位元速率 - Wikiwand
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位元速率

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位元速率(英語:Bit rate變數R[1])在電信計算領域是指單位時間內傳輸送或處理的位元的數量。位元速率經常在電信領域用作連接速度傳輸速度資訊傳輸速率和數字頻寬容量的同義詞。

在數字多媒體領域,位元速率是單位時間播放連續的媒體如壓縮後的音頻視頻的位元數量。在這個意義上講,它相當於術語數字頻寬消耗量,或吞吐量

位元速率規定使用「位元每秒」(bit/sbps)為單位,經常和國際單位制詞頭關聯在一起,如「千」(kbit/s或kbps),「兆」(百萬)(Mbit/s或Mbps),「吉」(Gbit/s或Gbps)和「太」(Tbit/s或Tbps)。

雖然經常作為「速度」的參考,位元速率並不測量「『距離』/時間」,而是被傳輸或者被處理的「『二進制碼數量』/時間」,所以應該把它和傳播速度區分開來,傳播速度依賴於傳輸的媒介並且有通常的物理意義。

毛位元速率粗位元速率是每秒物理傳送的總數量,包括了有效的數據和協定頭。而淨位元速率有效位元速率是在實體層上的一個參考點來測量的,不包括底層的協定頭,比如冗餘的信道編碼(前向錯誤糾正)。

用法說明

正式的「位元每秒」的縮寫是「bit/s」(不是「bits/s」)。在一些非正式文章,經常使用「b/s」或「bps」縮寫。在更不正式的地方,通常省略了「每秒」,簡單地應用為「一個128千位元音頻流」或「一個100兆位元網絡」。

「位元速率」有時可以與「波特率」交換使用,只有在一個數據傳輸系統的每一個調製轉變剛好承載一個位元的時候正確。類似的,國際單位制詞頭中的頻率的單位赫茲,如果有時候不從上下文看不是很確切,如每一個週期承載的位元數量。

大的位元速率,使用國際單位制詞頭

1,000 bps = 【1 kbps】 = 1,000 bit/s = 0.97656 Kibi bit/s
1,000,000 bps = 【1 Mbps】 = 1,000,000 bit/s = 0.95367 Mebi bit/s
1,000,000,000 bps = 【1 Gbps】 = 1,000,000,000 bit/s = 0.93132 Gibi bit/s

當描述位元速率的時候,二進制乘數詞頭幾乎從來不使用而基本使用國際單位制詞頭作為標準,十進制含義,不是舊的計算機初始的二進制含義。二進制更多得應用於單位位元組/秒(byte/s),而不是電信相關的典型用法。有時在一些特殊的上下文中有必要尋找單位的定義。

1 Kibi(Kibibit)=1024 bit 1KiB(KibiByte)=8 Kibi
1 Kb (Kilobit) =1000 bit 1KB(KiloByte) =8 Kb

過程

從傳輸速度的發展看來,摩爾定律不僅應用在電晶體的密度,同樣可以用在傳輸速度:位元速率大概每18個月提高一倍。

以下是建議的通信標準介面和裝置中的實體層淨位元速率的範例:

WAN數據機 乙太網路 LAN Wi-Fi無線區域網絡 流動電話網絡
  • 1G:
  • 2G:
    • 1991: GSM CSD和D-AMPS 14.4 kbit/s
    • 2003: GSM EDGE 296 kbit/s下行, 118.4 kbit/s上行
  • 3G:
    • 2001: UMTS-FDD (WCDMA) 384 kbit/s
    • 2007: UMTS HSDPA 14.4 Mbit/s
    • 2008: UMTS HSPA 14.4 Mbit/s下行, 5.76 Mbit/s上行
    • 2009: HSPA+(無MIMO)28 Mbit/s(56 Mbit/s使用2×2 MIMO), 22 Mbit/s上行
    • 2010: CDMA2000 EV-DO Rev. B 14.7 Mbit/s
    • 2011: HSPA+(使用MIMO)提速至42 Mbit/s
  • 准4G:
    • 2007: Mobile WiMAX (IEEE 802.16e) 144 Mbit/s下行, 35 Mbit/s上行
    • 2009: LTE 100 Mbit/s(360 Mbit/s使用MIMO 2×2), 50 Mbit/s上行

更多請看手機標準比較英語comparison of mobile phone standards

有關更多範例,請參見電腦裝置頻寬列表頻譜效率比較表OFDM系統比較表英語OFDM system comparison table

多媒體的位元速率

多媒體行業在指音頻或者視頻在單位時間內的數據傳輸率時通常使用碼流位元速率,單位是kbps(千位每秒)。

在數字多媒體領域,位元速率代表了資訊的數量,更詳細地說,儲存了一個記錄的每單位時間。位元速率和以下幾個因素相關:

  • 原始物質也許取樣在不同的頻率里
  • 取樣可能使用了不同數量的位元
  • 數據可能按照不同的方式編碼
  • 資訊可能用不同的演算法或不同的程度進行數字壓縮

通常,以上因素的選擇的目的是在位元速率的最小化和播放媒介時最佳化之間達到理想的平衡。

一般原始的多媒體檔案都比較大,為了便於使用需要對其進行壓縮,而碼流就對應了壓縮時的取樣率,單位時間內取樣率越大,精度就越高,處理出來的檔案就越接近原始檔案,但是檔案也會越大。

如果有損數據壓縮應用在音頻或虛擬數據,不同於原始的訊號被引入,如果壓縮是進行了,或有損數據被解壓或還原,顯而易見形成壓縮失真。這些是否影響到質素,如果是程度依賴於壓縮的方式,編碼的力度,輸入數據的特性,聽眾的感覺,聽眾對失真的熟悉和視聽環境。

專家和高傳真音響愛好者可能在很多情況下可以察覺失真,而普通的聽眾不會。

這一章的位元速率大體上指普通聽眾在典型的視聽環境,使用最有效的壓縮,而與參考標準相比不感到明顯的噪音的最小值

對於線上影片來說,如果是1M的寬頻,在網上只能看碼流不超過125kbps的視頻,超過125kbps的視頻只能等視頻緩衝才能順利觀看。

音頻(MP3)

MP3音頻格式採用失真壓縮。增加位元速率可改善音頻質素:

  • 32 kbit/s—MWAM)質素。一般只用於語音。
  • 96 kbit/s—FM質素。一般用於語音或低質素串流媒體。
  • 128 - 160 kbit/s—中等質素。
  • 192 kbit/s—中等質素。
  • 256 kbit/s—常用的高質素位元速率之一。
  • 320 kbit/s—MP3標準支援的最高位元速率。

其他音頻

  • 700 bit/s –開源語音編碼器Codec2支援的最低位元速率,但聲音幾乎無法辨識,1.2 kbit/s會更好。
  • 800 bit/s –分辨語音所需的最低位元速率(使用語音專用的FS-1015英語FS-1015語音編解碼器
  • 2.15 kbit/s – 開源編碼器Speex可用的最低位元速率
  • 6 kbit/s – 開源編碼器Opus可用的最低位元速率
  • 8 kbit/s—電話質素(使用語音編碼)
  • 32-500 kbit/s -- Ogg Vorbis中使用的有損音頻模式
  • 256 kbit/s – 數字音頻廣播(DAB)為實現高質素訊號所需的MP2位元速率
  • 400 kbit/s–1,411 kbit/s – Free Lossless Audio CodecWavPackMonkey's Audio以及Apple Lossless無失真音頻壓縮格式記錄完整音頻CD格式(以44,100Hz記錄的16bit PCM音頻數據)
  • 1411.2 kbit/s—脈衝編碼調製(PCM)聲音格式為記錄無壓縮完整光碟(CD)的數字音頻(以44,100Hz記錄的16bit PCM音頻數據)
  • 5644.8 kbit/s—使用於SACD以記錄完整無壓縮64fs的Direct Stream Digital(以2.822MHz記錄的1bit DSD音頻數據,1fs等於44,100kHz)
  • 11289.6 kbit/s—使用於SACD以記錄完整無壓縮128fs的Direct Stream Digital(以5.644MHz記錄的1bit DSD音頻數據,1fs等於44,100kHz)
  • 6.144 Mbit/s – E-AC-3(Dolby Digital Plus),一種基於AC-3編碼器的增強編碼系統
  • 4.602-9.204 Mbit/s – DVD-AudioBlu-ray Audio,一種在DVD及Blu-ray上提供高傳真音頻內容的數字格式,記錄着以96,000Hz或192,000Hz記錄的24bit PCM音頻數據
  • 18 Mbit/s – 基於Meridian Lossless Packing的進階無失真音頻編解碼器

視頻

  • 16 kbit/s—可視電話質素(使用者可以接受的"說話的頭"相片的最低要求)
  • 128 – 384 kbit/s—商業導向的視頻會議系統質素
  • 700 kbit/s(最高)YouTube 240p視頻(使用H.264)
  • 1 Mbit/s—VHS質素
  • 1.25 Mbit/s – VCD質素(使用MPEG1壓縮)
  • 5 Mbit/s—DVD質素(使用MPEG2壓縮)
  • 8 – 15 Mbit/s—高清晰度電視(HDTV)質素(使用H.264壓縮)
  • 29.4 Mbit/s(最高)– HD DVD質素
  • 40 Mbit/s(最高)– 藍光光碟(Blu-ray Disc)質素(使用MPEG2H.264VC-1壓縮)
  • 440或880 Mbit/s – Sony HDCAM SR質素(SQ/HQ)

說明

由於技術原因(硬件/軟件協定,管理費用,編碼方案等),實際位元速率在一些參考裝置上明顯高於上面的表格。比如:

  • 電話電路使用µlaw或者A-law 壓縮擴充(脈衝編碼調製)— 64 kbit/s
  • CDs使用CDDA格式—1.4 Mbit/s

參考

這篇文章主要參考了美國MIL-STD-188標準支援的聯邦標準1037C(Federal Standard 1037C),是美國政府部門開放內容。

參見

外部連結

頻寬轉化

簡單轉化千位元/秒(kbit/s)到 兆位元組/小時(MB/h)到吉位元組/天(GB/day)到太位元組/月(TB/month)到...

頻寬線上計算

DVB-S TV的位元速率和無線信道

  • Linowsat - daily updated audio and video bitrates of European satellites.
  1. ^ Gupta, Prakash C. Data Communications and Computer Networks. PHI Learning. 2006 [10 July 2011]. 
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位元速率
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