ビットレート

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ビットレート
名前 シンボル 多数
ビット/秒 ビット/秒 1 1
10進プレフィックスSI
キロビット/秒 kbit / s 10 3 1000 1
メガビット/秒 Mbit / s 10 6 1000 2
ギガビット/秒 ギガビット/秒 10 9 1000 3
テラビット/秒 テラビット/秒 10 12 1000 4
バイナリプレフィックスIEC 80000-13
キビビット/秒 キビビット/秒 2 10 1024 1
メビビット/秒 Mibit / s 2 20 1024 2
ギビビット/秒 ギビビット/秒 2 30 1024 3
テビビット/秒 Tibit / s 2 40 1024 4

通信および演算ビットレートビットレート又は変数としてR)の数であるビット搬送又は単位時間当たりに処理されます。[1]

ビットレートは、単位ビット/秒単位(記号:bit / s)で表され、多くの場合、キロ(1 kbit / s = 1,000ビット/ s)、メガ(1 Mbit / s = 1,000 などのSIプレフィックスと組み合わせて使用​​さます。 kbit / s)、ギガ(1 Gbit / s = 1,000 Mbit / s)またはテラ(1 Tbit / s = 1,000 Gbit / s)。[2]非標準の略語bpsは、標準のシンボルビット/秒の代わりによく使用されます。たとえば、1 Mbpsは、100万ビット/秒を意味するために使用されます。

ほとんどのコンピューティングおよびデジタル通信環境では、1バイト/秒(1 B / s)は8ビット/ sに対応します。

プレフィックス

大きいビットレートまたは小さいビットレートを定量化する場合、SIプレフィックスメトリックプレフィックスまたは10進数プレフィックスとも呼ばれます)が使用されます。したがって、次のようになります。[3]

0.001ビット/秒 = 1  mbit / s1000あたり1ビット
1,000ビット/秒 = 1  kbit / s1000ビット/秒)
1,000,000ビット/秒 = 1  Mbit / s100万ビット/秒)
1,000,000,000ビット/秒 = 1 ギガビット/秒10億ビット/秒)

バイナリプレフィックスは、ビットレートに使用されることがあります。[4] [5] 国際規格(IEC 80000-13)は、2進数と10進数(SI)のプレフィックスに異なる略語を指定しています(例:1 KiB / s = 1024 B / s = 8192ビット/ s、1 MiB / s = 1024 KiB / s)。

データ通信において

総ビットレート

デジタル通信システムでは、物理層の 総ビットレート[6] 生のビットレート[7] データ信号速度[8] 総データ転送速度[9]またはコード化されていない伝送速度[7](変数R b [として記述されることもあります] 6] [7]又はF B [10] 有用なデータ、ならびにプロトコルオーバーヘッドを含む通信リンク上で毎秒物理的に転送されるビットの総数です。

以下の場合にはシリアル通信、総ビットレートは、ビットの送信時間に関連しています なので:

グロスビットレートは1秒あたりのボーまたはシンボルで表されるシンボルレートまたは変調レートに関連しています。ただし、グロスビットレートとボー値は、シンボルごとに0と1を表す2つのレベルしかない場合にのみ等しくなります。つまり、データ伝送システムの各シンボルは正確に1ビットのデータを伝送します。たとえば、これはモデムやLAN機器で使用されている最新の変調システムには当てはまりません[11]

ほとんどのラインコード変調方式の場合:

より具体的には、パルス振幅変調使用してデータを表すラインコード(またはベースバンド伝送方式) 異なる電圧レベル、転送できます を使用したデジタル変調方式(または通過帯域伝送方式) たとえば、さまざまな記号 振幅、位相、または周波数は、転送できます その結果、次のようになります。

上記の例外は、いくつかの自己同期ラインコードです。たとえば、マンチェスターコーディングゼロ復帰(RTZ)コーディングでは、各ビットが2つのパルス(信号状態)で表され、次のようになります。

ボー単位のシンボルレート、ヘルツ単位の特定のスペクトル帯域幅に対するシンボル/秒またはパルス/秒の理論上の上限は、ナイキストの法則によって与えられます。

実際には、この上限は、ラインコーディングスキームといわゆる残留側波帯デジタル変調に対してのみアプローチできます。他のほとんどのデジタルキャリア変調方式、たとえばASKPSKQAMOFDMは両側波帯変調として特徴付けることができ、次の関係になります。

以下の場合にはパラレル通信、総ビットレートは次式で与えられます。

ここで、N個の並列チャネルの数であり、M iが記号またはレベルの数である変調におけるI番目のチャネル、およびT iがあるシンボル継続時間のために、秒で表される、I番目のチャンネル。

情報率

物理層 正味ビットレート[12] 情報レート[6] に有用なビットレート[13] ペイロードレート[14] ネットデータ転送速度[9] 符号化された伝送レート[7] 実効データレート[7]又はデジタル通信チャネルのワイヤ速度(非公式言語)は物理層プロトコルのオーバーヘッドを除いた容量です。たとえば、時分割マルチプレックス(TDM)フレーミングビット、冗長フォワードエラー修正などです。(FEC)コード、イコライザートレーニングシンボルおよびその他のチャネルコーディング。エラー訂正符号は、特に無線通信システム、ブロードバンドモデム規格、および最新の銅線ベースの高速LANで一般的です。物理層のネットビットレートは、データリンク層と物理層の間のインターフェイスの参照ポイントで測定されたデータレートであり、その結果、データリンクと上位層のオーバーヘッドが含まれる場合があります。

モデムおよびワイヤレスシステムでは、リンク適応(データレートおよび変調および/またはエラーコーディングスキームの信号品質への自動適応)がしばしば適用されます。その文脈では、ピークビットレートという用語は、たとえば送信機と送信機の間の距離が非常に短い場合に使用される、最速で最も堅牢でない送信モードの正味ビットレートを示します。[15]一部のオペレーティングシステムおよびネットワーク機器は、ネットワークアクセステクノロジまたは通信デバイスの「接続速度[16](非公式言語)を検出する場合があります。これは、現在のネットビットレートを意味します。一部の教科書のラインレートという用語は、総ビットレートとして定義されていることに注意してください[14]。 他ではネットビットレートとして。

グロスビットレートとネットビットレートの関係は、FECコードレートの影響を受けます。

ネットビットレート≤グロスビットレート・コードレート

前方誤り訂正を含むテクノロジーの接続速度は、通常、上記の定義に従った物理層のネットビットレート指します。

たとえば、IEEE 802.11aワイヤレスネットワークの正味ビットレート(したがって「接続速度」)は、正味ビットレートが6〜54 Mbit / sであるのに対し、総ビットレートは12〜72 Mbit / sです。エラー訂正コードの。

64 + 64 + 16 = 144 kbit / sのISDN2基本速度インターフェイス(2Bチャネル+1 Dチャネル)の正味ビットレートもペイロードデータレートを参照し、Dチャネル信号レートは16 kbit / sです。 。

4B5B(4ビットオーバー5ビット)エンコーディングにより、イーサネット100Base-TX物理層標準のネットビットレートは100 Mbit / sですが、グロスビットレートは125 Mbit / secondです。この場合、総ビットレートは、NRZI ラインコードにより、125メガボーのシンボルレートまたはパルスレートに等しくなります

前方誤り訂正やその他の物理層プロトコルのオーバーヘッドのない通信技術では、総ビットレートと物理層のネットビットレートの区別はありません。たとえば、イーサネット10Base-Tのネットビットレートとグロスビットレートは10 Mbit / sです。マンチェスターのラインコードにより、各ビットは2つのパルスで表され、パルスレートは20メガボーになります。

V.92 音声帯域 モデムの「接続速度」は、追加のエラー訂正コードがないため、通常は総ビットレートを指します。これは、56,000ビット/ sまで可能ダウンストリームおよび48,000ビット/秒のアップストリーム適応変調により、接続確立フェーズではより低いビットレート が選択される場合があります。信号対雑音比が低い場合は、低速ですがより堅牢な変調方式が選択されます。データの圧縮により、実際のデータ転送速度またはスループット(以下を参照)が高くなる場合があります。

チャネル容量としても知られる、シャノン容量は、上部特定の物理的なアナログノード間のビットエラーなしで可能である最大正味ビットレート、符号化、順方向誤り訂正の排他的、行き理論である通信リンク

ネットビットレート≤チャネル容量

チャネル容量は、ヘルツ単位のアナログ帯域幅比例します。この比例関係はハートレーの法則と呼ばれます。したがって、ネットビットレートはビット/秒単位のデジタル帯域幅容量と呼ばれることもあります。

ネットワークスループット

スループットという用語は、本質的にデジタル帯域幅の消費と同じであり、論理的または物理的な通信リンクを介して、またはネットワークノードを介してコンピュータネットワークで達成された平均有効ビットレートを示します。通常、データリンク層の上の参照ポイントで測定されます。これは、スループットがデータリンク層プロトコルのオーバーヘッドを除外することが多いことを意味します。スループットは、問題のデータソース、および同じネットワークリソースを共有する他のソースからのトラフィック負荷の影響を受けます。ネットワークスループットの測定も参照してください

グッドプット(データ転送速度)

グッドプットまたはデータ転送速度とは、すべてのプロトコルオーバーヘッド、データパケットの再送信などを除いて、アプリケーション層に配信される達成された平均ネットビットレートを指します。たとえば、ファイル転送の場合、グッドプットは達成されたファイルに対応します。転送速度。ビット/秒単位のファイル転送速度は、ファイルサイズ(バイト単位)をファイル転送時間(秒単位)で割り、8を掛けて計算できます。

例として、V.92音声帯域モデムのグッドプットまたはデータ転送速度は、モデムの物理層およびデータリンク層のプロトコルの影響を受けます。V.44 データ圧縮のために物理層のデータレートよりも高い場合もあれば、ビットエラーや自動再送要求の再送信のために低い場合もあります

ネットワーク機器またはプロトコルによってデータ圧縮が提供されていない場合、次の関係があります。

グッドプット≤スループット≤最大スループット≤ネットビットレート

特定の通信パスに対して。

進捗動向

これらは、提案されている通信標準インターフェイスおよびデバイスの物理層ネットビットレートの例です。

WANモデム イーサネットLAN WiFi WLAN モバイルデータ
  • 1972年:音響カプラ300ボー
  • 1977:1200ボーVadicおよびBell 212A
  • 1986:2つの64 kbit / sチャネル(144 kbit / sグロスビットレート)でISDNが導入されました
  • 1990:V.32bis モデム2400/4800/9600/19200ビット/秒
  • 1994:28.8 kbit / sのV.34モデム
  • 1995:ダウンストリーム56 kbit / s、アップストリーム33.6 kbit / sのV.90モデム
  • 1999:56 kbit / sダウンストリーム、48 kbit / sアップストリームのV.92モデム
  • 1998:最大10 Mbit / sのADSL(ITU G.992.1)
  • 2003:最大12 Mbit / sのADSL2(ITU G.992.3)
  • 2005:最大26 Mbit / sのADSL2 +(ITU G.992.5)
  • 2005:最大200 Mbit / sのVDSL2(ITU G.993.2)
  • 2014:最大1000 Mbit / sのG.fast(ITU G.9701)
  • 1G
  • 2G
    • 1991:GSM CSDおよびD-AMPS 14.4キロビット/秒
    • 2003:GSM EDGE 296 kbit / sダウン、118.4 kbit / sアップ
  • 3G
    • 2001:UMTS -FDD(WCDMA)384 kbit / s
    • 2007:UMTS HSDPA 14.4 Mbit / s
    • 2008:UMTS HSPA 14.4 Mbit / sダウン、5.76 Mbit / sアップ
    • 2009:HSPA +MIMOなし)ダウンストリーム28 Mbit / s(2×2MIMOで56Mbit / s)、アップストリーム22 Mbit / s
    • 2010:CDMA2000 EV-DO Rev. B 14.7 Mbit / sダウンストリーム
    • 2011:HSPA +アクセラレーション(MIMOを使用)42 Mbit / sダウンストリーム
  • 4G以前
    • 2007:モバイルWiMAX(IEEE 802.16e)144 Mbit / sダウン、35 Mbit / sアップ
    • 2009:LTE 100 Mbit / sダウンストリーム(MIMO2×2で360Mbit / s)、50 Mbit / sアップストリーム
  • 5G

携帯電話規格の比較もご覧ください

その他の例については、デバイスのビットレートのリストスペクトル効率の比較表、およびOFDMシステムの比較表を参照してください

マルチメディア

デジタルマルチメディアでは、ビットレートは、記録の単位時間あたりに保存される情報の量または詳細を表します。ビットレートはいくつかの要因に依存します:

  • 元の素材は、さまざまな周波数でサンプリングされる場合があります。
  • サンプルは異なるビット数を使用する場合があります。
  • データは、さまざまなスキームでエンコードされる場合があります。
  • 情報は、さまざまなアルゴリズムまたはさまざまな程度でデジタル圧縮れる場合があります

一般に、ビットレートを最小化することと、再生時の素材の品質を最大化することとの間の望ましいトレードオフを達成するために、上記の要因について選択が行われます。

非可逆データ圧縮がオーディオまたはビジュアルデータで使用される場合、元の信号との違いが導入されます。圧縮が大きい場合、または不可逆データが解凍および再圧縮された場合、これは圧縮アーティファクトの形で顕著になる可能性があります。これらが知覚される品質に影響を与えるかどうか、また影響を与える場合は、圧縮方式、エンコーダーパワー、入力データの特性、リスナーの知覚、アーティファクトに対するリスナーの知識、およびリスニングまたはビューイング環境に依存します。

このセクションのビットレートは、一般的なリスニングまたはビューイング環境平均的なリスナーが、利用可能な最良の圧縮を使用した場合に、参照標準よりも大幅に悪くないと感じる最小値です

エンコーディングビットレート

デジタルマルチメディアではビットレートとは、ソースコーディング(データ圧縮)後のオーディオビデオなどの連続メディアを表すために1秒あたりに使用されるビット数を指します。マルチメディアファイルのエンコードビットレートは、バイト単位のサイズを記録の再生時間(秒単位)で割った値に8を掛けたものです。

リアルタイムストリーミングマルチメディアの場合、エンコーディングビットレートは割り込みを回避するために必要なグッドプットです。

エンコーディングビットレート=必要なグッドプット

平均ビットレートという用語は、可変ビットレートのマルチメディアソースコーディングスキームの場合に使用されますこのコンテキストでは、ピークビットレートは、圧縮データの短期ブロックに必要な最大ビット数です。[17]

ロスレスデータ圧縮のエンコードビットレートの理論上の下限エントロピーレートとも呼ばれるソース情報レートです。

エントロピーレート≤マルチメディアビットレート

オーディオ

CD-DA

標準のオーディオCDであるCD-DAのデータレートは44.1kHz / 16と言われています。つまり、オーディオデータは1秒間に44,100回サンプリングされ、ビット深度は16です。CD-DAもステレオであり、左右のチャネルであるため、1秒あたりのオーディオデータの量は、単一チャネルのみが使用されるモノラルの2倍になります。

PCMオーディオデータのビットレートは、次の式で計算できます。

たとえば、CD-DA記録のビットレート(44.1 kHzのサンプリングレート、サンプルあたり16ビット、2チャネル)は、次のように計算できます。

PCMオーディオデータ(ファイルヘッダーまたはその他のメタデータを除く)の長さの累積サイズは、次の式を使用して計算できます。

バイト単位の累積サイズは、ビット単位のファイルサイズをバイト単位のビット数(8)で割ることによって求めることができます。

したがって、80分(4,800秒)のCD-DAデータには、846,720,000バイトのストレージが必要です。

MP3

MP3オーディオフォーマットは、提供非可逆データ圧縮をビットレートを上げると、オーディオ品質が向上します。

  • 32 kbit / s –一般的に音声でのみ許容
  • 96 kbit / s –一般的に音声または低品質のストリーミングに使用されます
  • 128または160kbit / s –ミッドレンジのビットレート品質
  • 192 kbit / s –中品質のビットレート
  • 256 kbit / s –一般的に使用される高品質のビットレート
  • 320キロビット/秒-最高レベルでサポートされているMP3の標準

その他の音声

  • 700ビット/秒–最低ビットレートのオープンソース音声コーデックコーデック2ですが、まだほとんど認識できませんが、1.2キロビット/秒ではるかに良く聞こえます
  • 800ビット/秒–専用のFS-1015 音声コーデックを使用して認識可能な音声に最低限必要
  • 2.15 kbit / s –オープンソースのSpeexコーデックで利用可能な最小ビットレート
  • 6 kbit / s –オープンソースのOpusコーデックで利用可能な最小ビットレート
  • 8 kbit / s – 音声コーデックを使用した電話品質
  • 32から500キロビット/秒- 非可逆オーディオに使用されるのOgg Vorbisの
  • 256 kbit / s –高品質の信号を実現するために必要なデジタルオーディオ放送(DABMP2ビットレート[18]
  • 292 kbit / s- MiniDiscフォーマットで使用するSonyAdaptive Transform Acoustic Coding(ATRAC)
  • 400 kbit / s–1,411 kbit / s –CD オーディオを圧縮するためFreeLossless Audio CodecWavPackMonkey'sAudioなどの形式で使用されるロスレスオーディオ
  • 1,411.2 kbit / s –CD -DAのリニアPCMサウンドフォーマット
  • 5,644.8 kbit / s – DSD。これは、スーパーオーディオCDで使用されるPDMサウンドフォーマットの商標実装です[19]
  • 6.144 Mbit / s – E-AC-3(Dolby Digital Plus)、AC-3コーデックに基づく拡張コーディングシステム
  • 9.6 Mbit / s – DVD-AudioDVDで忠実度の高いオーディオコンテンツを配信するためのデジタル形式。DVD-Audioは、ビデオ配信フォーマットを意図したものではなく、コンサートフィルムやミュージックビデオを含むビデオDVDと同じではありません。これらのディスクは、DVD-Audioロゴのない標準のDVDプレーヤーでは再生できません。[20]
  • 18 Mbit / s – Meridian Lossless Packing(MLP)に基づく高度なロスレスオーディオコーデック

ビデオ

  • 16 kbit / s – テレビ電話の品質(さまざまなビデオ圧縮方式を使用した、消費者が許容できる「しゃべる頭」の画像に最低限必要)
  • 128〜384 kbit / s –ビデオ圧縮を使用したビジネス指向のビデオ会議品質
  • 400 kbit / s YouTube 240pビデオ(H.264を使用[21]
  • 750 kbit / s YouTube 360pビデオ(H.264を使用[21]
  • 1 Mbit / s YouTube 480pビデオ(H.264を使用[21]
  • 1.15 Mbit / s max – VCD品質(MPEG1圧縮を使用[22]
  • 2.5 Mbit / s YouTube 720pビデオ(H.264を使用[21]
  • 3.5 Mbit / s typ – 標準解像度のテレビ品質(MPEG-2圧縮によるビットレートの削減あり)
  • 3.8 Mbit / s YouTube 720p60(60 FPS)ビデオ(H.264を使用)[21]
  • 4.5 Mbit / s YouTube 1080pビデオ(H.264を使用[21]
  • 6.8 Mbit / s YouTube 1080p60(60 FPS)ビデオ(H.264を使用)[21]
  • 最大9.8Mbit / s – DVDMPEG2圧縮を使用[23]
  • 8〜15 Mbit / s typ – HDTV品質(MPEG-4 AVC圧縮によるビットレートの削減あり)
  • およそ19Mbit / s – HDV 720p(MPEG2圧縮を使用)[24]
  • 最大24Mbit / s – AVCHDMPEG4 AVC圧縮を使用[25]
  • 約25Mbit / s – HDV 1080i(MPEG2圧縮を使用)[24]
  • 最大29.4Mbit / s – HD DVD
  • 最大40Mbit / s – 1080p Blu-rayディスク(MPEG2、MPEG4 AVC、またはVC-1圧縮を使用)[26]
  • 最大250Mbit / s – DCP(JPEG 2000圧縮を使用)
  • 1.4 Gbit / s – 10ビット4:4:4非圧縮1080p、24fps

注意事項

技術的な理由(ハードウェア/ソフトウェアプロトコル、オーバーヘッド、エンコードスキームなど)により、一部の比較対象デバイスで使用される実際のビットレートは、上記のリストよりも大幅に高くなる場合があります。たとえば、µlawまたはA-law 圧伸(パルス符号変調)を使用する電話回線は、64 kbit / sを生成します。

も参照してください

参考文献

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外部リンク