Die Bitrate

Die Bitrate anhand ihrer möglichen Ausführungen

 

Als Bitrate wird das Verhältnis einer Datenmenge zu einer Zeit bezeichnet. Gemessen wird dieser Zusammenhang üblicherweise in Bit pro Sekunde, was abgekürzt als Bit/s oder bps vorzufinden ist. Zudem steht die Bitrate für die Ausgabenmenge der Informationseinheiten bei digitalen und auf konstante Ausgabenzeiten gebundenen Multimediainformationen auf einer Zeitleiste. Somit spricht man bei einem vorkommenden Datenfluss während der Wiedergabe von Multimediainhalten von einer Bitrate. In Bezug zu technischen Systemen findet sich eher die Bezeichnung der Datenübertragungsrate, welche in diesem Überblick auch noch beleuchtet werden soll.

 

Eine Einführung zur Bitrate und Datenübertragungsrate

 

Eine Bitrate im Bereich der Audio-und Videokompression kann entweder konstant oder variabel sein. Bei der variablen Bitrate wird diese dynamisch an die zu verschlüsselnden Daten angepasst, was beispielsweise bei der MPEG-Videokompression vorkommt, wo die Videobitrate bei ruhigen Szenen reduziert wird, während sie bei Szenen mit hektischen Bewegungsabläufen erhöht wird. Hierdurch wird eine optimale Ausnutzung des vorhandenen Speicherplatzes erreicht, sowie eine Verbesserung der Bildqualität. Bei der Datenübertragungsrate wird hingegen die digitale Datenmenge gemeint, die innerhalb einer Zeiteinheit über einen Übertragungskanal hinweg verschickt wird. Die maximale fehlerfreie Datenübertragungsrate wird dann auch als Kanalkapazität bezeichnet, wobei ein Kanal entweder eine Verbindung im Rechnernetz oder Internetdienstanbieter sowie die Schnittstelle zu einem Datenspeicher sein kann. Gemessen wird diese Raten durch das Zählen des Datendurchsatzes, wobei die kleinste Einheit das Bit ist, weshalb sich hier auch oftmals die Beschreibung als Bitrate finden lässt, sodass die Einheit Bit pro Sekunde verwendet wird. Zahlreiche dieser Einheiten lassen sich mit entsprechenden Vorsätzen bilden, sodass zum Beispiel 1 kbit/s für 1000 bit/s steht. In den Bereichen, in welchen die parallele Datenübertragung als effizienter angesehen wird, finden sich bei der Angabe der Übertragungsrate auch Angaben in Byte pro Sekunde, sodass ein Anwender stets darauf achten muss, wie eine solche Rate nun genau angegeben ist. Eine Angabe in Baud ist zum Beispiel komplett falsch, da es sich hier um die Einheit der Schrittgeschwindigkeit oder auch Symbolrate handelt.

 

Die möglichen Arten der Bitrate

 

Bitraten können unterschiedlich gestaltet sein, sodass sich neben den konstanten Bitraten auch die variablen Bitraten und die durchschnittlichen Bitraten finden:

 

  • Konstante Bitrate – dies ist eine Kompressionsmethode mit welcher Audio-und Videodateien mit einer gleichbleibenden Datenrate übertragen oder gespeichert werden können, wobei dies von der Komplexität des Signals unabhängig ist. Pro Zeiteinheit wird hierbei immer die gleiche Menge an Daten erzeugt. Konstante Bitraten finden sich besonders häufig bei Multimedia-Streams, da hier eine begrenzte Übertragungskapazität vorliegt und durch CBR auch nur die maximal mögliche Qualität erreicht werden kann.  Allerdings muss jedoch auch erwähnt werden, dass bei CBR oft Übertragungsvolumen verschenkt wird, da die tatsächliche Bitrate meist höher ist als die Bitrate, die wirklich für eine vollständige Rekonstruktion erforderlich ist. Ein Beispiel, bei welchem diese Verschwendung speziell zum Tragen kommt, ist die Kodierung der Stille vor versteckten Titeln, den sogenannten Hidden Tracks, die auf CDs oft nach dem eigentlichen Ende nach mehreren Minuten zusätzlich zu hören sind.

 

  • Variable Bitrate – hierbei handelt es sich um die Methode der Kompression, die Audio-und Videodaten mit gleichbleibender Qualität erzeugt. Bei diesem Verfahren werden entsprechend der Komplexität des vorhandenen Materials einzelne Zeitabschnitte unterschiedlich stark komprimiert, sodass sich die gleichbleibende Qualität bei einem möglichst geringen Datenvolumen realisieren lässt. Eine Schwierigkeit von variablen Bitraten besteht allerdings in dem automatischen Auffinden der Passagen, die einer umfangreicheren Aufmerksamkeit bedürfen und somit auch mehr Datenvolumen brauchen, ohne dabei jedoch eine Verschwendung von Ressourcen vorzunehmen. Vor einer Kodierung kann nicht festgelegt werden, wie groß die erzeugte Datei sein wird, da die Dateigröße in direkter Abhängigkeit zur Komplexität der Daten steht. Aufgrund dessen eignet sich die VBR-Kodierung nicht für das Erreichen einer bestimmten Datengröße. Die variable Bitrate findet sich bei der Audiokompression in Bezug zu gängigen Codecs/Verfahren. Auch bei der Kompression von Bilddateien und Videos kommt die VBR zum Einsatz. Im Bereich der verlustfreie Kompressionsverfahren gilt die variable Bitrate als obligatorisch, da es bei der Wahl einer konstanten Bitrate dazu kommen müsste, dass sich die VBR an der Quelle orientiert, um ebenso hoch auszufallen und alle Muster kodieren zu können. Bei diesem Fall findet normalerweise aber keine Kompression mehr statt.

 

  • Durchschnittliche Bitrate – diese ist die Art der Kompression, bei welcher das Quellmaterial mit einer variablen Bitrate kodiert wird, sodass der vorhandene Speicherplatz effizienter genutzt werden kann und sich die Qualität verbessern lässt. Damit die gewünschte durchschnittliche Bitrate so exakt wie möglich erzielt werden kann, wird seitens bestimmter Codecs ein Kompressionsvorgang bereitgestellt, der zwei Durchläufe hat. Hierbei wird erst das Material analysiert und anschließend erfolgt dessen Kodierung. Die durchschnittliche Bitrate ist zwar eng mit der variablen Bitrate verwandt, orientiert sich jedoch an vorgegebenen Bitraten, da die Abweichungstoleranz festgelegt werden kann.