有線(xiàn)電視工作原理

有線(xiàn)電視工作原理

1. 引言 2. 早期的有線(xiàn)電視系統 3. 增加頻道 4. 節目上星 5. 光纖電纜的使用

6. 從模擬信號到數字信號

引言

在20世紀50年代，美國有四個(gè)電視網(wǎng)絡(luò )。由于電視頻率分配的原因，只能從發(fā)射天線(xiàn)接收“視線(xiàn)”范圍內的信號。在偏遠地區尤其是偏遠山區生活的人們可能無(wú)法看到已成為美國文化重要組成部分的電視節目。

在1948年，居住在賓夕法尼亞州偏遠山谷的人們通過(guò)在山上放置天線(xiàn)，然后用電纜連接至房屋，解決了接收問(wèn)題?，F在，這種曾被偏遠小村和某些城市采用的技術(shù)卻讓全國觀(guān)眾都能夠按自己的需要和喜好觀(guān)看各種節目和頻道。到20世紀90年代初，美國有線(xiàn)電視已經(jīng)普及到近一半的美國家庭。

Scientific-Atlanta的8600模擬機頂盒支持交互收視指南(IVG)、即時(shí)付費觀(guān)看(IPPV)和虛擬頻道等服務(wù)。

如今，美國的有線(xiàn)電視系統向大約6000萬(wàn)家庭提供數百個(gè)頻道，同時(shí)還允許能高速接入互聯(lián)網(wǎng)的用戶(hù)在線(xiàn)觀(guān)看電視節目。有些有線(xiàn)電視系統甚至通過(guò)撥打電話(huà)來(lái)收看電視節目！在本文中，我們將介紹有線(xiàn)電視是如何為您帶來(lái)這么多的信息以及教育、宗教和各種奇特的電視節目的。

早期的有線(xiàn)電視系統

實(shí)際上，最早的有線(xiàn)電視系統通過(guò)在地勢好的地方架設天線(xiàn)，用非常長(cháng)的電纜將天線(xiàn)連接到用戶(hù)的電視機。由于來(lái)自天線(xiàn)的信號在經(jīng)過(guò)電纜傳輸時(shí)會(huì )衰減，有線(xiàn)電視提供商必須按一定的間隔放置放大器來(lái)增強信號，使其能滿(mǎn)足觀(guān)看的需要。領(lǐng)先的電視系統設備領(lǐng)先制造商Scientific-Atlanta公司的用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)總監比爾·沃（Bill Wall）介紹說(shuō)，克服這些放大器的限制是有線(xiàn)電視問(wèn)世后30年里系統設計者面臨的一個(gè)重要課題。

“在一個(gè)有線(xiàn)電視系統中，信號在到達你的房屋之前可能要經(jīng)過(guò)30到40個(gè)放大器，大約相隔305米就有一個(gè)，”沃說(shuō)： “每經(jīng)過(guò)一個(gè)放大器，信號都會(huì )產(chǎn)生干擾和失真。 此外，如果有一個(gè)放大器出現故障，您就會(huì )看不到畫(huà)面。因此有線(xiàn)電視給人留下的印象是畫(huà)面質(zhì)量不是最好而且不穩定?！?在20世紀70年代后期，人們開(kāi)始尋找有線(xiàn)電視放大器問(wèn)題的解決方案。那時(shí)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了能夠為有線(xiàn)電視服務(wù)增加更多節目的技術(shù)。

增加頻道

20世紀50年代初，有線(xiàn)電視系統開(kāi)始試驗用微波發(fā)射和接收塔捕捉遠處電視臺的信號。在有些情況下，這種方法可能將電視信號發(fā)送給了標準廣播距離之外的用戶(hù)。在另外一些情況下，尤其是在美國東北部地區，這樣做使用戶(hù)能夠收看同一個(gè)網(wǎng)絡(luò )的多個(gè)電視臺。這是人們首次利用有線(xiàn)電視來(lái)豐富電視的收看內容，而不只是為了能夠進(jìn)行普通的觀(guān)看。由此掀起一股有線(xiàn)電視潮流，并在70年代進(jìn)入高潮階段。

有線(xiàn)電視（CATV）電視臺的增加以及有線(xiàn)電視系統的普及最終促使制造商在大多數新電視機上增設了一個(gè)開(kāi)關(guān)。用戶(hù)可以根據美國聯(lián)邦通信委員會(huì )(FCC)頻率分配方案來(lái)設定電視的頻道，也可以按照大多數有線(xiàn)電視系統的方案進(jìn)行設定。 這兩種方案有重大差異。

在兩種調諧系統中，都會(huì )為每個(gè)電視臺指定一個(gè)6兆赫(MHz)的無(wú)線(xiàn)電頻譜頻段。美國聯(lián)邦通信委員會(huì )最初將部分甚高頻(VHF)頻譜用于12個(gè)電視頻道。這些頻道并沒(méi)有放到一個(gè)頻率區塊，而是分成兩組，以避免干擾現有的無(wú)線(xiàn)電服務(wù)。

后來(lái)，隨著(zhù)電視越來(lái)越普及，需要增加頻道，美國聯(lián)邦通信委員會(huì )又給電視分配了頻譜的超高頻(UHF)部分。他們確定14～69頻道使用470MHz ～812MHz之間的頻率。

由于他們采用電纜而不是天線(xiàn)，因此有線(xiàn)電視系統無(wú)需擔心現有的服務(wù)。對于14～22頻道，工程師可以使用由于其他信號干擾而被廣播電視棄用的中頻帶頻率。1～6頻道使用低頻率，其余的頻道使用高頻率?！坝芯€(xiàn)電視/天線(xiàn)”開(kāi)關(guān)指示了電視的調諧器應該是在中頻帶范圍外調諧還是該范圍內調諧。

在討論調諧主題時(shí)有必要思考一個(gè)問(wèn)題，為什么有線(xiàn)電視系統在1～6頻道不使用電視臺的空中廣播頻率？這是因為有線(xiàn)設備可以屏蔽對電纜信號的外界干擾，電視則設計為只接收來(lái)自電纜或天線(xiàn)接入點(diǎn)的信號，但干擾仍然可以進(jìn)入系統，尤其在接頭處。當干擾來(lái)自電纜所傳送的相同頻道時(shí)，則會(huì )因為兩種信號的廣播速度有差異而出現問(wèn)題。

無(wú)線(xiàn)電信號在空氣中的傳輸速度非常接近光速。在同軸電纜（例如將有線(xiàn)電視信號傳送到房屋的同軸電纜）中，無(wú)線(xiàn)電信號的傳輸速度大約為光速的2/3。如果廣播信號和電纜信號到達電視調諧器的時(shí)間存在不足1秒的時(shí)差，您會(huì )看到雙重圖像，稱(chēng)為“重像”。

節目上星

1972年，賓夕法尼亞州威爾克斯-巴里市(Wilkes-Barre)的一個(gè)有線(xiàn)電視系統開(kāi)始提供第一個(gè)“付費觀(guān)看”頻道?？蛻?hù)需要付費，才能觀(guān)看單獨的電影和體育節目。他們稱(chēng)這項新服務(wù)為Home Box Office或HBO。在1975年之前，它一直只是地區性的服務(wù)，之后HBO開(kāi)始將信號發(fā)射到地球同步軌道中運轉的衛星，然后廣播到佛羅里達州和密西西比州的有線(xiàn)電視系統。Scientific-Atlanta的比爾·沃說(shuō)，這些早期的衛星最多可接收和轉播24個(gè)頻道。接收信號的有線(xiàn)電視系統采用直徑為10米的碟形天線(xiàn)，每個(gè)頻道都單獨使用一個(gè)碟形天線(xiàn)！ 自從開(kāi)始采用衛星向有線(xiàn)電視系統發(fā)送節目后，現代有線(xiàn)電視系統的基本結構就成形了。

隨著(zhù)可選節目的增多，有線(xiàn)電視系統的帶寬也隨之增加。早期系統的工作帶寬有200MHz，可容納33個(gè)頻道。 隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，帶寬逐步增加到300、400、500MHz，現在是550MHz，頻道已經(jīng)增加到91個(gè)。另外兩項技術(shù)進(jìn)步（光纖和模擬數字轉換）也在繼續增加可用頻道數量的同時(shí)改善了有線(xiàn)電視的功能和廣播質(zhì)量。

光纖電纜的使用

在1976年，一種新的有線(xiàn)電視系統開(kāi)始受到關(guān)注。該系統使用光纖電纜作為中繼電纜將有線(xiàn)電視前端的信號傳送到附近地區。前端是有線(xiàn)電視系統從各種來(lái)源接收節目，然后將節目分配給頻道并轉發(fā)到電纜上的位置。到20世紀70年代末，光纖得到長(cháng)足發(fā)展，成為長(cháng)距離傳送有線(xiàn)電視信號的最經(jīng)濟合理的方法。光纖電纜的主要優(yōu)勢是不會(huì )像同軸電纜那樣出現信號損失，因此不再需要那么多的放大器。在早期光纖有線(xiàn)電視系統中，前端與客戶(hù)之間的放大器數量從30或40個(gè)減少到大約6個(gè)。在1988年以后鋪設的系統中，放大器數量進(jìn)一步減少，對于大多數客戶(hù)只需要一到兩個(gè)放大器。放大器數量的減少使信號質(zhì)量和系統穩定性得到顯著(zhù)提高。

改用光纖電纜的另一個(gè)好處是能夠獲得更強大定制能力。由于一條光纖電纜可以供應500個(gè)家庭，因此可以為一個(gè)社區提供消息和服務(wù)。20世紀90年代，有線(xiàn)電視提供商發(fā)現這種社區劃分非常適合建立局域網(wǎng)，能夠通過(guò)電纜調制解調器訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。

從模擬信號到數字信號

1989年，General Instruments公司證實(shí)可以將模擬有線(xiàn)電視信號轉換為數字信號，然后在標準的6MHz電視頻道中傳輸。利用MPEG壓縮，目前安裝的有線(xiàn)電視系統可以在一個(gè)模擬頻道的6MHz帶寬中傳輸多達10個(gè)頻道的視頻。與550MHz的總帶寬配合使用時(shí)，在一個(gè)系統上幾乎可以有1000個(gè)視頻頻道。此外，數字技術(shù)還允許糾錯，有助于確保接收信號質(zhì)量。

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數字技術(shù)的采用還改變了有線(xiàn)電視的一項最顯著(zhù)特征：頻道加擾。

從加擾到藍屏
1971年出現了第一個(gè)在有線(xiàn)電視系統上對頻道進(jìn)行加擾的系統。在第一款加擾系統中，用來(lái)同步電視畫(huà)面的信號之一在傳輸電視信號時(shí)被除去，然后通過(guò)客戶(hù)家中的一個(gè)小裝置重新插入。后來(lái)的加擾系統通過(guò)插入與頻道頻率存在少量偏移的信號來(lái)干擾畫(huà)面，然后在客戶(hù)的電視上從混合信號中濾掉干擾信號。在這兩種情況下，被加擾的頻道一般都會(huì )呈現參差不齊的混亂視頻圖像。

在數字系統中，信號不是被加擾，而是進(jìn)行加密。 加密的信號必須使用正確的密鑰解碼。如果沒(méi)有密鑰，數字模擬轉換器就不能將數字流轉換成電視調諧器可用的信號。在收到“非信號”時(shí)，有線(xiàn)電視系統就會(huì )將畫(huà)面替換為廣告或常見(jiàn)的藍屏。