Битрейт - Bit rate

В телекоммуникации и вычисление, битрейт (битрейт или как переменная р) - количество биты которые передаются или обрабатываются в единицу времени.^[1]

Битрейт количественно с использованием бит в секунду единица (символ: "бит / с"), часто в сочетании с Префикс SI Такие как "килограмм "(1 кбит / с = 1000 бит / с),"мега "(1 Мбит / с = 1000 кбит / с),"гига "(1 Гбит / с = 1000 Мбит / с) или"тера "(1 Тбит / с = 1000 Гбит / с).^[2] Нестандартное сокращение «бит / с» часто используется для замены стандартного символа «бит / с», так что, например, «1 Мбит / с» используется для обозначения одного миллиона битов в секунду.

В большинстве сред один байт в секунду (1 бит / с) соответствует 8 бит / с.

Префиксы

При количественной оценке больших или малых битрейтов Префиксы SI (также известен как метрические префиксы или десятичные префиксы), таким образом:

Бинарные префиксы иногда используются для битрейта.^[4][5]Международный стандарт (IEC 80000-13 ) определяет разные сокращения для двоичных и десятичных (SI) префиксов (например, 1 KiB / с = 1024 Б / с = 8192 бит / с и 1 МиБ / с = 1024 Кбайт / с).

В передаче данных

Полная скорость передачи данных

В цифровых системах связи физический слой общий битрейт,^[6] сырой битрейт,^[7] скорость передачи данных,^[8] полная скорость передачи данных^[9] или же скорость передачи без кодирования^[7] (иногда записывается как переменная р_б^[6][7] или же ж_б^[10]) - общее количество физически передаваемых битов в секунду по каналу связи, включая полезные данные, а также служебные данные протокола.

В случае последовательная связь, полная скорость передачи связана со временем передачи битов ${ displaystyle T_ {b}}$в качестве:

${ displaystyle R_ {b} = {1 over T_ {b}},}$

Полная скорость передачи связана с символьная скорость или скорость модуляции, которая выражается в боды или символов в секунду. Однако общая скорость передачи и значение скорости передачи равны Только когда у каждого символа только два уровня, представляющих 0 и 1, что означает, что каждый символ передача данных система переносит ровно один бит данных; например, это не так для современных систем модуляции, используемых в модемы и оборудование LAN.^[11]

Для большинства линейные коды и модуляция методы:

${ displaystyle { text {Скорость передачи символов}} leq { text {Полная скорость передачи данных}}}$

В частности, линейный код (или основная полоса схема передачи), представляющие данные с использованием амплитудно-импульсная модуляция с ${ displaystyle 2 ^ {N}}$ различные уровни напряжения, могут передавать ${ displaystyle N { text {бит / импульс}}}$. А цифровая модуляция метод (или передача с полосой пропускания схема) с использованием ${ displaystyle 2 ^ {N}}$ разные символы, например ${ displaystyle 2 ^ {N}}$ амплитуды, фазы или частоты, могут передавать ${ displaystyle N { text {бит / символ}}}$. Это приводит к:

${ displaystyle { text {Полная скорость передачи данных}} = { text {Скорость передачи символов}} times N}$

Исключением из вышеперечисленного являются некоторые самосинхронизирующиеся линейные коды, например Манчестерское кодирование и возврат к нулю (RTZ) кодирование, где каждый бит представлен двумя импульсами (состояниями сигнала), в результате чего:

${ displaystyle { text {Общая скорость передачи = скорость передачи / 2}}}$

Теоретическая верхняя граница скорости передачи символов в бодах, символах / с или импульсах / с для определенного спектральная полоса пропускания в герцах дается Закон Найквиста:

${ displaystyle { text {Скорость передачи}} leq { text {Скорость Найквиста}} = 2 times { text {пропускная способность}}}$

На практике к этой верхней границе можно приблизиться только для линейное кодирование схем и так называемых рудиментарная боковая полоса цифровая модуляция. Большинство других схем с цифровой модуляцией несущей, например ПРОСИТЬ, PSK, QAM и OFDM, можно охарактеризовать как двойная боковая полоса модуляция, приводящая к следующему соотношению:

${ displaystyle { text {Скорость передачи}} leq { text {Пропускная способность}}}$

В случае параллельная связь, полная скорость передачи данных определяется выражением

${ displaystyle sum _ {я = 1} ^ {n} { frac { log _ {2} {M_ {i}}} {T_ {i}}}}$

куда п - количество параллельных каналов, M_я это количество символов или уровней модуляция в я-й канал, и Т_я это время действия символа, выраженное в секундах, для я-й канал.

Скорость передачи информации

В физический слой чистый битрейт,^[12] скорость передачи информации,^[6] полезный битрейт,^[13] скорость полезной нагрузки,^[14] чистая скорость передачи данных,^[9] кодированная скорость передачи,^[7] эффективная скорость передачи данных^[7] или же скорость проволоки (неофициальный язык) цифрового канал связи это емкость без учета физический слой накладные расходы протокола, например мультиплексирование с временным разделением (TDM) обрамляющие биты, избыточный упреждающее исправление ошибок (FEC) коды, обучающие символы эквалайзера и другие кодирование каналов. Коды с исправлением ошибок распространены, особенно в системах беспроводной связи, стандартах широкополосных модемов и современных высокоскоростных локальных сетях на основе медных кабелей. Физический уровень чистый битрейт является DataRate измеренного в контрольной точке на границе раздела между слоем канального и физическим уровнем, и, следовательно, может включать в себя данные о канале связью и выше над головой слоя.

В модемах и беспроводных системах адаптация ссылки (автоматическая адаптация скорости передачи данных и схемы модуляции и / или кодирования ошибок к качеству сигнала). В этом контексте термин пиковый битрейт обозначает чистую скорость передачи в самом быстром и наименее надежном режиме передачи, например, когда расстояние между отправителем и отправителем очень мало.^[15] Некоторые операционные системы и сетевое оборудование могут обнаруживать "скорость соединения"^[16] (неформальный язык) технологии доступа к сети или устройства связи, подразумевая текущую чистую скорость передачи данных. Обратите внимание, что термин линейная скорость в некоторых учебниках определяется как полная скорость передачи данных,^[14] в других - как чистый битрейт.

На соотношение между полной и чистой скоростью передачи влияет FEC. кодовая скорость согласно следующему.

Чистая битовая скорость ≤ Полная битовая скорость · кодовая скорость

Скорость соединения технологии, которая включает прямое исправление ошибок, обычно относится к физическому уровню. чистая скорость передачи в соответствии с приведенным выше определением.

Например, чистый битрейт (и, следовательно, "скорость соединения") IEEE 802.11a беспроводная сеть - это чистая скорость передачи данных от 6 до 54 Мбит / с, а общая скорость передачи данных составляет от 12 до 72 Мбит / с, включая коды с исправлением ошибок.

Чистая скорость передачи данных ISDN2 Интерфейс базовой скорости (2 B-канала + 1 D-канал) 64 + 64 + 16 = 144 кбит / с также относится к скорости передачи данных полезной нагрузки, в то время как скорость передачи сигналов D-канала составляет 16 кбит / с.

Чистая скорость передачи данных стандарта физического уровня Ethernet 100Base-TX составляет 100 Мбит / с, в то время как полная скорость передачи данных составляет 125 Мбит / с из-за 4B5B (четыре бита больше пяти бит) кодирование. В этом случае полная скорость передачи данных равна скорости передачи символов или частоте импульсов 125 мегабод из-за NRZI линейный код.

В технологиях связи без прямого исправления ошибок и других служебных данных протокола физического уровня не существует различия между общей скоростью передачи данных и чистой скоростью передачи данных физического уровня. Например, чистая и полная скорость передачи данных Ethernet 10Base-T составляет 10 Мбит / с. Из-за Манчестер В линейном коде каждый бит представлен двумя импульсами, что дает частоту импульсов 20 мегабод.

«Скорость соединения» V.92 голосовой диапазон модем обычно относится к общей скорости передачи в битах, так как нет дополнительного кода исправления ошибок. Это может быть до 56 000 бит / с. вниз по течению и 48000 бит / с восходящие потоки. На этапе установления соединения может быть выбрана более низкая скорость передачи данных из-за адаптивная модуляция - выбираются более медленные, но более надежные схемы модуляции в случае плохого соотношение сигнал шум. Из-за сжатия данных фактическая скорость передачи данных или пропускная способность (см. Ниже) могут быть выше.

В пропускная способность канала, также известный как Шеннон пропускная способность - это теоретическая верхняя граница максимальной чистой скорости передачи данных, исключая кодирование с прямым исправлением ошибок, которое возможно без битовых ошибок для определенного физического аналогового узла между узлами. связь.

чистая скорость передачи ≤ пропускной способности канала

Пропускная способность канала пропорциональна аналоговая полоса пропускания в герцах. Эта пропорциональность называется Закон Хартли. Следовательно, чистую скорость передачи данных иногда называют цифровая полоса пропускания пропускная способность в бит / с.

Пропускная способность сети

Период, термин пропускная способность, по сути то же самое, что и цифровая полоса пропускания потребление, Обозначает среднюю полезную достигается скорость передачи данных в компьютерной сети через логическую или физическую линию связи или через сетевой узел, как правило, измеряется в контрольной точке над слой канала данных. Это означает, что пропускная способность часто исключает накладные расходы протокола уровня звена данных. На пропускную способность влияет нагрузка трафика от рассматриваемого источника данных, а также от других источников, совместно использующих те же сетевые ресурсы. Смотрите также измерение пропускной способности сети.

Goodput (скорость передачи данных)

Goodput или же скорость передачи данных относится к достигнутой средней чистой скорости передачи данных, которая доставляется прикладной уровень, без учета служебных данных протокола, повторных передач пакетов данных и т. д. Например, в случае передачи файлов полезная производительность соответствует достигнутой скорость передачи файлов. Скорость передачи файлов в бит / с можно рассчитать как размер файла (в байтах), разделенный на время передачи файла (в секундах) и умноженный на восемь.

Например, на производительность или скорость передачи данных модема голосового диапазона V.92 влияют протоколы физического уровня модема и уровня звена данных. Иногда это выше, чем скорость передачи данных физического уровня из-за V.44 Сжатие данных, а иногда и ниже из-за битовых ошибок и автоматический повторный запрос ретрансляции.

Если сетевое оборудование или протоколы не обеспечивают сжатие данных, мы имеем следующую связь:

полезная производительность ≤ пропускная способность ≤ максимальная пропускная способность ≤ чистая скорость передачи данных

для определенного пути связи.

Тенденции прогресса

Это примеры чистых битрейтов физического уровня в предлагаемых стандартных интерфейсах и устройствах связи:

Дополнительные примеры см. список битрейтов устройства, таблица сравнения спектральной эффективности и Таблица сравнения систем OFDM.

Мультимедиа

В цифровых мультимедиа битрейт представляет собой количество информации или деталей, которые хранятся за единицу времени записи. Битрейт зависит от нескольких факторов:

• Исходный материал может воспроизводиться на разных частотах.
• В образцах может использоваться разное количество битов.
• Данные могут быть закодированы по разным схемам.
• Информация может быть в цифровом виде сжатый по разным алгоритмам или в разной степени.

Как правило, выбор делается в отношении вышеуказанных факторов, чтобы достичь желаемого компромисса между минимизацией битрейта и максимальным качеством материала при его воспроизведении.

Если сжатие данных с потерями используется для аудиовизуальных данных, будут представлены отличия от исходного сигнала; если сжатие является значительным или данные с потерями распаковываются и повторно сжимаются, это может стать заметным в виде артефакты сжатия. Влияют ли они на воспринимаемое качество, и если да, то насколько сильно зависит от схемы сжатия, мощности кодера, характеристик входных данных, восприятия слушателя, его знакомства с артефактами, а также от среды прослушивания или просмотра.

Битрейты в этом разделе примерно равны минимум что средний слушатель в типичной среде прослушивания или просмотра при использовании наилучшего доступного сжатия будет воспринимать его как не намного хуже эталонного стандарта:

Битрейт кодирования

В цифровом мультимедиа, битрейт относится к количеству битов, используемых в секунду для представления непрерывного носителя, такого как аудио или же видео после исходное кодирование (Сжатие данных). Битрейт кодирования мультимедийного файла - это размер мультимедийного файла в байты делится на время воспроизведения записи (в секундах), умноженное на восемь.

В реальном времени потоковое мультимедиа, битрейт кодирования равен Goodput что требуется, чтобы избежать прерывания:

битрейт кодирования = требуемая пропускная способность

Период, термин средний битрейт используется в случае переменный битрейт схемы кодирования мультимедийных источников. В этом контексте пиковая скорость передачи - максимальное количество битов, необходимых для любого краткосрочного блока сжатых данных.^[17]

Теоретическая нижняя граница битовой скорости кодирования для сжатие данных без потерь это скорость исходной информации, также известный как скорость энтропии.

скорость энтропии ≤ скорость передачи мультимедийных данных

Аудио

CD-DA

CD-DA, стандартный аудио-компакт-диск, имеет скорость передачи данных 44,1 кГц / 16, что означает, что аудиоданные были дискретизированы 44 100 раз в секунду и с глубиной цвета 16. CD-DA также стерео, используя левую и правую канал, поэтому количество аудиоданных в секунду вдвое больше, чем в моно, где используется только один канал.

Скорость передачи аудиоданных PCM можно рассчитать по следующей формуле:

${ displaystyle { text {битрейт}} = { text {частота дискретизации}} times { text {битовая глубина}} times { text {каналы}}}$

Например, битрейт записи CD-DA (частота дискретизации 44,1 кГц, 16 бит на выборку и два канала) можно рассчитать следующим образом:

${ displaystyle 44 100 times 16 times 2 = 1 411 200 { text {бит / с}} = 1 411,2 { text {кбит / с}}}$

Совокупный размер длины аудиоданных PCM (исключая файл заголовок или другой метаданные ) можно рассчитать по следующей формуле:

${ displaystyle { text {размер в битах}} = { text {частота дискретизации}} times { text {битовая глубина}} times { text {каналы}} times { text {time}}. }$

Совокупный размер в байтах можно найти, разделив размер файла в битах на количество бит в байте, которое равно восьми:

${ displaystyle { text {размер в байтах}} = { frac { text {размер в битах}} {8}}}$

Следовательно, 80 минут (4800 секунд) данных CD-DA требуют 846 720 000 байт памяти:

${ displaystyle { frac {44 100 times 16 times 2 times 4 800} {8}} = 846 720 000 { text {bytes}} приблизительно 847 { text {MB}}}$

MP3

В MP3 аудиоформат обеспечивает сжатие данных с потерями. Качество звука улучшается с увеличением битрейта:

• 32 кбит / с - обычно приемлемо только для речи
• 96 кбит / с - обычно используется для передачи речи или потоковой передачи низкого качества
• 128 или 160 кбит / с - среднее качество битрейта
• 192 кбит / с - битрейт среднего качества
• 256 кбит / с - обычно используемый битрейт высокого качества
• 320 кбит / с - самый высокий уровень, поддерживаемый MP3 стандарт

Другой звук

• 700 бит / с - речевой кодек с открытым исходным кодом с самым низким битрейтом Кодек2, но пока едва узнаваемый, звучит намного лучше на 1,2 кбит / с
• 800 бит / с - минимум, необходимый для распознавания речи при использовании специального ПС-1015 речевые кодеки
• 2,15 кбит / с - минимальный битрейт, доступный через открытый исходный код Speex кодек
• 6 кбит / с - минимальный битрейт, доступный через открытый исходный код Opus кодек
• 8 кбит / с - телефон качество с использованием речевых кодеков
• 32–500 кбит / с - звук с потерями как используется в Ogg Vorbis
• 256 кбит / с - цифровое аудиовещание (DAB ) MP2 скорость передачи данных, необходимая для получения сигнала высокого качества^[18]
• 292 кбит / с - Sony Акустическое кодирование с адаптивным преобразованием (ATRAC) для использования на Формат мини-диска
• От 400 кбит / с до 1411 кбит / с - звук без потерь как используется в таких форматах, как Бесплатный аудиокодек без потерь, WavPack, или же Аудио Обезьяны для сжатия CD-аудио
• 1411,2 кбит / с - Линейный PCM звуковой формат CD-DA
• 5644,8 кбит / с - DSD, который является товарным знаком реализации PDM звуковой формат, используемый на Супер аудио компакт-диск.^[19]
• 6,144 Мбит / с - E-AC-3 (Dolby Digital Plus), улучшенная система кодирования на основе кодека AC-3
• 9,6 Мбит / с - DVD-аудио, цифровой формат для воспроизведения высококачественного аудиоконтента на DVD. DVD-Audio не предназначен для использования в качестве формата доставки видео и отличается от DVD-видео, содержащих концертные фильмы или музыкальные клипы. Эти диски невозможно воспроизвести на стандартном DVD-плеере без логотипа DVD-Audio.^[20]
• 18 Мбит / с - усовершенствованный аудиокодек без потерь на базе Упаковка без потерь Meridian (MLP)

видео

• 16 кбит / с - видео-телефон качество (минимум, необходимый для приемлемой для потребителя картинки "говорящей головы" с использованием различных схем сжатия видео)
• 128–384 кбит / с - для бизнеса видео-конференция качество с использованием сжатия видео
• 400 кбит / с YouTube Видео 240p (с использованием H.264 )^[21]
• 750 кбит / с YouTube Видео 360p (с использованием H.264 )^[21]
• 1 Мбит / с YouTube Видео 480p (с использованием H.264 )^[21]
• 1,15 Мбит / с макс - VCD качество (с использованием MPEG1 сжатие)^[22]
• 2,5 Мбит / с YouTube Видео 720p (с использованием H.264 )^[21]
• 3,5 Мбит / с тип - Телевидение стандартной четкости качество (с уменьшением битрейта от сжатия MPEG-2)
• 3,8 Мбит / с YouTube 720p60 (60 FPS ) видео (с использованием H.264)^[21]
• 4,5 Мбит / с YouTube Видео 1080p (с использованием H.264 )^[21]
• 6,8 Мбит / с YouTube 1080p60 (60 FPS ) видео (с использованием H.264)^[21]
• 9,8 Мбит / с макс - DVD (с помощью MPEG2 сжатие)^[23]
• От 8 до 15 Мбит / с тип - HDTV качество (с уменьшением битрейта от сжатия MPEG-4 AVC)
• 19 Мбит / с ориентировочно - HDV 720p (с использованием сжатия MPEG2)^[24]
• 24 Мбит / с макс - AVCHD (с помощью MPEG4 AVC сжатие)^[25]
• Примерно 25 Мбит / с - HDV 1080i (с использованием сжатия MPEG2)^[24]
• 29,4 Мбит / с макс - HD DVD
• 40 Мбит / с макс - 1080p Blu-ray диск (с использованием MPEG2, MPEG4 AVC или ВК-1 сжатие)^[26]
• 250 Мбит / с макс - DCP (с использованием сжатия JPEG 2000)
• 1,4 Гбит / с - 10 бит 4:4:4 Несжатый 1080p при 24 кадрах в секунду

Примечания

По техническим причинам (аппаратные / программные протоколы, накладные расходы, схемы кодирования и т. Д.) действительный скорость передачи данных, используемая некоторыми из сравниваемых устройств, может быть значительно выше, чем указано выше. Например, телефонные сети, использующие µ закон или же Закон компандирование (импульсная кодовая модуляция) дает 64 кбит / с.

Смотрите также

Рекомендации

• Эта статья включаетматериалы общественного достояния от Администрация общих служб документ: «Федеральный стандарт 1037С». (в поддержку MIL-STD-188 )

внешняя ссылка

• Калькулятор битрейта DVD-HQ Рассчитайте битрейт для различных типов цифровых видео носителей.
• Максимум ПК - окупаются ли более высокие битрейты MP3?
• Калькулятор скорости передачи данных Valid8