Die zweite Entwicklungsstufe des Fernsehens, das ähnlich wie der Kinofilm zunächst nur Schwarzweiß-Bilder anbieten konnte, ist das Farbfernsehen. Das Fernsehen an sich ist eine europäische Erfindung. 1883 stellt der damals mittellose Ingenieurstudent Paul Nipkow am Heiligen Abend seine Patentschrift für ein so genanntes Elektrisches Teleskop fertig, basierend auf einer rotierenden Lochscheibe. Trotzdem basieren die verschiedenen Farbfernsehsysteme Europas weitgehend auf dem amerikanischen Farbfernsehformat, mit welchem 1954 die ersten farbigen Fernsehsendungen technisch realisiert werden.

Farbige Fernsehbilder sind eigentlich mit Farbe überlagerte Schwarz-Weiß-Bilder. Anders als Das RGB Farbmodell und die Farbdarstellung auf dem Bildschirm eines Computers unterscheiden sich davon wesentlich.

Bei der Einführung des Farbfernsehens ist eine Bedingung, dass die neue, farbübertragende Fernsehnorm kompatibel zu den vorhandenen Schwarz-Weiß-Fernsehgeräten sein muss. Diese Anforderung wird bereits 1954 in den USA durch das NTSC-Verfahren erfüllt. Die in Europa gebräuchlichen Verfahren PAL und SECAM, werden erst ein Jahrzehnt später entwickelt und besitzen daher deutlich bessere Qualität bei der Farbdarstellung.

Die drei Farbauszüge für die RGB Darstellung werden in der Farbfernsehkamera separat gewonnen und in elektrische Signale ER, EG und EB umgewandelt. Im Farbfernsehgerät steuern die drei Farbauszugssignale ER EG und EB je einen der drei Elektronenstrahlen einer Farbbildröhre. Diese sind so ausgerichtet, dass ihre Strahlen gemeinsam durch eines der 357.000 Löcher einer Lochmaske auf eine Dreiergruppe von rot, grün und blau aufleuchtenden Phosphorscheibchen fallen. Die Phosphorscheibchen sind so klein, dass sie vom Auge nicht einzeln wahrgenommen werden können. Die unterschiedlichen Fotorezeptoren im Auge kombinieren die RGB Grundfarben wieder zu der ursprünglichen Farbe, verfälscht unter anderem durch den Farbstich jedes Gerätes. Wichtig bei der Steuerung der drei Elektronenstrahlen ist, dass jeder Strahl nur die zugehörigen Leuchtpunkte trifft, dafür sorgt die so genannte Konvergenz. Moderne Farbbildröhren haben dafür nebeneinander liegende Elektrodensysteme und Lochmasken mit versetzt angeordneten vertikalen Schlitzen.

Zur vollständigen Übertragung der drei Farbauszugssignale ist im Prinzip der dreifache sendetechnische Aufwand gegenüber dem Schwarzweißfernsehen erforderlich. Dies war zu der Zeit der Einführung des Farbfernsehens wirtschaftlich nicht zu vertreten. Man hat daher die Eigenschaft des menschlichen visuellen Empfindens ausgenutzt, dass eine Unschärfe in der Farbinformation weniger störend ist als eine Unschärfe in der Helligkeitsinformation. Dementsprechend wird die Farbinformation mit wesentlich kleinerer Bandbreite übertragen.

Eigentlich wäre es nahe liegend gewesen, einfach die Informationen für RGB (die Bestandteile der additiven Farbmischung) zu übertragen. Doch die Signale sollten die Kompatibilität mit den älteren Schwarzweißgeräten sicherstellen, deshalb setzt sich das Farbbild aus folgenden Bestandteilen zusammen:

• Das Helligkeitssignal (Luminanz-Information), also das Schwarzweißbild.
• Ein Farbdifferenzsignal (Chrominanz-Signal)
  als Differenz von Rot minus Helligkeitssignal.
• Ein zweites Farbifferenzsignal (Chrominanz-Signal)
  als Differenz Blau minus Helligkeitssignal.

So wird das Schwarzweiß-Bild von den Farbinformationen überlagert und gewissermaßen coloriert. Dieses Verfahren nennt man auch YUV, damit ist gemeint, dass die Helligkeit aus der Summe von Rot, Grün und Blau besteht. Daher braucht man zusätzlich zur Helligkeitsinformation (EY), also dem Schwarzweißbild (Luminanz) noch die Farbinformationen übermitteln wollen, nicht wieder zusätzlich Rot, Grün und Blau zu übertragen. Es genügt, wenn die Differenz aus Helligkeit und Rot sowie die Differenz auf Helligkeit und Blau übertragen wird, daraus kann man den resultierenden Wert für Grün errechnen. Auf diese Weise spart man Bandbreite beim Fernsehsignal.

Was die Auflösung und Schärfe angeht, so wird diese weitgehend durch das Schwarzweißbild bestimmt, während die Farbinformation mit weit geringerer Auflösung übertragen wird. Das hängt einerseits mit dem Umstand zusammen, dass unser Auge für Farben weniger Empfindlich ist als für Helligkeitsunterschiede, andererseits damit, dass die Signalbandbreite bei der Einführung dieser Technologie nicht zu groß werden durfte.

Wer schon einmal VHS Kopien von VHS Kopien angefertigt hat, konnte die Konsequenzen dieser schmalen Farbinformationen im Ergebnis sehen - oft entsteht ein unschöner Bildfehler und das Farbbild hängt verschoben neben dem Schwarzweißbild.

Für die Art der Farbkodierung existieren im wesentlichen drei Standards, der Vorschlag des amerikanischen NTSC-System, mit verschiedenen kleinen Änderungen unsert PAL-System und das in Frankreich entwickelte SECAM-System.

Außer in der Farbkodierung unterscheiden sich diese Systeme auch noch in der Zeilenzahl und Bildwechselfrequenz. Der Grund hierfür liegt darin, dass aus Kostengründen die Frequenz des Stromnetzes (in USA 60 Hz, in Europa 50 Hz) als Basis für die Bildwiederholfrequenz genutzt wird.

Die Abkürzung NTSC bedeutet zwar "National Television Standards Committee", wegen der entscheidenden Schwachstelle des Systems wird es aber auch gerne als "Never Time the Same Colour" verspottet. Kommt es bei der Übertragung zu Phasenverschiebungen im Signal (durch zu dicht nebeneinander stehende Antennen, reflektierende Häuserfassaden etc.), entsteht ein grüner, rosa oder blauer Farbstich. Daher gibt an den amerikanischen Fernsehern einen Regler (Hue), mit dem man diese Fehlfarbigkeit per Hand korrigieren kann.

Beim NTSC-System werden zusätzlich zum Luminanz-Signal EY zwei Farbdifferenzsignale (ER - EY) = V und (EB - EY) = U mit einer Bandbreite von ca. 1 MHz übertragen, aus denen man im Empfänger durch Decodieren wieder die Signale ER und EB und auch das fehlende grüne Signal EG gewinnen kann.

NTSC arbeitet das System mit 525 Zeilen, von denen 480 das sichtbare Bild ausmachen und 60 Halbbildern (exakt 59,94 Halbbilder) in der Sekunde. Bei 3,58 MHz wird auf das Luminanz-Signal die Farbinformation aufmoduliert. NTSC ist vor allem in USA, Canada, Taiwan und Japan verbreitet.

In Europa beginnt die Farbfernseh-Ära deutlich später als in den USA, die ersten Testsendungen in Deutschland beginnen 1967. Am 1. Jänner 1969 erfolgt die Einführung des ORF-Farbversuchsprogramms im Fernsehen mit der von Intervision und Eurovision übernommenen TV-Übertragung des traditionelle Neujahrskonzerts aus dem Wiener Musikverein.

Durch die bisherigen Erfahrungen in den USA lässt sich das Problem der Farbverschiebungen beherrschen. Walter Bruch, der Erfinder des PAL Verfahrens (Phase Alternating Line) entwickelt ein Technik die ähnlich bei der symmetrischen Leitungsführung im Audiobereich, die Phasendrehung als Mittel der Auslöschung von Störungen zu nutzen.

Die Farbinformation wird von Zeile zu Zeile jeweils um 180 Grad Phasen verschoben. Dieser Phasensprung führt dazu, dass jeweils der Mittelwert zweier Zeilen die Farbinformation bestimmt. PAL arbeitet mit 625 Zeilen und 50 Halbbildern, sichtbar sind davon 576 Zeilen. Bei 4,43 MHz wird auf das Luminanz-Signal die Chrominanz-Information aufmoduliert.

Man fragt sich wie man aus 625 Zeilen jeweils halb so viele gerade wie ungerade Zeilen machen kann. Das liegt daran, dass erste und die letzte Zeile nur halb ausgeprägt sind, was aber nicht stört, da sie ohnehin nicht zu sehen sind. Moderne PAL Fernseher können maximal 500 Zeilen darstellen. Studio-Fernsehmonitore arbeiten mit dem Underscan-Modus, der mehr Zeilen darstellen kann.

Neben dem in Europa überwiegend verbreiteten Standard PAL gibt es auch noch zwei Varianten, PAL-N mit einer geringeren Bandbreite, sowie PAL-M für 60 Hz in Brasilien mit 60 Halbbildern in der Sekunde bei 525 Zeilen.

Frankreich entwickelt unabhängig vom deutschen PAL System ein eigenes Farbverfahren und löst das Problem der Farbverschiebungen bei NTSC auf andere Weise.

Beim französischen SECAM (SEquential Couleur Avec Memoire) werden zwei Trägerfrequenzen verwendet und die Farbinformation wird jeweils einzeln abwechselnd übertragen. Die zu übertragende Informationsmenge ist größer als bei PAL und wenn keine Farbe im Bild vorkommt, kann es wegen der trotzdem übertragenen Farbamplitude zu störenden Bildmustern kommen.

Es gibt zwei inkompatible Varianten dieses Systems: Das normale SECAM (in Frankreich) sowie das Ost-SECAM (in Osteuropa), auch MESECAM genannt.