ビットストリームはデータの列、ビットレートは1秒あたりのビット数
音声や画像をデジタルデータに変換すると、一定の規則に従って構成されたビット列になります。これは一般にビットストリームと呼ばれます。ビットレートとは、指定された観測時間内で、1秒あたりに生成または伝送されるビット数を意味し、単位は通常bit/s、つまりビット毎秒で表します。これはデータ量を表すものであり、画面の画素数や光ポートの伝送距離を表すものではありません。数値を説明する際は、音声、映像、両者をカプセル化した後のデータ、プロトコルのオーバーヘッドを含むネットワークトラフィックのうち、何を観測しているのかも明確にする必要があります。
ビットとバイトは異なります。通常、1バイトは8ビットなので、純粋なデータ量として8 Mbit/sは約1 MB/sに相当します。ここでは十進の接頭辞を使用し、Mは100万、Gは10億を意味します。一部のツールではMiBやGiBなどの二進単位を使用するため、単位を確認せずに数値を比較することはできません。古い記事に見られるように、ストレージの単位とネットワークの接頭辞を混同すると、帯域幅やハードディスク容量の計算に誤差が生じます。
非圧縮音声の出発点はサンプリングデータ
アナログ音声は、まずサンプリングし、その後量子化してデジタルサンプルにする必要があります。サンプリング周波数は各チャネルで1秒間に取得するサンプル数、ビット深度は1サンプルを表現するために使用するビット数、チャネル数は同時に存在する独立した音声経路の数を意味します。固定形式の非圧縮リニアPCMサンプルデータでは、サンプリング周波数にビット深度とチャネル数を掛けることで、基本的なデータレートを計算できます。追加のカプセル化や回線符号化は別途計算します。
例えば、各チャネルのサンプリング周波数が44.1 kHz、1サンプルあたり16ビット、2チャネルの場合、サンプルデータのレートは44100 × 16 × 2 = 1411200 bit/s、つまり1.4112 Mbit/sです。これは一般的な計算例であり、すべての音声機器に共通する固定パラメーターではありません。ファイルヘッダー、タイムスタンプ、ネットワークパケットを追加すると総量は変わります。また、圧縮音声に切り替えた後は、この掛け算をそのまま実際の出力ビットレートとして使うことはできません。
圧縮映像は解像度だけでは判断できない
非圧縮画像のデータ量は、画素数、フレームレート、色のサンプリング方式、各成分のビット数に関係します。圧縮符号化では空間的・時間的な関連情報も利用するため、同じ解像度とフレームレートでも、静止した映像と動く群衆の映像ではデータ量が異なる場合があります。ノイズ、細部の情報、符号化形式、目標画質、エンコーダー設定はすべて結果に影響するため、「高精細」という言葉から一定のビットレートを推定することはできません。
同じ符号化条件では、エンコーダーに割り当てるデータ量を増やすと、通常は細部を保持する余地が広がりますが、ビットレートが高ければ必ず画質が良くなるわけではありません。元の画像のピンぼけ、低いサンプリング品質、不適切な符号化設定、複数回の非可逆変換は、ネットワーク速度を上げるだけでは修正できません。異なるエンコーダーや異なるコンテンツの画質を比較するときは、形式、シーン、パラメーターも併せて記録し、単一のビットレート値を総合的な画質評価として扱わないようにします。
平均値とピーク値は、それぞれ何に役立つか？
固定ビットレートは通常、出力を一定の目標値付近に保つことを目指しますが、実際の短時間の挙動は機器の実装や測定時間窓にも影響されます。可変ビットレートでは、コンテンツに応じてデータ量が変化します。動きの少ないシーンでは低くなり、複雑な動きのあるシーンでは高くなる場合があります。一部の機器には平均ビットレートや最大ビットレートの制御機能がありますが、その目標、対象時間範囲、画質への影響は、各機器のドキュメントで確認する必要があります。メーカーが異なる設定項目を、同じアルゴリズムとして扱うことはできません。
長期平均ビットレートはストレージ容量や長期的な通信量の推定に適しています。一方、瞬間的なピークはポートやキューの負荷に影響します。平均が8 Mbit/sであることは、ごく短いどの時間窓でも8 Mbit/sしか発生しないことを意味しません。複数のカメラで同時に動きが発生したり、同時にデータを送信したりすると、ピークが重なることもあります。平均値を1つ取得しただけでネットワークにボトルネックがないと判断するのではなく、実際の利用シーンで短時間のトラフィックと持続的な負荷を観測する必要があります。
ペイロードからハードディスク容量とアップリンクを見積もる
音声と映像を含む1チャネルの実際の有効データが、平均8 Mbit/sであると仮定します。1時間分の純粋なペイロードは約8 × 1000000 × 3600 ÷ 8 = 3600000000バイト、つまり約3.6 GBです。同じ条件で10チャネルを1時間使用した場合、純粋なペイロードは約36 GBになります。保存期間、録画比率、実際の変動が最終的なストレージ容量に影響し、カプセル化、ファイル構成、システム予約領域も考慮する必要があります。この例は、ハードディスクの使用可能容量や一定の録画可能日数を示すものではありません。
同様に、ネットワーク上の10チャネルを、8 Mbit/sのストリーム1本として計算することはできません。まず有効データを合算して約80 Mbit/sとし、そのうえでプロトコル、制御メッセージ、ピーク、発生し得る再送を加えます。また、ストリームがどの出口を通るか、アップリンクでトラフィックが集約されるか、ほかのサービスが存在するかも確認する必要があります。バッファーは短いバーストを吸収できますが、継続的な入力が出口の容量を超えると、データは蓄積し続けるか破棄されます。公称ポート速度のすべてを、アプリケーションの有効データ容量として扱うことはできません。
光トランシーバーとネットワーク符号化機器を区別する
飛暢科技の製品番号218であるFCVマルチサービス映像光トランシーバーの製品情報は、アナログ映像、およびオプションの音声、データ、その他のサービスの接続を検討する手がかりを提供します。
飛暢科技の製品番号2241の産業用スイッチは、Ethernet転送機器です。実際のポート構成、VLANおよびQoS管理を組み合わせて、ネットワーク音声・映像の経路を計画できます。
受入検査では形式、トラフィック、結果を照合する
まず信号源、音声・映像形式、符号化設定、同時稼働チャネル数、測定位置を記録し、エンドポイントのデータ、スイッチの入力、アップリンクの出力をそれぞれ観測します。数値の一致を確認する前に、まず単位と集計時間窓が一致しているか確認します。ツールに表示されるアプリケーションのペイロード、ファイルサイズ、ネットワークポートのバイト数は、異なる対象を集計している可能性があり、当然に完全一致することを求めることはできません。
動きの少ない状態、動きのある状態、複数チャネルの同時稼働状態で、映像と音声、ピークトラフィック、ポートでのパケット破棄、実際の録画容量使用量を検証します。映像や音声が途切れる場合は、すべてのビットレートを最初から最大にするのではなく、送信元の符号化、ネットワークのボトルネック、受信側の復号を順に切り分けます。パラメーターとテストシナリオを保存し、実際の結果に応じて容量に余裕を持たせることで、ビットレート計算を、実際の用途からかけ離れた宣伝上の数値ではなく、選定やトラブルシューティングの根拠にできます。
データに関する注記：原理図は一般的な仕組みを説明するものであり、製品写真や実測記録ではありません。具体的なインターフェース、モード、機能は、選択したモデル、バージョン、現場での検証結果に従います。
検証資料： Axisネットワーク映像ビットレート制御ホワイトペーパー
Axisビットレート制御インターフェースの説明
飛暢科技マルチサービス映像光トランシーバー
飛暢科技デジタル映像光トランシーバーの分類
飛暢科技の光4ポート・電気8ポート搭載マネージドレイヤー3スイッチ
飛暢科技産業用スイッチの分類
中国語の技術記事からの翻訳。原文初公開日：2022-01-11。原文最終改訂日：2026-10-13。 中国語の原文を読む
