NTSC

Спектр телевизионного сигнала NTSC M

Базовая система NTSC, применявшаяся в США (т. н. NTSC-M), основана на использовании предыдущего стандарта чёрно-белого телевидения, принятого в 1941 году[* 2], со стандартом разложения 525/60[3]. Для обеспечения совместимости вместо непосредственной передачи сигналов основных цветов используется передача сигнала яркости Y, соответствующего чёрно-белому изображению, и двух цветоразностных сигналов R-Y и B-Y, несущих информацию о красном и синем цветах соответственно.

Недостающая информация о зелёном цвете G восстанавливается в приёмнике вычитанием суммы цветоразностных сигналов из яркостного. В случае просмотра программы на чёрно-белом телевизоре используется только сигнал яркости, ничем не отличающийся от видеосигнала чёрно-белого телевидения. Сигнал цветности, который содержит информацию о цветоразностных сигналах, чёрно-белыми телевизорами игнорируется. Его передача осуществляется в спектре яркостного сигнала на вспомогательной частоте (поднесущей) 3 579 545,5 Гц (3,58 МГц), которая принимается блоком цветности цветных телевизоров. Два цветоразностных сигнала E_R-Y и E_B-Y передаются с помощью квадратурной модуляции поднесущей[2].

Получение КАМ-сигнала в NTSC из двух цветоразностных

Цветоразностные сигналы подаются на балансный модулятор, на котором они модулируются по амплитуде с подавлением поднесущей. Модулированные цветоразностные сигналы красного E_R-Y и синего E_B-Y сдвинуты относительно друг друга по фазе на 90°. При суммировании они образуют новый сигнал — сигнал цветности. Таким образом:

${\displaystyle U={\sqrt {E_{R-Y}^{2}+E_{B-Y}^{2}}}}$

${\displaystyle \phi =\arctan {\frac {E_{R-Y}}{E_{B-Y}}}}$

Таким образом, изменение фазы свидетельствует об изменении тона, а модуль вектора определяет насыщенность. При этом, на неокрашенных или слабо окрашенных участках изображения помехи нет, так как поднесущая подавлена.

Применение амплитудной модуляции с подавленной поднесущей порождает трудности при приёме. При детектировании важно, чтобы совпадали фазы и частоты гетеродина и поднесущей. Для этого после каждого строчного синхроимпульса на площадке строчного гасящего импульса передаётся особый импульс-вспышка — англ. Colorburst — он содержит 8—10 периодов колебаний опорного генератора[4].

Частота поднесущей выбрана таким образом, чтобы как можно меньше влиять на приёмники чёрно-белого телевидения.

Помеха от поднесущей. 1-й кадр

Помеха от поднесущей. 2-й кадр

При этом, в интервале строки размещается нечётное число полупериодов поднесущей (точно — 455), поэтому рисунок от помехи имеет вид шахматного поля. Такая структура менее заметная, чем вертикальные полосы.

Полярность поднесущей в смежных кадрах изменяется на противоположную, таким образом, тёмные участки чередуются со светлыми. За счёт временно́й взаимной компенсации, помеха становится ещё менее заметной.

Особенностью системы NTSC является то, что информация о цветности передается не в системе координат E_R-Y и E_B-Y, а в системе E_I и E_Q, развернутой относительно E_R-Y и E_B-Y на 33°[5]. Одновременно с этим применяется компрессия по амплитуде для повышения совместимости с чёрно-белым телевидением. Уменьшая размах амплитуды, компрессия обеспечивает отсутствие поднесущей на неокрашенных участках.

${\displaystyle E_{I}=\alpha _{1}E_{R-Y}\cos 33-\alpha _{2}E_{B-Y}\cos 57;}$
${\displaystyle E_{Q}=\alpha _{1}E_{R-Y}\cos 57+\alpha _{2}E_{B-Y}\cos 33;}$

${\displaystyle \alpha _{1}=0,877;\alpha _{2}=0,493;}$

${\displaystyle E_{I}=0,74E_{R-Y}-0,27E_{B-Y};}$
${\displaystyle E_{Q}=0,48E_{R-Y}+0,41E_{B-Y}.}$

Кроме того, полосы пропускания для сигналов E_I и E_Q выбраны различными — таким образом разработчиками учитывается тот факт, что человеческий глаз различает мелкие сине-зелёные детали лучше, чем красные. Для сигнала E_I ширина полосы пропускания — 1,3 МГц, для E_Q — 0,5 МГц[5].

Значения частот строк и полей, в чёрно-белом стандарте 525/60 составлявшие 15750 и 60 Гц, были изменены, для того, чтобы поднесущая звука стала точной 286-й гармоникой частоты строк[6]. Это пришлось сделать потому, что иначе биения между поднесущими звука (4,5 МГц) и цвета (3,58 МГц) создавали крупноструктурную хорошо видимую помеху в виде перемещавшихся по экрану тёмных и светлых «волн». После коррекции строчная составляет приблизительно 15734 Гц, а кадровая — 59,94 Гц, не требуя переделки генераторов развёрток чёрно-белых телевизоров[6]. «Волны» от этого не исчезли, но стали неподвижными и практически незаметны.

Главными достоинствами системы NTSC считаются хорошая совместимость с чёрно-белым телевидением, низкий уровень перекрёстных искажений сигналов яркости и цветности, а также хорошая помехоустойчивость и относительная простота приёмного устройства, не требующего ультразвуковых линий задержки, в отличие от PAL и SECAM[7]. При этом канал передачи используется наиболее эффективно из всех существующих систем, позволяя при его относительной узости передавать изображение с хорошей цветовой чёткостью. Система NTSC показала себя с хорошей стороны также при необходимости микширования разных сигналов, позволяя создавать относительно простые студийные видеомикшеры[7].

При этом, системе присущи существенные недостатки, прежде всего заключающиеся в высокой чувствительности к амплитудно-фазовым искажениям канала передачи. Амплитудные искажения отражаются в изменении цветовой насыщенности изображения, неустранимые при помощи автоматической регулировки усиления. А фазовые искажения отражаются в изменении цветового тона в зависимости от яркости передаваемого участка[7]. Это особенно заметно в тонах человеческой кожи, которые могут в ярких участках иметь зелёный оттенок. Необходимость коррекции этих искажений привела к появлению ручной регулировки цветового тона «NTSC TINT», отсутствующей на телевизорах других систем. Распространённость проблемы цветовых искажений в NTSC вызвала появление таких бэкронимов к этой аббревиатуре, как англ. Never Twice the Same Color или Never The Same Color (прибл. «каждый раз другого цвета»), а также несколько менее распространённого No True Skin Colors («неверные цвета кожи»)[8][9].

Жёсткие требования к каналу передачи и дороговизна передающего оборудования заставили разработчиков искать новые технические решения в период становления цветного телевидения в Европе. В результате этих усилий появились стандарты PAL и SECAM, в той или иной степени свободные от недостатков первой в мире системы.

До появления системы цветного телевидения SECAM в СССР на кафедре телевидения ЛЭИС была разработана адаптированная система «ОСКМ» (Одновременная совместимая система с квадратурной модуляцией) на основе NTSC[10]. С 14 января 1960 года из экспериментальной студии МОСЦТ на Шаболовке велось регулярное вещание по этой системе, принимаемое телевизорами «Темп-22», «Радуга» с отечественным масочным кинескопом 53ЛК4Ц[11], и проекционными телевизорами «Изумруд», оснащёнными тремя кинескопами с люминофорами разных цветов. Всего было выпущено около 4000 таких телевизоров всех четырёх моделей, в том числе, проекционных около 600, продававшихся по распределению. Опытное вещание выявило требовательность системы NTSC к качеству линий связи при передаче на дальние расстояния[12]. Это поставило под сомнение её пригодность для использования в советских условиях.

Некоторые из телевизоров «Темп-22» были позже переделаны их владельцами для приёма сигналов в стандарте SECAM, причём использовалась схема без линии задержки, вызывавшая снижение цветовой разрешающей способности — цветовосприятие обеспечивалось пространственным усреднением, за счёт особенностей зрения, а на ярко-окрашенных объектах была заметна полосатая структура. Тем не менее, журнал «Радио» опубликовал статью об этой переделке, озаглавленную «Любительский цветной телевизор», так как модель «Темп-22» в открытую продажу не поступала.

• SECAM
• PAL

• В. Е. Джакония. 12.1. Система цветного телевидения NTSC // Телевидение. — М.,: «Горячая линия — Телеком», 2002. — С. 249—265. — 640 с. — ISBN 5-93517-070-1.

• Леонид Чирков. Мировой системе телевизионного разложения — 50 лет (рус.) // «625» : журнал. — 1998. — № 7. — ISSN 0869-7914. Архивировано 11 января 2012 года.

• А.Е.Пескин, В.Ф.Труфанов. Мировое вещательное телевидение. Стандарты и системы. — М.,: «Горячая линия — Телеком», 2004. — 308 с. — ISBN 5-93517-179-1. Архивная копия от 21 февраля 2014 на Wayback Machine

• Борис Певзнер. Драма цветного телевидения (рус.) // «Broadcasting. Телевидение и радиовещание» : журнал. — 2007. — № 6.

• Цветное телевидение / П. В. Шмаков. — М.,: «Связьиздат», 1957. — 122 с.