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ビットレート

デジタル映像データを送信する1秒間の量

ネットワーク通信における1秒間あたりのデータ送受信量のこと

単位:bps(bit per second)

【デジタル単位】

コンピューターなどが扱うデジタルデータは全て2進数で表現され最小単位をビット(bit)と呼びます。1ビットは(1か0)2パターンあり桁数を組合わせて映像/音声/通信/プログラムなど様々なデータを構成します。 しかしデータ量が大きくなるとビット桁数も増大する関係から8ビット=1バイト(Byte)、更に1,024倍ごとにキロバイト(KB)/メガバイト(MB)/ギガバイト(GB)/テラバイト(TB)など単位を変え桁数を省略します。なお通信量や速度など細かい単位表記が必要な項目ではビットを使い、記録メディアなど大きなデータ量を扱う場合はバイトを使います


【ビットレートの概要】

映像や音声などネットワーク上を経由するデジタルデータを再生するにはあらかじめデータを完全ダウンロードしておく必要がありますが、短所として回線が低速であった場合ダウンロード完了まで時間がかかること、データを必ずハードディスクなど記録媒体に保存する事が挙げられます。 しかし映像ライブ配信になるとこの手法では困難なため代わりにストリーミング方式を使います。ストリーミングとは動画データのダウンロードと再生を同時に行うことができ、かつデータを記録媒体に保存する必要がない利点があります。 このデータ送受信量を1秒あたりに換算したのがビットレートでネットワークカメラなどリアルタイム映像配信技術の基礎となります


【ビットレート制御】

デジタル動画は比較的大きなデータであり高品質であるほどビットレートや記録量も比例して高くなります。ビットレートが高すぎると送信帯域や記録容量の圧迫を招き、 逆にビットレートが低すぎるとコマ落ちや画質低下が起こるためトータルバランスでビットレート量を決定します。なおビットレート制御には固定転送(以下:CBR)と可変転送(以下:VBR)の方法がありCBRの場合、映像データ量に関わらず一定の送信量で送るため通信的に安定します。 しかし動きが少ない映像など指定レート量を常に下回る場合は送信帯域が無駄となり、動きが多い映像など指定レート量を超過するデータは送信頭打ち状態になり映像品質が低下します。 複雑な映像シーンではVBRを使うことで画質的に安定化を図ることが可能ですが副作用として全体データ量や送信帯域も肥大します。 なおVBR制御には最大ビットレート(以下:MBR)項目があり送信上限を設けることで通信と映像品質の安定化を同時に図ることが可能です。最適なビットレート量とはコンテンツにおける画質/記録量/送受信量のトータルバランスで決定するほうが良いでしょう


【ビットレート計算】

動画/音声におけるビットレートは次の通り計算できます

●映像におけるビットレート量は解像度×カラー量×秒間コマ数(フレームレート)×動画圧縮係数で計算できます。 解像度は映像の縦横の画素数、カラー量とはRGB(光の3原色)の組合せパターン総数で全24ビットとなります。 そこに映像の滑らかさを表現するコマ数(1秒最大30コマ)と動画圧縮係数(JPEG=0、H.264≒0.6、H.265≒0.3)を掛け合わせると映像ビットレート標準量が計算できます

計算例・・・画質:1920×1080、カラー量:24(bit)、コマ数:30、動画圧縮:H.264の場合は2,070,000×24×30×0.6=8億9424万bps(約894Mbps)が1秒間における最大値です。 これを1分間の動画データ量にすると894Mbps×60(秒)≒53,640Mbpsで記録容量(バイト)に変換すると約6.7GBという膨大なデータ量になります。100%の動画データが如何に大きいかご理解頂けます

●音声におけるビットレート量は周波数×ビット深度×チャンネルで計算できます。周波数とは1秒あたりの音の振幅を電気パルスに変換した波形の横軸で1Hz=1ビットになります。ビット深度は1つの波にのせる情報量で波形の縦軸となります。 一般的なCDの音質では周波数が48,000Hzでビット深度は16ビットです。そこにチャンネル(モノラル=1、ステレオ=2)をかけ合わせると音声ビットレート標準量が計算できます

計算例…音質:CD音質、出力:ステレオの場合、48,000×16×2=1,536,000bps(約1,500Kbps)が1秒間における最大値です。 これを1分間の音声データ量にすると1,500Kbps×60(秒)=90Mbps(11.3KB)となり映像と比較しても遥かに小さいデータであることが分かります


【関連項目①】ハードディスクとは

【関連項目②】ネットワークカメラとは

【関連項目③】総画素数とは

【関連項目④】光の3原色とは


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