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ビットレ?ト

出典: フリ?百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』

ビットレ?ト （ 英 : bit rate, bitrate ）は、 電?通信 や コンピュ?ティング において、?位時間あたりに?送または?理される ビット ?である。?? R [1] として表される。 ビット速度 [2] とも呼ばれる。

ビットレ?トには、通常 ビット?秒 (bit/s)の?位が用いられ、 キロ 、 メガ 、 ギガ 、 テラ などの SI接頭語 と組み合わせて使用される [3] 。非公式な略?"bps"が"bit/s"の代わりに使われることが多く、例えば「 1 Mbps 」は100万ビット?秒を意味する。

1 バイト ?秒(1 B/s)は8ビット?秒に相?する。

接頭? [ 編集 ]

大きなビットレ?トを表す場合、 SI接頭語 が使用される。

1,000 bit/s rate = 1  kbit/s （1 キロビット ?秒、1000ビット?秒）
1,000,000 bit/s rate = 1  Mbit/s （1 メガビット ?秒、100万ビット?秒）
1,000,000,000 bit/s rate = 1  Gbit/s （1 ギガビット ?秒、10億ビット?秒）

二進接頭? が使用されることもある [4] [5] 。?際規格( IEC 80000-13 )では、SI接頭語と二進接頭?で異なる略語を指定している（例えば、1 KiB /s = 1024 B/s = 8192 bit/s、1 MiB /s = 1024 KiB/s）。なお、正しい用法ではないが、SI接頭語を、それに近い二進接頭?の値の意味で使用することが?く行われている。 二進接頭? を?照。

デ?タ通信において [ 編集 ]

?ビット速度 [ 編集 ]

デジタル通信システムにおいて、 物理層 の ?ビット速度 [6] （ 英 : gross bitrate ） [7] とは、有用なデ?タおよびプロトコル オ?バヘッド を含む、通信連結上の物理的に?送された?秒のビットの??である。?? R b [7] [8] または f b [9] で表される。 生デ?タ速度 （ 英 : raw bitrate ） [8] 、 デ?タ信?速度 （ 英語版 ） [10] （ 英 : data signaling rate ） [11] 、 ?デ?タ?送速度 （ 英 : gross data transfer rate ） [12] 、未符?化?送速度（ 英 : uncoded transmission rate ） [8] とも言う。

シリアル通信 の場合、?ビット速度 R b はビット?送時間 T b と以下の?係がある。

R b = 1 / T b

?ビット速度は、 ボ? (baud)や符??秒(sps)で表される 符??送速度 （ 英語版 ） [13] に?連する。しかし、?ビット速度とボ?の値は、符??たり2つの水準（0と1で表われさる）しかない場合にのみ等しくなる。これは、デ?タ?送機構の各符?が正確に1ビットのデ?タを運ぶことを意味する。 モデム やLAN機器で使用される現代の?調機構ではそうなっていない [14] 。

ほとんどの ?送路符? と ?調 方式では、符??送速度より?ビット速度の方が速い。より具?的には、 2 N 個の異なる電位で パルス振幅?調 を使用してデ?タを表す?送路符?（ 基底?域 送信方式）は、1パルスあたり N ビットを?送することができる。 2 N 個の異なる符?、例えば 2 N 個の振幅、位相、周波?を使用する デジタル?調 方法（ 通過?域 送信方式）は、1符?あたり N ビットを?送することができる。すなわち、

?ビット速度 = 符??送速度 × N

である。

例外として、 マンチェスタ符? や ゼロ復?符? (RTZ)などの自己同期?送路符?がある。各ビットは2つの パルス （信??態）で表され、次のようになる。

?ビット速度 = 符??送速度 / 2

特定のスペクトル ?域幅 （ ヘルツ ?位）に?するボ?、符??秒、パルス?秒の符??送速度の理論上の上限は、 ナイキストの法則 によって?えられる。

符??送速度 ≤ ナイキスト速度 = 2 × ?域幅

?際には、この上限は、?送路符?方式およびいわゆる?留側?波デジタル?調を使用したときのみ近づけることができる。 ASK 、 PSK 、 QAM 、 OFDM のような大部分の他のディジタルキャリア?調方式は、二重側?波?調として特?付けることができ、その結果、以下の?係が得られる。

符??送速度 ≤ ?域幅

パラレル通信 の場合、?ビット速度は

n ∑ i = 1 log 2 M i / T i

となる。 ここで、 n は?列通信路の?、 M i は i 番目の通信路における?調の符?または電位の?、 T i は i 番目の通信路の符?持?時間（秒?位）である。

正味ビット速度 [ 編集 ]

物理層 の 正味ビット速度 [15] （ 英 : net bitrate ） [16] [注? 1] とは、物理層プロトコルの オ?バ?ヘッド （ 時分割多重 (TDM)、 輪郭同期ビット （ 英語版 ） 、冗長 前方誤り訂正 (FEC)コ?ド、イコライザ?トレ?ニングシンボルやその他の 通信路符? ）を除いた正味の?送容量である。 情報速度 [17] （ 英 : information rate ） [7] 、有用ビット速度（ 英 : useful bit rate ） [18] 、?送速度（ 英 : payload rate ） [19] 、正味デ?タ?送速度（ 英 : net data transfer rate ） [12] 、符?化?送速度（ 英 : coded transmission rate ） [12] 、??デ?タ速度（ 英 : effective data rate ） [8] 、デジタル通信通信路の 導線の速度 （非公式な用語）とも言う。誤り訂正符?は、特に、無線通信システム、??域モデム規格、および現代の銅線ベ?スの高速LANにおいて共通している。物理層正味ビット速度は、 デ?タリンク層 と 物理層 との間のインタ?フェ?ス?の基準点で測定されたデ?タ速度であり、結果的にデ?タリンク層以上の層のオ?バ?ヘッドを含む。

モデムや無線システムでは、 適??調 （デ?タ速度、?調、エラ?コ?ディング方式を信?品質に自動的に適合させること）が適用されることが多い。この場合において、 山ビット速度 [20] ? 最大ビット速度 （ 英 : peak bitrate, maximam bitrate ）という用語が、最も速く最も堅牢な?送モ?ドの正味ビット速度を表すのに用いられ、例えば、送信機と送信機との間の距離が非常に短い場合に使用される [21] 。オペレ?ティングシステムやネットワ?ク機器によっては、ネットワ?クアクセス技術や通信デバイスの 接?速度 （ 英 : connection speed ）を表示するものがあり、これは「現在の正味ビット速度」を意味する非公式な用語である [22] 。 線路（ビット）速度 [23] （ 英 : line rate ）という用語は、?科書によって?ビット速度として定義されている場合 [19] と、正味ビット速度として定義されている場合がある。

?ビット速度と正味ビット速度との間の?係は、以下に?ってFEC 符?率 の影響を受ける。

正味ビット速度 ≤ ?ビット速度 × 符?率

順方向誤り訂正を含む技術の接?速度は、典型的には、上記の定義に?う物理層正味ビット速度を指す。

例えば、 IEEE802.11a 無線網の正味ビット速度（すなわち接?速度）は、 6?54 Mbit/s であり、?ビット速度は誤り訂正符?を含んで 12?72 Mbit/s である。

64+64+16 = 144 kbit/sの ISDN基本インタ?フェ?ス （ 英語版 ） （B通信路2個 + D通信路1個）の正味ビット速度も、 ?送 デ?タ速度を?照し、D通信路の信?速度は16 kbit/sである。

100Base-TX イ?サネット の物理層規格は、 4B5B符?化 を使用しているため、?ビット速度は125 Mbit/sでだが、正味ビット速度は100 Mbit/sである。この場合、?ビット速度は、 NRZI ?送路符? を使用しているため、125メガボ?の符??送速度（計?率）に等しい。

順方向誤り訂正などの物理層プロトコルのオ?バ?ヘッドのない通信技術では、?ビット速度と正味ビット速度との間に?別はない。 例えば、10Base-Tイ?サネットの?ビット速度と正味ビット速度はどちらも10 Mbit/sである。 マンチェスタ?符? を使用しているため、各ビットは2つのパルスによって表され、その結果、20メガボ?の計?率が得られる。

V.92 音??域 （ 英語版 ） モデム の「接?速度」は、追加の誤り訂正符?がないため、通常、?ビット速度と同じである。下り56,000 bit/s、上りは 48 000  bit/s である。適??調のため、接?確立フェ?ズ中に、より低いビット速度を選?することができる。 信???音比 が?い場合、低速だがより堅牢な?調方式が選?される。 デ?タ?縮 のため、?際のデ?タ?送速度（ ???送速度 ）はもっと高いかもしれない。

通信路容量 （ シャノン 容量とも呼ばれる）は、特定の物理アナログノ?ド間 通信連結 （ 英語版 ） [24] にビットエラ?がない場合に可能な、前方誤り訂正符?を除いた最大正味ビット速度の理論上の上限である。

正味ビット速度 ≤ 通信路容量

通信路容量はヘルツ?位の アナログ?域幅 に比例する。この比例?係は ハ?トレ?の法則 と呼ばれている。その結果、正味ビット速度は、ビット?秒?位のデジタル?域幅容量と呼ばれることがある。

ネットワ?ク???送速度 [ 編集 ]

詳細は「 ???送速度 」を?照

「???送速度」という用語は、本質的に「デジタル ?域幅 消費」と同じであるが、通常は デ?タリンク層 上の基準点で測定される、論理的または物理的な通信連結またはネットワ?クノ?ドを介したコンピュ?タネットワ?ク?の達成平均有?ビットレ?トを示す。これは、???送速度がしばしばデ?タリンク層プロトコルオ?バ?ヘッドを排除することを意味する。???送速度は、問題の情報源からのトラフィック負荷だけでなく、同じネットワ?ク資源を共有する他の情報源からのトラフィック負荷の影響を受ける。

?送成功率 [ 編集 ]

詳細は「 en:Goodput 」を?照

?送成功率 （ 英語版 ） [25] （ 英 : Goodput ）とは、全てのプロトコルオ?バ?ヘッド、デ?タパケットの再送信や、その他の容量的あるいは時間的オ?バ?ヘッドなどを取り除き、 アプリケ?ション層 レベルで達成された ???送速度 を指す。?送成功率は、アプリケ?ション層で必要とされるパケットあるいはデ?タ流の最初のビットから最後のビットまでが送受信される時間に?係する。

例えば、ファイル?送の場合、?送成功率は達成されたファイル?送速度、すなわち?送するファイルサイズ÷?送時間である。

ファイル?送速度（ビット?秒） ＝ ?送ファイルサイズ (バイト) ÷ ?送時間（秒） × 8

通常、?送成功率は物理層やネットワ?ク層におけるビットレ?トよりも低く、その要因となる容量的または時間的要素には以下がある。

プロトコルオ?バ?ヘッド
通常、トランスポ?ト層、ネットワ?ク層、デ?タリンク層プロトコルのオ?バ?ヘッドは?送成功率からは除外される。
トランスポ?ト層フロ?制御と輻輳回避
フロ?/輻輳制御のアルゴリズム、例えばTCPスロ?スタ?トなどは、達成可能な最大???送速度よりも低い?送成功率を引き起こす。
  • 輻輳したスイッチやル?タで?生したパケット損失等によってトランスポ?ト層再送要求 （ARQ）が起きそれにより損失等パケットの再送信が行われるが、???送速度から除外される。

その他、下記の要素が?送成功率に影響を及ぼしうる。

パケット?理?延
パケットの?理に掛かる?延時間。
* 一般的にスイッチよりもル?タが大きい。アドレス?換やプロトコル?理（カプセル化など）が高度になるほど大きくなる。
* 各層で連??理されるパケットの間で時間的なギャップ（隙間）がほぼ不可避的に生じる。これは?域幅の高速化に伴い無視できない割合となる。
パケット?送?延
殆どのル?タは蓄積回送 [26] （ 英 : store and forward ）方式を採用し、上の?理?延の他、キュ?イング?延を生じうる。
パケット?搬?延
エンド2地点間を結ぶネットワ?ク?路上の?延は次の式で表される。
（ネットワ?ク?路上の全てのル?タ/スイッチにおける?理?延と?送?延の?和） + （ネットワ?ク?路上の全ての物理?送路の距離を光速で割った?搬?延の?和）

ネットワ?ク機器またはプロトコルによってデ?タ?縮が提供されない場合、特定の通信?路に?して次の?係がある。

?送成功率 ≤ ???送速度 ≤ 最大???送速度 ≤ 正味ビット速度

進?の傾向 [ 編集 ]

以下は、提案された通信標準インタフェ?スおよびデバイスにおける物理層正味ビット速度の例である。

WAN モデム [ 編集 ]

  • 1972年: 音響カプラ 300 baud
  • 1977年: 1200 baud モデム
  • 1986年: ISDN 64 kbit/sの回線を2回線使用（?ビット速度 144 kbit/s）
  • 1990年: V.32bis モデム: 2400 / 4800 / 9600 / 19200 bit/s
  • 1994年: V.34 モデム 28.8 kbit/s
  • 1995年: V.90 モデム 56 kbit/s（下り）、33.6 kbit/s（上り）
  • 1999年: V.92 モデム 56 kbit/s（下り）、48 kbit/s（上り）
  • 1998年: ADSL (ITU G.992.1) 10 Mbit/s以下
  • 2003年: ADSL2 (ITU G.992.3) 12 Mbit/s以下
  • 2005年: ADSL2+ (ITU G.992.5) 26 Mbit/s以下
  • 2005年: VDSL2 (ITU G.993.2) 200 Mbit/s以下
  • 2014年: G.fast (ITU G.9701) 1000 Mbit/s以下

イ?サネット LAN [ 編集 ]

WiFi 無線LAN [ 編集 ]

モバイルデ?タ通信 [ 編集 ]

  • 1G :
    • 1981年: NMT 1200 bit/s
  • 2G :
  • 3G :
    • 2001年: UMTS -FDD ( WCDMA ) 384 kbit/s
    • 2007年: UMTS HSDPA 14.4 Mbit/s
    • 2008年: UMTS HSPA 14.4 Mbit/s（下り）、5.76 Mbit/s（上り）
    • 2009年: HSPA+ （ MIMO なし） 28 Mbit/s（下り）(56 Mbit/s with 2×2 MIMO), 22 Mbit/s（上り）
    • 2010年: CDMA2000 EV-DO Rev. B 14.7 Mbit/s（下り）
    • 2011年: HSPA+ accelerated（MIMOあり） 42 Mbit/s（下り）
  • Pre-4G :
    • 2007年: Mobile WiMAX (IEEE 802.16e) 144 Mbit/s（下り）、35 Mbit/s（上り）
    • 2009年: LTE 100 Mbit/s（下り）(360 Mbit/s with MIMO 2×2), 50 Mbit/s（上り）

より多くの例については、 デバイス?域幅の一? 、 スペクトル?率#比較表 、 直交周波?分割多重方式#OFDMシステム比較テ?ブル を?照。

マルチメディア [ 編集 ]

デジタル?マルチメディアにおいて、ビットレ?トは?位時間?たりに記?される情報の量を表す。ビットレ?トはいくつかの要因によって決まる。

  • 元の素材は、異なる周波?でサンプリングすることができる。
  • サンプルは異なるビット?を使用することがある。
  • デ?タは、異なるスキ?ムによって符?化されてもよい。
  • 情報は、異なるアルゴリズムまたは異なる程度でデジタル ?縮 することができる。

一般に、ビットレ?トを最小限に抑えることと、再生時の素材の品質を最大限にすることとの間の所望のトレ?ドオフを達成するために、上記の要因についての選?が行われる。

音?デ?タや映像デ?タで 非可逆?縮 を使用すると、元の信?との差異が生まれる。?縮率が高い場合、または損失のあるデ?タを解凍し再?縮した場合、 ?縮ア?ティファクト の形で?著になることがある。これが知?される品質に影響を及ぼすかどうかは、?縮方式、エンコ?ダパワ?、入力デ?タの特性、?取者の知?、?取者のア?ティファクトに?する熟知度、?取?視?環境に依存する。

この節におけるビットレ?トは、利用可能な最高の?縮を使用する場合に、一般的な?取?視?環境において「平均的な」?取者が、?照基準よりも著しく?くないと感じる最小限である。

符?化ビット速度 [ 編集 ]

デジタル?マルチメディアでは、ビットレ?トは情報源符?化（ デ?タ?縮 ）後の音??映像などの連?したメディアを表すために、再生時間?位あたりに使用されるビット?を指すことがよくある。マルチメディアファイルの符?化ビット速度は、バイト?位のマルチメディアファイルのサイズを記?の再生時間（秒）で割った値に8を掛けたものである。

リアルタイム ストリ?ミング メディアの場合、符?化ビット速度は割り?みを回避するために必要な?送成功率である。

符?化ビット速度 = 必要な?送成功率

平均ビット速度 （ 英語版 ） という用語は、 可?ビットレ?ト のマルチメディア情報源符?化方式の場合に使用される。この文脈では、山ビット速度は、?縮デ?タの短期ブロックに必要な最大ビット?である [27] 。

可逆?縮 の符?化ビット速度の理論上の下限は、 エントロピ?レ?ト である。

エントロピ?レ?ト ≤ マルチメディアビット速度

音? [ 編集 ]

CD-DA [ 編集 ]

標準の音?CDである CD-DA は、44.1 kHz/16のデ?タ速度を有すると言われている。これは、音?デ?タが1秒間に44,100回標本化 [28] され、ビット深度が16であることを意味する。 ステレオ の場合、左右の通信路を使用するので、1秒あたりの音?デ?タ量が、1通信路のみを使用するモノラルの2倍になる。

PCM音?デ?タのビットレ?トは、次の式で計算できる。

ビットレ?ト = 標本速度 × ビット深度 × 通信路

例えば、CD-DA記?のビットレ?ト（標本化速度が44.1 kHz、1標本あたり16ビット、2通信路）は、以下のように計算することができる。

44,100 × 16 × 2 = 1 411 200  bit/s = 1411.2 kbit/s

PCM音?デ?タの長さ（ ファイルヘッダ やその他の メタデ?タ を除く）の累積サイズは、次の式を使用して計算できる。

累積サイズ（ビット?位） = 標本速度 × ビット深度 × 通信路 × 時間

バイト?位の累積サイズは、ビット?位のファイルサイズを8で割ることで求められる。

累積サイズ（バイト?位）= 累積サイズ（ビット?位） / 8

?って、80分（4,800秒）のCD-DAデ?タには846,720,000バイトのストレ?ジが必要となる。

44,100 × 16 × 2 × 4,800 / 8 = 846 720 000  bytes ? 847 MB

MP3 [ 編集 ]

MP3 音?形式は、 非可逆?縮 である。ビットレ?トの?加に伴い音?品質が向上する。

  • 32 kbit/s – 一般的に話し?のみで許容される
  • 96 kbit/s – 一般的に話し?や低品質のストリ?ミングに使用される
  • 128 or 160 kbit/s – 中点値のビットレ?トの品質
  • 192 kbit/s – 中程度のビットレ?ト
  • 256 kbit/s – よく使用される高品質のビットレ?ト
  • 320 kbit/s – MP3標準が??している最高水準

その他の音? [ 編集 ]

  • 700 bit/s – オ?プンソ?スの音?符?器である Codec 2 （ 英語版 ） の最低ビットレ?トだが、ほとんど認識できない。1.2 kbit/sでよりよく聞こえる。
  • 800 bit/s – 特殊目的の FS-1015 （ 英語版 ） 音?符?器 [29] で、認識可能な音?に最低限必要なビットレ?ト
  • 2.15 kbit/s – オ?プンソ?スの Speex 符?器で使用可能な最小ビットレ?ト
  • 6 kbit/s – オ?プンソ?スの Opus 符?器で使用可能な最小ビットレ?ト
  • 8 kbit/s – 音?符?器を使用した 電話 の品質
  • 32?500 kbit/s – Vorbis で使用される 非可逆?縮
  • 256 kbit/s – デジタルラジオ( DAB )の MP2 で高品質の信?を得るために必要なビットレ?ト [30]
  • 400 kbit/s?1,411 kbit/s – FLAC 、 WavPack 、 Monkey's Audio などのCD音質を?縮する形式で使用される 可逆?縮
  • 1,411.2 kbit/s – CD-DA の 線形PCM 音?形式
  • 5,644.8 kbit/s – DSD （ Super Audio CD で使用されている PDM 音?形式の商標??） [31]
  • 6.144 Mbit/s – E-AC-3 (Dolby Digital Plus)（AC-3符?器に基づく?張符?化機構）
  • 9.6 Mbit/s – DVD-Audio （DVDで Hi-Fi 音?を配信するためのデジタル形式）。DVD-Audioは、ビデオ配信形式ではなく、コンサ?ト映?やミュ?ジックビデオなどのビデオDVDと同じではない。これらのディスクは、DVD-Audioロゴのない標準のDVDプレ?ヤ?では再生できない [32] 。
  • 18 Mbit/s – Meridian Lossless Packing (MLP)に基づく高度な可逆音?符?器

映像 [ 編集 ]

  • 16 kbit/s – テレビ電話 品質（??な映像?縮を使用して、利用者が受け入れ可能な、話し相手の?像に必要最小限のビットレ?ト）
  • 128–384 kbit/s – 映像?縮を使用したビジネス向けのテレビ?議品質
  • 400 kbit/s – YouTube 240p 映像（ H.264 使用） [33]
  • 750 kbit/s – YouTube 360p 映像（H.264使用） [33]
  • 1 Mbit/s – YouTube 480p videos（H.264使用） [33]
  • 1.15 Mbit/s max – ビデオCD 品質（ MPEG1 ?縮使用） [34]
  • 2.5 Mbit/s – YouTube 720p 映像（H.264使用） [33]
  • 3.5 Mbit/s typ – 標準?質映像 品質（MPEG-2?縮からビットレ?ト削減）
  • 3.8 Mbit/s – YouTube 720p（60 fpsモ?ド） 映像（H.264使用） [33]
  • 4.5 Mbit/s – YouTube 1080p 映像（H.264使用） [33]
  • 6.8 Mbit/s – YouTube 1080p（60 fpsモ?ド） 映像（H.264使用） [33]
  • 9.8 Mbit/s max – DVD （ MPEG2 ?縮を使用） [35]
  • 8 to 15 Mbit/s typ – HDTV 品質（MPEG-4 AVC?縮からビットレ?ト削減）
  • 19 Mbit/s approximate – HDV 720p（MPEG2?縮を使用） [36]
  • 24 Mbit/s max – AVCHD （ MPEG4 AVC ?縮を使用） [37]
  • 25 Mbit/s approximate – HDV 1080i（MPEG2?縮を使用） [36]
  • 29.4 Mbit/s max – HD DVD
  • 40 Mbit/s max – 1080p Blu-ray Disc （MPEG2、MPEG4 AVCまたは VC-1 ?縮を使用） [38]
  • 250 Mbit/s max – DCP （ 英語版 ） （JPEG 2000?縮を使用）
  • 1.4 Gbit/s – 10ビット 4:4:4 （ 英語版 ） 非?縮 1080p at 24fps

注意 [ 編集 ]

技術的理由（ハ?ドウェアまたはソフトウェアプロトコル、オ?バヘッド、符?化方式など）のため、比較?象デバイスのいくつかによって使用される?際のビットレ?トは、上に列?されたビットレ?トよりもかなり高い場合がある。例えば、 μ-lawアルゴリズム や A-lawアルゴリズム の?縮（パルスコ?ド?調）を使用する電話回線では、64 kbit/sが得られる。

脚註 [ 編集 ]

註? [ 編集 ]

  1. ^ “ net ”とは、「正味」「?質的な」の意味で、（「?量」を意味する）“ gross ”の?義語である。“ Network ”（網）の略語の“ net ”ではない。

脚注 [ 編集 ]

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パブリックドメイン この記事には パブリックドメイン である、 アメリカ合衆?連邦政府 が作成した次の文書本文を含む。 Federal Standard 1037C . アメリカ合衆?連邦政府一般調達局. （ MIL-STD-188 ?）

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