Битрейт

«Скорость передачи» перенаправляется сюда. О скорости распространения эпидемии см. Базовый показатель воспроизводства . Информацию о дисках см. в разделе « Производительные характеристики жесткого диска» .

Скорость передачи данных ( единицы скорости передачи данных )

Имя	Символ	Несколько
бит в секунду	бит/с	1	1
Метрические префиксы ( СИ )
килобит в секунду	кбит/с	10 3	1000 1
мегабиты в секунду	Мбит/с	10 6	1000 2
гигабит в секунду	Гбит/с	10 9	1000 3
терабит в секунду	Тбит/с	10 12	1000 4
Двоичные префиксы ( IEC 80000-13 )
кибибит в секунду	Тиков/ов	2 10	1024 1
мебибит в секунду	Мибит/с	2 20	1024 2
гибибит в секунду	Гибит/с	2 30	1024 3
тебибит в секунду	Тибит/с	2 40	1024 4

В телекоммуникациях и вычислительной технике битрейт ( битрейт или переменная R ) — это количество битов , которые передаются или обрабатываются за единицу времени.

Скорость передачи данных выражается в единицах бит в секунду (символ: бит/с ), часто в сочетании с префиксом СИ , например, кило (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). Нестандартная аббревиатура бит/с часто используется для замены стандартного символа бит/с, так что, например, 1 Мбит/с используется для обозначения одного миллиона бит в секунду.

В большинстве вычислительных и цифровых коммуникационных сред один байт в секунду (обозначение: B/s ) соответствует 8 бит/с.

Префиксы

При количественной оценке больших или малых скоростей передачи данных префиксы SI (также известные как метрические префиксы или десятичные префиксы), таким образом: используются

0,001 бит/с	= 1 Мбит/с (один миллибит в секунду, т. е. один бит в тысячу секунд)
1 бит/с	= 1 бит/с (один бит в секунду)
1000 бит/с	= 1 кбит/с (один килобит в секунду, т. е. одна тысяча бит в секунду)
1 000 000 бит/с	= 1 Мбит/с (один мегабит в секунду, т. е. один миллион бит в секунду)
1 000 000 000 бит/с	= 1 Гбит/с (один гигабит в секунду, т. е. один миллиард бит в секунду)
1 000 000 000 000 бит/с	= 1 Тбит/с (один терабит в секунду, т. е. один триллион бит в секунду)

Двоичные префиксы иногда используются для скорости передачи данных. Международный стандарт ( IEC 80000-13 ) определяет разные символы для двоичных и десятичных префиксов (SI) (например, 1 КиБ /с = 1024 Б/с = 8192 бит/с и 1 МиБ /с = 1024 КиБ/с).

В передаче данных

Общий битрейт

См. Также: Скорость передачи данных.

В системах цифровой связи физического уровня общий битрейт , сырой битрейт , скорость передачи данных , общая скорость передачи данных или некодированная скорость передачи (иногда записывается как переменная R _b или ж _б ) — общее количество физически передаваемых битов в секунду по каналу связи, включая полезные данные, а также служебные данные протокола.

В случае последовательной связи общая скорость передачи данных связана со временем передачи битов. $T_{\text{b}}$как:

$R_{\text{b}}={1 \over T_{\text{b}}},$

Общая скорость передачи данных связана со скоростью передачи символов или скоростью модуляции, которая выражается в бодах или символах в секунду. Однако общая скорость передачи данных и значение в бодах равны только тогда, когда на символ имеется только два уровня, обозначающие 0 и 1, что означает, что каждый символ системы передачи данных несет ровно один бит данных; например, это не относится к современным системам модуляции, используемым в модемах и оборудовании локальных сетей.

Для большинства линейных кодов и модуляции методов :

${\text{symbol rate}}\leq {\text{gross bit rate}}$

Точнее, линейный код (или схема передачи в основной полосе частот ), представляющий данные с использованием амплитудно-импульсной модуляции с $2^{N}$ различные уровни напряжения, могут передавать $N$ бит на импульс. Метод цифровой модуляции (или схема передачи в полосе пропускания ), использующий $2^{N}$ разные символы, например $2^{N}$ амплитуды, фазы или частоты могут передавать $N$ бит на символ. Это приводит к:

${\text{gross bit rate}}={\text{symbol rate}}\times N$

Исключением из вышеперечисленного являются некоторые самосинхронизирующиеся линейные коды, например манчестерское кодирование и кодирование с возвратом к нулю (RTZ), где каждый бит представлен двумя импульсами (состояниями сигнала), что приводит к:

${\text{gross bit rate = symbol rate/2}}$

Теоретическая верхняя граница скорости передачи символов в бодах, символах/с или импульсах/с для определенной спектральной полосы пропускания в герцах определяется законом Найквиста :

${\text{symbol rate}}\leq {\text{Nyquist rate}}=2\times {\text{bandwidth}}$

На практике эта верхняя граница может быть достигнута только для схем линейного кодирования и для так называемой рудиментарной цифровой модуляции боковой полосы. Большинство других цифровых схем с модуляцией несущей, например ASK , PSK , QAM и OFDM , можно охарактеризовать как модуляцию с двойной боковой полосой , что приводит к следующему соотношению:

${\text{symbol rate}}\leq {\text{bandwidth}}$

В случае параллельной связи общая скорость передачи данных определяется выражением

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

где n — количество параллельных каналов, Mi _— количество символов или уровней модуляции в i - м канале , а T _i — время длительности символа , выраженное в секундах, для i- го канала.

Скорость информации

См. также: Скорость кода.

физического уровня Чистый битрейт , скорость информации , полезный битрейт , скорость полезной нагрузки , чистая скорость передачи данных , скорость кодированной передачи , эффективная скорость передачи данных или скорость передачи данных (неформальный язык) цифрового канала связи — это пропускная способность, исключающая служебные данные протокола физического уровня , например, мультиплексирования с временным разделением (TDM) биты кадрирования , избыточные коды прямого исправления ошибок (FEC), обучающие символы эквалайзера и другое кодирование канала . Коды, исправляющие ошибки, особенно распространены в системах беспроводной связи, стандартах широкополосных модемов и современных высокоскоростных локальных сетях на основе медных проводов. Чистая скорость передачи данных физического уровня — это скорость передачи данных, измеренная в контрольной точке интерфейса между уровнем канала передачи данных и физическим уровнем, и, следовательно, может включать в себя служебные данные канала передачи данных и более высокого уровня.

В модемах и беспроводных системах часто применяется адаптация канала (автоматическая адаптация скорости передачи данных и схемы модуляции и/или кодирования ошибок к качеству сигнала). В этом контексте термин « пиковая скорость передачи данных» обозначает чистую скорость передачи данных в самом быстром и наименее надежном режиме передачи, используемом, например, когда расстояние между отправителем и передатчиком очень короткое. Некоторые операционные системы и сетевое оборудование могут определять « скорость соединения ». (неформальный язык) технологии доступа к сети или устройства связи, подразумевая текущую чистую скорость передачи данных. Термин «линейная скорость» в некоторых учебниках определяется как общая скорость передачи данных, в других — чистая скорость передачи данных.

На соотношение между общей скоростью передачи данных и чистой скоростью передачи данных влияет скорость кода FEC согласно следующему.

чистая скорость передачи данных ≤ общая скорость передачи данных × скорость кода

Скорость соединения технологии, которая включает прямое исправление ошибок, обычно относится к чистой скорости передачи данных физического уровня в соответствии с приведенным выше определением.

Например, чистая скорость передачи данных (и, следовательно, «скорость соединения») беспроводной сети IEEE 802.11a составляет чистую скорость передачи данных от 6 до 54 Мбит/с, а общая скорость передачи данных составляет от 12 до 72 Мбит/с включительно. кодов, исправляющих ошибки.

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

Чистая скорость передачи данных стандарта физического уровня Ethernet 100BASE-TX составляет 100 Мбит/с, а общая скорость передачи данных составляет 125 Мбит/с благодаря кодированию 4B5B (четыре бита на пять бит). В этом случае общая скорость передачи данных равна скорости передачи символов или частоте импульсов 125 Мбод, что обусловлено NRZI линейным кодом .

В технологиях связи без прямого исправления ошибок и других служебных данных протокола физического уровня нет различия между общей скоростью передачи данных и чистой скоростью передачи данных физического уровня. Например, чистая, а также общая скорость передачи данных Ethernet 10BASE-T составляет 10 Мбит/с. Из-за линейного кода Манчестера каждый бит представлен двумя импульсами, в результате чего частота импульсов составляет 20 мегабод.

«Скорость соединения» V.92 голосового диапазона модема обычно относится к общей скорости передачи данных, поскольку дополнительного кода исправления ошибок нет. Это может быть до 56 000 бит/с в нисходящем направлении и 48 000 бит/с в восходящем направлении . Более низкая скорость передачи данных может быть выбрана на этапе установления соединения из-за адаптивной модуляции – более медленные, но более надежные схемы модуляции выбираются в случае плохого отношения сигнал/шум . Из-за сжатия данных фактическая скорость передачи данных или пропускная способность (см. ниже) могут быть выше.

Пропускная способность канала , также известная как пропускная способность Шеннона , представляет собой теоретическую верхнюю границу максимальной чистой скорости передачи данных, исключая кодирование с прямым исправлением ошибок, которая возможна без битовых ошибок для определенного физического аналогового канала связи между узлами .

чистая скорость передачи данных ≤ пропускная способность канала

Пропускная способность канала пропорциональна аналоговой полосе пропускания в герцах. Эта пропорциональность называется законом Хартли . Следовательно, чистую скорость передачи данных иногда называют пропускной способностью цифровой полосы пропускания в бит/с.

Пропускная способность сети

Основная статья: Пропускная способность сети

Термин «пропускная способность» , по сути, то же самое, что и цифровой полосы пропускания потребление , обозначает достигнутую среднюю полезную скорость передачи данных в компьютерной сети по логическому или физическому каналу связи или через сетевой узел, обычно измеряемую в контрольной точке над уровнем канала передачи данных. Это означает, что пропускная способность часто исключает накладные расходы протокола канального уровня. На пропускную способность влияет нагрузка трафика от рассматриваемого источника данных, а также от других источников, использующих одни и те же сетевые ресурсы. См. также измерение пропускной способности сети .

Goodput (скорость передачи данных)

Основная статья: Гудпут

Goodput или скорость передачи данных относится к достигнутой средней чистой скорости передачи данных, которая доставляется на прикладной уровень , исключая все служебные данные протокола, повторные передачи пакетов данных и т. д. Например, в случае передачи файлов Goodput соответствует достигнутому файлу. скорость передачи . 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 хорошую пропускную способность или скорость передачи данных модема голосового диапазона V.92 влияют протоколы физического уровня модема и уровня канала передачи данных. Иногда она выше скорости передачи данных физического уровня из-за V.44 сжатия данных , а иногда ниже из-за битовых ошибок и автоматических повторных передач запроса на повтор.

Если сетевое оборудование или протоколы не обеспечивают сжатие данных, то имеем следующее соотношение:

хорошая пропускная способность ≤ пропускная способность ≤ максимальная пропускная способность ≤ чистая скорость передачи данных

для определенного пути связи.

Тенденции

Это примеры чистых скоростей передачи данных физического уровня в предлагаемых стандартных интерфейсах и устройствах связи:

WAN- модемы	Ethernet ЛВС	Wi-Fi WLAN	Мобильные данные
1972: Акустический соединитель, 300 бод 1977: 1200 бод Вадич и Bell 212A 1986: Представлена ​​ISDN с двумя каналами 64 кбит/с (общая скорость передачи данных 144 кбит/с). 1990: V.32bis модемы : 2400/4800/9600/19200 бит/с. 1994: V.34 со скоростью 28,8 кбит/с. модемы 1995: модемы V.90 со скоростью нисходящего потока 56 кбит/с, восходящего потока 33,6 кбит/с. 1999: модемы V.92 со скоростью нисходящего потока 56 кбит/с, восходящего потока 48 кбит/с. 1998: ADSL (ITU G.992.1) до 10 Мбит/с. 2003: ADSL2 (ITU G.992.3) до 12 Мбит/с. 2005: ADSL2+ (ITU G.992.5) до 26 Мбит/с. 2005: VDSL2 (ITU G.993.2) до 200 Мбит/с. 2014: G.fast (ITU G.9701) до 1000 Мбит/с	1975: Экспериментальные 2,94 Мбит/с 1981: 10 Мбит/с 10BASE5 ( коаксиальный кабель ) 1990: 10 Мбит/с 10BASE-T ( витая пара ) 100 Мбит/с 1995: Fast Ethernet 1999: Гигабитный Ethernet 2003: 10-гигабитный Ethernet 2010: 100-гигабитный Ethernet 2017: 200/400 Гигабитный Ethernet	1997: 802.11 2 Мбит/с 1999: 802.11b 11 Мбит/с 1999: 802.11a 54 Мбит/с 2003: 802.11g 54 Мбит/с 2007: 802.11n 600 Мбит/с 2012: 802.11ac ~1000 Мбит/с	1Г : 1981: НМТ 1200 бит/с 2G : 1991: GSM CSD и D-AMPS 14,4 кбит/с. 2003: GSM EDGE 296 кбит/с вниз, 118,4 кбит/с вверх 3G : 2001: UMTS -FDD ( WCDMA ) 384 кбит/с 2007: UMTS HSDPA 14,4 Мбит/с 2008: UMTS HSPA 14,4 Мбит/с вниз, 5,76 Мбит/с вверх 2009: HSPA+ (без MIMO ) нисходящий поток 28 Мбит/с (56 Мбит/с с 2×2 MIMO), восходящий поток 22 Мбит/с 2010: CDMA2000 EV-DO Rev. B, нисходящий поток, 14,7 Мбит/с. 2011: ускорение HSPA+ (с MIMO) в нисходящем направлении 42 Мбит/с До 4G : 2007: Мобильный WiMAX (IEEE 802.16e) 144 Мбит/с вниз, 35 Мбит/с вверх 2009: нисходящий поток LTE 100 Мбит/с (360 Мбит/с с MIMO 2×2), восходящий поток 50 Мбит/с 5G См. Также: сравнение стандартов мобильных телефонов.

Дополнительные примеры см. в списке битовых скоростей интерфейсов , таблице сравнения спектральной эффективности и таблице сравнения систем OFDM .

Мультимедиа

В цифровом мультимедиа скорость передачи данных представляет собой количество информации или деталей, сохраняемых за единицу времени записи. Битрейт зависит от нескольких факторов:

• Исходный материал может быть семплирован на разных частотах.
• В выборках может использоваться разное количество битов.
• Данные могут быть закодированы по разным схемам.
• Информация может быть сжата в цифровом виде с помощью разных алгоритмов или в разной степени.

Обычно выбор делается в отношении вышеупомянутых факторов, чтобы достичь желаемого компромисса между минимизацией битрейта и максимизацией качества материала при его воспроизведении.

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

Битрейт кодирования мультимедийного файла — это его размер в байтах, разделенный на время воспроизведения записи (в секундах), умноженный на восемь.

в реальном времени Для потоковой передачи мультимедиа скорость кодирования — это хорошая производительность , необходимая для предотвращения прерывания воспроизведения.

Термин «средний битрейт» используется в случае с переменным битрейтом схем кодирования источника мультимедиа . В этом контексте пиковая скорость передачи данных — это максимальное количество битов, необходимое для любого краткосрочного блока сжатых данных.

Теоретической нижней границей скорости передачи данных при сжатии данных без потерь является скорость исходной информации , также известная как скорость энтропии .

Битрейт в этом разделе примерно равен минимуму , который среднестатистический слушатель в типичной среде прослушивания или просмотра при использовании наилучшего доступного сжатия воспринимает как не значительно хуже, чем эталонный стандарт.

Аудио

CD-DA

Компакт-диск Digital Audio (CD-DA) использует 44 100 семплов в секунду, каждый с разрядностью 16, формат, который иногда сокращают до «16 бит / 44,1 кГц». CD-DA также является стереофоническим , используя левый и правый канал , поэтому объем аудиоданных в секунду вдвое больше, чем в моно, где используется только один канал.

Битрейт аудиоданных PCM можно рассчитать по следующей формуле:

${\text{bit rate}}={\text{sample rate}}\times {\text{bit depth}}\times {\text{channels}}$

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

$44,100\times 16\times 2=1,411,200\ {\text{bit/s}}=1,411.2\ {\text{kbit/s}}$

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

${\text{size in bits}}={\text{sample rate}}\times {\text{bit depth}}\times {\text{channels}}\times {\text{time}}.$

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

${\text{size in bytes}}={\frac {\text{size in bits}}{8}}$

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

${\frac {44,100\times 16\times 2\times 4,800}{8}}=846,720,000\ {\text{bytes}}\approx 847\ {\text{MB}}\approx 807.5\ {\text{MiB}}$

где MiB — мебибайты с двоичным префиксом Mi, что означает 2. ²⁰ = 1,048,576.

MP3

Аудиоформат MP3 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 – качество битрейта среднего уровня
• 192 кбит/с – битрейт среднего качества
• 256 кбит/с – широко используемый битрейт высокого качества.
• 320 кбит/с – наивысший уровень, поддерживаемый стандартом . MP3

Другое аудио

• 700 бит/с — речевой кодек с открытым исходным кодом с самым низким битрейтом Codec2 , но Codec2 звучит намного лучше при скорости 1,2 кбит/с.
• 800 бит/с – минимум, необходимый для распознавания речи, при использовании специальных FS-1015. речевых кодеков
• с открытым исходным кодом. Speex 2,15 кбит/с — минимальная скорость передачи данных, доступная через кодек
• с открытым исходным кодом. Opus 6 кбит/с — минимальная скорость передачи данных, доступная через кодек
• 8 кбит/с – телефонное качество с использованием речевых кодеков
• 32–500 кбит/с — звук с потерями , используемый в Ogg Vorbis
• 256 кбит/с – скорость цифрового аудиовещания ( DAB ) MP2, необходимая для достижения сигнала высокого качества.
• 292 кбит/с — акустическое кодирование с адаптивным преобразованием Sony (ATRAC) для использования в формате мини-дисков
• 400–1411 кбит/с — звук без потерь , используемый в таких форматах, как Free Lossless Audio Codec , WavPack или Monkey's Audio для сжатия аудио с компакт-диска.
• 1411,2 кбит/с – Linear PCM звуковой формат CD-DA
• 5644,8 кбит/с — DSD , который является зарегистрированной реализацией звукового формата PDM, используемого на Super Audio CD .
• 6,144 Мбит/с — E-AC-3 (Dolby Digital Plus), улучшенная система кодирования на основе кодека AC-3.
• 9,6 Мбит/с — DVD-Audio , цифровой формат для доставки высококачественного аудиоконтента на DVD. DVD-Audio не предназначен для использования в качестве формата доставки видео и отличается от видеоDVD, содержащих фильмы-концерты или музыкальные клипы. Эти диски невозможно воспроизвести на стандартном DVD-плеере без логотипа DVD-Audio.
• 18 Мбит/с — усовершенствованный аудиокодек без потерь на основе Meridian Lossless Packing (MLP)

Видео

• 16 кбит/с – качество видеофона (минимум, необходимый для получения приемлемой для потребителя картинки «говорящей головы» при использовании различных схем сжатия видео)
• 128–384 кбит/с – бизнес-ориентированное видеоконференцсвязи с использованием сжатия видео. качество
• 240p со скоростью 400 кбит/с YouTube Видео (с использованием H.264 )
• 360p со скоростью 750 кбит/с YouTube Видео (с использованием H.264 )
• 480p со скоростью 1 Мбит/с YouTube Видео (с использованием H.264 )
• Макс. 1,15 Мбит/с — VCD качество (с использованием сжатия MPEG1 )
• 720p со скоростью 2,5 Мбит/с YouTube Видео (с использованием H.264 )
• Типовая скорость 3,5 Мбит/с – Качество телевидения стандартной четкости (со снижением скорости передачи данных за счет сжатия MPEG-2)
• ) со скоростью 3,8 Мбит/с Видео YouTube 720p60 (60 кадров в секунду (с использованием H.264)
• 1080p со скоростью 4,5 Мбит/с Видео YouTube (с использованием H.264 )
• 6,8 Мбит/с Видео YouTube с разрешением 1080p60 (60 кадров в секунду ) (с использованием H.264)
• Макс. 9,8 Мбит/с — DVD (с использованием сжатия MPEG2 )
• Типовая скорость от 8 до 15 Мбит/с – качество HDTV (со снижением скорости передачи данных из-за сжатия MPEG-4 AVC)
• Примерно 19 Мбит/с – HDV 720p (с использованием сжатия MPEG2)
• Макс. 24 Мбит/с – AVCHD (с использованием сжатия MPEG4 AVC )
• Примерно 25 Мбит/с – HDV 1080i (с использованием сжатия MPEG2)
• Макс. 29,4 Мбит/с — HD DVD
• Макс. 40 Мбит/с — 1080p диск Blu-ray (с использованием сжатия MPEG2, MPEG4 AVC или VC-1 )
• Макс. 250 Мбит/с – DCP (с использованием сжатия JPEG 2000)
• 1,4 Гбит/с — 10 бит 4:4:4 без сжатия, 1080p при 24 кадрах в секунду

Примечания

По техническим причинам (протоколы аппаратного/программного обеспечения, накладные расходы, схемы кодирования и т. д.) фактическая скорость передачи данных, используемая некоторыми сравниваемыми устройствами, может быть значительно выше, чем указано выше. Например, телефонные цепи, использующие по закону μlaw или A-law компандирование (импульсно-кодовая модуляция), дают скорость 64 кбит/с.

См. также

• Битовая глубина звука
• Средний битрейт
• Пропускная способность (вычисления)
• Бод ( скорость передачи символов )
• Бит-синхронная работа
• Скорость чипа
• Тактовая частота
• Скорость кода
• Постоянный битрейт
• Единицы скорости передачи данных
• Скорость передачи данных
• Список битрейтов интерфейса
• Измерение пропускной способности сети
• Порядки величины (скорость передачи данных)
• Спектральная эффективность
• Переменный битрейт

Внешние ссылки

• Калькулятор битрейта потокового видео в реальном времени. Рассчитать битрейт для видео и прямых трансляций.
• Калькулятор скорости передачи данных DVD-HQ Рассчитайте скорость передачи данных для различных типов цифровых видеоносителей.
• Максимальный ПК – окупается ли более высокая скорость передачи данных MP3?
• Калькулятор скорости передачи данных Valid8