Débit binaire

Le débit binaire est une mesure de la quantité de données numériques transmises par unité de temps. Selon ses définitions normatives[1], il s'exprime en bits par seconde (bit/s, b/s ou bps) ou un de ses multiples en employant les préfixes du Système international (SI) : kb/s (kilobits par seconde), Mb/s (mégabits par seconde) et ainsi de suite.

Pour les articles homonymes, voir bps et débit.

Unités de débit binaire   
Système international (SI)
Unité Notation Valeur
bit par seconde bit/s ou b/s ou bps 1 bit/s
kilobit par seconde kbit/s ou kb/s 103 bit/s
mégabit par seconde Mbit/s ou Mb/s 106 bit/s
gigabit par seconde Gbit/s ou Gb/s 109 bit/s
térabit par seconde Tbit/s ou Tb/s 1012 bit/s
pétabit par seconde Pbit/s 1015 bit/s
exabit par seconde Ebit/s 1018 bit/s
zettabit par seconde Zbit/s 1021 bit/s
yottabit par seconde Ybit/s 1024 bit/s

Dans le domaine de l'informatique, le débit est parfois exprimé en octets par seconde. Un octet équivaut à 8 bits, nombre de bits correspondant aux premières et aux plus simples des machines, et permettant de transmettre un caractère alphanumérique. On trouve aussi bien des notations ko/s (kilooctet par seconde) ou Mo/s que Bps (byte per second). Les notices anglophones abrègent byte en B majuscule pour le différencier du b de bit. Le byte est, en informatique, la plus petite unité adressable d'un ordinateur ; mais dans le domaine des télécommunications, le byte est toujours un octet[2],[alpha 1].

Utilisation

Le « bit par seconde » est principalement utilisé en informatique et dans les télécommunications, la terminologie anglaise « bit rate » (ou « bitrate ») est fréquente.

Ses principaux multiples sont :

  • le kilobit par seconde (symbole kbit/s) équivalent à 1 000 bit/s ;
  • le mégabit par seconde (symbole Mbit/s) équivalent à 1 000 kbit/s ;
  • le gigabit par seconde (symbole Gbit/s) équivalent à 1 000 Mbit/s ;

Quand le débit est exprimé en octets par seconde, on utilise parfois implicitement des puissances de 1 024. Donc 1 ko/s peut représenter 1 024 o/s au lieu de 1 000 o/s. L'écriture correcte, selon par la norme IEC 60027-2, serait d'employer un préfixe binaire, par exemple 1 Kio/s. Certains logiciels récents comme KTorrent utilisent cette notation.

Bande passante et bauds

Il est courant d'utiliser le terme bande passante pour désigner le débit d'informations maximal, bien que cet emploi soit impropre. L'origine du terme est une analogie avec la bande passante en électronique. Dans ce contexte, la bande passante d'un câble est la différence entre les fréquences extrêmes qu'un signal modulé peut y prendre sans trop perdre en qualité, exprimée en unité multiple du hertz. Claude Shannon et autres ont établi un modèle mathématique simple qui montre qu'avec un signal numérique, le débit maximal de la voie est égal au produit de la bande passante par le logarithme en base deux du nombre de niveaux qu'on peut distinguer dans la voie avec une probabilité d'erreur raisonnable. La fabrication de modems et autres dispositifs de transmission numérique a encore distendu le rapport entre bande passante et débit numérique.

Pour tirer le meilleur parti de la voie de transmission, bande passante et bruit de fond, le protocole de communication ajoute presque toujours à la donnée utile des informations auxiliaires à la transmission. Ces informations comportent presque toujours des signaux de synchronisation et des informations redondantes, déduites des données utiles, qui permettent la détection et la correction des erreurs, somme de contrôle et contrôle de redondance cyclique. Ces informations redondantes dépendent d'une stratégie de transmission, notamment du traitement des erreurs. Elles sont variables d'un protocole à l'autre. Les réseaux peuvent en outre passer des informations d'adresse et de routage, de format du paquet, de statut et de priorité des données. Toutes ces données auxiliaires doivent transiter sur la voie de transmission. Elles ne sont pas transmises aux parties qui doivent communiquer à travers la voie.

Dans le contexte de la conception des voies de transmission, on différencie le débit binaire brut, en bits par seconde et le débit binaire équivalent[3] en bits/s ou débit d'information, en octets par seconde[4]. Le débit binaire est celui de la voie, y compris toutes les informations auxiliaires.

Le débit d'information est inférieur ou égal au débit binaire si la voie de transmission n'effectue aucune compression de données. Seules les données utiles comptent pour caractériser la voie de transmission du point de vue de ses utilisateurs. Le débit brut ne concerne que leur conception.

Rapidité de modulation

On exprime parfois le débit binaire brut en bauds. Le baud est l'unité de rapidité de modulation[5] dans les transmissions, égale à l'inverse de la durée du plus petit élément de signal sur la voie[6].

Le débit binaire brut (bits par seconde) est le produit de la rapidité de modulation (bauds) par le logarithme en base 2 du nombre d'états possibles de l'élément de signal.

Un baud équivaut à un bit par seconde si la plus fine tranche temporelle possible du signal transmet un bit. Ce n'est pas le cas si la transmission distingue plus de deux niveaux, et notamment ce n'est pas le cas en général quand un modem effectue l'encodage.

modulation d'amplitude en quadrature :

Dans la modulation d'amplitude en quadrature numérique 16QAM, chaque élément de signal peut avoir 16 états différents, correspondant à 4 niveaux d'amplitude pour chacune des deux porteuses de même fréquence en quadrature de phase. Si la rapidité de modulation est de 1 Mbauds (un million de bauds), le débit numérique brut est de log2(16) × 1 Mbauds = 4 Mbit/s[alpha 2].

Exemples

On peut décrire la vitesse de transfert d'un modem, et le standard V.90 autorise des liaisons entre modems allant jusqu'à 56 kbit/s brut, sans prendre en compte les possibles compressions numériques.

Quelques exemples de débits par type d'interface ou par application[7]:

Par câble
  • I2C 3.0 : 3,4 Mbit/s
  • USB 1.1 : 12 Mbit/s
  • USB 2.0 : 480 Mbit/s
  • USB 3.0 : 5 Gbit/s
  • USB 3.1 (Gen 2) : 10 Gbit/s
  • Thunderbolt : 10 Gbit/s
  • Thunderbolt 2 : 20 Gbit/s
  • Thunderbolt 3 : 40 Gbit/s
  • FireWire : FireWire 400 : 400 Mbit/s, FireWire 800: 800 Mbit/s
  • Serial ATA : Serial ATA: 1,5 Gbit/s, Serial ATA Revision 2.x: 3,0 Gbit/s, Serial ATA Revision 3.x: 6,0 Gbit/s
  • ATA/ATAPI (IDE) : jusqu'à 1064 Mbit/s
  • SCSI : entre 40 Mbit/s (SCSI-1) et jusqu'à 12 Gbit/s (SAS)

Sans fils

Réseau d'ordinateurs

Internet

Accès à Internet :

  • Modem : 56 kbit/s maximum ;
  • ADSL : 13 Mbit/s en téléchargement et 256 kbit/s en upstream (DSL light), jusqu'à 25 Mbit/s en téléchargement et 1 Mbit/s en upstream (ADSL2+)
  • VDSL : 25 Mbit/s, 52 Mbit/s et jusqu'à 100 Mbit/s downstream (VDSL2), et 5 Mbit/s jusqu'à 10 Mbit/s en upstream ;
  • DOCSIS (câble coaxial) : de 100 Mbits/s à 1 Gbit/s en téléchargement pour Docsis 3.0[8], plus de 1 Gbit/s pour Docsis 3.1[9] ;
  • FTTH : jusqu'à 10 Gbit/s en téléchargement.

Signaux audio

Signaux vidéo
  • 16 kbit/s – Qualité Visiophonie (minimum nécessaire pour une qualité acceptable via divers schémas de compression)
  • 128–384 kbit/s – Visioconférence professionnelle via divers schémas de compression
  • 1,5 Mbit/s max – Qualité VCD (Compression MPEG1)[10]
  • 3,5 Mbit/s typ — Qualité SDTV (avec compression MPEG-2)
  • 9,8 Mbit/s max – Qualité DVD (avec compression MPEG-2)[11]
  • 8 à 15 Mbit/s typ – Qualité HD TV (avec compression MPEG-4 AVC)
  • 19 Mbit/s approx — HDV 720p (avec compression MPEG-2)[12]
  • 24 Mbit/s max — AVCHD (avec compression H.264/MPEG-4 AVC)[13]
  • 25 Mbit/s approx — HDV 1080i (avec compression MPEG-2)[12]
  • 29,4 Mbit/s max – HD DVD
  • 40 Mbit/s max – Disque Blu-ray (avec compression MPEG-2, H.264/MPEG-4 AVC ou VC-1)[14]

Annexes

Bibliographie

Articles connexes

Notes et références
  1. Les ouvrages spécialisés anglophones font la différence entre byte (unité d'adressage en mémoire) et octet (unité de transmission en ligne), ce qui fait du o l'abréviation correcte, même en anglais, dans un contexte de réseau, même si en pratique personne ou presque ne dit octet per second dans les pays anglo-saxons. Le français utilise « octet » pour l'ensemble de 8 bits et « mot » pour l'unité d'adressage[réf. souhaitée].
  2. Simplification numérique des caractéristiques de la transmission de la télévision numérique terrestre.
  1. « 704-16-07 « débit binaire » », IEC 60050 Termes de base en transmission numérique ;
    « 721-03-30 « débit binaire » », IEC 60050 Télégraphie, fax et communication de données — Transmission utilisant des signaux discrets ou numériques.
  2. « 721-02-18 « byte, octet, 8-bit byte (US)» », IEC 60050 Télégraphie, fax et transmission de données - Signaux discrets et numériques.
  3. « 704-17-05 « débit binaire équivalent » », IEC 60050 Transmission — codes en ligne.
  4. Hervé 1993, p. 27.
  5. « 721-03-26 « rapidité de modulation » », IEC 60050 Télégraphie, fax et communication de données — Transmission utilisant des signaux discrets ou numériques.
  6. « 702-05-24 « baud » », IEC 60050 Oscillations, signal et dispositifs en rapport — Signaux discrets et numériques ; codage.
  7. voir version allemande de cet article sur wikipedia
  8. DOCSIS Numericable ouvre le 800 Mbps dans la région parisienne - Cablebox-news.com, 9 décembre 2014
  9. (en) DOCSIS 3.1 - CCTAnet.com, 16 juillet 2013 [PDF]
  10. (en) « MPEG1 Specifications », ICDia (consulté le )
  11. (en) « DVD-MPEG differences », SourceForge.net (consulté le )
  12. (en) « HDV Specifications », HDV Information (voir archive) [PDF]
  13. (en) « AVCHD Format Specification Overview », AVCHD Information (consulté le )
  14. (en) « Blu-ray Disc Format : 2.B Audio Visual Application Format Specifications for BD-ROM Version 2.4 », , p. 17 [PDF]
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