NTSC
上述した通り色副搬送波周波数は水平同期周波数の\tfrac{455}{2}倍であり、言い換えれば1本の走査線は色副搬送波227.5サイクル分の時間で描かれるということである。走査線上のある1点に注目するとその直上や直下の走査線の同じ水平位置では色副搬送波は半サイクルずれ、位相が反転している。仮に1色で塗りつぶされている画像を撮影してNTSCの映像信号に変換したとき生成されるクロマ信号の振幅は一定になるが色副搬送波との位相差も一定になるので、当該画像のクロマ信号は直上直下の走査線と比較すると同じ水平位置では位相だけが反転していることになる。
自然画像を撮影し走査線で分解して映像信号にしたものを仔細に分析すると、直上直下の走査線ではあまり大きく内容が変わらず同じ水平位置では輝度・彩度・色相とも似通っている(ライン相関性が高い)場合が多い。そこで映像信号を正確に走査線1本分の時間(\tfrac{572}{9}μ秒)遅らせる遅延回路を通した信号と現在送られてきている信号とを足し合わせると画面のほとんどの領域でクロマ信号は打ち消しあい、残った輝度信号だけが得られる。逆に過去の信号との差分を取ると輝度信号は差し引きほぼゼロになり、位相が反転しているクロマ信号だけが残留する。
遅延回路を用いたこのフィルタは遅延時間の逆数の整数倍の周波数で利得にピークができ、周波数特性グラフで見るとちょうど櫛の歯のようになっている事から、クシ形フィルタと呼ばれる。
輝度信号を帯域制限せず分離することが出来、大画面に表示しても画像がぼやけず評価に耐える先鋭度を保つ。また、クロスカラーや色相歪みも周波数分離式に比べて少ない。
遅延回路用の部品と、その遅延時間を正確に水平走査線1本分の時間に調整するコストが製品に加算される。ライン相関性が低い領域では副作用も出る。例えば、斜め線の周囲に偽色がまとわりついたり星条旗の紅白の境目にドット妨害が残ったりする。また隣接ラインとの信号を単純に加減算すると画像が垂直方向にぼけ、水平方向だけはクッキリしたいびつな絵になってしまう。これらを解決するためには走査線間の相関性を検出し、相関性が低い場合は周波数分離に切り換える回路と水平走査線1本分の時間を更に遅らせた信号との3ライン間の比較演算により垂直解像度の低下を防ぐ回路が必要になる。そしてそれらの回路を追加実装すると、機器の価格は確実に上昇する。
走査線1本ごとに色副搬送波の開始位相が半サイクルずつずれていくのは上述した通りだが1フレーム中の走査線数は奇数(525本)である為、画面中の任意の一点上における色副搬送波の位相はフレーム毎にも反転していることになる。したがって、正確に1フレーム分(\tfrac{1001}{30}ミリ秒)だけ映像信号を遅延できる回路を作成すればフレーム相関性を利用したY/C分離が可能になる。
「過去」の画面との比較を行うこのフィルターは2次元平面のフレーム画像を時間方向の次元で演算処理する事から、3次元クシ形フィルタと呼ばれる。
ライン相関性を利用した物よりも、さらに精緻なY/C分離を行える。細かい模様上および斜め線の周囲の偽色や色の境界付近の色にじみやドット妨害が発生しない、理論上望みうる最高の画質を提供できる。
以上の利点は、フレーム相関性の極めて高い「まったく動いていない画像」の場合にのみ実現できる。そもそもテレビジョンは動いている画像を伝送表示するためのシステムであり現実の3次元クシ形フィルタではフレーム間の相関性を検出し、相関性が低い場合はライン相関によるY/C分離に切り換える(ライン相関も無い場合は、さらに周波数分離にフォールバックする)「動き適応回路」が必須になる。フレーム間の画像を単純に加減算すると時間方向の解像度が低下し以前の画面の映像が薄く残る残像現象が発生するので、この点からも動き適応回路の搭載は不可欠である。
なお、画面全体の映像信号を正確に1フレーム分遅延し得る回路の実現には、非常に複雑で大規模な装置が必要となり高速な半導体メモリとその大容量化・廉価化を待たねばならず民生家電製品に搭載できる所までコストが下がったのは20世紀も終盤になってからである。
放送波への変調を行わずNTSCベースバンド信号を同軸ケーブルで外部の機器とやり取りする場合、入出力およびケーブルのインピーダンスは75Ωとし信号レベルを1V p-pとするよう規定されている。信号送出側/受入側とも直流伝送が可能な設計になっていればブランキングレベルを0V、同期信号レベル (-40IRE) を-286mV、映像信号の輝度100% (100IRE) を714mVとする。直流結合できない場合、もしくはどのような機器が接続されるのか確定出来ない場合は同期信号の底のレベルもしくは水平同期信号直後のブランキング期間の電圧を各々の機器内部で基準とする電圧に揃えるクランプ回路を受信側に設けて限定的直流再生を行う。
接続端子の形態は業務用機器ではインピーダンス75Ωに設計されたBNCコネクタ(通常のBNCコネクタは50Ω)と指定されているが、民生用機器ではRCA端子を使用するのが一般的である。
クロマ信号はNTSCベースバンド信号生成前の色差信号I・Q(又はU・V)の段階で最大1.3MHzの帯域制限フィルタがかけられているが輝度信号の帯域にはNTSC規格としての上限は設けられておらず、伝送路や記録再生機器の規格や性能によってのみ制限を受ける。たとえば放送波では4.2MHz(水平解像度約330TV本)の帯域が確保されており普及型家庭用VTRでは約2.5MHz(約200TV本)までの信号が録画再生可能であるる。レーザーディスクプレイヤーでは、4.5MHzの帯域が確保されていた。
音声は当初モノラルのみであったが、1978年に日本の東京広域圏で、FM-FM変調によるEIAJ方式音声多重放送が始まった。
1984年、アメリカでBTSC (Broadcast Television Systems Committee) が、MTS (Multi-channel Television Sound) と言われるAM-FM変調方式の音声多重放送の規格を制定した。日本とアメリカの方式の場合、音声信号内にサブキャリアを挿入する。
またPAL圏の西ドイツでは1981年から、A2ステレオ方式で音声多重放送を行っている。これは前2者の様な方式と異なり、2つ目の音声搬送波を設けて、そこで第2音声(二ヶ国語放送の外国語音声または、ステレオ放送時の右チャンネル音声)を伝送する規格である。
NTSC方式のクロマ信号は、カラーバースト信号で示される基準位相との差が色相を表すという特性を持っている。そのため、伝送・増幅系やフィルターなどで位相歪みが発生すると表示画像の色相のずれに直結してしまう。空間波による放送ではマルチパスがもたらす信号歪みを完全に避けることは不可能であり、その影響も受信アンテナの性能とそれを設置した家々の位置によってまちまちとなる。またクロマ信号側帯波の広がり ( - 4.2MHz) の直上には音声キャリア (4.5MHz) が存在し、これによる妨害を排除する為の急峻な遮断特性を持つフィルターは1950年代当時の家電製品に適用できる技術ではクロマ信号の位相特性が確実に悪化する物しか作れなかった。
放送技術関係者らは、NTSC方式を評して自嘲的に
"Never Twice Same Color"(同じ色は二度と再現できない)
"No Television Same Color"(同じ色が出るテレビはない)
"Never Tested Since Christ"(有史以来、技術的正当性を検証していない)
などと揶揄しているくらいである。
NTSC以後に開発されたPALでは2つある色差信号のうちR-Y成分の極性を走査線1本毎に反転する事によって、位相歪みの影響を画面上で目立たなくする改良が加えられている。SECAMでは色差信号はFM変調されており、この種の問題は原理的に発生しない。
しかし1950年代から1970年代には問題となっていたこの件も送出側規格の厳密化やアンテナの指向特性向上、位相歪みを低く抑える電子回路技術の進歩、特に高性能な中間周波フィルター類の開発と量産廉価化・広範採用により次第に改善され「受像機を設置した先々で、いちいち色相調整つまみを回して合わせ込まないと正しい色が再現できない」という煩わしさを過去のものとしている。
NTSC方式は周波数インターリーブ関係が単純であり、直上直下のライン相関性を利用して輝度信号とクロマ信号とを比較的高い精度で分離するクシ型フィルターを数%の部品追加で実現できる。2本離れた走査線との比較が必要になるPALではライン相関性が低下してY/C分離の精度が悪化し、SECAMではそもそも色信号にライン相関性が無い。画面全体の映像信号を蓄積できる大容量メモリを使って過去のフレームとの比較を取り、フレーム間の相関性を利用して輝度/色差信号を抽出する3次元Y/C分離が家電製品に使われるようになる1990年代初頭までこの点ではNTSC方式に優位性があった。
なおNTSCの走査線数525本に対しPALのそれは625本と多く、画面の詳細度はPAL方式の方が上回っている。逆にNTSCのフレームレートはPALの毎秒25枚に比べ20%増しの毎秒30枚であり、動きが滑らかである。しかし水平解像度と走査線数とフレームレートの積は当該チャンネルの放送波が占有し消費する周波数帯域の広さと比例し各値はトレードオフする関係にあるため、これをもって方式の優劣を語ることは出来ない。
放送電波の帯域は当該国家ないし地域住民の言わば共有インフラ・共有財産であり、民生用途に話を限ったとしてもテレビジョン放送のみに専用が許されているわけではない。VHF帯 (30 - 300MHz) の利用が始まったばかりの1940年代において、当時の16mm白黒映画フィルムと同等の解像度400ラインペア 程度を確保した上でチャンネル当たりの占有帯域が6MHzで済むNTSCは、国土が広く混信を避けつつ全国放送を行うためには多くのチャンネルを必要とするアメリカの事情を反映して開発された方式でもある。欧州などの7 - 8MHzのチャンネル幅を必要とするPAL/SECAM方式や14MHzもの帯域を占有して819本の走査線を描くフランス式System-Eの様に放送チャンネル当たりの帯域を広く取ればそれだけ多くの走査線を詰め込めるが、確保できるチャンネル数はその分減少する。テレビジョン放送用のチャンネル数を増やすには周波数が高い方向に確保するしかない(低い側の周波数領域は既に他の放送通信用途で埋まっており、数十 - 数百MHz単位で連続した領域を確保するには高い周波数帯を開拓する以外に方法は無い)わけだが、周波数が高くなればなるほど送信側受信側とも克服せねばならない技術的困難は増大する。
アメリカやその他の国々で採用されているオリジナルのRS-170A/SMPTE-170M規格では最低輝度の黒を表すセットアップレベルは7.5IREと規定されているが、日本のNHKでは黒レベルとブランキングレベルが等しく0IRE (=0V) となっている。民放では、5IREとなっており、両者の違いはごくわずかであり、多くの一般人はこのような差異が存在すること自体に気が付かないであろう。しかし業務として映像に携わる人々にとっては無視できない違いであり、業務用機器では日本規格と米国規格とで製品ラインナップが別になっていたり明示的にセットアップレベルを切り替えるスイッチが付いていたりする。
また、「輝度100%の白」を意味する信号が送られてきた時に表示する「白」の色温度も日米で異なっている。SMPTE-170Mでは国際照明委員会 (CIE) 標準光源のD65(色温度約6500Kの昼光色)を目標色にしているが、日本では明文化された規定は無いが色温度約9300KのD93光源の色が業界標準となっていた。
なお、日本の東半分(富士川および糸魚川以東)ではAC電源の周波数は米国の60Hzと異なる50Hzであるが、50Hz地域でNTSCを採用しているのは日本以外ではミャンマーやジャマイカ、チリ、ペルー、トンガなどと少数派である。白黒時代に垂直同期周波数を米国の電源周波数と等しい60Hzに決定した理由は、端的に言えば1940年代の電子回路に使える増幅素子が真空管だけだったためである。当時はコンセントから取ったAC電源を直接整流してコンデンサで平滑化しただけで回路内部のメイン電源を生成するトランスレス設計が当たり前であり、安定化されていないB電源には交流周波数と同じ周期の脈流成分が多量に含まれていた。同様にブラウン管に印加する加速電圧も安定化されていないために電子ビームの速度が変化してしまい画面が明滅したり偏向感度が変化して画像が膨張・収縮する現象を抑えきれず、表示フィールドレートと電源周波数が等しく なっていないと激しいフリッカー(ちらつき)や画面の振動を生ずる危険性があった。またブラウン管の蛍光面を焼きつきから保護するために放送を受信していない時にも水平・垂直偏向系を駆動し続ける必要があり仮の同期信号を電源周波数の逓倍で作れるよう、総走査線数は比較的小さな奇数の積 525=3×5×5×7となっている。ところが、このような電源周波数に依存した設計を採ると日本の東西で方式を分けなければならなくなってしまう。幸い、アメリカでテレビ放送が開始された1941年から日本で開始される1953年まで十余年間の技術進歩の恩恵を受けて、内部回路用の低圧電源や電子ビーム加速用の数千ボルトの電圧を一定に保ち、また電源周波数の逓倍に頼らずとも正確な発振周波数を得られる電子回路とそれらを可能にする部品群が開発されており、東日本地域でNTSC方式の受像機を使用しても画像に上記の様な問題を生じることは無い。
そしてこれはテレビジョン放送規格の差異ではないが、日本のFMラジオ放送では音声信号のエンファシス時定数は欧州規格と同じ50を採用している。アメリカや韓国・フィリピンなどではFMラジオ放送のエンファシス時定数とテレビのそれとは同じ75であるため、テレビの音声放送周波数にチューニングダイヤルを合わせる事が出来れば(あるいは周波数変換機:コンバーターを使用すれば)テレビの受像機が無くても音声部分だけはラジオで聞く事が出来る。しかし日本規格(50)のFMラジオ受信機で何の対策もせずにエンファシス時定数75で放送されているTV音声を聞くと高域が強調されて、いわゆる「キンキンした」音になってしまう。
NTSCカラー放送方式は激しい変革と急速な進化を遂げ続けている電子工業界において50年以上もの長きにわたって第一線にとどまり続け、その間も消費者の厳しい評価に応え続けてきた規格である。しかし放送通信のデジタル化は時代の趨勢であり、特に算術処理により動画データを高圧縮するMPEGを始めとした技術の実用化に伴って衛星放送はもとより地上波でも高精細度デジタル放送への移行がNTSC各国で進行した。
アメリカではATSC(Advanced Television Standards Committee、先進型テレビ標準委員会)による標準方式が策定され、地上波放送を受信し得る13インチ以上のテレビジョン装置は全てこのATSC方式のチューナーを備えるよう義務づけている。地上波アナログ放送は2009年6月12日をもって終了しており、低所得者層向けの移行支援としてデジタル放送をNTSCベースバンド信号に変換する単機能チューナーを購入する際に使用できる40ドル分の割引クーポンを配布していた。
日本においても、電波産業会(ARIB)が規定するISDB(Integrated Services Digital Broadcasting)方式への移行が予定されている。本来無料放送である民放局の番組にまでスクランブルをかけ、その解除キーであるB-CASカードをチューナーやレコーダーに挿入しないと受信できない煩雑さや件のB-CASカードを独占販売している私企業・株式会社ビーエス・コンディショナルアクセスシステムズが視聴者一人一人の個人情報を把握している危険性、それらを始めとする視聴者および製品購入者にとって不利益となりうる情報がシュリンクラップ契約で覆い隠され周知されていない隠蔽体質など非難も多く実現を危ぶむ声も聞かれたが、2011年7月24日をもって被災3県以外の地上波アナログ放送は停波された。東日本大震災の被災地である岩手県・宮城県・福島県(以下被災3県)では、アナログ放送完全終了が震災の特例法により、2012年3月31日に延期されていた。被災3県以外のテレビ局では、2011年7月1日からはすべての放送時間帯で停波の告知放送に切り替わり、番組放送自体も音声のみの放送となる計画であったが、画面左下に停波告知を常時表示(CM中を除く)し、映像と音声共に7月24日正午まで放送するように変更された。低所得者層への移行支援策として、生活保護世帯および身体障害者世帯などをはじめとする、市町村民税やNHK受信料が全額免除となる世帯への単機能チューナー無料給付制度が開始されている。
またこれに伴って一部の番組で2009年度から段階的にレターボックス(サイズは「レターボックス16:9」が主であるが、NHKの番組によっては「-14:9」「-13:9」もある)での放送に移行していたが、2010年7月5日付の放送開始から全ての番組をデジタルと同様にレターボックス16:9に変更した(一部のコマーシャルは従来と同じ4:3サイズとなるものもあり)。それに先駆けて、一部の新番組(NHKなど)や日本テレビ系列の収録番組(生放送番組を除く)は同年4月からレターボックスサイズでの放送に切り替わっている。被災3県を除く44都道府県では、2011年7月24日正午にアナログ放送は地デジ移行を促す青色単一の画面に変わり番組が終了、25日0時までに被災3県を除く放送局のアナログ放送が停波した。アナログ放送終了が2012年3月31日に延期されていた被災3県については2011年7月25日以降、CM中でもアナログ終了告知テロップの表示を開始し4:3のCMもレターボックス化(上下左右の額縁放送)、2012年3月12日から「アナログ放送終了まであと○○日」と書かれたカウントダウンの表示、2012年3月31日正午にアナログ放送は地デジ移行を促す青色単一の画面に変わり通常の番組が終了、1日0時までに被災3県に於ける放送局のアナログ放送が停波し、日本全国で完全デジタル化が完了した。これで、日本のアナログテレビジョン放送は完全に廃止され、約60年の歴史に幕を閉じた。なお、日本の地上アナログテレビジョン放送で使用されていた周波数領域は今後携帯端末向けマルチメディア放送や地上デジタルラジオ放送、防災・行政無線他に使用される計画となっているほか、中波放送の混信・難聴取の対策として、FM補完中継局(通称・ワイドFM 当初は90-95MHz)に活用されている。
世界の多くの地域で変調波によるNTSC信号の放送は終了したが、ベースバンド転送は、単一同軸ケーブルで転送可能でかつ確立した(したがって非常に安価な)技術として、防犯カメラ、車載カメラなどの短距離のSD(標準画質)動画転送手段として今でも広く利用されている。