Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В области телекоммуникаций и вычислительной , скорости передачи битов ( битрейт или в качестве переменной R ) является число битов , которые перемещаемых или обрабатываемых за единицу времени. [1]

Битовая скорость 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). [2] Нестандартное сокращение 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 сред и сред цифровой связи один байт в секунду (1 бит / с) соответствует 8 бит / с.

Префиксы [ править ]

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

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

В передаче данных [ редактировать ]

Полная скорость передачи данных [ править ]

В цифровых системах связи общая скорость передачи данных физического уровня , [6] необработанная скорость передачи данных , [7] скорость передачи сигналов данных , [8] полная скорость передачи данных [9] или скорость передачи некодированных данных [7] (иногда записываемая как переменная R b [ 6] [7] или f b [10] ) - 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 битов связана со временем передачи битов следующим образом:

Полная скорость передачи данных связана со скоростью передачи символов или скоростью модуляции, которая выражается в бодах или символах в секунду. Однако общая скорость передачи битов и значение скорости передачи данных равны только тогда, когда есть только два уровня на символ, представляющие 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 LAN. [11]

Для большинства линейных кодов и методов модуляции :

Более конкретно , может передаваться линейный код (или схема передачи основной полосы частот ), представляющий данные с использованием амплитудно-импульсной модуляции с разными уровнями напряжения . Может передаваться метод цифровой модуляции (или схема передачи полосы пропускания ) с использованием различных символов, например амплитуд, фаз или частот . Это приводит к:

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:

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

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

В случае параллельной связи полная скорость передачи данных определяется как

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

Скорость информации [ править ]

Физический уровень чистый битрейт , [12] Информация о скорости , [6] полезная скорость передачи в битах , [13] Скорость полезной нагрузки , [14] чистая скорость передачи данных , [9] закодировано скорость передачи , [7] эффективная скорость передачи данных [7] или скорость передачи данных (неформальный язык) цифрового канала связи - это пропускная способность без учета служебных данных протокола физического уровня , например битов кадрирования мультиплексирования с временным разделением (TDM) , избыточного прямого исправления ошибок(FEC) коды, обучающие символы эквалайзера и другое канальное кодирование . 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 часто применяется адаптация канала (автоматическая адаптация скорости передачи данных и схемы модуляции и / или кодирования ошибок к качеству сигнала). В этом контексте термин пиковый битрейт обозначает чистую битрейт самого быстрого и наименее надежного режима передачи, используемого, например, когда расстояние между отправителем и передатчиком очень мало. [15] Некоторые операционные системы и сетевое оборудование могут определять « скорость соединения » [16] (неофициальный 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 данных влияет кодовая скорость FEC в соответствии со следующим.

Чистая битовая скорость ≤ Полная битовая скорость · кодовая скорость

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

Например, чистая скорость передачи данных (и, следовательно, «скорость соединения») беспроводной сети IEEE 802.11a - это чистая скорость передачи данных от 6 до 54 Мбит / с, в то время как полная скорость передачи данных составляет от 12 до 72 Мбит / с включительно. кодов исправления ошибок.

Чистая битовая скорость интерфейса базовой скорости ISDN2 (2 B-канала + 1 D-канал), равная 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, а полная скорость передачи данных составляет 125 Мбит / с из-за кодирования 4B5B (четыре бита на пять бит). В этом случае полная скорость передачи данных равна скорости передачи символов или частоте следования импульсов 125 мегабод из-за линейного кода NRZI .

В коммуникационных технологиях 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 линейного кода Манчестера каждый бит представлен двумя импульсами, в результате чего частота импульсов составляет 20 мегабод.

«Скорость соединения» из V.92 голосового модема , как правило , относится к общей скорости передачи данных, так как не существует никакого дополнительного кода коррекции ошибок. Это может быть до 56 000 бит / с в нисходящем направлении и до 48 000 бит / с в восходящем . На этапе установления соединения может быть выбрана более низкая скорость передачи данных из-за адаптивной модуляции  - в случае плохого отношения сигнал / шум выбираются более медленные, но более надежные схемы модуляции . Из-за сжатия данных фактическая скорость передачи данных или пропускная способность (см. Ниже) могут быть выше.

Пропускная способность канала , также известная как Шеннон мощность, является теоретической верхним пределом для максимальных чистой скорости передачи бит, за исключением прямой коррекции ошибок кодирования, то есть возможно без битовых ошибок для определенной физической аналоговой узла к узлу линии связи .

чистая скорость передачи ≤ пропускной способности 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 [ править ]

Термин пропускная способность , по существу то же самое, что и потребление цифровой полосы пропускания , 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 уровня звена данных. На пропускную способность влияет нагрузка трафика от рассматриваемого источника данных, а также от других источников, совместно использующих те же сетевые ресурсы. См. Также измерение пропускной способности сети .

Goodput (скорость передачи данных) [ править ]

Полезная производительность или скорость передачи данных относится к достигнутой средней чистой скорости передачи данных, которая доставляется на прикладной уровень , без учета всех накладных расходов протокола, повторных передач пакетов данных и т. Д. Например, в случае передачи файла полезная производительность соответствует достигнутому файлу. скорость передачи . Скорость передачи файлов в битах / 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 она выше, чем скорость передачи данных физического уровня из-за сжатия данных V.44 , а иногда ниже из-за битовых ошибок и автоматической повторной передачи запроса на повторение .

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 [ править ]

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

Дополнительные примеры см. В списке скоростей передачи данных устройств , таблице сравнения спектральной эффективности и таблице сравнения системы OFDM .

Мультимедиа [ редактировать ]

В цифровом 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 сжата в цифровом виде 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 внесены отличия от исходного сигнала; если сжатие является значительным 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 сильно зависит от схемы сжатия, мощности кодера, характеристик входных данных, восприятия слушателя, его знакомства с артефактами, а также от среды прослушивания или просмотра.

Битрейт в этом разделе является приблизительно минимальным, который средний слушатель в типичной среде прослушивания или просмотра, при использовании наилучшего доступного сжатия, мог бы воспринять как не значительно хуже эталонного стандарта:

Битрейт кодирования [ редактировать ]

В цифровой мультимедиа , скорость передачи в битах относятся к числу бит , используемым в секунду , чтобы представлять собой непрерывную среду , такие как аудио или видео после того, как источник кодирования (сжатие данных). Битрейт кодирования мультимедийного файла - это его размер в байтах, деленный на время воспроизведения записи (в секундах), умноженный на восемь.

Для потоковой передачи мультимедиа в реальном времени битрейт кодирования - это хорошая производительность , необходимая для предотвращения прерывания:

битрейт кодирования = требуемая пропускная способность

Термин « средний битрейт» используется в случае схем кодирования мультимедийных источников с переменным битрейтом . В этом контексте пиковая битовая скорость - это максимальное количество битов, требуемых для любого краткосрочного блока сжатых данных. [17]

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

скорость энтропии ≤ скорость мультимедиа в битах

Аудио [ править ]

CD-DA [ править ]

CD-DA , стандартный звуковой 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 является стерео , используя левый и правый 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:

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

Совокупный размер аудиоданных PCM (без заголовка файла или других метаданных ) можно рассчитать по следующей формуле:

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

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

MP3 [ править ]

MP3 аудио формат обеспечивает сжатие с потерями данных . Качество звука улучшается с увеличением битрейта:

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

Другое аудио [ править ]

  • 700 бит / с - самый низкий речевой кодек с открытым исходным кодом Codec2 , но пока едва узнаваемый, звучит намного лучше при 1,2 кбит / с
  • 800 бит / с - минимум, необходимый для распознавания речи при использовании специальных речевых кодеков FS-1015
  • 2,15 кбит / с - минимальный битрейт, доступный через кодек Speex с открытым исходным кодом
  • 6 кбит / с - минимальный битрейт, доступный через кодек Opus с открытым исходным кодом
  • 8 кбит / с - телефонное качество с использованием речевых кодеков
  • 32–500 кбит / с - звук с потерями, используемый в Ogg Vorbis
  • 256 кбит / с - битовая скорость MP2 цифрового аудиовещания ( DAB ), необходимая для достижения высокого качества сигнала [18]
  • 292 кбит / с - Sony Adaptive Transform Acoustic Coding (ATRAC) для использования в формате MiniDisc
  • 400–1411 кбит / с - звук без потерь, используемый в таких форматах, как Free Lossless Audio Codec , WavPack или Monkey's Audio для сжатия аудио компакт-дисков
  • 1411,2 кбит / с - звуковой формат линейного PCM CD-DA
  • 5644,8 кбит / с - DSD , являющаяся торговой маркой реализации звукового формата PDM , используемого на Super Audio CD . [19]
  • 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 передачи высококачественного аудиоконтента на DVD. DVD-Audio не предназначен для использования в качестве формата доставки видео и не то же самое, что DVD-видео, содержащие концертные фильмы или музыкальные видеоклипы. Эти диски невозможно воспроизвести на стандартном DVD-плеере без логотипа DVD-Audio. [20]
  • 18 Мбит / с - усовершенствованный аудиокодек без потерь на основе Meridian Lossless Packing (MLP)

Видео [ править ]

  • 16 кбит / с - качество видеофайла (минимум, необходимый для приемлемой для потребителя картинки "говорящей головы" с использованием различных схем сжатия видео)
  • 128–384 кбит / с - качество видеоконференцсвязи для бизнеса с использованием сжатия видео
  • Видео YouTube 240p со скоростью 400 кбит / с (с использованием H.264 ) [21]
  • 750 кбит / с видео YouTube 360p (с использованием H.264 ) [21]
  • Видео YouTube 480p со скоростью 1 Мбит / с (с использованием H.264 ) [21]
  • 1,15 Мбит / с макс - качество VCD (с использованием сжатия MPEG1 ) [22]
  • 2,5 Мбит / с YouTube 720p видео (с использованием H.264 ) [21]
  • 3,5 Мбит / с тип. - телевизионное качество стандартной четкости (с уменьшением скорости передачи данных по сравнению со сжатием MPEG-2)
  • 3,8 Мбит / с YouTube 720p60 видео (60 кадров в секунду ) (с использованием H.264) [21]
  • 4,5 Мбит / с YouTube 1080p видео (с использованием H.264 ) [21]
  • Видео YouTube 1080p60 (60 кадров в секунду ) со скоростью 6,8 Мбит / с (с использованием H.264) [21]
  • 9,8 Мбит / с макс - DVD (с использованием сжатия MPEG2 ) [23]
  • От 8 до 15 Мбит / с (тип.) - качество HDTV (со снижением скорости передачи данных по сравнению со сжатием MPEG-4 AVC)
  • Примерно 19 Мбит / с - HDV 720p (с использованием сжатия MPEG2) [24]
  • 24 Мбит / с макс - AVCHD (с использованием сжатия MPEG4 AVC ) [25]
  • Примерно 25 Мбит / с - HDV 1080i (с использованием сжатия MPEG2) [24]
  • 29,4 Мбит / с макс - HD DVD
  • 40 Мбит / с макс - диск Blu-ray 1080p (с использованием сжатия MPEG2, MPEG4 AVC или VC-1 ) [26]
  • 250 Мбит / с макс - DCP (с использованием сжатия JPEG 2000)
  • 1,4 Гбит / с - 10 бит 4: 4: 4 без сжатия 1080p при 24 кадрах в секунду

Заметки [ править ]

По техническим причинам (аппаратные / программные протоколы, 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 микропроцессорное компандирование или компандирование по закону А (импульсно-кодовая модуляция), дают скорость 64 кбит / с.

См. Также [ править ]

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

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Gupta, Prakash C (2006). Передача данных и компьютерные сети . PHI Learning. ISBN 9788120328464. Проверено 10 июля 2011 года .
  2. ^ Международная электротехническая комиссия (2007). «Префиксы для двоичных кратных» . Проверено 4 февраля 2014 года .
  3. ^ Джиндал (2009), От millibits до терабит в секунду и за ее пределами - Более 60 лет инноваций
  4. ^ Шлоссер, SW, Griffin, JL, Нэйгл, DF, и Ganger, GR (1999). Заполнение пробела в доступе к памяти: футляр для встроенной магнитной памяти (№ CMU-CS-99-174). CARNEGIE-MELLON UNIV PITTSBURGH PA ШКОЛА КОМПЬЮТЕРНЫХ НАУК.
  5. ^ «Наблюдение за передачей файлов из WebSphere MQ Explorer» . Проверено 10 октября 2014 года .
  6. ^ a b c Гимарайнш, Даян Адионел (2009). "раздел 8.1.1.3 Общая скорость передачи данных и скорость передачи информации" . Цифровая передача: введение с помощью моделирования с VisSim / Comm . Springer. ISBN 9783642013591. Проверено 10 июля 2011 года .
  7. ^ a b c d e Каве Пахлаван, Прашант Кришнамурти (2009). Основы сетевых технологий . Джон Вили и сыновья. ISBN 9780470779439. Проверено 10 июля 2011 года .
  8. ^ Сетевой словарь . Javvin Technologies. 2007. ISBN 9781602670006. Проверено 10 июля 2011 года .
  9. ^ а б Харт, Лоуренс; Кикта, Роман; Левин, Ричард (2002). Развенчание тайны беспроводной связи 3G . McGraw-Hill Professional . ISBN 9780071382823. Проверено 10 июля 2011 года .
  10. ^ JS Chitode (2008). Принципы цифровой коммуникации . Техническая публикация. ISBN 9788184314519. Проверено 10 июля 2011 года .
  11. Лу Френзель. 27 апреля 2012 г., «В чем разница между скоростью передачи и скоростью передачи данных?» . Электронный дизайн. 2012 г.
  12. ^ Теодори С. Раппапорт, Беспроводная связь: принципы и практика , Prentice Hall PTR, 2002
  13. ^ Лайос Ханзо, Питер Дж. Черриман, Юрген Страйт, Сжатие видео и связь: от основ до H.261, H.263, H.264, MPEG4 для адаптивных турбо-трансиверов в стиле DVB и HSDPA , Wiley-IEEE, 2007.
  14. ^ а б В.С. Багад, И. А. Дхотре, Системы передачи данных , Технические публикации, 2009.
  15. ^ Судхир Диксит, Ramjee Prasad Wireless IP и создание мобильного Интернета , Artech House
  16. ^ Гай Харт-Дэвис, Освоение Microsoft Windows Vista home: премиум и базовый уровень , Джон Вили и сыновья, 2007
  17. ^ Халид Сайуд, Справочник по сжатию без потерь , Academic Press, 2003.
  18. ^ Стр. 26 Белой книги BBC R&D WHP 061, июнь 2003 г., DAB: Введение в систему DAB Eureka и ее работу http://downloads.bbc.co.uk/rd/pubs/whp/whp-pdf-files/ WHP061.pdf
  19. ^ Extremetech.com, Лесли Шапиро, 2 июля 2001 г. Объемный звук: High-End: SACD и DVD-Audio . Архивировано 30 декабря 2009 года на Wayback Machine. Проверено 19 мая 2010 года. 2 канала, 1 бит, звук DSD 2822,4 кГц (2 × 1 × 2 822 400) = 5644 800 бит / с
  20. ^ "Понимание DVD-Audio" (PDF) . Звуковые решения. Архивировано из оригинального (PDF) 4 марта 2012 года . Проверено 23 апреля 2014 года .
  21. ^ a b c d e f g "Битрейт YouTube" . Проверено 10 октября 2014 года .
  22. ^ «Технические характеристики MPEG1» . Великобритания: ICDia . Проверено 11 июля 2011 года .
  23. ^ "Отличия DVD-MPEG" . Sourceforge . Проверено 11 июля 2011 года .
  24. ^ a b Спецификации HDV (PDF) , информация HDV, заархивировано из оригинала (PDF) 8 января 2007 г. .
  25. ^ "Информация Avchd" . Информация о AVCHD . Проверено 11 июля 2011 года .
  26. ^ «3.3 Видеопотоки» (PDF) , формат диска Blu-ray 2.B Спецификации формата аудиовизуального приложения для BD-ROM версии 2.4 (официальный документ), май 2010 г., стр. 17 .
  •  Эта статья включает  материалы, являющиеся общественным достоянием, из документа Управления общих служб : «Федеральный стандарт 1037C» .(в поддержку MIL-STD-188 )

Внешние ссылки [ править ]

  • 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