ビットストリーム

ビットストリーム(またはビット ストリーム) は、バイナリ シーケンスとも呼ばれ、ビットのシーケンスです。バイトストリームはバイトのシーケンスです。通常、各バイトは8 ビットの量であるため、オクテット ストリームという用語は互換的に使用されることがあります。オクテットは、複数の異なる方法で 8 ビットのシーケンスとしてエンコードされる可能性があるため (ビット番号付けを参照)、バイトストリームとビットストリームの間に一意かつ直接的な変換はありません。

ビットストリームとバイトストリームは、電気通信やコンピューティングで広く使用されています。たとえば、同期ビットストリームはSONETによって伝送され、伝送制御プロトコルは非同期バイトストリームを転送します。

実際には、ビットストリームはバイトストリームをエンコードするために直接使用されるわけではありません。通信チャネルは、ビットに直接変換しないシグナリング方法（たとえば、複数の周波数の信号を送信するなど）を使用することがあり、通常はフレーミングやエラー訂正などの他の情報もデータと一緒にエンコードします。^{[引用が必要]}

ビットストリームという用語は、フィールド プログラマブル ゲート アレイ(FPGA)にロードされる構成データを表すためによく使用されます。ほとんどの FPGA はバイト並列ロード方式もサポートしていますが、この用法は、シリアル ビット ストリーム (通常はシリアルPROMまたはフラッシュ メモリチップ) から FPGA を構成する一般的な方法に基づいて始まった可能性があります。特定の FPGA のビットストリームの詳細な形式は、通常、FPGA ベンダー独自のものです。

数学では、いくつかの特定のビットの無限列の数学的特性が研究されてきました。これには、バウム・スウィート列、エーレンフォイヒト・ミシェルスキー列、フィボナッチ語、コラコスキー列、正則紙折り列、ルディン・シャピロ列、およびテュー・モース列が含まれます。

Unix 系やWindows を含むほとんどのオペレーティング システムでは、標準 I/O ライブラリが、低レベルのページ化またはバッファリングされたファイル アクセスをバイトストリーム パラダイムに変換します。特に、Unix 系オペレーティング システムでは、各プロセスに 3 つの標準ストリームがあり、これらは単方向バイトストリームの例です。Unixパイプ メカニズムは、異なるプロセス間のバイトストリーム通信を提供します。

圧縮アルゴリズムは、バイト（メモリの最小アドレス単位）で提供される8ビットが無駄になる可能性があるため、多くの場合ビットストリームでコード化されます。通常は低レベル言語で実装されますが、 Python ^[1]やJava ^[2]などの一部の高レベル言語では、ビットストリームI/O用のネイティブインターフェイスが提供されています。

クライアントにバイト ストリーム サービスを提供する通信プロトコルのよく知られた例としては、双方向バイト ストリームを提供する インターネット プロトコル スイートの伝送制御プロトコル(TCP)があります。

任意のバイトストリームのインターネット メディア タイプは application/octet-stream です。その他のメディア タイプは、よく知られた形式のバイトストリームに対して定義されます。

多くの場合、バイトストリームの内容は、キーボードやその他の周辺機器からのデータ (/dev/tty)、疑似乱数ジェネレータからのデータ( /dev/urandom ) など、 動的に作成されます。

このような場合、バイトストリームの宛先 (コンシューマー) がバイトを生成するよりも速くバイトを使用すると、システムはプロセス同期を使用して、次のバイトが使用可能になるまで宛先を待機させます。

バイトが宛先で使用できる速度よりも速く生成され、プロデューサーがソフトウェア アルゴリズムである場合、システムは同じプロセス同期技術を使用してプロデューサーを一時停止します。プロデューサーがフロー制御をサポートしている場合、システムはコンシューマが次のバイトの準備ができたときにのみ準備完了信号を送信します。プロデューサーを一時停止できない場合 (キーボードやフロー制御をサポートしていないハードウェアなど)、システムは通常、キューを使用して、コンシューマの準備ができるまでデータを一時的に保存しようとします。多くの場合、受信側は、バッファが完全にいっぱいになる前にバッファを空にすることができます。バッファがいっぱいになった後でも、消費できる速度よりも速くデータを生成し続けるプロデューサーは、望ましくないバッファ オーバーフロー、パケット損失、ネットワーク輻輳、およびサービス拒否を引き起こします。