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

La tasa de bits se expresa en unidades de bits 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 = 1000 Mbit / s) o tera (1 Tbit / s = 1000 Gbit / s). [2] La abreviatura no estándar bps se usa a menudo para reemplazar el símbolo estándar bit / s , de modo que, por ejemplo, 1 Mbit / s se usa para significar un millón de bits por segundo.

En la mayoría de los entornos informáticos y de comunicación digital, un byte por segundo (1 B / s) corresponde a 8 bit / s.

Prefijos [ editar ]

Al cuantificar velocidades de bits grandes o pequeñas, se utilizan prefijos SI (también conocidos como prefijos métricos o prefijos decimales), así:

En ocasiones, los prefijos binarios se utilizan para velocidades de bits. [4] [5] La Norma Internacional ( IEC 80000-13 ) especifica diferentes abreviaturas 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 [ editar ]

Tasa de bits bruta [ editar ]

En los sistemas de comunicación digital, la tasa de bits bruta de la capa física , [6] la tasa de bits sin procesar , [7] la tasa de señalización de datos , [8] la tasa de transferencia de datos bruta [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 sobre un enlace de comunicación, incluidos los datos útiles, así como sobrecarga de protocolo.

En el caso de comunicaciones en serie , la tasa de bits bruta está relacionada con el tiempo de transmisión de bits como:

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 tasa de bits bruta y el valor en baudios son iguales solo cuando hay solo dos niveles por símbolo, que representan 0 y 1, lo que significa que cada símbolo de un sistema de transmisión de datos lleva 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 :

Más específicamente , se puede transferir un código de línea (o esquema de transmisión de banda base ) que represente los datos usando modulación de amplitud de pulso con diferentes niveles de voltaje . Se puede transferir un método de modulación digital (o esquema de transmisión de banda de paso ) que utiliza diferentes símbolos, por ejemplo , amplitudes, fases o frecuencias . Esto resulta en:

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:

Un límite superior teórico para la velocidad de símbolo en baudios, símbolos / so pulsos / s para un cierto ancho de banda espectral en hercios viene dado por la ley de Nyquist :

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

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

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

Tasa de información [ editar ]

La tasa de bits neta de la capa física , [12] la tasa de información , [6] la tasa de bits útil , [13] la tasa de carga útil , [14] la tasa de transferencia de datos neta , [9] la tasa de transmisión codificada , [7] la tasa de datos efectiva [7] o La velocidad del cable (lenguaje informal) de un canal de comunicación digital es la capacidad que excluye la sobrecarga del protocolo de capa física , por ejemplo , bits de entramado de multiplexación por división de tiempo (TDM) , corrección de errores hacia adelante redundantes (FEC), símbolos de entrenamiento del ecualizador y otra codificación de canal . Los códigos de corrección de errores son comunes, especialmente en sistemas de comunicación inalámbrica, estándares de módem de banda ancha y LAN modernas 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 enlace de datos y una sobrecarga de 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 remitente 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 dispositivo de comunicación, lo que implica la tasa de bits neta actual. Tenga en cuenta que la tasa de línea de término en algunos libros de texto se define como tasa de bits bruta, [14] en otros como tasa 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 la corrección de errores hacia adelante normalmente se refiere a la tasa 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 tasa de bits neta de la interfaz de tasa básica ISDN2 (2 canales B + 1 canal D) de 64 + 64 + 16 = 144 kbit / s también se refiere a las tasas de datos de carga útil, mientras que la tasa de señalización del canal D es de 16 kbit / s .

La tasa de bits neta del estándar de capa física Ethernet 100Base-TX es de 100 Mbit / s, mientras que la tasa de bits bruta es de 125 Mbit / segundo, 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 tasa de pulso de 125 megabaudios, debido al código de línea NRZI .

En las tecnologías de comunicaciones sin corrección de errores de reenvío y otra sobrecarga de protocolo de la capa física, no hay distinción entre la tasa de bits bruta y la tasa de bits neta de la capa física. Por ejemplo, la tasa 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 se refiere típicamente a la tasa de bits bruta, ya que no hay ningún código de corrección de errores adicional. Puede ser de hasta 56.000 bit / s en sentido descendente y 48.000 bit / s en sentido ascendente . Se puede elegir una tasa 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 mala relación señal / ruido . Debido a la compresión de datos, la velocidad de transmisión de datos real o el rendimiento (ver a continuación) puede ser mayor.

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

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 tasa de bits neta a veces se denomina capacidad de ancho de banda digital en bit / s.

Rendimiento de la red [ editar ]

El término rendimiento , esencialmente lo mismo que consumo de ancho de banda digital , denota la tasa de bits útil promedio alcanzada en una red de computadoras a través de un enlace de comunicación lógica o física oa través de un nodo de red, generalmente medido 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 medición del rendimiento de la red .

Goodput (tasa de transferencia de datos) [ editar ]

Goodput o tasa de transferencia de datos se refiere a la tasa de bits neta promedio alcanzada que se entrega a la capa de aplicación , sin incluir todos los gastos generales del protocolo, retransmisiones de paquetes de datos, etc. Por ejemplo, en el caso de transferencia de archivos, el goodput corresponde al archivo logrado tasa de transferencia . La tasa de transferencia de archivos en bit / s se puede calcular como el tamaño del archivo (en bytes) dividido 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 y de la capa de enlace de datos del módem. A veces es más alta que la velocidad de datos de la capa física debido a la compresión de datos V.44 y, a veces, más baja debido a errores de bits y retransmisiones de solicitud de repetición automática .

Si el equipo de red o los protocolos no proporcionan compresión de datos, tenemos la siguiente relación:

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

para una determinada ruta de comunicación.

Tendencias de progreso [ editar ]

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

Para obtener más ejemplos, consulte la lista de velocidades de bits del dispositivo , la tabla de comparación de eficiencia espectral y la tabla de comparación del sistema OFDM .

Multimedia [ editar ]

En multimedia digital, la tasa de bits representa la cantidad de información, o detalle, que se almacena por unidad de tiempo de una grabación. La tasa de bits depende de varios factores:

  • El material original se puede muestrear a diferentes frecuencias.
  • Las muestras pueden utilizar diferentes números de bits.
  • Los datos pueden estar codificados por diferentes esquemas.
  • La información puede comprimirse digitalmente mediante diferentes algoritmos o en diferentes grados.

Generalmente, se toman decisiones sobre los factores anteriores para lograr el compromiso deseado entre minimizar la tasa de bits y maximizar la calidad del material cuando se reproduce.

Si se utiliza compresión de datos con pérdida en datos de audio o visuales, se introducirán diferencias con la señal original; si la compresión es sustancial, o los datos con pérdida se descomprimen y recomprimen, esto puede hacerse evidente en forma de artefactos de compresión . Si estos afectan la calidad percibida y, en caso afirmativo, cuánto, depende del esquema de compresión, la potencia del codificador, las características de los datos de entrada, las percepciones del oyente, la familiaridad del oyente con los artefactos y el entorno de escucha o visualización.

Las tasas de bits en esta sección son aproximadamente el mínimo que el oyente promedio en un entorno de escucha o visualización típico, cuando usa la mejor compresión disponible, no percibiría como significativamente peor que el estándar de referencia:

Tasa de bits de codificación [ editar ]

En multimedia digital , la tasa de bits se refiere al número de bits utilizados por segundo para representar un medio continuo como audio o video después de la codificación de la fuente (compresión de datos). La tasa de bits de codificación de un archivo multimedia es su tamaño en bytes dividido por el tiempo de reproducción de la grabación (en segundos), multiplicado por ocho.

Para la transmisión de multimedia en tiempo real , la tasa de bits de codificación es el buen rendimiento que se requiere para evitar interrupciones:

velocidad de bits de codificación = buen rendimiento requerido

El término tasa de bits promedio se utiliza en el caso de esquemas de codificación de fuente multimedia de tasa de bits variable . En este contexto, la tasa de bits máxima es el número máximo de bits necesarios para cualquier bloque de datos comprimidos a corto plazo. [17]

Un límite inferior teórico para la tasa de bits de codificación para la compresión de datos sin pérdidas es la tasa de información de la fuente , también conocida como tasa de entropía .

tasa de entropía ≤ tasa de bits multimedia

Audio [ editar ]

CD-DA [ editar ]

Se dice que CD-DA , el CD de audio estándar, tiene una velocidad de datos de 44,1 kHz / 16, lo que significa que los datos de audio se muestrearon 44,100 veces por segundo y con una profundidad de bits de 16. CD-DA también es estéreo , utilizando un canal izquierdo y derecho , por lo que la cantidad de datos de audio por segundo es el doble que en mono, donde solo se usa un canal.

La tasa de bits de los datos de audio PCM se puede calcular con la siguiente fórmula:

Por ejemplo, la tasa de bits de una grabación de CD-DA (tasa de muestreo de 44,1 kHz, 16 bits por muestra y dos canales) se puede calcular de la siguiente manera:

El tamaño acumulativo de una longitud de datos de audio PCM (excluyendo un encabezado de archivo u otros metadatos ) se puede calcular utilizando la siguiente fórmula:

El tamaño acumulativo en bytes se puede encontrar dividiendo el tamaño del archivo en bits por la cantidad de bits en un byte, que es ocho:

Por lo tanto, 80 minutos (4,800 segundos) de datos de CD-DA requieren 846,720,000 bytes de almacenamiento:

MP3 [ editar ]

El formato de audio MP3 proporciona compresión de datos con pérdida . La calidad del audio mejora al aumentar la tasa de bits:

  • 32 kbit / s - generalmente aceptable solo para voz
  • 96 kbit / s: generalmente se usa para voz o transmisión de baja calidad
  • 128 o 160 kbit / s: calidad de tasa de bits de rango medio
  • 192 kbit / s - tasa de bits de calidad media
  • 256 kbit / s: una tasa de bits de alta calidad de uso común
  • 320 kbit / s: nivel más alto compatible con el estándar MP3

Otro audio [ editar ]

  • 700 bit / s: códec de voz de código abierto con la tasa de bits más baja Codec2 , pero apenas reconocible todavía, suena mucho mejor a 1,2 kbit / s
  • 800 bit / s: mínimo necesario para una voz reconocible, utilizando los códecs de voz FS-1015 de propósito especial
  • 2,15 kbit / s: velocidad de bits mínima disponible a través del códec Speex de código abierto
  • 6 kbit / s: velocidad de bits mínima disponible a través del códec Opus de código abierto
  • 8 kbit / s: calidad telefónica mediante códecs de voz
  • 32-500 kbit / s: audio con pérdida como se usa en Ogg Vorbis
  • 256 kbit / s: velocidad de bits MP2 de transmisión de audio digital ( DAB ) necesaria para lograr una señal de alta calidad [18]
  • 292 kbit / s - Codificación acústica de transformación adaptativa (ATRAC) de Sony para usar en el formato MiniDisc
  • 400 kbit / s – 1411 kbit / s: audio sin pérdidas como se usa en formatos como Free Lossless Audio Codec , WavPack o Monkey's Audio para comprimir audio de CD
  • 1.411,2 kbit / s: formato de sonido PCM lineal de CD-DA
  • 5.644,8 kbit / s - DSD , que es una implementación de marca registrada del formato de sonido PDM utilizado en Super Audio CD . [19]
  • 6.144 Mbit / s - E-AC-3 (Dolby Digital Plus), un sistema de codificación mejorado basado en el códec AC-3
  • 9,6 Mbit / s: DVD-Audio , un formato digital para ofrecer contenido de audio de alta fidelidad en un DVD. DVD-Audio no está diseñado para ser un formato de entrega de video y no es lo mismo que los DVD de video que contienen películas de conciertos o videos musicales. Estos discos no se pueden reproducir en un reproductor de DVD estándar sin el logotipo de DVD-Audio. [20]
  • 18 Mbit / s: códec de audio avanzado sin pérdidas basado en Meridian Lossless Packing (MLP)

Video [ editar ]

  • 16 kbit / s: calidad de videoteléfono (mínimo necesario para una imagen de "cabeza parlante" aceptable para el consumidor utilizando varios esquemas de compresión de video)
  • 128–384 kbit / s: calidad de videoconferencia orientada a los negocios mediante compresión de video
  • Vídeos de YouTube a 400 kbit / s 240p (con H.264 ) [21]
  • Vídeos de YouTube en 360p a 750 kbit / s (con H.264 ) [21]
  • Vídeos de YouTube de 480p a 1 Mbit / s (con H.264 ) [21]
  • 1,15 Mbit / s máx. - Calidad VCD (con compresión MPEG1 ) [22]
  • Vídeos de YouTube 720p a 2,5 Mbit / s (con H.264 ) [21]
  • 3,5 Mbit / s típico: calidad de televisión de definición estándar (con reducción de la tasa de bits de la compresión MPEG-2)
  • Vídeos de YouTube a 3,8 Mbit / s 720p60 (60 FPS ) (utilizando H.264) [21]
  • Vídeos de YouTube de 1080p a 4,5 Mbit / s (con H.264 ) [21]
  • Vídeos de YouTube de 6,8 Mbit / s 1080p60 (60 FPS ) (utilizando H.264) [21]
  • 9,8 Mbit / s máx. - DVD (con compresión MPEG2 ) [23]
  • De 8 a 15 Mbit / s típico: calidad HDTV (con reducción de la tasa de bits de la compresión MPEG-4 AVC)
  • 19 Mbit / s aproximado - HDV 720p (usando compresión MPEG2) [24]
  • 24 Mbit / s máx. - AVCHD (con compresión MPEG4 AVC ) [25]
  • 25 Mbit / s aproximado: HDV 1080i (con compresión MPEG2) [24]
  • 29,4 Mbit / s máx. - HD DVD
  • 40 Mbit / s máx. - Disco Blu-ray 1080p (con compresión MPEG2, MPEG4 AVC o VC-1 ) [26]
  • 250 Mbit / s máx. - DCP (con compresión JPEG 2000)
  • 1,4 Gbit / s - 10 bits 4: 4: 4 1080p sin comprimir a 24 fps

Notas [ editar ]

Por razones técnicas (protocolos de hardware / software, gastos generales, esquemas de codificación, etc.), las velocidades de bits reales utilizadas por algunos de los dispositivos comparados pueden ser significativamente más altas que las que se enumeran anteriormente. Por ejemplo, los circuitos telefónicos que utilizan la combinación de leyes µ o companding de ley A (modulación de código de impulsos) producen 64 kbit / s.

Ver también [ editar ]

  • Profundidad de bits de audio
  • Tasa de bits promedio
  • Ancho de banda (informática)
  • Baud (velocidad de símbolo)
  • Operación bit-síncrona
  • Velocidad de reloj
  • Tasa de código
  • Velocidad de bits constante
  • Unidades de velocidad de datos
  • Tasa de señalización de datos
  • Lista de tasas de bits de la interfaz
  • Medir el rendimiento de la red
  • Órdenes de magnitud (tasa de bits)
  • Eficiencia espectral
  • Tasa de bits variable

Referencias [ editar ]

  1. ^ Gupta, Prakash C (2006). Comunicaciones de datos y redes informáticas . Aprendizaje de PHI. ISBN 9788120328464. Consultado el 10 de julio de 2011 .
  2. ^ Comisión electrotécnica internacional (2007). "Prefijos para múltiplos binarios" . Consultado el 4 de febrero de 2014 .
  3. ^ Jindal (2009), De milibits a terabits por segundo y más: más de 60 años de innovación
  4. ^ Schlosser, SW, Griffin, JL, Nagle, DF y Ganger, GR (1999). Llenar la brecha de acceso a la memoria: un estuche para almacenamiento magnético en chip (No. CMU-CS-99-174). CARNEGIE-MELLON UNIV PITTSBURGH PA ESCUELA DE CIENCIAS DE LA COMPUTADORA.
  5. ^ "Supervisión de transferencias de archivos que están en curso desde WebSphere MQ Explorer" . Consultado el 10 de octubre de 2014 .
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  9. ^ a b Harte, Lawrence; Kikta, romano; Levine, Richard (2002). 3G inalámbrico desmitificado . Profesional de McGraw-Hill . ISBN 9780071382823. Consultado el 10 de julio de 2011 .
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  12. ^ Theodory S. Rappaport, Comunicaciones inalámbricas: principios y práctica , Prentice Hall PTR, 2002
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  16. ^ Guy Hart-Davis, Dominar el hogar de Microsoft Windows Vista: premium y básico , John Wiley and Sons, 2007
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  18. ^ Página 26 del Libro Blanco de I + D de la BBC WHP 061 de junio de 2003, DAB: Introducción al sistema DAB Eureka y cómo funciona http://downloads.bbc.co.uk/rd/pubs/whp/whp-pdf-files/ WHP061.pdf
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  21. ^ a b c d e f g "Velocidades de bits de YouTube" . Consultado el 10 de octubre de 2014 .
  22. ^ "Especificaciones MPEG1" . Reino Unido: ICDia . Consultado el 11 de julio de 2011 .
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  24. ^ a b Especificaciones de HDV (PDF) , Información de HDV, archivado desde el original (PDF) el 8 de enero de 2007 .
  25. ^ "Información de Avchd" . Información AVCHD . Consultado el 11 de julio de 2011 .
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  •  Este artículo incorpora  material de dominio público del documento de la Administración de Servicios Generales : "Norma Federal 1037C" .(en apoyo de MIL-STD-188 )

Enlaces externos [ editar ]

  • Calculadora de tasa de bits de DVD-HQ Calcula la tasa de bits para varios tipos de medios de video digital.
  • PC máxima: ¿se amortizan las tasas de bits de MP3 más altas?
  • Calculadora de velocidad de datos Valid8