tasa de bits

Information transmission rate expressed in bits per second

En telecomunicaciones e informática , la tasa de bits ( bitrate o como variable R ) es el número de bits que se transmiten o procesan por unidad de tiempo. ^[1]

La velocidad de bits se expresa en la unidad bit por segundo (símbolo: bit/s ), a menudo junto con un prefijo SI como kilo (1 kbit/s = 1000 bit/s), mega (1 Mbit/s = 1000 kbit /s), giga (1 Gbit/s = 1.000 Mbit/s) o tera (1 Tbit/s = 1.000 Gbit/s). ^[2] La abreviatura no estándar bps se utiliza a menudo para reemplazar el símbolo estándar bit/s, de modo que, por ejemplo, 1 Mbps se utiliza para significar un millón de bits por segundo.

En la mayoría de los entornos informáticos y de comunicación digital, un byte por segundo (símbolo: B/s ) corresponde a 8 bit/s.

Prefijos

Al cuantificar velocidades de bits grandes o pequeñas, se utilizan prefijos SI (también conocidos como prefijos métricos o prefijos decimales), por lo tanto: ^[3]

A veces se utilizan prefijos binarios para las velocidades de bits. ^{[4] [5]} La norma internacional ( IEC 80000-13 ) especifica diferentes símbolos para prefijos binarios y decimales (SI) (por ejemplo, 1 KiB /s = 1024 B/s = 8192 bit/s y 1 MiB /s = 1024 KiB/s).

En comunicaciones de datos

Tasa de bits bruta

En los sistemas de comunicación digital, la tasa de bits bruta de la capa física , ^[6] la tasa de bits bruta , ^[7] la tasa de señalización de datos , ^[8] la tasa bruta de transferencia de datos ^[9] o la tasa de transmisión no codificada ^[7] (a veces escrita como una variable R _b ^{[ 6] [7]} o f _b ^[10] ) es el número total de bits transferidos físicamente por segundo a través de un enlace de comunicación, incluidos los datos útiles y la sobrecarga del protocolo.

En el caso de comunicaciones en serie , la velocidad de bits bruta está relacionada con el tiempo de transmisión de bits como: ${\displaystyle T_{\text{b}}}$

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

La tasa de bits bruta está relacionada con la tasa de símbolos o tasa de modulación, que se expresa en baudios o símbolos por segundo. Sin embargo, la velocidad bruta de bits y el valor en baudios son iguales sólo cuando hay sólo dos niveles por símbolo, que representan 0 y 1, lo que significa que cada símbolo de un sistema de transmisión de datos transporta exactamente un bit de datos; por ejemplo, este no es el caso de los sistemas de modulación modernos utilizados en módems y equipos LAN. ^[11]

Para la mayoría de códigos de línea y métodos de modulación :

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

Más específicamente, un código de línea (o esquema de transmisión de banda base ) que representa los datos utilizando modulación de amplitud de pulso con diferentes niveles de voltaje, puede transferir bits por pulso. Un método de modulación digital (o esquema de transmisión de banda de paso) que utiliza diferentes símbolos, por ejemplo amplitudes, fases o frecuencias, puede transferir bits por símbolo. Esto resulta en: ${\displaystyle 2^{N}}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle 2^{N}}$ ${\displaystyle 2^{N}}$ ${\displaystyle N}$

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

Una excepción a lo anterior son algunos códigos de línea de sincronización automática, por ejemplo la codificación Manchester y la codificación de retorno a cero (RTZ), donde cada bit está representado por dos pulsos (estados de señal), lo que da como resultado:

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

La ley de Nyquist da un límite superior teórico para la velocidad de símbolos en baudios, símbolos/s o pulsos/s para un determinado ancho de banda espectral en hercios :

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

En la práctica, este límite superior sólo puede alcanzarse para esquemas de codificación de línea y para la denominada modulación digital de banda lateral residual . La mayoría de los demás esquemas modulados por portadora digital, por ejemplo ASK , PSK , QAM y OFDM , pueden caracterizarse como modulación de doble banda lateral , lo que da como resultado la siguiente relación:

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

En caso de comunicación paralela , la tasa de bits bruta viene dada por

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

donde n es el número de canales paralelos, Mi _es el número de símbolos o niveles de modulación en el i -ésimo canal , y Ti _es el tiempo de duración del símbolo , expresado en segundos, para el i- ésimo canal.

Tarifa de información

La tasa de bits neta de la capa física , ^[12] tasa de información , ^[6] tasa de bits útiles , ^[13] tasa de carga útil , ^[14] tasa de transferencia neta de datos , ^[9] tasa de transmisión codificada , ^[7] tasa de datos efectiva ^[7] o La velocidad del cable (lenguaje informal) de un canal de comunicación digital es la capacidad excluyendo la sobrecarga del protocolo de capa física , por ejemplo, bits de entramado de multiplexación por división de tiempo (TDM) , códigos redundantes de corrección de errores directos (FEC), símbolos de entrenamiento de ecualizador y otra codificación de canal . Los códigos de corrección de errores son comunes, especialmente en los sistemas de comunicación inalámbrica, los estándares de módem de banda ancha y las modernas LAN de alta velocidad basadas en cobre. La tasa de bits neta de la capa física es la tasa de datos medida en un punto de referencia en la interfaz entre la capa de enlace de datos y la capa física y, en consecuencia, puede incluir el enlace de datos y la sobrecarga de la capa superior.

En módems y sistemas inalámbricos, a menudo se aplica la adaptación de enlace (adaptación automática de la velocidad de datos y el esquema de modulación y/o codificación de errores a la calidad de la señal). En ese contexto, el término tasa de bits máxima denota la tasa de bits neta del modo de transmisión más rápido y menos robusto, utilizado por ejemplo cuando la distancia es muy corta entre el emisor y el transmisor. ^[15] Algunos sistemas operativos y equipos de red pueden detectar la " velocidad de conexión " ^[16] (lenguaje informal) de una tecnología de acceso a la red o un dispositivo de comunicación, lo que implica la tasa de bits neta actual. El término velocidad de línea en algunos libros de texto se define como velocidad de bits bruta, ^[14] en otros como velocidad de bits neta.

La relación entre la tasa de bits bruta y la tasa de bits neta se ve afectada por la tasa de código FEC de acuerdo con lo siguiente.

tasa de bits neta ≤ tasa de bits bruta × tasa de código

La velocidad de conexión de una tecnología que implica corrección de errores hacia adelante normalmente se refiere a la velocidad de bits neta de la capa física de acuerdo con la definición anterior.

Por ejemplo, la tasa de bits neta (y por lo tanto la "velocidad de conexión") de una red inalámbrica IEEE 802.11a es la tasa de bits neta de entre 6 y 54 Mbit/s, mientras que la tasa de bits bruta está entre 12 y 72 Mbit/s inclusive. de códigos de corrección de errores.

La velocidad de bits neta de la interfaz de velocidad básica RDSI2 (2 canales B + 1 canal D) de 64+64+16 = 144 kbit/s también se refiere a las velocidades de datos de carga útil, mientras que la velocidad de señalización del canal D es de 16 kbit/s. .

La velocidad de bits neta del estándar de capa física Ethernet 100BASE-TX es de 100 Mbit/s, mientras que la velocidad de bits bruta es de 125 Mbit/s, debido a la codificación 4B5B (cuatro bits sobre cinco bits). En este caso, la tasa de bits bruta es igual a la tasa de símbolos o pulso de 125 megabaudios, debido al código de línea NRZI .

En las tecnologías de comunicaciones sin corrección de errores directa y otros protocolos de capa física, no hay distinción entre la velocidad de bits bruta y la velocidad de bits neta de la capa física. Por ejemplo, la velocidad de bits neta y bruta de Ethernet 10BASE-T es de 10 Mbit/s. Debido al código de línea de Manchester , cada bit está representado por dos pulsos, lo que da como resultado una frecuencia de pulso de 20 megabaudios.

La "velocidad de conexión" de un módem de banda vocal V.92 normalmente se refiere a la velocidad de bits bruta, ya que no existe un código de corrección de errores adicional. Puede ser de hasta 56.000 bit/s de bajada y 48.000 bit/s de subida . Se puede elegir una velocidad de bits más baja durante la fase de establecimiento de la conexión debido a la modulación adaptativa  ; se eligen esquemas de modulación más lentos pero más robustos en caso de una relación señal-ruido deficiente . Debido a la compresión de datos, la velocidad o el rendimiento de transmisión de datos real (ver más abajo) puede ser mayor.

La capacidad del canal , también conocida como capacidad de Shannon , es un límite superior teórico para la velocidad de bits neta máxima, excluyendo la codificación de corrección de errores directa, que es posible sin errores de bits para un determinado enlace de comunicación físico analógico de nodo a nodo .

tasa de bits neta ≤ capacidad del canal

La capacidad del canal es proporcional al ancho de banda analógico en hercios. Esta proporcionalidad se llama ley de Hartley . En consecuencia, la velocidad de bits neta a veces se denomina capacidad de ancho de banda digital en bits/s.

Rendimiento de la red

El término rendimiento , esencialmente lo mismo que consumo de ancho de banda digital , denota la velocidad de bits útil promedio alcanzada en una red informática a través de un enlace de comunicación lógico o físico o a través de un nodo de red, generalmente medida en un punto de referencia por encima de la capa de enlace de datos. Esto implica que el rendimiento a menudo excluye la sobrecarga del protocolo de la capa de enlace de datos. El rendimiento se ve afectado por la carga de tráfico de la fuente de datos en cuestión, así como de otras fuentes que comparten los mismos recursos de red. Consulte también medir el rendimiento de la red .

Goodput (tasa de transferencia de datos)

Goodput o tasa de transferencia de datos se refiere a la tasa de bits neta promedio lograda que se entrega a la capa de aplicación , excluyendo toda sobrecarga de protocolo, retransmisiones de paquetes de datos, etc. Por ejemplo, en el caso de la transferencia de archivos, el goodput corresponde al archivo logrado. ratio de transferencia . La velocidad de transferencia de archivos en bits/s se puede calcular dividiendo el tamaño del archivo (en bytes) por el tiempo de transferencia del archivo (en segundos) y multiplicado por ocho.

Por ejemplo, el buen rendimiento o la velocidad de transferencia de datos de un módem de banda vocal V.92 se ve afectado por los protocolos de la capa física del módem y de la capa de enlace de datos. A veces es mayor que la velocidad de datos de la capa física debido a la compresión de datos V.44 y, a veces, menor debido a errores de bits y retransmisiones automáticas de solicitudes repetidas .

Si no se proporciona compresión de datos por parte del equipo o protocolos de red, tenemos la siguiente relación:

buen rendimiento ≤ rendimiento ≤ rendimiento máximo ≤ tasa de bits neta

para una determinada vía de comunicación.

Tendencias de progreso

Estos son ejemplos de velocidades de bits netas de capa física en interfaces y dispositivos estándar de comunicación propuestos:

Multimedia

In digital multimedia, bit rate represents the amount of information, or detail, that is stored per unit of time of a recording. The bitrate depends on several factors:

• The original material may be sampled at different frequencies.
• The samples may use different numbers of bits.
• The data may be encoded by different schemes.
• The information may be digitally compressed by different algorithms or to different degrees.

Generally, choices are made about the above factors in order to achieve the desired trade-off between minimizing the bitrate and maximizing the quality of the material when it is played.

If lossy data compression is used on audio or visual data, differences from the original signal will be introduced; if the compression is substantial, or lossy data is decompressed and recompressed, this may become noticeable in the form of compression artifacts. Whether these affect the perceived quality, and if so how much, depends on the compression scheme, encoder power, the characteristics of the input data, the listener's perceptions, the listener's familiarity with artifacts, and the listening or viewing environment.

The encoding bit rate of a multimedia file is its size in bytes divided by the playback time of the recording (in seconds), multiplied by eight.

For real-time streaming multimedia, the encoding bit rate is the goodput that is required to avoid playback interruption.

The term average bitrate is used in case of variable bitrate multimedia source coding schemes. In this context, the peak bit rate is the maximum number of bits required for any short-term block of compressed data.^[17]

A theoretical lower bound for the encoding bit rate for lossless data compression is the source information rate, also known as the entropy rate.

The bitrates in this section are approximately the minimum that the average listener in a typical listening or viewing environment, when using the best available compression, would perceive as not significantly worse than the reference standard.

Audio

CD-DA

Compact Disc Digital Audio (CD-DA) uses 44,100 samples per second, each with a bit depth of 16, a format sometimes abbreviated like "16bit / 44.1kHz". CD-DA is also stereo, using a left and right channel, so the amount of audio data per second is double that of mono, where only a single channel is used.

The bit rate of PCM audio data can be calculated with the following formula:

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

For example, the bit rate of a CD-DA recording (44.1 kHz sampling rate, 16 bits per sample and two channels) can be calculated as follows:

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

The cumulative size of a length of PCM audio data (excluding a file header or other metadata) can be calculated using the following formula:

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

The cumulative size in bytes can be found by dividing the file size in bits by the number of bits in a byte, which is eight:

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

Therefore, 80 minutes (4,800 seconds) of CD-DA data requires 846,720,000 bytes of storage:

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

where MiB is mebibytes with binary prefix Mi, meaning 2²⁰ = 1,048,576.

MP3

The MP3 audio format provides lossy data compression. Audio quality improves with increasing bitrate:

• 32 kbit/s – generally acceptable only for speech
• 96 kbit/s – generally used for speech or low-quality streaming
• 128 or 160 kbit/s – mid-range bitrate quality
• 192 kbit/s – medium quality bitrate
• 256 kbit/s – a commonly used high-quality bitrate
• 320 kbit/s – highest level supported by the MP3 standard

Other audio

• 700 bit/s – lowest bitrate open-source speech codec Codec2, but Codec2 sounds much better at 1.2 kbit/s
• 800 bit/s – minimum necessary for recognizable speech, using the special-purpose FS-1015 speech codecs
• 2.15 kbit/s – minimum bitrate available through the open-source Speex codec
• 6 kbit/s – minimum bitrate available through the open-source Opus codec
• 8 kbit/s – telephone quality using speech codecs
• 32–500 kbit/s – lossy audio as used in Ogg Vorbis
• 256 kbit/s – Digital Audio Broadcasting (DAB) MP2 bit rate required to achieve a high quality signal^[18]
• 292 kbit/s – Sony Adaptive Transform Acoustic Coding (ATRAC) for use on the MiniDisc Format
• 400 kbit/s–1,411 kbit/s – lossless audio as used in formats such as Free Lossless Audio Codec, WavPack, or Monkey's Audio to compress CD audio
• 1,411.2 kbit/s – Linear PCM sound format of CD-DA
• 5,644.8 kbit/s – DSD, which is a trademarked implementation of PDM sound format used on Super Audio CD.^[19]
• 6.144 Mbit/s – E-AC-3 (Dolby Digital Plus), an enhanced coding system based on the AC-3 codec
• 9.6 Mbit/s – DVD-Audio, a digital format for delivering high-fidelity audio content on a DVD. DVD-Audio is not intended to be a video delivery format and is not the same as video DVDs containing concert films or music videos. These discs cannot be played on a standard DVD-player without DVD-Audio logo.^[20]
• 18 Mbit/s – advanced lossless audio codec based on Meridian Lossless Packing (MLP)

Video

• 16 kbit/s – videophone quality (minimum necessary for a consumer-acceptable "talking head" picture using various video compression schemes)
• 128–384 kbit/s – business-oriented videoconferencing quality using video compression
• 400 kbit/s YouTube 240p videos (using H.264)^[21]
• 750 kbit/s YouTube 360p videos (using H.264)^[21]
• 1 Mbit/s YouTube 480p videos (using H.264)^[21]
• 1.15 Mbit/s max – VCD quality (using MPEG1 compression)^[22]
• 2.5 Mbit/s YouTube 720p videos (using H.264)^[21]
• 3.5 Mbit/s typ^{[clarification needed]} – Standard-definition television quality (with bit-rate reduction from MPEG-2 compression)
• 3.8 Mbit/s YouTube 720p60 (60 FPS) videos (using H.264)^[21]
• 4.5 Mbit/s YouTube 1080p videos (using H.264)^[21]
• 6.8 Mbit/s YouTube 1080p60 (60 FPS) videos (using H.264)^[21]
• 9.8 Mbit/s max – DVD (using MPEG2 compression)^[23]
• 8 to 15 Mbit/s typ – HDTV quality (with bit-rate reduction from MPEG-4 AVC compression)
• 19 Mbit/s approximate – HDV 720p (using MPEG2 compression)^[24]
• 24 Mbit/s max – AVCHD (using MPEG4 AVC compression)^[25]
• 25 Mbit/s approximate – HDV 1080i (using MPEG2 compression)^[24]
• 29.4 Mbit/s max – HD DVD
• 40 Mbit/s max – 1080p Blu-ray Disc (using MPEG2, MPEG4 AVC or VC-1 compression)^[26]
• 250 Mbit/s max – DCP (using JPEG 2000 compression)
• 1.4 Gbit/s – 10-bit 4:4:4 uncompressed 1080p at 24 FPS

Notes

For technical reasons (hardware/software protocols, overheads, encoding schemes, etc.) the actual bit rates used by some of the compared-to devices may be significantly higher than what is listed above. For example, telephone circuits using μlaw or A-law companding (pulse code modulation) yield 64 kbit/s.

See also

• Audio bit depth
• Average bitrate
• Bandwidth (computing)
• Baud (symbol rate)
• Bit-synchronous operation
• Chip rate
• Clock rate
• Code rate
• Constant bitrate
• Data-rate units
• Data signaling rate
• List of interface bit rates
• Measuring network throughput
• Orders of magnitude (bit rate)
• Spectral efficiency
• Variable bitrate

References

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2. International Electrotechnical Commission (2007). "Prefixes for binary multiples". Archived from the original on 25 September 2016. Retrieved 4 February 2014.
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15. Sudhir Dixit, Ramjee Prasad Wireless IP and Building the Mobile Internet, Artech House
16. Guy Hart-Davis,Mastering Microsoft Windows Vista home: premium and basic, John Wiley and Sons, 2007
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18. Page 26 of BBC R&D White Paper WHP 061 June 2003, DAB: An introduction to the DAB Eureka system and how it works http://downloads.bbc.co.uk/rd/pubs/whp/whp-pdf-files/WHP061.pdf
19. Extremetech.com, Leslie Shapiro, 2 July 2001. Surround Sound: The High-End: SACD and DVD-Audio. Archived 30 December 2009 at the Wayback Machine Retrieved 19 May 2010. 2 channels, 1-bit, 2822.4 kHz DSD audio (2×1×2,822,400)= 5,644,800 bits/s
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21. "YouTube bit rates". Retrieved 10 October 2014.
22. "MPEG1 Specifications". UK: ICDia. Retrieved 11 July 2011.
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24. HDV Specifications (PDF), HDV Information, archived from the original (PDF) on 8 January 2007.
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26. "3.3 Video Streams" (PDF), Blu-ray Disc Format 2.B Audio Visual Application Format Specifications for BD-ROM Version 2.4 (white paper), May 2010, p. 17.

External links

• Live Video Streaming Bitrate Calculator Calculate bitrate for video and live streams
• DVD-HQ bit rate calculator Calculate bit rate for various types of digital video media.
• Maximum PC - Do Higher MP3 Bit Rates Pay Off?
• Valid8 Data Rate Calculator