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NTSC

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목차

1. 개요

NTSC는 1953년 미국에서 채택된 아날로그 텔레비전 방송 표준으로, 525개의 주사선과 초당 약 29.97 프레임의 비디오 형식을 사용한다. 흑백 텔레비전과의 호환성을 위해 개발되었으며, 색상 정보는 3.58 MHz 부반송파를 통해 전송된다. NTSC는 아메리카 대륙과 일본을 포함한 여러 국가에서 사용되었으나, 디지털 방송으로의 전환이 이루어지면서 점차 사용이 줄어들었다. NTSC는 PAL 방식에 비해 색상 왜곡에 취약하다는 비판을 받았으며, 기술적 복잡성으로 인해 다양한 비판적인 별칭으로 불리기도 했다.

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NTSC
지도 정보
기본 정보
명칭NTSC
종류아날로그 텔레비전 시스템
개발미국의 국립 텔레비전 시스템 위원회 (National Television System Committee)
사용 지역북아메리카
남아메리카 일부
동아시아 일부 (대한민국 및 일본 포함)
기술 정보
주사선 수525개
초당 프레임 수29.97개 (필드 기준 59.94개)
수평 주파수15,734 Hz
수직 주파수59.94 Hz
색 신호 방식색차 방식
음성 신호 방식FM 방식
영상 대역폭4.2 MHz
화면 비율4:3
역사
최초 개발 년도1941년 (흑백), 1953년 (컬러)
표준 발표 년도1941년 FCC 승인 (흑백), 1953년 FCC 승인 (컬러)
표준 개선1953년 색상 정보 추가
디지털 전환디지털로 대체됨
아날로그 방송 종료2009년 6월 12일 미국 아날로그 방송 종료
장단점
장점흑백 호환성
오랜 기간 사용으로 인한 높은 보급률
단점낮은 화질 및 해상도
비월 주사 방식으로 인한 플리커 현상
색 재현력 한계
디지털 신호에 비해 대역폭 낭비
기타
관련 표준PAL, SECAM
참고 사항1953년 컬러 NTSC 표준은 흑백 텔레비전과의 호환성을 고려하여 설계됨
NTSC는 지역별 차이로 다양한 변종이 존재
디지털 방송으로 대체되면서 대부분 지역에서 아날로그 NTSC 방송은 종료됨

2. 역사

미국 연방 통신 위원회(FCC)는 1940년 미국 내 아날로그 텔레비전 방송사들 사이의 이해관계를 조정하고 전국적인 시스템 도입을 위해 국가 텔레비전 시스템 위원회(National Television System Committee, NTSC)를 설립했다. NTSC는 1941년 3월, 흑백 텔레비전을 위한 기술 표준을 제정했다. 이는 1936년 라디오 제조업체 협회(RMA)가 제안한 권고안과 RCA가 사용하던 441 주사선 방식을 기반으로 했으나, 잔류 측파대(VSB) 기술 발전에 따른 해상도 향상 가능성과 필코(Philco) 및 듀몽(DuMont) 등의 더 높은 주사선 요구 사이에서 절충하여 최종적으로 525 주사선, 초당 30프레임 (초당 60 필드의 인터레이스 방식), 4:3 종횡비, FM 방식 음향을 표준으로 채택했다.[11]

1950년 1월, NTSC는 컬러 텔레비전 표준 제정을 위해 다시 소집되었다. 당시 FCC는 CBS가 개발한 405 주사선의 필드 순차 방식을 잠시 승인했으나,[12] 이 방식은 기존 흑백 수상기와 호환되지 않는 문제가 있었다. CBS 방식은 RCA의 법적 대응과 한국 전쟁 발발로 인한 생산 제한 조치[13][14][15][16] 등으로 인해 1951년 말 사실상 중단되었고, 1953년 3월 CBS는 이 방식을 철회했다.[17]

이에 FCC는 1953년 12월 17일, RCA와 필코 등이 공동 개발한 새로운 컬러 텔레비전 표준을 만장일치로 승인했는데, 이것이 현재 NTSC 컬러 표준 (훗날 RS-170a로 정의됨)이다.[18] 이 표준의 가장 큰 특징은 기존 흑백 텔레비전과의 하위 호환성을 유지했다는 점이다. 흑백 영상 신호에 약 3.58 MHz의 색상 부반송파를 추가하여 컬러 정보를 전송하는 방식을 채택했다.[19] 이 색상 부반송파 추가로 인한 기술적 간섭을 최소화하기 위해, 프레임 속도는 초당 30프레임에서 초당 약 29.97프레임으로, 수평 주사선 속도는 초당 15,750선에서 약 15,734선으로 미세하게 조정되었다. 이러한 0.1%의 미미한 변화는 당시 흑백 수상기에서 문제없이 수용 가능했다.[21][22]

NTSC "호환 컬러" 시스템을 사용하는 프로그램의 첫 번째 공개 네트워크 텔레비전 방송은 1953년 8월 30일 NBC의 ''쿠클라, 프란과 올리'' 에피소드였지만, 네트워크 본사에서만 컬러로 볼 수 있었다.[23] NTSC 컬러의 첫 전국 시청은 그 다음해 1954년 1월 1일 전국적으로 방송된 투르나먼트 오브 로지스 퍼레이드 방송으로, 전국 각지의 특별 행사에서 시제품 컬러 수신기로 시청할 수 있었다. 최초의 컬러 NTSC 텔레비전 카메라는 1953년 실험 방송에 사용된 RCA TK-40이었고, 1954년 3월에 출시된 개선된 버전인 TK-41은 최초로 상업적으로 판매된 컬러 텔레비전 카메라였다. 그해 후반에 개선된 TK-41이 1960년대 대부분의 표준 카메라가 되었다.

NTSC 표준은 미국, 캐나다, 멕시코, 일본, 타이완, 한국, 필리핀, 중남미 여러 국가, 태평양 제도 일부 등 다른 국가에서도 채택되었다.

2. 1. 한국에서의 NTSC

대한민국에서는 1980년 12월 31일부터 컬러 텔레비전 방송을 시작하면서 NTSC 방식을 표준으로 채택하였다. 초기에는 기존 흑백 TV와의 호환성 문제가 있었으나 기술 발전을 통해 점차 개선되었다. NTSC 방송 기간 동안 음성다중방송, 문자다중방송과 같은 다양한 부가 서비스가 제공되었다.

한편, 대한민국의 FM 라디오 방송은 미국과 마찬가지로 음성 신호의 엠퍼시스 시정수로 75 μs를 사용했다. 이는 텔레비전 방송의 음성 신호 시정수와 동일했기 때문에, 라디오 수신기의 주파수를 텔레비전 음성 방송 주파수에 맞추면 별도의 TV 수상기 없이도 라디오를 통해 TV 음성을 듣는 것이 가능했다.[99] 이는 시정수가 다른 50 μs를 사용하는 일본의 FM 라디오 수신기로는 불가능한 방식이었다.

2012년 12월 31일, 대한민국은 지상파 아날로그 텔레비전 방송을 공식적으로 종료하고, 미국과 동일한 ATSC 방식의 디지털 방송으로 완전히 전환하였다.

3. 기술적 세부사항

미국 미국 연방 통신 위원회(FCC)는 1940년 전국적인 아날로그 텔레비전 시스템 도입을 둘러싼 기업 간의 갈등을 해결하기 위해 전국 텔레비전 시스템 위원회(National Television System Committee, NTSC)를 설립했다.[11] NTSC는 1941년 3월에 흑백 텔레비전을 위한 기술 표준을 처음 제정했는데, 이는 525개의 주사선을 사용하고 초당 30프레임을 전송하는 방식이었다.[11] 당시 잔류 측파대(VSB) 기술의 발전으로 해상도를 높일 여지가 있었으나, 여러 회사의 이해관계 속에서 525선으로 최종 결정되었다.

1950년 1월, 위원회는 컬러 텔레비전 표준 제정을 위해 다시 소집되었다. 초기에 CBS가 제안한 비호환 방식(필드 순차 방식)이 잠시 승인되었으나,[12] 기존 흑백 수상기와 호환되지 않는 문제와 한국 전쟁 발발 등으로 인해[13][14][15][16] 곧 폐기되었다.[17] 이후 RCA 등이 개발한 호환 방식이 1953년 12월 만장일치로 채택되었는데, 이것이 현재 NTSC 컬러 표준(RS-170a)이다.[18]

NTSC 컬러 시스템의 핵심은 기존 흑백 텔레비전과의 하위 호환성을 유지하는 것이었다. 이는 영상 신호를 밝기 정보인 휘도(Y) 신호와 색상 정보인 색도 신호로 분리하여 전송함으로써 가능해졌다. 흑백 수상기는 휘도 신호만을 이용해 영상을 표시하고, 컬러 수상기는 휘도 신호와 색도 신호를 모두 처리하여 컬러 영상을 재현한다. 색도 정보는 약 3.579545 MHz[19](정확히 315/88 MHz)의 색 부반송파를 직교 진폭 변조(QAM)하여 휘도 신호에 추가하는 방식으로 전송된다.[41][42][43] 수신기에서는 각 수평 주사선에 포함된 컬러버스트라는 기준 신호를 이용하여 색상 정보를 정확하게 복원한다.

색 부반송파를 추가하면서 발생할 수 있는 영상 및 음성 신호와의 간섭을 최소화하기 위해, 기존 흑백 표준의 프레임 속도(초당 30프레임)와 수평 주사선 속도(초당 15,750선)를 약 0.1% 정도 미세하게 조정했다. 이로 인해 NTSC 컬러 표준의 프레임 속도는 초당 약 29.97 프레임(정확히 30/1.001), 필드 속도는 초당 약 59.94 필드(정확히 60/1.001), 수평 주사선 속도는 초당 약 15,734선(정확히 4.5 MHz / 286)이 되었다.[21][22] 이러한 미세한 조정은 당시 흑백 수상기에서도 수용 가능했으며, 신호 간 간섭을 줄여 화질을 개선하는 효과를 가져왔다.

NTSC 방식은 인간 시각의 특성, 즉 밝기 변화에는 민감하지만 색상 변화에는 상대적으로 둔감하다는 점을 이용하여 색상 정보(색도 신호)의 대역폭을 휘도 신호보다 좁게 할당함으로써 전송 효율을 높였다. 이는 제한된 채널 대역폭(6 MHz) 내에서 컬러 방송을 가능하게 하는 핵심 기술이었다.

NTSC 컬러 텔레비전 방송 방식은 미국, 캐나다, 멕시코, 일본, 한국, 타이완, 필리핀 등 주로 아메리카 대륙과 동아시아 일부 국가에서 채택하여 사용되었다. 비록 채택 국가 수나 시청 인구 면에서는 PAL 방식에 미치지 못하지만, 미국이 세계적인 영상 콘텐츠 공급 국가라는 점에서 NTSC는 중요한 방송 표준으로 자리 잡았다.

3. 1. 주사선 및 프레임

NTSC는 초당 약 29.97개의 프레임을 전송하는 아날로그 텔레비전 방송 시스템이다. 각 프레임은 총 525개의 주사선으로 구성되지만, 실제 화면 표시에 사용되는 것은 약 480~486개[26]이고 나머지는 영상 동기 신호, 수직 귀선 기간, 자막 등 다른 데이터를 전송하는 데 쓰인다.[91]

NTSC는 비월주사방식(Interlaced Scan)을 사용한다. 이는 한 프레임을 홀수번 주사선(1, 3, 5...)으로 구성된 필드(field)와 짝수번 주사선(2, 4, 6...)으로 구성된 필드로 나누어 번갈아 보여주는 방식이다. 각 필드는 262.5개의 주사선으로 이루어져 있으며, 초당 약 59.94번(정확히는 60/1.001 Hz) 화면을 갱신한다. 이렇게 필드 단위로 빠르게 화면을 갱신함으로써 화면 깜빡임(플리커) 현상을 줄일 수 있다.[11] 이는 유럽의 PAL이나 SECAM 방식(초당 50필드)보다 높은 필드 속도이다.

원래 흑백 텔레비전 시절 NTSC의 필드 속도는 미국 교류 전력 주파수와 동일한 정확히 60 Hz였다. 전력 주파수와 화면 재생 빈도를 맞추면 전력으로 인한 노이즈(화면에 보이는 줄무늬 등) 발생을 막을 수 있었고,[21] 초기 생방송 녹화에 사용된 키네스코프 카메라의 동기화에도 유리했다.

525라는 주사선 수는 당시 진공관 기반 기술의 한계 때문에 선택되었다. 초기 TV 시스템은 발진기 주파수를 주사선 수로 나누어 필드 속도를 얻었는데, 비월 주사를 위해 홀수 개의 주사선이 필요했고, 주파수 분할에 사용된 멀티바이브레이터 기술의 제약상 작은 홀수들의 곱으로 표현 가능한 수가 유리했다. 500에 가까우면서 이러한 조건을 만족하는 수가 3 × 5 × 5 × 7 = 525였다.[11][20][91]

컬러 텔레비전이 도입되면서 필드 속도는 색상 부반송파와의 간섭을 줄이기 위해 약 0.1% 낮은 59.94 Hz(정확히 60/1.001 Hz)로 조정되었다. 이는 색 부반송파 주파수(약 3.58 MHz)와 음성 부반송파 주파수(4.5 MHz) 사이의 혼변조로 인한 화면의 점 패턴(dot pattern) 간섭을 최소화하기 위한 조치였다. 이 조정으로 인해 수평 주사선 속도(line rate)는 초당 15,750선에서 약 15,734선(4.5 MHz / 286)으로, 프레임 속도는 초당 30프레임에서 약 29.97프레임(15,734선/초 ÷ 525선/프레임)으로 약간 감소했다.[21][22][93] 이러한 0.1%의 미세한 변화는 당시 흑백 수신기에서도 문제없이 수용 가능했다.

NTSC 신호는 하나의 프레임을 두 개의 필드(F1, F2)로 나누어 전송하는데, 어떤 필드를 먼저 전송할지(상위 필드 우선 또는 하위 필드 우선)는 장비나 관습에 따라 다를 수 있다. 이를 필드 우세(Field Dominance)라고 하며, 아날로그 TV 시청에는 문제가 없지만 영상 편집 시에는 필드 순서를 잘못 맞추면 움직이는 물체가 떨려 보이는 문제가 발생할 수 있다.[26][47]

3. 2. 컬러 부호화 (Color encoding)

NTSC는 1938년 조르주 발렌시가 고안한 휘도-색도 부호화 시스템을 채택하여, 기존의 흑백 텔레비전과의 하위 호환성을 유지하면서 컬러 방송을 가능하게 했다. 이 방식의 핵심은 영상 신호를 밝기 정보(휘도)와 색상 정보(색도)로 분리하는 것이다.[39]

휘도 신호(Y′)는 기존 흑백 텔레비전 신호와 유사하게 전체적인 밝기 정보를 전달하며, 흑백 수상기는 이 신호만을 이용하여 영상을 표시할 수 있다. 색도 신호는 실제 색상 정보를 담고 있으며, 두 개의 색차 신호인 I′와 Q′로 구성된다. 이 신호들은 직교 진폭 변조(QAM)라는 방식을 통해 하나의 부반송파에 실어 전송된다.[41]

카메라에서 얻어진 빨강(R), 녹색(G), 파랑(B) 신호는 수상기의 비선형성을 보정하기 위한 감마 보정 과정을 거친 후(E′r, E′g, E′b), 특정 비율로 조합되어 휘도 신호(Y′)와 두 개의 색차 신호(I′, Q′)를 생성한다. 이 변환 과정은 다음과 같은 식으로 표현될 수 있다 (1953년 NTSC 표준 기준):

  • Y′ = 0.299 E′r + 0.587 E′g + 0.114 E′b
  • I′ = 0.5959 E′r - 0.2746 E′g - 0.3213 E′b (주황색-청록색 축 정보)
  • Q′ = 0.2115 E′r - 0.5227 E′g + 0.3112 E′b (보라색-연두색 축 정보)


인간의 시각이 색상 변화보다 밝기 변화에 더 민감하고, 특정 색상(주황-파랑 계열)의 변화를 더 잘 인지하는 특성을 이용하여 I′ 신호에는 약 1.3 MHz, Q′ 신호에는 약 0.4 MHz의 상대적으로 좁은 대역폭을 할당한다. 이는 전체 신호 대역폭을 절약하면서도 시청자가 느끼는 화질 저하를 최소화하기 위함이다.[41]

I′와 Q′ 신호는 정확히 3.579545 MHz[19] (정확히는 315/88 MHz, 약어로 3.58 MHz로도 불림[44])의 색 부반송파를 사용하여 변조된다. 이때 두 신호는 서로 90도의 위상 차이를 갖도록 변조된 후 합쳐진다. 이 과정에서 원래의 부반송파는 제거된다(억압 반송파 변조).[43][41] 이렇게 생성된 최종 색도 신호는 기준 위상에 대한 상대적인 위상각이 색조(hue)를 나타내고, 신호의 진폭이 채도(saturation)를 나타내는 벡터 신호가 된다.[41] 이 색도 신호는 휘도 신호(Y′)에 더해져 최종적인 복합 영상 신호(Composite video signal)를 형성한다.

수신기에서는 이 복합 신호로부터 원래의 색상 정보를 복원해야 한다. 이를 위해 송신 시 제거되었던 3.579545 MHz 부반송파의 위상 기준 정보가 필요하다. NTSC 신호는 각 수평 주사선이 시작되기 직전의 '백 포치(back porch)' 구간에 컬러 버스트(color burst)라는 짧은 기준 신호를 포함시킨다. 컬러 버스트는 변조되지 않은 순수한 색 부반송파(최소 8 사이클)로 구성되며, 수신기는 이 신호를 이용하여 내부 발진기의 위상을 정확히 맞춘다. 이 기준 위상과 수신된 색도 신호의 위상 및 진폭을 비교함으로써 I′와 Q′ 신호를 분리하고 복조할 수 있다. 복원된 I′, Q′ 신호는 휘도 신호 Y′와 함께 역행렬 변환 과정을 거쳐 최종적으로 R′, G′, B′ 신호로 변환되어 화면에 컬러 영상을 표시한다.

NTSC 방송 시, 영상 신호(휘도+색도)는 주 반송파를 진폭 변조(AM)하고, 음성 신호는 영상 주파수보다 4.5 MHz 높은 별도의 부반송파를 주파수 변조(FM)하여 함께 전송한다. 이때 영상 신호의 색 부반송파(3.579545 MHz)와 음성 부반송파(4.5 MHz) 사이에 간섭이 발생하여 화면에 미세한 점 패턴(dot crawl)이 나타날 수 있다. 이 간섭을 최소화하기 위해 원래 초당 30 프레임이었던 화면 재생률을 약 0.1% 낮춘 초당 29.97 프레임(정확히는 30/1.001)으로 조정했다. 이 미세 조정으로 인해 필드율은 초당 60 필드에서 약 59.94 필드로 변경되었으며[21][22], 색 부반송파 주파수와 음성 부반송파 주파수 사이의 관계를 최적화하여 간섭 패턴이 눈에 덜 띄도록 만들었다. 구체적으로 색 부반송파 주파수는 수평 주사선 주파수(약 15,734 Hz)의 227.5배 (n+0.5 형태), 음성 부반송파 주파수는 수평 주사선 주파수의 286배(정수배)가 되도록 설정되었다.

1931 CIE 색도도, NTSC, BT.709 및 P3의 색 영역 표시


=== 색 측정 (Colorimetry) ===

NTSC 시스템에서 색상을 정확하게 정의하고 재현하기 위한 기술적 기준을 색측정(Colorimetry)이라고 한다. 역사적으로 NTSC에는 두 가지 주요 색 측정 표준이 존재했다.

RGB 색도 좌표
색 공간백색점CCT원색들 (CIE 1931 xy)
xyKRxRyGxGyBxBy
NTSC (1953)0.310.3166774 (C)0.670.330.210.710.140.08
SMPTE C0.31270.3296500 (D65)0.630.340.310.5950.1550.07



1953년에 제정된 최초의 NTSC 컬러 표준은 위 표의 'NTSC (1953)'에 해당하는 원색(Primary colors)과 백색점(White point)을 정의했다.[30] 초기 컬러 텔레비전 수상기(예: RCA CT-100)는 이 기준을 따랐으나, 당시 사용된 형광체의 효율(특히 적색)이 낮아 밝기가 부족하고 색 재현 범위는 넓었지만 잔상이 남는 문제가 있었다. 이후 1950년대 후반부터는 수상기의 밝기를 높이기 위해 색 재현 범위(채도)를 다소 희생하는 방향으로 형광체가 개선되기 시작했다.[29]

이러한 변화 속에서 보다 일관된 색 재현을 위해 1968-1969년, Conrac사와 RCA는 방송용 컬러 모니터에 사용될 새로운 형광체 기준을 마련했는데, 이것이 '''SMPTE C''' 형광체 사양이다.[31][32] 미국 영화 및 텔레비전 기술자협회(SMPTE)는 1987년 권장 표준(RP 145)으로 SMPTE C 형광체를 채택했고,[34] 이후 많은 방송 장비 제조사들이 카메라 등에서 SMPTE C 색 좌표계를 기준으로 직접 신호를 인코딩하도록 설계를 변경했다. 이는 SMPTE 170M 표준(1994)에서도 승인되었다.[35] 결과적으로 ATSC 디지털 방송 표준에서도 480i 신호에 별도의 색 정보가 명시되지 않은 경우 SMPTE C를 기본 색 측정 기준으로 사용하도록 규정하고 있다.[36]

한편, 일본의 NTSC 시스템(NTSC-J)은 1953년의 원색 및 백색점 기준을 계속 사용했으며, 유럽의 PAL 및 SECAM 시스템 역시 1970년까지는 1953년 NTSC 기준을 따르다가 이후 자체적인 "EBU" 색 측정 기준으로 전환했다.[33][37]

이처럼 NTSC 내에서도 여러 색 측정 기준이 혼용되었기 때문에, 제작된 영상 콘텐츠와 시청하는 디스플레이의 색 기준이 다를 경우 색상이 왜곡되어 보일 수 있다. 예를 들어, 1953년 기준으로 제작된 영상은 SMPTE C 기준의 모니터에서 볼 때 채도가 낮아 보이고 색조가 약간 달라 보일 수 있다. 따라서 정확한 색 재현을 위해서는 색상 관리 시스템을 통해 색역 변환(Gamut mapping) 등의 보정 과정이 필요하다.[38]

=== 신호 변환 및 복조 상세 ===

NTSC 색 부호화에서 I, Q 신호는 기준 부반송파(3.579545 MHz)에 대해 각각 57도와 147도(57° + 90°)의 위상 지연을 가지고 변조된다. 이 두 신호는 합쳐져 최종 색도 신호(Chrominance signal)를 형성한다. 수신기에서는 컬러 버스트 신호를 기준으로 동기화된 국부 발진 신호를 생성하고, 이를 다시 57도와 147도 위상 지연시켜 I, Q 신호를 각각 동기 검파 방식으로 복조한다.

I 신호는 Q 신호보다 더 넓은 대역폭(약 1.3 MHz vs 0.5 MHz)을 가지므로, 신호 처리 과정에서 약간의 시간 지연 차이가 발생할 수 있다. 이를 보정하기 위해 수신기 내부의 I 신호 경로에는 미세한 지연 회로(Delay line)가 추가되기도 한다. 복조된 I, Q 신호는 극성에 따라 +I, -I, +Q, -Q 신호로 나뉘며, 이 신호들을 휘도 신호(Y)와 적절한 비율로 조합(역행렬 변환)하여 최종적인 R, G, B 신호를 복원한다. 예를 들어, 이론적인 복원식은 다음과 같다:


  • ER = 1.00EY + 0.96EI + 0.63EQ
  • EG = 1.00EY - 0.28EI - 0.64EQ
  • EB = 1.00EY - 1.11EI + 1.72EQ


SMPTE-170M 표준에서는 I, Q 신호 대신 U, V 신호를 사용하는 방식도 정의하고 있다 (U = 0.925 * (Eb-Y)/2.03, V = 0.925 * (Er-Y)/1.14). 이 경우 U 신호는 180도, V 신호는 90도의 위상 지연으로 변조된다. 하지만 실제 상업용 NTSC 수상기에서는 회로 구성의 단순화와 비용 절감, 그리고 음성 부반송파와의 간섭(약 920 kHz에서 발생)을 효과적으로 제거하기 위해, I 신호의 넓은 대역폭을 완전히 활용하지 않고 Q 신호의 대역폭(0.5 MHz)에 맞춰 색차 신호 전체를 협대역으로 처리하는 경우가 일반적이었다.

3. 3. 전송 변조 방식 (Transmission modulation scheme)

NTSC 텔레비전 방송은 채널당 총 6 MHz의 대역폭을 사용한다. 채널의 가장 낮은 250 KHz는 보호 대역(guard band)으로 사용되어, 해당 채널의 영상 신호가 바로 아래 채널의 음성 신호로부터 간섭을 받는 것을 방지한다.

영상 신호는 진폭 변조(AM) 방식을 사용하며, 채널 하위 경계에서 500 KHz 위부터 5.45 MHz 사이의 대역으로 전송된다. 영상 반송파는 채널 하위 경계에서 1.25 MHz 높은 주파수에 위치한다. 진폭 변조 과정에서 영상 반송파를 기준으로 위아래에 각각 4.2 MHz 폭의 측파대가 생성되는데, NTSC는 대역폭 효율을 높이기 위해 잔류 측파대(VSB) 전송 방식을 사용한다. 이 방식은 상위 측파대 전체와 하위 측파대의 일부(750 KHz)만을 전송하며, 이미지 해상도를 높이는 데 기여했다.[11]

색상 정보는 영상 반송파보다 약 3.579545 MHz 높은 주파수의 색 부반송파를 이용하여 전송된다. 이 색 부반송파는 직교 진폭 변조(QAM) 방식으로 변조되며, 변조 후 반송파 자체는 억제된다(Suppressed carrier).[41][42][43] 이 특정 주파수는 밝기 정보(휘도) 신호와 색상 정보(색차) 신호 간의 간섭을 최소화하도록 선택되었다.[19]

음성 신호는 주파수 변조(FM) 방식을 사용하며, 채널의 가장 높은 250 KHz 대역을 차지한다. 주 음성 반송파는 영상 반송파보다 4.5 MHz 높은 주파수에 위치한다. 하나의 채널 안에 스테레오 음성, 제2외국어 음성 또는 화면 해설 방송(DVS) 등을 위한 여러 오디오 신호를 함께 전송하는 음성 다중(MTS) 기술도 사용될 수 있다.

컬러 방송 도입 시, 영상 신호(특히 색 부반송파)와 음성 신호 간의 상호 변조 간섭으로 화면에 미세한 점 패턴(dot crawl)이 나타나는 문제가 발생할 수 있었다. 이를 최소화하기 위해 색 부반송파 주파수(약 3.579545 MHz)는 수평 주사 주파수(라인 속도)의 홀수 배의 절반으로, 음성 반송파 주파수(4.5 MHz)는 수평 주사 주파수의 정수 배(286배)가 되도록 조정했다. 이 조정으로 기존 흑백 표준의 수평 주사 주파수 15,750 Hz는 약 15,734 Hz (4.5 MHz / 286)로, 초당 프레임 수는 30 fps에서 약 29.97 fps (15734 Hz / 525 라인)로 미세하게 변경되었다. 이러한 0.1%의 미세 조정은 기존 흑백 수상기와의 하위 호환성을 유지하면서 간섭 패턴을 눈에 덜 띄게 만들었다.[21][22]

NTSC는 밝기 정보(휘도, Y)와 색상 정보(색차)를 분리하여 전송하는 휘도-색도 인코딩 방식을 사용한다. 이는 흑백 TV와의 하위 호환성을 유지하기 위함이다. 수신기에서 색상 정보를 정확히 복조하려면 기준 위상 신호가 필요하며, 이를 위해 각 수평 동기 신호 바로 뒤(백 포치, back porch)에 컬러버스트(Colorburst)라는 짧은 기준 신호(변조되지 않은 색 부반송파 약 8~10 사이클)를 삽입하여 전송한다.[95] 수신기는 이 컬러버스트 신호를 기준으로 내부 발진기를 동기화하여 색상 정보를 복원한다.

방송 전파로 변조되기 전의 NTSC 비디오 신호(베이스밴드 신호)를 동축 케이블 등으로 직접 전송할 때는 일반적으로 임피던스 75 Ω과 신호 레벨 1 V p-p(peak-to-peak) 규격을 따른다.

4. NTSC를 사용한 국가

NTSC 방식은 미국, 캐나다, 멕시코 등 북미 국가들을 중심으로 일본, 대한민국, 필리핀, 대만 등 아시아 일부 국가와 중남미 여러 국가에서 채택하여 사용하였다.[11] 아래는 과거 또는 현재 NTSC 방식을 사용했던 주요 국가 및 지역 목록이다.

NTSC 방식 사용 국가 및 지역
가이아나[60]과테말라[60]괌[60]그레나다[60]
니카라과[60]대한민국[105]대만[60]도미니카 공화국[60]
도미니카 연방[60]마셜 제도[60]멕시코[105]몬트세랫[60]
미국[105]미국령 버진아일랜드미드웨이 환초미얀마[105]
미크로네시아 연방[60]바베이도스[105]바하마[105]버뮤다[105]
베네수엘라[105]벨리즈[105]보네르섬[105]볼리비아[105]
사우디아라비아 (과거)[60]생피에르 미클롱[105]세인트루시아[105]세인트빈센트 그레나딘[105]
세인트키츠 네비스[105]수리남[105]신트마르턴[105]아루바[105]
아메리칸사모아[105]아이티[105]앤티가 바부다[105]앵귈라[105]
에콰도르[105]엘살바도르영국령 버진아일랜드[105]영국령 인도양 지역[105]
온두라스[105]자메이카[105]일본[60]칠레[105]
카리브 네덜란드[105]캐나다[105]케이맨 제도[105]코스타리카[105]
콜롬비아[105]쿠바[105]퀴라소[105]터크스 케이커스 제도[105]
트리니다드 토바고[105]파나마[105]팔라우[105]페루[105]
푸에르토리코[105]필리핀[105]



이들 중 상당수 국가는 디지털 텔레비전 방송으로 전환했거나 전환하는 과정에 있다. 자세한 내용은 #디지털 전환 섹션에서 확인할 수 있다.

4. 1. 디지털 전환

디지털 텔레비전의 등장과 함께 NTSC를 포함한 아날로그 방송은 점차 단계적으로 폐지되었다. NTSC 표준을 사용하던 국가들은 새로운 디지털 텔레비전 표준으로 전환했거나 전환 중이며, 전 세계적으로 여러 디지털 표준 방식(ATSC, ISDB, DVB-T 등)이 사용되고 있다. 북미, 중앙아메리카 일부 지역 및 대한민국은 ATSC 표준을 채택했으며, 일본 등은 ISDB와 같은 다른 표준을 채택했다.

미국의 대부분 NTSC 방송국은 미국 연방 통신 위원회(FCC)의 규정에 따라 2009년 6월 12일까지 아날로그 송신을 중단하고 ATSC 방식으로 전환했다.[24][26] 저전력 방송국, A급 방송국 및 중계국은 이후 단계적으로 전환을 완료했다.[24][90]

일본에서는 전파산업회(ARIB)가 규정한 ISDB 방식으로 전환이 이루어졌다. BS디지털방송은 2000년, CS디지털방송은 2002년, 지상디지털방송은 2003년에 시작했다. 2011년 7월 24일 정오에 동일본대지진 피해 지역인 이와테현, 미야기현, 후쿠시마현을 제외한 44개 도도부현의 아날로그 방송이 종료되었다.[101][27] 지진 피해 3현의 아날로그 방송은 2012년 3월 31일에 종료되어 일본 전역의 디지털 전환이 완료되었다.[27] 이로써 일본의 아날로그 텔레비전 방송은 약 60년의 역사를 마감했다.

대한민국은 2012년 12월 31일 새벽 4시를 기해 지상파 아날로그 텔레비전 방송을 완전히 종료하고 ATSC 방식의 디지털 방송으로 전환했다.

캐나다는 2011년 8월 31일에 주요 도시에서 아날로그 방송을 중단하고 ATSC로 전환했으며,[27][62] 멕시코는 2015년 12월 31일에 주요 방송국의 아날로그 송출을 중단했다.[88] 타이완은 2012년 6월 30일에 DVB-T 방식으로 전환을 완료했다.

다음은 과거 NTSC 방식을 사용했으나 디지털 방식으로 전환한 주요 국가 및 완료 시점이다.

국가전환 방식전환 완료일
버뮤다DVB-T2016년 3월 1일
캐나다ATSC2011년 8월 31일 (일부 지역)
칠레ISDB-Tb2024년 4월 9일[86]
코스타리카ISDB-Tb2019년 8월 15일
에콰도르ISDB-Tb2019년 12월 31일[87]
일본ISDB-T2012년 3월 31일
멕시코ATSC2015년 12월 31일 (전력 방송국)[88]
세인트루시아ATSC2024년 3월 5일
대한민국ATSC2012년 12월 31일
수리남ATSC2015년[89]
타이완DVB-T2012년 6월 30일
미국ATSC2009년 6월 12일 (전력 방송국)[83]
2015년 9월 1일 (A급 방송국)
2021년 7월 13일 (저전력 방송국)[90]



아날로그 방송 종료 후 확보된 주파수 대역은 휴대 전화 통신, 디지털 라디오 방송, 재난 및 행정 무선 통신 등 다양한 용도로 재활용되고 있다. 일본의 경우, FM 보완 중계국(와이드 FM) 운영에도 활용되고 있다.

변조파를 이용한 NTSC 신호 방송은 대부분 종료되었지만, 베이스밴드 전송 방식은 단일 동축 케이블로 전송 가능하고 비용이 저렴하여 보안 카메라, 차량용 카메라 등 단거리 표준 화질(SD) 동영상 전송 수단으로 여전히 사용되고 있다.

5. 다른 컬러 방송 방식과의 비교

세계적으로 사용된 주요 아날로그 컬러 텔레비전 방송 방식으로는 NTSC, PAL, SECAM이 있다. 이 방식들은 각각 다른 기술적 특징을 가지며, 사용되는 지역도 달랐다.

NTSC 방식은 미국에서 미국 연방 통신 위원회(FCC)의 주도로 제정되었으며, 북아메리카, 대한민국, 일본 등 여러 국가에서 채택되었다.[11] NTSC는 525개의 주사선을 사용하고, 초당 약 29.97 프레임(59.94 필드)의 속도를 가지며, 6MHz의 채널 대역폭을 사용한다.[11][21][22] 컬러 정보는 흑백 신호와의 호환성을 유지하기 위해 약 3.58MHz의 색상 부반송파를 추가하는 방식으로 전송된다.[19]

반면, PAL 방식은 주로 유럽, 오세아니아 등에서 사용되었으며, 625개의 주사선과 초당 25 프레임(50 필드)의 속도를 가진다. SECAM 방식 역시 프랑스, 동유럽, 아프리카 일부 국가 등에서 사용되었으며, PAL과 유사하게 625개의 주사선을 사용하지만 색상 정보를 전송하는 방식에서 차이가 있다. PAL과 SECAM은 일반적으로 NTSC보다 넓은 7MHz 또는 8MHz의 채널 대역폭을 사용한다.

이러한 기술적 차이로 인해 NTSC, PAL, SECAM 방식은 서로 직접적인 호환성이 없으며, 각기 다른 방식을 사용하는 지역 간의 영상 교환이나 방송 시에는 신호 변환 과정이 필요하다. 현재는 전 세계적으로 디지털 텔레비전 방송으로 전환되면서 아날로그 방식들은 점차 사용이 중단되고 있다.[26][27]

5. 1. PAL (Phase Alternating Line)

'''PAL'''(Phase Alternating Line영어)은 유럽, 오세아니아, 아시아 및 아프리카, 남아메리카의 일부 국가에서 주로 사용하는 아날로그 텔레비전 방송 방식이다. NTSC에 비해 색상 왜곡에 강하다는 장점이 있는 것으로 알려져 있다.

NTSC 방식과 비교했을 때 다음과 같은 주요 차이점이 있다.

  • '''주사선 수''': PAL은 625개의 주사선을 사용하여 NTSC(525선)보다 화면의 수직 해상도가 높아 더 세밀한 표현이 가능하다.
  • '''프레임 레이트''': PAL은 초당 25 프레임(50 필드)을 사용한다. 이는 NTSC(초당 약 29.97 프레임, 59.94 필드)보다 적은 수치로, NTSC에 비해 움직임의 부드러움은 덜할 수 있다. 영화 필름(24fps)을 PAL 방식으로 변환할 때는 주로 1/24만큼 속도를 높여(약 104.17%) 초당 25프레임으로 맞추는 방식을 사용하기도 한다.
  • '''Y/C 분리''': NTSC 방식은 인접 주사선 간의 색 신호 위상 관계를 이용한 빗살 필터 구현이 비교적 용이하여 휘도(Y)와 색차(C) 신호 분리 정확도를 높일 수 있었다. 반면, PAL 방식은 구조적으로 2줄 떨어진 주사선과의 비교가 필요하여 라인 상관성이 저하될 수 있고, 이로 인해 NTSC와 동일한 방식의 Y/C 분리 적용 시 정확도가 떨어질 수 있다.
  • '''채널 대역폭''': PAL 방식은 일반적으로 7MHz 또는 8MHz의 채널 대역폭을 사용하며, 이는 6MHz를 사용하는 NTSC 방식보다 넓다.


이러한 기술적 차이로 인해 NTSC와 PAL은 서로 호환되지 않으며, 각 방식을 사용하는 지역 간의 영상 교환 시에는 표준 변환 과정이 필요하다.

5. 2. SECAM (Séquentiel couleur à mémoire)

SECAM 방식은 NTSC나 PAL 방식과 비교될 때 몇 가지 기술적 차이점을 가진다. 영상 신호에서 휘도 신호(Y)와 색차 신호(C)를 분리하는 Y/C 분리 기술 중, 인접한 주사선 간의 유사성(라인 상관성)을 이용하는 빗살 필터 방식이 있다. NTSC 방식은 이러한 라인 상관성을 이용하여 Y/C 분리를 비교적 용이하게 할 수 있지만, SECAM 방식은 색 신호 자체에 라인 상관성이 없어 이 방식을 적용하기 어렵다는 특징을 가진다.[96]

또한, 방송 채널 할당 측면에서 SECAM 방식은 PAL 방식과 함께 유럽 등지에서 주로 사용되며, 일반적으로 채널당 7MHz에서 8MHz의 대역폭을 필요로 한다. 이는 채널당 6MHz의 대역폭을 사용하는 NTSC 방식과 비교되는 점이다.[96]

6. 비판 및 논란

NTSC 방식은 컬러 텔레비전 방송을 초기에 구현하는 데 기여했지만, 표준 제정 과정과 기술적인 측면에서 여러 비판과 논란이 존재한다.

컬러 표준 제정 당시, CBS가 개발한 필드 순차 방식은 기존 흑백 수상기와 호환되지 않는다는 단점이 있었다.[12] 반면 RCA가 주도하여 개발된 NTSC 컬러 표준은 흑백 호환성을 유지했지만, 기술적 타협이 필요했다. CBS 시스템은 RCA의 법적 조치와 한국 전쟁을 명분으로 한 미국 정부의 컬러 수상기 제조 금지 조치[13][14][15][16] 등으로 인해 결국 시장에서 철수했고,[17] NTSC가 최종 표준으로 채택되었다.[18] 이 과정은 기술 경쟁 외적인 요소가 표준 결정에 영향을 미쳤다는 논란의 소지가 있다.

기술적으로는 컬러 정보(색상 부반송파)를 추가하면서 기존 흑백 신호와의 간섭을 피하기 위해 프레임 속도를 초당 30 프레임에서 약 29.97 프레임으로 미세하게 조정해야 했다.[21][22] 이는 기술적 한계로 인한 불가피한 변경이었으나, 원래의 30 프레임 표준에서 벗어난다는 점에서 비판의 여지가 있다. 또한, 인터레이스 방식에서 비롯되는 필드 순서(우세) 문제는 비디오 편집 시 영상 떨림이나 포맷 변환 오류를 유발할 수 있는 기술적 문제점으로 지적된다.[26][47]

가장 널리 알려진 비판점으로는 전송 과정에서 발생하는 신호 왜곡으로 인한 색상 왜곡 문제와 흑백 호환성을 위해 도입된 기술적 복잡성이 있다. 이러한 문제들은 이후 개발된 PAL이나 SECAM 방식과 비교되며 NTSC의 단점으로 자주 언급된다.

6. 1. 색상 왜곡 문제

NTSC 방식의 크로마 신호는 컬러 버스트 신호로 나타나는 기준 위상과의 차이를 통해 색상을 표현한다. 이 때문에 전송이나 증폭 과정, 또는 필터 등에서 위상 왜곡이 발생하면 화면에 표시되는 색상이 틀어지는 문제가 발생한다.[54] 특히 공중파 방송에서는 멀티패스 현상으로 인한 신호 왜곡을 피하기 어렵고, 수신 안테나의 성능이나 설치 위치에 따라서도 영향을 받는다. 또한, NTSC 신호에서 색상 정보를 담는 크로마 신호의 주파수 대역(-4.2MHz) 바로 위에는 음성 캐리어(4.5MHz)가 존재하는데, 1950년대 당시 기술로는 음성 신호의 간섭을 제거하기 위한 필터가 오히려 크로마 신호의 위상 특성을 악화시키는 부작용이 있었다.

1960년대까지 텔레비전에 사용된 진공관 전자회로는 컬러 버스트 위상이 불안정하게 변하는(드리프트) 기술적 문제를 일으켰고, 방송국에서 송출하는 신호가 항상 정확하지 않아 채널을 바꿀 때마다 색조가 달라지는 경우도 있었다. 이러한 이유로 NTSC 방식 텔레비전에는 시청자가 직접 색상을 조절할 수 있는 '색조'(tint 또는 hue) 조절 기능이 필수적이었다. PAL과 SECAM 방식 텔레비전은 이러한 기능의 필요성이 적었다.

이러한 색상 재현의 불안정성 때문에 NTSC 방식은 비디오 전문가나 방송 기술자들 사이에서 "Never The Same Color"(결코 같은 색이 아님), "Never Twice the Same Color"(두 번 다시 같은 색이 아님), 또는 "No True Skin Colors"(실제 피부색이 아님)와 같은 비판적인 별명으로 불리기도 했다.[54] 반면, 상대적으로 더 복잡하고 비싼 PAL 시스템은 "Pay for Additional Luxury"(추가적인 고급 기능을 위해 돈을 지불한다)라는 별명이 붙기도 했다.

NTSC 이후 개발된 유럽의 PAL 방식은 두 개의 색차 신호 중 하나(R-Y)의 극성을 매 주사선마다 반전시켜 전송 과정의 위상 왜곡이 화면에 미치는 영향을 줄였다. 프랑스에서 개발된 SECAM 방식은 색차 신호를 주파수 변조(FM) 방식으로 전송하여 위상 왜곡 문제를 원천적으로 해결했다.

하지만 1970년대 이후 송출 규격이 엄격해지고, 안테나 기술과 전자 회로 기술(특히 고성능 SAW 필터 등)이 발전하면서 NTSC의 색상 왜곡 문제는 점차 개선되었다. 현대적인 회로 설계 기술 덕분에 색상 불안정 문제는 대부분 해결되어 과거와 같은 불편함은 줄었다.

S-비디오 단자를 통해 NTSC 신호를 전송하는 경우, 휘도 신호와 색차 신호가 분리되어 전송되므로 복합 비디오 신호에서 발생하는 위상 왜곡 문제가 발생하지 않아 더 정확한 색상을 표현할 수 있다.

6. 2. 기술적 복잡성

NTSC 컬러 방식은 1940년대부터 방송되던 흑백 텔레비전과의 하위 호환성을 유지하면서 빛의 삼원색(빨강·녹색·파랑)의 영상 신호를 전송하고 표시하기 위해 개발되었다. 이를 위해 1950년대 가전제품에 적용 가능한 수준에서 여러 복잡한 기술들이 동원되었다.

핵심 원리는 인간 시각의 특성을 이용하는 것이다. 사람의 눈은 밝기(휘도) 변화에는 민감하게 반응하지만, 영상에서 색 정보만 변하는 부분은 그 면적이 일정 수준 이상 넓지 않으면 변화 자체를 잘 인식하지 못한다. NTSC는 이러한 특성을 활용하여, 컬러 영상 신호를 압축했다. 만약 압축하지 않고 그대로 전송한다면 흑백 방송보다 3배나 넓은 전파 대역폭이 필요하지만, 이 압축 기술 덕분에 기존 흑백 방송과 동일한 대역폭 내에서 컬러 정보를 전송할 수 있게 되었다.

신호 처리 과정은 다음과 같다. 먼저 촬상 소자(카메라 센서)에서 얻은 삼원색 신호를 밝기 정보인 휘도 신호와 색상 정보인 두 개의 색도 신호로 행렬 변환한다. 휘도 신호는 기존 흑백 TV에서도 수신할 수 있도록 호환성을 유지하는 역할을 한다. 반면, 색도 신호는 저역 통과 필터를 통과시켜 대역폭을 크게 줄인다(압축). 이렇게 대역이 제한된 색도 신호는 '색 부반송파'(컬러 서브캐리어)라는 특정 주파수의 반송파를 사용하여 직교 진폭 변조 과정을 거쳐 색신호로 만들어진다. 최종적으로 이 색신호는 휘도 신호 및 음성 신호와 서로 간섭을 일으키지 않도록 조심스럽게 합성되어 방송 전파를 통해 송출된다.

각 가정의 텔레비전 수상기에서는 수신한 방송 신호를 복조하여 원래의 영상 신호로 되돌린 다음, 이 신호에서 휘도 신호와 색신호를 다시 분리한다. 분리된 신호는 역행렬 변환 과정을 통해 원래의 삼원색 신호로 복원되고, 이 신호가 컬러 브라운관이나 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이와 같은 평면 디스플레이 장치에 입력되어 최종적으로 우리가 보는 컬러 동영상을 화면에 표시하게 된다.

7. 같이 보기

참조

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