有線電視工作原理

有線電視工作原理

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

6. 從模擬信號到數(shù)字信號

引言

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

在1948年，居住在賓夕法尼亞州偏遠山谷的人們通過在山上放置天線，然后用電纜連接至房屋，解決了接收問題?，F(xiàn)在，這種曾被偏遠小村和某些城市采用的技術(shù)卻讓全國觀眾都能夠按自己的需要和喜好觀看各種節(jié)目和頻道。到20世紀90年代初，美國有線電視已經(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)、即時付費觀看(IPPV)和虛擬頻道等服務(wù)。

如今，美國的有線電視系統(tǒng)向大約6000萬家庭提供數(shù)百個頻道，同時還允許能高速接入互聯(lián)網(wǎng)的用戶在線觀看電視節(jié)目。有些有線電視系統(tǒng)甚至通過撥打電話來收看電視節(jié)目！在本文中，我們將介紹有線電視是如何為您帶來這么多的信息以及教育、宗教和各種奇特的電視節(jié)目的。

早期的有線電視系統(tǒng)

實際上，最早的有線電視系統(tǒng)通過在地勢好的地方架設(shè)天線，用非常長的電纜將天線連接到用戶的電視機。由于來自天線的信號在經(jīng)過電纜傳輸時會衰減，有線電視提供商必須按一定的間隔放置放大器來增強信號，使其能滿足觀看的需要。領(lǐng)先的電視系統(tǒng)設(shè)備領(lǐng)先制造商Scientific-Atlanta公司的用戶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)總監(jiān)比爾·沃（Bill Wall）介紹說，克服這些放大器的限制是有線電視問世后30年里系統(tǒng)設(shè)計者面臨的一個重要課題。

“在一個有線電視系統(tǒng)中，信號在到達你的房屋之前可能要經(jīng)過30到40個放大器，大約相隔305米就有一個，”沃說： “每經(jīng)過一個放大器，信號都會產(chǎn)生干擾和失真。 此外，如果有一個放大器出現(xiàn)故障，您就會看不到畫面。因此有線電視給人留下的印象是畫面質(zhì)量不是最好而且不穩(wěn)定。” 在20世紀70年代后期，人們開始尋找有線電視放大器問題的解決方案。那時已經(jīng)開發(fā)出了能夠為有線電視服務(wù)增加更多節(jié)目的技術(shù)。

增加頻道

20世紀50年代初，有線電視系統(tǒng)開始試驗用微波發(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。在另外一些情況下，尤其是在美國東北部地區(qū)，這樣做使用戶能夠收看同一個網(wǎng)絡(luò)的多個電視臺。這是人們首次利用有線電視來豐富電視的收看內(nèi)容，而不只是為了能夠進行普通的觀看。由此掀起一股有線電視潮流，并在70年代進入高潮階段。

有線電視（CATV）電視臺的增加以及有線電視系統(tǒng)的普及最終促使制造商在大多數(shù)新電視機上增設(shè)了一個開關(guān)。用戶可以根據(jù)美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)頻率分配方案來設(shè)定電視的頻道，也可以按照大多數(shù)有線電視系統(tǒng)的方案進行設(shè)定。 這兩種方案有重大差異。

在兩種調(diào)諧系統(tǒng)中，都會為每個電視臺指定一個6兆赫(MHz)的無線電頻譜頻段。美國聯(lián)邦通信委員會最初將部分甚高頻(VHF)頻譜用于12個電視頻道。這些頻道并沒有放到一個頻率區(qū)塊，而是分成兩組，以避免干擾現(xiàn)有的無線電服務(wù)。

后來，隨著電視越來越普及，需要增加頻道，美國聯(lián)邦通信委員會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，因此有線電視系統(tǒng)無需擔心現(xiàn)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。“有線電視/天線”開關(guān)指示了電視的調(diào)諧器應(yīng)該是在中頻帶范圍外調(diào)諧還是該范圍內(nèi)調(diào)諧。

在討論調(diào)諧主題時有必要思考一個問題，為什么有線電視系統(tǒng)在1～6頻道不使用電視臺的空中廣播頻率？這是因為有線設(shè)備可以屏蔽對電纜信號的外界干擾，電視則設(shè)計為只接收來自電纜或天線接入點的信號，但干擾仍然可以進入系統(tǒng)，尤其在接頭處。當干擾來自電纜所傳送的相同頻道時，則會因為兩種信號的廣播速度有差異而出現(xiàn)問題。

無線電信號在空氣中的傳輸速度非常接近光速。在同軸電纜（例如將有線電視信號傳送到房屋的同軸電纜）中，無線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(diào)諧器的時間存在不足1秒的時差，您會看到雙重圖像，稱為“重像”。

節(jié)目上星

1972年，賓夕法尼亞州威爾克斯-巴里市(Wilkes-Barre)的一個有線電視系統(tǒng)開始提供第一個“付費觀看”頻道?？蛻粜枰顿M，才能觀看單獨的電影和體育節(jié)目。他們稱這項新服務(wù)為Home Box Office或HBO。在1975年之前，它一直只是地區(qū)性的服務(wù)，之后HBO開始將信號發(fā)射到地球同步軌道中運轉(zhuǎn)的衛(wèi)星，然后廣播到佛羅里達州和密西西比州的有線電視系統(tǒng)。Scientific-Atlanta的比爾·沃說，這些早期的衛(wèi)星最多可接收和轉(zhuǎn)播24個頻道。接收信號的有線電視系統(tǒng)采用直徑為10米的碟形天線，每個頻道都單獨使用一個碟形天線！ 自從開始采用衛(wèi)星向有線電視系統(tǒng)發(fā)送節(jié)目后，現(xiàn)代有線電視系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)就成形了。

隨著可選節(jié)目的增多，有線電視系統(tǒng)的帶寬也隨之增加。早期系統(tǒng)的工作帶寬有200MHz，可容納33個頻道。 隨著技術(shù)的進步，帶寬逐步增加到300、400、500MHz，現(xiàn)在是550MHz，頻道已經(jīng)增加到91個。另外兩項技術(shù)進步（光纖和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換）也在繼續(xù)增加可用頻道數(shù)量的同時改善了有線電視的功能和廣播質(zhì)量。

光纖電纜的使用

在1976年，一種新的有線電視系統(tǒng)開始受到關(guān)注。該系統(tǒng)使用光纖電纜作為中繼電纜將有線電視前端的信號傳送到附近地區(qū)。前端是有線電視系統(tǒng)從各種來源接收節(jié)目，然后將節(jié)目分配給頻道并轉(zhuǎn)發(fā)到電纜上的位置。到20世紀70年代末，光纖得到長足發(fā)展，成為長距離傳送有線電視信號的最經(jīng)濟合理的方法。光纖電纜的主要優(yōu)勢是不會像同軸電纜那樣出現(xiàn)信號損失，因此不再需要那么多的放大器。在早期光纖有線電視系統(tǒng)中，前端與客戶之間的放大器數(shù)量從30或40個減少到大約6個。在1988年以后鋪設(shè)的系統(tǒng)中，放大器數(shù)量進一步減少，對于大多數(shù)客戶只需要一到兩個放大器。放大器數(shù)量的減少使信號質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性得到顯著提高。

改用光纖電纜的另一個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(yīng)500個家庭，因此可以為一個社區(qū)提供消息和服務(wù)。20世紀90年代，有線電視提供商發(fā)現(xiàn)這種社區(qū)劃分非常適合建立局域網(wǎng)，能夠通過電纜調(diào)制解調(diào)器訪問互聯(lián)網(wǎng)。

從模擬信號到數(shù)字信號

1989年，General Instruments公司證實可以將模擬有線電視信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后在標準的6MHz電視頻道中傳輸。利用MPEG壓縮，目前安裝的有線電視系統(tǒng)可以在一個模擬頻道的6MHz帶寬中傳輸多達10個頻道的視頻。與550MHz的總帶寬配合使用時，在一個系統(tǒng)上幾乎可以有1000個視頻頻道。此外，數(shù)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(shù)字技術(shù)的采用還改變了有線電視的一項最顯著特征：頻道加擾。

從加擾到藍屏
1971年出現(xiàn)了第一個在有線電視系統(tǒng)上對頻道進行加擾的系統(tǒng)。在第一款加擾系統(tǒng)中，用來同步電視畫面的信號之一在傳輸電視信號時被除去，然后通過客戶家中的一個小裝置重新插入。后來的加擾系統(tǒng)通過插入與頻道頻率存在少量偏移的信號來干擾畫面，然后在客戶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呈現(xiàn)參差不齊的混亂視頻圖像。

在數(shù)字系統(tǒng)中，信號不是被加擾，而是進行加密。 加密的信號必須使用正確的密鑰解碼。如果沒有密鑰，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器就不能將數(shù)字流轉(zhuǎn)換成電視調(diào)諧器可用的信號。在收到“非信號”時，有線電視系統(tǒng)就會將畫面替換為廣告或常見的藍屏。