Bitrate

전자 통신과 컴퓨팅에서 비트레이트(bitrate)는 특정한 시간 단위(이를테면 초 단위)마다 처리하는 비트의 수이다.

비트레이트는 초당 비트 수(비트/초 또는 bps)를 사용하여 계산한다. 여기에 킬로, 메가, 기가, 테라와 같은 SI 접두어가 붙는다.

비트레이트 계산식

용량과 bitrate 의 관계는:

• 용량 (byte) = Bitrate (bps) * 재생 시간 (초) / 8 (byte로 변환)
• Bitrate (bps) = 용량 (byte) / 재생 시간 (초) * 8 (bit로 변환)

Video와 Audio의 Bit Rate는

• Video bit rate = (width x height) * fps * bits per pixel
• Audio bit rate = sample rate * bit depth * audio channel count

Examples

8bit 로 sampling 한 30fps Full HD 비디오 Bitrate는:

(1920 * 1080) * 30 * 8 = 497,664,000 bps = 497,664 k/bps

2ch 스테레오, 16bit, 48KHz 오디오 Bitrate는:

48,000 * 16 * 2 = 1,536,000 bps = 1,536 k/bps

비디오 비트레이트 예제를 현실적으로 좀더 이해하기 쉽게

Ohys릴 26분짜리 애니메이션 1개만 하더라도 250MByte 용량을 차지한다. 파일명만 봐도 알 수 있다.

[Ohys-Raws] Overlord IV - 01 (AT-X 1280x720 x264 AAC).mp4

Audio/Audio 정보를 확인해보자.

• Duration: 26 minutes 1 second
• Video
  • Dimension: 1280 × 720
  • Codec: H.264 (High Profile)
  • Frame rate: 23.98 frames per second
  • Bit rate: 1110 kbps
• Audio
  • Codec: MPEG-4 AAC
  • Channels: Stereo
  • Sample rate: 48000 Hz
  • Bit rate: 173 kbps

오디오 용량은 다음과 같다:

173000 bps * (26*60) / 8 = 33,735,000 byte

파일 용량 (헤더 용량 등은 무시한다)에서 오디오 용량을 빼면 비디오 용량이 된다:

(250*1024*1024) byte - 33,735,000 byte = 228,409,000 byte

비디오의 비트레이트를 역 계산 해보자:

Bitrate (bps) = 용량 (byte) / 재생 시간 (초) * 8 (bit로 변환)
Bitrate (bps) = 228,409,000 / (25*60) * 8
Bitrate (bps) = 약 1,218,181 bps

참고로 24fps 이므로

Video bit rate = (width x height) * fps * bits per pixel

bits per pixel = Video bit rate / (width x height) / fps
bits per pixel = Video bit rate / (width x height) / fps
bits per pixel = 1,218,181 bps / (1280 x 720) / 24fps
bits per pixel = 0.05507

한마디로 ohys릴은 "bits per pixel" 이 0.05507 정도된다는 의미이다. #Quantized bits 표를 봐도 (반올림해서) "lowest quality allowed by twitch" 항목에 해당한다.

FFmpeg 명령으로 본다면:

ffmpeg -i input.mp4 -acodec aac -ac 2 -ab 192k -vcodec libx264 -profile:v high -b:v 1150k output.mp4

Quantized bits

비디오 Bitrate 계산시 사용되는 "bits per pixel" 값의 샘플:

• 0.06 (lowest quality allowed by twitch)
• 0.08 (the bitratecalc "low" quality approximately)
• 0.1 (recommended by twitch - the sweet spot)
• 0.15 (the bitratecalc "high" quality exactly)
• 0.16 (highest quality allowed by twitch)

비디오 (MPEG1 or MPEG2)

• 16 k/bps - 화상전화 품질
• 128~384 k/bps - 비즈니스 지향 화상 회의 시스템 품질
• 1150 k/bps - VCD MPEG1, Video CD Standard 품질
  • e.g. Ohys 릴
• 2520 k/bps - SVCD MPEG2, Super Video CD 품질
• 9200 k/bps - DVD MPEG2, DVD Standard 품질
• 13~19 k/bps - HDTV 일반적으로 HD 화질이라고 하는 것, .ts, .tp의 일반적인 품질
• 15 m/bps - HD DVD 품질
• 50 m/bps - Blu-ray Disc 품질

오디오

• 32 k/bps - AM 품질
• 96 k/bps - FM 품질
• 192 k/bps - DAB (디지털 오디오 방송) 품질
  • e.g. Ohys 릴
• 224~320 k/bps - CD 품질
• 96~640 k/bps - 손실 데이터 압축 중 돌비 디지털 (AC3)
• 1,536 k/bps - DTS, CD PCM 오디오
• 6,000 k/bps - DTS-HD High Resolution AUDIO 규격의 손실 데이터 압축
• 18 m/bps - Dolby TRUE HD 규격의 무손실 데이터 압축 (VBR)
• 24 m/bps - DTS-HD MASTER AUDIO 규격의 무손실 데이터 압축 (VBR)

Trivia

• BPS - 나무위키

생활에서 체감할 수 있게 해당 단위들이 어느정도 속도인지 설명하면 다음과 같다.

• 파일 전송을 받을 때 아무리 빠른 서버에서 받아도 10 MB/s를 넘기긴 힘들다.
• 동영상 파일을 인코딩할 때 해당 파일의 크기는 비트레이트*재생 시간이다. 즉 비트레이트가 높아질 수록 파일 크기도 커진다.
• 오디오 파일의 경우 보통 모노가 128Kbps로 설정된다.
• 유튜브에 1080p 동영상을 업로드 하려면 비트레이트 수치를 8Mbps에서 15Mbps 정도로 맞춰 올려야 한다.#
• 인터넷 방송에서 1080p, 60fps 방송이 제대로된 화질로 송출되려면 5000Kbps (5Mbps) 이상의 비트레이트가 보장되어야 한다. 보통 고화질 방송은 7000~8000 Kbps (7~8 Mbps) 이상은 되어야 화질이 모자이크로 깨지지 않고 (속칭 깍두기 현상) 제대로 송출을 할 수 있다. 그러나 2018년 기준으로 이 정도 품질로 송출할 수 있는 방송은 얼마 되지 않으며, 방송 플랫폼들도 일부 시청자수 많은 방송에나 이런 송출 환경을 지원해준다. 일반 인터넷 방송인이 이런 설정으로 송출하면 높은 확률로 버퍼가 걸릴 것이다. 이 경우 1080p나 60프레임 둘 중 하나는 포기하고 비트레이트를 5000~6000 Kbps (5~6 Mbps) 정도로 낮춰주면 그나마 부드럽게 송출할 수 있다.

Youtube 권장 업로드 인코딩 설정

YouTube#Recommended upload encoding settings 참조.

See also

• h264#프로파일과 레벨
• ffmpeg

Favorite site

• Wikipedia (en) bitrate에 대한 설명
• 비디오/오디오에서 비트레이트(BitRate)란
• 동영상 해상도에 따른 적정 비트레이트 (bit per second)
• BitRate 계산하기 ¹

References