssige Bewegungsdarstellung.

PAL verfügte über mehr Bildzeilen und eine automatische Korrektur bestimmter Farbtonfehler. SECAM war besonders unempfindlich gegenüber Phasenverschiebungen bei der Farbübertragung.

Die Wahl des Systems hing stark von den technischen, wirtschaftlichen und historischen Rahmenbedingungen des jeweiligen Landes ab.

10. Das bekannte NTSC-Farbtonproblem

NTSC ist besonders für seine Empfindlichkeit gegenüber Phasenfehlern bekannt. Daraus entstand der scherzhafte Spruch:

Wie entsteht der Farbfehler?

Die beiden Farbinformationen werden bei NTSC über die Phasenlage eines gemeinsamen Farbträgers übertragen.

Wenn sich die Phase des Signals auf dem Weg vom Sender zum Empfänger verändert, kann der Farbdecoder die Information nicht mehr exakt rekonstruieren.

Dadurch können sich die dargestellten Farbtöne verschieben.

Die Rolle von PAL

Das deutsche PAL-System wurde unter anderem entwickelt, um solche Phasenfehler zu reduzieren.

PAL steht für Phase Alternating Line. Dabei wird die Phase einer Farbdifferenzkomponente von Bildzeile zu Bildzeile umgeschaltet.

Der Empfänger kann dadurch bestimmte Phasenfehler ausgleichen.

Der Unterschied zu SECAM

SECAM verwendet Frequenzmodulation für die Farbinformation. Damit ist das System gegenüber bestimmten Phasenfehlern des Farbträgers unempfindlicher.

11. NTSC und das Satellitenfernsehen

NTSC spielte auch bei der Verbreitung von Fernsehprogrammen über Satelliten eine wichtige Rolle.

Analoge Satellitenübertragung

Bei der analogen Satellitenübertragung wurde das Videosignal üblicherweise frequenzmoduliert auf einen Satellitentransponder aufgeschaltet.

Das Videosignal selbst enthielt dabei die NTSC-Farbkodierung. Der Satellitenempfänger musste das Signal entsprechend verarbeiten und ausgeben.

Typische Anschlussmöglichkeiten waren:

• SCART
• Cinch-Video (FBAS)
• HF-Ausgang
• Professionelle Videoausgänge

NTSC und internationale Satellitenprogramme

Mit dem Ausbau internationaler Satellitennetze konnten Fernsehprogramme zunehmend über Landesgrenzen hinweg verbreitet werden.

Programme aus den USA und Japan wurden auch außerhalb ihrer Heimatmärkte empfangen und für andere Fernsehnormen aufbereitet.

Hierfür kamen Normwandler zum Einsatz. Diese konnten beispielsweise ein 525/59,94-Signal in ein 625/50-Signal umwandeln.

NTSC und PAL-Normwandlung

Ein analoger PAL-Fernseher konnte ein NTSC-Signal nicht automatisch korrekt darstellen.

Es musste entweder ein Mehrnormenempfänger verwendet oder das Signal technisch umgewandelt werden.

Solche Normwandler waren insbesondere in Fernsehstudios, bei internationalen Programmanbietern und in der professionellen Videotechnik wichtig.

12. NTSC bei VHS, Videorekordern und DVD

NTSC und VHS

Mit der Verbreitung von Videorekordern wurde NTSC auch im privaten Bereich zu einem wichtigen Standard.

In den USA und Japan wurden VHS-Geräte für 525/59,94-Signale hergestellt.

Die Videorekorder zeichneten das Videosignal mit einem speziellen Farbaufzeichnungsverfahren auf.

Die unterschiedlichen Bildfrequenzen und Farbträgerfrequenzen führten dazu, dass PAL- und NTSC-Videokassetten nicht ohne Weiteres untereinander kompatibel waren.

Unterschiede zwischen PAL-VHS und NTSC-VHS

Mehrnormen-Videorekorder

Viele hochwertige Videorekorder konnten sowohl PAL als auch NTSC wiedergeben.

Einige Geräte unterstützten außerdem die Umwandlung zwischen den verschiedenen Bildfrequenzen.

Damit konnten beispielsweise amerikanische Videokassetten auch auf europäischen Fernsehern abgespielt werden.

NTSC und DVD

Bei der DVD wurden unterschiedliche Videoformate verwendet.

Für NTSC-basierte Produktionen war insbesondere das Format 720 × 480 mit einer Bildfrequenz von rund 29,97 Bildern pro Sekunde relevant.

Für PAL-basierte DVDs wurde üblicherweise 720 × 576 mit 25 Bildern pro Sekunde verwendet.

Die DVD speichert die Bildinformationen digital. NTSC ist dabei nicht mehr das eigentliche Speicherverfahren, sondern beschreibt die historische Videoformatfamilie beziehungsweise die daraus abgeleitete Bildwiedergabe.

NTSC und Spielkonsolen

Auch bei Videospielkonsolen spielte NTSC eine wichtige Rolle.

Viele ältere Konsolen wurden in unterschiedlichen Regionalversionen für PAL- und NTSC-Märkte hergestellt.

NTSC-Konsolen konnten durch die höhere Bildwiederholrate eine etwas flüssigere Bewegungsdarstellung ermöglichen.

Die Umrechnung auf PAL führte bei älteren Spielen teilweise zu geringeren Bildfrequenzen oder Anpassungen des Spieltempos.

13. Das Ende der analogen NTSC-Ära

Wie PAL und SECAM wurde auch NTSC durch die Digitalisierung des Fernsehens abgelöst.

Digitale Übertragungsverfahren bieten zahlreiche Vorteile:

• Effizientere Nutzung der Übertragungskapazität.
• Weniger Störungen bei der Signalübertragung.
• Höhere Bildauflösungen.
• Mehrere Programme auf einem Übertragungskanal.
• Zusätzliche Ton- und Datendienste.

Die wichtigsten digitalen Standards

Die Abschaltung des analogen Fernsehens in den USA

Die USA beendeten die reguläre analoge terrestrische Fernsehausstrahlung am 12. Juni 2009.

Die Sender wechselten auf den digitalen ATSC-Standard.

Japan

Japan schaltete das analoge NTSC-Fernsehen im Juli 2011 in den meisten Landesteilen ab. In einigen Regionen, die vom Erdbeben und Tsunami 2011 betroffen waren, erfolgte die Abschaltung erst im März 2012.

Als Nachfolger wurde das digitale ISDB-T-System eingeführt.

NTSC heute

NTSC ist heute vor allem für die Geschichte der Fernsehtechnik, die Archivierung alter Fernsehaufzeichnungen und die Restaurierung historischer Videogeräte interessant.

Die NTSC-Bildfrequenz von 29,97 Bildern pro Sekunde spielt allerdings auch heute noch eine Rolle in der professionellen Videoproduktion.

14. Kleines NTSC-Technik-Lexikon

Die wichtigsten Fachbegriffe rund um das NTSC-Farbfernsehen im Überblick:

15. Fazit – das amerikanische Farbfernsehen

NTSC war das erste international bedeutende kompatible Farbfernsehsystem und prägte die Entwicklung der Fernsehtechnik über Jahrzehnte.

Die gleichzeitige Übertragung der beiden Farbinformationen mittels Quadratur-Amplituden- modulation war eine wichtige technische Leistung.

Besonders die hohe Bildwiederholrate von rund 59,94 Halbbildern pro Sekunde machte NTSC für die damalige Fernsehtechnik interessant.

Die Empfindlichkeit gegenüber Phasenfehlern führte allerdings zu einer bekannten Schwäche bei der Farbwiedergabe. Mit PAL und SECAM entstanden später zwei weitere Systeme mit anderen technischen Ansätzen.

Auch wenn NTSC als analoger Sendestandard weitgehend Geschichte ist, lebt seine Bedeutung in der Videotechnik, bei historischen Aufzeichnungen und in der professionellen Bildverarbeitung weiter.