Tốc độ truyền bit

Trong lĩnh vực viễn thông và máy tính, tốc độ truyền bit (tiếng Anh: bit rate hoặc bitrate; hoặc biến R) chỉ số lượng bit được gửi đi hoặc xử lý trong một khoảng thời gian cụ thể.

Tốc độ truyền bit được đo bằng đơn vị bit mỗi giây (ký hiệu: 'bit/s'). Thường được kết hợp với các tiền tố SI như 'kilô' (1 kbit/s = 1.000 bit/s), 'mêga' (1 Mbit/s = 1.000 kbit/s), 'giga' (1 Gbit/s = 1.000 Mbit/s) hoặc 'têra' (1 Tbit/s = 1.000 Gbit/s). Ký hiệu không chính thức 'bps' cũng được sử dụng thay cho 'bit/s', vì vậy, '1 Mbps' chỉ một triệu bit mỗi giây.

Trong nhiều trường hợp, 1 byte mỗi giây (1 B/s) tương đương với 8 bit/s.

Tiền tố

Khi làm việc với tốc độ truyền bit cao, thường dùng các tiền tố SI (tiền tố hệ mét hoặc tiền tố thập phân) như sau:

Tiền tố nhị phân đôi khi cũng áp dụng cho tốc độ truyền bit. Tiêu chuẩn quốc tế (IEC 80000-13) quy định các viết tắt cho tiền tố thập phân (SI) và nhị phân (ví dụ: 1 KiB/s = 1024 B/s = 8192 bit/s và 1 MiB/s = 1024 KiB/s).

Đa phương tiện

Trong lĩnh vực đa phương tiện số, tốc độ truyền bit phản ánh lượng thông tin hoặc độ chi tiết của dữ liệu được lưu trữ trong mỗi đơn vị thời gian của bản ghi. Tốc độ truyền bit phụ thuộc vào các yếu tố sau:

• Tần số lấy mẫu của tài liệu gốc có thể khác nhau.
• Số bit sử dụng cho mỗi mẫu có thể khác nhau.
• Dữ liệu có thể được mã hóa bằng các phương pháp khác nhau.
• Thông tin có thể được nén theo các thuật toán hoặc mức độ khác nhau.

Nói chung, việc lựa chọn các yếu tố này nhằm cân bằng giữa việc giảm tốc độ bit và duy trì chất lượng tài liệu khi phát lại.

Khi dữ liệu âm thanh hoặc hình ảnh được nén có tổn hao, sự khác biệt so với bản gốc sẽ xuất hiện. Nếu dữ liệu nén có tổn hao hoặc được nén lại nhiều lần, sự giảm chất lượng sẽ trở nên rõ ràng hơn. Mức độ ảnh hưởng đến chất lượng cảm nhận phụ thuộc vào hệ thống nén, hiệu quả của bộ mã hóa, đặc điểm dữ liệu đầu vào, khả năng nhận thức của người nghe, mức độ quen thuộc với sản phẩm và môi trường nghe hoặc xem.

Tốc độ bit trong đoạn này là tối thiểu mà người nghe thông thường trong một môi trường lý tưởng không nhận thấy sự khác biệt rõ rệt so với tiêu chuẩn tham chiếu, khi áp dụng phương pháp nén tốt nhất.

Tốc độ bit của bộ mã hóa

Trong đa phương tiện kỹ thuật số, tốc độ bit chỉ số lượng bit sử dụng mỗi giây để biểu diễn một phương tiện liên tục như âm thanh hoặc video sau khi nén. Tốc độ bit của một tệp đa phương tiện được tính bằng cách chia kích thước tệp (byte) cho thời gian phát lại (độ dài) tính bằng giây, sau đó nhân với tám.

Đối với phát luồng đa phương tiện, tốc độ bit của bộ mã hóa là băng thông thực cần thiết để đảm bảo không bị gián đoạn:

Tốc độ bit của bộ mã hóa = băng thông thực cần thiết

Thuật ngữ tốc độ bit trung bình được sử dụng trong hệ thống nén dữ liệu đa phương tiện với tốc độ bit thay đổi. Trong trường hợp này, tốc độ bit tối đa là số lượng bit cao nhất cần thiết cho bất kỳ khối dữ liệu nén ngắn hạn nào.

Giới hạn lý thuyết thấp nhất cho tốc độ bit của bộ mã hóa khi nén dữ liệu không tổn hao là tốc độ entropy.

Tốc độ entropy ≤ tốc độ bit của đa phương tiện

Âm thanh

CD-DA, hay đĩa CD âm thanh tiêu chuẩn, có tốc độ dữ liệu 44.1 kHz/16, nghĩa là âm thanh được lấy mẫu 44100 lần mỗi giây với độ sâu bit là 16. CD-DA cung cấp âm thanh lập thể (stereo) với một kênh trái và một kênh phải, vì vậy lượng dữ liệu âm thanh mỗi giây là gấp đôi so với âm thanh đơn (mono), chỉ có một kênh.

Tốc độ bit của dữ liệu âm thanh PCM có thể được tính theo công thức sau:

$\text{Tốc độ bit}=\text{Tốc độ lấy mẫu}\times <!--\; \times \; -->\text{Độ sâu bit}\times <!--\; \times \; -->\text{Số kênh}$

Chẳng hạn, để tính tốc độ bit của một bản ghi CD-DA với tốc độ lấy mẫu 44,1 kHz, độ sâu 16 bit mỗi mẫu và hai kênh, ta sử dụng công thức sau:

$44.100\times <!--\; \times \; -->16\times <!--\; \times \; -->2=\mathrm{1.411.200}\text{bit/s}=1.411,2\text{kbit/s}$

Để tính kích thước tổng cộng của dữ liệu âm thanh PCM (không tính phần đầu tệp hoặc siêu dữ liệu), sử dụng công thức sau:

$\text{Kích thước tính bằng bit}=\text{Tốc độ lấy mẫu}\times <!--\; \times \; -->\text{Độ sâu bit}\times <!--\; \times \; -->\text{Số kênh}\times <!--\; \times \; -->\text{Thời gian}.$

Để chuyển đổi kích thước từ bit sang byte, chia kích thước tệp theo bit cho 8, vì mỗi byte gồm 8 bit.

Vì vậy, dữ liệu CD-DA có độ dài 80 phút (tương đương 4800 giây) sẽ cần khoảng 846.720.000 byte để lưu trữ:

Định dạng âm thanh MP3 cho phép nén dữ liệu với tổn hao. Chất lượng âm thanh sẽ được cải thiện khi tốc độ bit tăng lên.

• 32 kbit/s – chỉ phù hợp cho âm thanh lời nói cơ bản.
• 96 kbit/s – dùng cho âm thanh lời nói hoặc phát nhạc chất lượng thấp.
• 128 hoặc 160 kbit/s – chất lượng âm thanh tầm trung.
• 192 kbit/s – chất lượng âm thanh trung bình.
• 256 kbit/s – chất lượng âm thanh cao thường được sử dụng.
• 320 kbit/s – chất lượng âm thanh cao nhất theo tiêu chuẩn MP3.

• 700 bit/s – tốc độ bit thấp nhất của codec Codec2, chất lượng tốt hơn ở 1.2 kbit/s.
• 800 bit/s – tối thiểu cho âm thanh lời nói có thể nhận diện, sử dụng mã hóa FS-1015.
• 2.15 kbit/s – tốc độ bit tối thiểu của mã hóa Speex mã nguồn mở.
• 6 kbit/s – tốc độ bit tối thiểu của mã hóa Opus mã nguồn mở.
• 8 kbit/s – chất lượng điện thoại với mã hóa lời nói.
• 32–500 kbit/s – âm thanh có tổn hao giống như Ogg Vorbis.
• 256 kbit/s – tốc độ bit MP2 theo chuẩn DAB cho tín hiệu chất lượng cao.
• 292 kbit/s – mã hóa ATRAC cho định dạng MiniDisc.

Video

• 16 kbit/s – chất lượng hình ảnh điện thoại cơ bản (tối thiểu cho hình ảnh chấp nhận được với các hệ thống nén khác nhau).
• 128–384 kbit/s – chất lượng video hội nghị truyền hình doanh nghiệp với nén video.
• 400 kbit/s – video YouTube 240p (dùng H.264).
• 750 kbit/s – video YouTube 360p (dùng H.264).
• 1 Mbit/s – video YouTube 480p (dùng H.264).
• Tối đa 1.15 Mbit/s – chất lượng VCD (dùng nén MPEG1).
• 2.5 Mbit/s – video YouTube 720p (dùng H.264).
• Mbit/s – chất lượng truyền hình SDTV (nén MPEG-2).
• 3.8 Mbit/s – video YouTube 720p (60fps, dùng H.264).
• 4.5 Mbit/s – video YouTube 1080p (dùng H.264).
• 6.8 Mbit/s – video YouTube 1080p (60fps, dùng H.264).
• Tối đa 9.8 Mbit/s – DVD (dùng nén MPEG2).
• 8–15 Mbit/s – chất lượng truyền hình HD (nén MPEG-4 AVC).
• 19 Mbit/s – HDV 720p (nén MPEG2).
• Tối đa 24 Mbit/s – AVCHD (nén MPEG4 AVC).
• 25 Mbit/s – HDV 1080i (nén MPEG2).
• Tối đa 29.4 Mbit/s – DVD HD.
• Tối đa 40 Mbit/s – Blu-ray 1080p (nén MPEG2, MPEG4 AVC hoặc VC-1).
• Tối đa 250 Mbit/s – DCP (nén JPEG 2000).
• 1.4 Gbit/s – 1080p không nén 4:4:4 10 bit ở 24fps.

Chú ý

Do các vấn đề kỹ thuật như giao thức phần cứng/phần mềm, tổng chi phí, và hệ số mã hóa, tốc độ bit thực tế có thể cao hơn đáng kể so với thông số đã liệt kê. Ví dụ, các mạch điện thoại sử dụng kỹ thuật ép-dãn µlaw hoặc A-law (biến điệu mã xung) có tốc độ 64 kbit/s.