stringtranslate.com

Битрейт

В телекоммуникациях и вычислительной технике битрейт ( битрейт или переменная R ) — это количество битов , которые передаются или обрабатываются за единицу времени. [1]

Скорость передачи данных выражается в единицах бит в секунду (символ: бит/с ), часто в сочетании с префиксом SI , 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] 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 используются префиксы SI (также известные как метрические префиксы или десятичные префиксы), например: [3]

Двоичные префиксы иногда используются для скорости передачи данных. [4] [5] Международный стандарт ( IEC 80000-13 ) определяет различные сокращения 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

Общая скорость передачи данных

В системах цифровой связи общий битрейт физического уровня , [6] необработанный битрейт , [7] скорость передачи данных , [8] общая скорость передачи данных [9] или скорость некодированной передачи [7] (иногда записывается 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 данных связана со временем передачи битов следующим образом:

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. [11]

Для большинства линейных кодов и методов модуляции :

Более конкретно, линейный код (или схема передачи в основной полосе частот ), представляющий данные с использованием амплитудно-импульсной модуляции с разными уровнями напряжения, может передавать биты за импульс. Метод цифровой модуляции (или схема передачи в полосе пропускания) с использованием разных символов, например амплитуд, фаз или частот, может передавать биты на символ. Это приводит к:

Исключением из вышеизложенного 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 определяется законом Найквиста :

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:

В случае параллельной связи общая скорость передачи данных определяется выражением

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

Информационная скорость

Чистая скорость передачи данных физического уровня , [12] скорость передачи информации , [6] скорость передачи полезных данных , [13] скорость полезной нагрузки , [14] чистая скорость передачи данных , [9] скорость кодированной передачи , [7] эффективная скорость передачи данных [7] или скорость передачи данных (неформальный язык) цифрового канала связи — это пропускная способность, исключающая служебные данные протокола физического уровня, например, биты кадрирования мультиплексирования с временным разделением (TDM) , 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. [15] Некоторые операционные системы и сетевое оборудование могут определять « скорость соединения » [16] (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, [14] в других — как 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, чистый битрейт (и, следовательно, «скорость соединения») беспроводной сети IEEE 802.11a составляет чистый битрейт от 6 до 54 Мбит/с, а общий битрейт 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 скорости импульсов 125 Мбод, что обусловлено линейным кодом NRZI .

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» модема голосового диапазона V.92 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

Термин «пропускная способность» , по сути, 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 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)

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 сжатия данных V.44 , 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 прогресса

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

Мультимедиа

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

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

Если для аудио- или визуальных данных используется сжатие данных с потерями , 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 в этом разделе примерно равен минимуму , который среднестатистический слушатель в типичной среде прослушивания или просмотра при использовании наилучшего доступного сжатия воспримет как не значительно хуже, чем эталонный стандарт:

Скорость передачи данных кодирования

В цифровом мультимедиа скорость передачи данных означает количество битов, используемых в секунду для представления непрерывного носителя, такого как аудио или видео, после исходного кодирования (сжатия данных). Битрейт кодирования мультимедийного файла — это его размер в байтах , разделенный на время воспроизведения записи (в секундах), умноженный на восемь.

Для потоковой передачи мультимедиа в реальном времени скорость кодирования — это хорошая производительность , необходимая для предотвращения прерываний:

битрейт кодирования = требуемая производительность

Термин «средний битрейт» используется в случае схем кодирования источника мультимедиа с переменным битрейтом . В этом контексте пиковая скорость передачи данных — это максимальное количество битов, необходимое для любого краткосрочного блока сжатых данных. [17]

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

скорость энтропии ≤ скорость передачи данных мультимедиа

Аудио

CD-DA

CD-DA , стандартный аудио компакт-диск, имеет скорость передачи данных 44,1 кГц/16, что означает, что аудиоданные отбирались 44 100 раз в секунду и с разрядностью 16. 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:

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

Совокупный размер длины аудиоданных PCM (исключая заголовок файла или другие метаданные ) 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, для 80 минут (4800 секунд) данных CD-DA требуется 846 720 000 байт памяти:

МП3

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

Другое аудио

видео

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 компандирование по закону µlaw или A-law (импульсно-кодовая модуляция), дают скорость 64 кбит/с.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Гупта, Пракаш С. (2006). Передача данных и компьютерные сети. Обучение PHI. ISBN 9788120328464. Проверено 10 июля 2011 г.
  2. ^ Международная электротехническая комиссия (2007). «Префиксы для двоичных кратных». Архивировано из оригинала 25 сентября 2016 года . Проверено 4 февраля 2014 г.
  3. ^ Джиндал, Р.П. (2009). «От миллибитов до терабит в секунду и выше – более 60 лет инноваций». 2009 2-й международный семинар по электронным устройствам и полупроводниковым технологиям . стр. 1–6. doi :10.1109/EDST.2009.5166093. ISBN 978-1-4244-3831-0. S2CID  25112828.
  4. ^ Шлоссер, С.В., Гриффин, Дж.Л., Нэгл, Д.Ф., и Гангер, Г.Р. (1999). Заполнение пробела в доступе к памяти: Корпус для встроенного магнитного накопителя (№ CMU-CS-99-174). ШКОЛА КОМПЬЮТЕРНЫХ НАУК УНИВЕРСИТЕТА КАРНЕГИ-МЕЛЛОНА, ПИТТСБУРГ, Пенсильвания.
  5. ^ «Мониторинг передачи файлов, выполняемой из WebSphere MQ Explorer». 11 марта 2014 года . Проверено 10 октября 2014 г.
  6. ^ abc Гимарайнш, Даян Адионель (2009). «Раздел 8.1.1.3 Общая скорость передачи данных и скорость передачи данных». Цифровая передача: введение в VisSim/Comm с помощью моделирования . Спрингер. ISBN 9783642013591. Проверено 10 июля 2011 г.
  7. ^ abcde Каве Пахлаван, Прашант Кришнамурти (2009). Основы сетевых технологий. Джон Уайли и сыновья. ISBN 9780470779439. Проверено 10 июля 2011 г.
  8. ^ Сетевой словарь. Джаввин Технологии. 2007. ISBN 9781602670006. Проверено 10 июля 2011 г.
  9. ^ аб Харт, Лоуренс; Кикта, Роман; Левин, Ричард (2002). Беспроводная связь 3G раскрыта. МакГроу-Хилл Профессионал . ISBN 9780071382823. Проверено 10 июля 2011 г.
  10. ^ Дж. С. Читоде (2008). Принципы цифровой коммуникации. Техническая публикация. ISBN 9788184314519. Проверено 10 июля 2011 г.[ постоянная мертвая ссылка ]
  11. ^ Лу Френзель. 27 апреля 2012 г., «В чем разница между скоростью передачи данных и скоростью передачи данных?». Электронный дизайн. 2012.
  12. ^ Теодори С. Раппапорт, Беспроводная связь: принципы и практика, Prentice Hall PTR, 2002 г.
  13. ^ Лайос Ханзо, Питер Дж. Черриман, Юрген Штрайт, Сжатие видео и связь: от основ до H.261, H.263, H.264, MPEG4 для адаптивных турботрансиверов в стиле DVB и HSDPA, Wiley-IEEE, 2007.
  14. ^ ab В.С. Багад, И.А. Дотре, Системы передачи данных, Технические публикации, 2009.
  15. ^ Судхир Диксит, Рамджи Прасад Беспроводной IP и создание мобильного Интернета, Artech House
  16. ^ Гай Харт-Дэвис, Освоение Microsoft Windows Vista для дома: премиум и базовый уровень, John Wiley and Sons, 2007 г.
  17. ^ Халид Саюд, Справочник по сжатию без потерь, Academic Press, 2003.
  18. ^ Страница 26 Белой книги BBC по исследованиям и разработкам WHP 061, июнь 2003 г., DAB: Введение в систему DAB Eureka и то, как она работает 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 г. на Wayback Machine. Проверено 19 мая 2010 г. 2 канала, 1 бит, звук DSD 2822,4 кГц (2 × 1 × 2 822 400) = 5 644 800 бит/с.
  20. ^ «Понимание DVD-Audio» (PDF) . Звуковые решения. Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2012 года . Проверено 23 апреля 2014 г.
  21. ^ abcdefg «Битрейт YouTube» . Проверено 10 октября 2014 г.
  22. ^ «Спецификации MPEG1». Великобритания: ICDia . Проверено 11 июля 2011 г.
  23. ^ «Различия DVD-MPEG» . Сорсфордж . Проверено 11 июля 2011 г.
  24. ^ ab Технические характеристики HDV (PDF) , Информация HDV, заархивировано из оригинала (PDF) 8 января 2007 г..
  25. ^ "Информация об Авчде" . Информация об AVCHD . Проверено 11 июля 2011 г.
  26. ^ «3.3 Видеопотоки» (PDF) , Формат диска Blu-ray 2.B. Спецификации формата аудиовизуальных приложений для BD-ROM версии 2.4 (информационный документ), май 2010 г., стр. 17.

Внешние ссылки