아날로그 텔레비전 방송방식

(1) 주사

텔레비전 카메라의 렌즈를 통과한 빛에 의해 광전 변환면(빛을 전기적으로 바꾸는데는 촬상관의 광전면에 의해서 이루어진다)상에 화면이 만들어진다. 이 화면은 작은 화소로 분해되어 각각의 화상정보(흑백TV에서는 휘도, 컬러TV에서는 휘도와 색에 대한 정보)를 순차적으로 전기신호로 변환하여 전송한다.수신측에서은 전송되어 온 전기신호를 전광변환기(브라운관의 형광면)에 가하여 화면을 재생한다. 이와같이 2차원의 화상정보를 1차원의 정보로 변환하는 것을 주사(Scanning)라 한다.현행 TV에서는 [그림3]과 같이 2:1의 비월한 주사(2:1 Interlace Scanning : 주사선을 1 line마다 비월하여 주사하는 방법)가 사용되고 있다.

[그림3] 비월주사

(2) 영상신호

주사에 의해 얻어진 카메라 출력신호는 수평귀선기간이 필요없는 신호를 제거한 뒤 동기신호에 부가시켜 복합 영상신호를 만든다. 영상신호의 진폭은 흑에 대응하는 0에서부터 백에 대응하는 최대치 10 사이에 분포한다. 영상신호의 주파수 성분은 화면 전체의 평균 밝기에 해당하는 직류로부터 화면내의 명암이 가장 세밀한 변화에 대응하는 최고 주파수 사이에 분포한다.

[그림4] 텔레비전의 화상신호와 동기신호

이 최고 주파수(fmax)의 성분은 다음과 같이 주어진다. fmax=1/2ㆍKN2ㆍfpㆍb/hㆍy/x
단, K : Kell 계수로 경헙적으로 0.7

N : 주사선수
fp : 프레임 주파수(매초의 상수)
b/h : 화면의 횡과 종의 비
x, y : 각각 수평, 수직 주사 유효율

우리나라의 표준방식에 대해서는 N : 525선, b/h : 4/3, fp : 30, x : 0.84, y : 0.95이므로 fmax≒4.3MHz가 된다. 한편 색신호는 이 영상신호의 고역에 주파수 다중시킨다.

(3) 전송방식

영상신호와 같이 넓은 대역을 갖는 신호의 전송에는 VHF, UHF, SHF대의 전파가 적합하다. 지상방송에서는 송신전력이 충분히 얻어지므로 주파수가 유효하게 이용되는 잔류측파대 진폭변조 방식이 사용되고 있다.

[그림5] TV방송 전파

변조의 극성에는 정(+)과 부(-)의 두가지가 있겠지만 우리나라에서는 부변조 방식(영상전파의 복사전력은 피사체의 휘도가 증가할 때 감소하는 변조방식)이 쓰여지고 있다. 영상신호 등에 의해 변조된 전파는[그림5]와 같이 잔류측파대 특성을 갖고, 음성은 음성신호 주반송파를 FM변조하여 보낸다. 또 음성 다중방송도 실용화되고 있다.

(4) 컬러 텔레비전

컬러TV 방식에는 그 전파를 종래의 흑백용 수상기라도 흑백 영상으로 수신이 가능한 '컴퍼터블(Compatible - 양립성이 있는) 방식 과 비컴퍼터블 방식이 있다. 현재 세계 각국에서 방송방식으로 채용하고 있는 NTSC, PAL, SECAM 방식은 양립성이 있는 방식이다.

(5) NTSC방식

NTSC(National Television System Committee : 미국 TV시스템 위원회)에 의해 미국의 통일방식으로서 인정된 방식이다. 컬러TV 카메라에서 얻어진 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)의 3원색 신호(RGB신호라 부르는 경우가 많다) 각각을 흑백TV와 같은 방법으로 전송하면 흑백TV의 경우보다 3배의 대역이 필요하게 된다.이 NTSC방식에서는 RGB의 3원색 신호로부터 다음 식에 의해 유도되는 3개 신호 Ey'(휘도신호), EI'(I신호), Eq'(Q신호)를 그림6]과 같이 전송함으로써 대역 절감을 꾀하고 있다.

[그림6] NTSC 컬러신호의 스펙트럼

Ey'=0.30Er'+0.59Eg'+01..Eb'
El'=0.27(Eb'-Ey')+0.74(Er'-Ey')
Eg'=0.41(Eb'-Ey')+0.48(Er'-Ey')
단, Er'Eg'Eb' : 각각 화소를 주사할 때 생기는 r, g, b의 각 신호 전압의 감마(r) 보정한 것.
Ey' : 휘도신호 성분
El', Eq' : 색신호 성분

신호 Et', El', Eq'의 대역폭은 각각 4.0, 1.5, 0.5MHz이다. 휘도신호 Ey'는 흑백TV의 경우와 같은 방법으로 전송된다.
또 2개의 색신호 성분 El'와 Eq'에 의해 색부반송파(3.57954MHz)가 직각 2상 변조되어 이 색부반송파가 휘도신호에 중첩되어 전송된다.
NTSC방식에서는 전화면내의 0.5MHz 이하에 대응하는 비교적 큰 면적(가로 길이가 TV화면의 가로폭(횡폭)의 약 1/35, 세로(종)의 길이는 TV화면 높이의 약1/350 정도의 면적)에 대하여는 휘도 색상 채도가 충실히 전송되며, 또 0.5MHz에서 1.5MHz에 대응하는 중정도의 면적(가로 길이는 TV화면 가로 폭의 약 1/30 - 1/90, 세로의 길이는 TV화면 높이의 약 1/350 정도의 면적)을 갖는 부분에 대하여는 휘도와 CIE(Commission International de I'eclairage) 색도도에 있는 오렌지-시안 방향의 정보(색의 정보)만이 전송되며 1.5MHz 이상에 대응하는 이들부다도 더욱 세밀한 부분에 대하여는 휘도에 대한 정보만이 전송된다.
이 전송방식은 인간의 시각특성을 충분히 고려하여 설계되었고 대역절감에 의한 화질 열화를 적게 한다. 색부반송파의 주파수 fsc와 수평주사 주파수 fh사이에는 fsc = fhx455/2라는 관계(fsc는 fh의 1/2의 기수배)가 있고 수신된 화면에 있어서 색반송파에 의한 점상의 방해는 인접한 주사선과 역위상이 되고 또 프레임마다도 역위상이 되어 눈에 띄지 않는다.또 음성 반송파와 색부반송파의 비트(beat)에 의한 방해도 적게 되도록 각각 주파수를 선택하고 있다.NTSC방식의 송수신 계통도는 (그림 7)과 같다.

[그림7] NTSC 송수신 계통도

(6) PAL방식 서독 Telefunken사의 W.Brunch에 의해 제안된 방식으로, 1개의 색신호 Ey를 라인마다 위상 교대(phase alternation by line)하는 방식이며 NTSC방식을 조금 변경한 것으로 두 개의 색신호 중 1개(Er'-Ey')의 극성을 주사선마다 반전하여 전송하고 수신 측에서는 1라인 지연선(약 64Ns)을 사용하여 색반송파 성분을 시간적으로 연달아 2선의 주사선에 대하여 평균한다.이 때문에 전송계에서 생기는 색부반송파의 위상 일그러짐은 상쇄되어 감소한다. 즉 색상 변화가 없다. (NTSC방식의 결점인 장거리 중계 회선 중에서 생기는 색상 일그러짐의 영향이 경감된다). 단, 색부반송파가 시간적으로 연달아 2라인에 걸쳐 평균되기 때문에 색의 수직 방향의 해상도가 저하한다. (7) SECAM방식 Henri de France가 제안한 것으로, 색신호를 라인 순차로 전송하여 메모리 기술로 복원하는(sequential couleur amemoire)방식이다. 두 개의 색차 신호를 선순차 방식으로 색부반송파를 FM변조하여 전송하고 수신 측에서는 1라인 메모리를 사용하여 동시 신호로 변환한다. 전송계에서 생기는 일그러짐의 영향은 적게 받지만 색상이 변하지 않고 수상기의 색조정이 필요 없다. 무채색에 대해서도 색부반송파의 진폭이 0이 되지 않기 때문에 색부반송파에 의한 방해(점상 노이즈)가 눈에 띄기 쉬우며,수상기의 값이 타방식보다 비싸게 먹힌다. 세계 각국의 TV규격 컬러 TV방식은 세가지가 있지만 이것을 전파로 방송하는 경우의 신호 대역이나 채널폭 음성반송파 주파수는 나라마다 다르다. 다음 표는 세계의 TV 표준 방식의 주요한 제원이다. [표] TV표준 방식의 주요 제원 System A M N C B G H I D,K K' L 채널폭(MHz) - 6 7 8 음성반송주파수(MHz) -3.5 +4.5 +5.5 +5.9996±0.0005 +6.5 공칭신호대역폭(MHz) 3 4.2 5 5.5 6 영상변조형식극성 AM정 AM부 AM정 AM부 AM정 음성의 변조형식 AM FM AM FM AM 음성의 주파수편이(kHz) - ±25 1 ±50 - 실행복사전력비(영상/음성) 4/1 10/1~5/1 10/1~5/1 4/1 10/1~5/1 5/1 10/1~5/1 10/1 [표] 각 방식의 채용 주요 국가 M/NTSC B.G/PAL B.H/PAL I/PAL D/PAL M/PAL L/SECAM D,K/SECAM B/SECAM - 한국, 미국, 일본, 캐나다, 멕시코, 필리핀 - 독일, 네덜란드, 스위스, 이탈리아, 오스트리아, 유고, 벨기에 - 호주, 뉴질랜드, 싱가폴, 노르웨이, 인도, 태국, 인도네시아, 말레이 - 영국, 홍콩 - 중국, 북한 - 브라질 - 프랑스 - 소련, 폴란드, 체코슬로바키아, 헝가리 - 이집트, 이란, 이라크