MPEG-1

MPEG-1的概论

MPEG-1是为CD光碟介质定制的的视频和音频压缩格式。一张70分钟的CD光碟传输速率大约在1.4Mbps。而MPEG-1采用了块方式的运动补偿、离散馀弦变换（DCT）、量化等技术，并为1.2Mbps传输速率进行了优化。MPEG-1随后被Video CD采用作为核心技术。MPEG-1的输出质量大约和传统录像机VCR，信号质量相当，这也许是Video CD在发达国家未获成功的原因。MPEG-1音频分三层，其中第三层协议被称为MPEG-1 Layer 3，简称MP3。MP3目前已经成为广泛流传的的音频压缩技术。

MPEG-1制定于1992年，为工业级标准而设计，它可针对SIF标准分辨率(对于NTSC制为352X240；对于PAL制为352X288)的图像进行压缩，传输速率为1.5Mbits/sec，每秒播放30帧，具有CD(指激光唱盘)音质，质量级别基本与VHS相当。MPEG的编码速率最高可达4- 5Mbits/sec，但随着速率的提高，其解码后的图象质量有所降低。

MPEG-1也被用于数字电话网络上的视频传输，如非对称数字用户线路(ADSL)，视频点播(VOD)，以及教育网络等。同时，MPEG-1也可被用做记录媒体或是在INTERNET上传输音频。

MPEG-1的运用

MPEG－1曾经是VCD的主要压缩标准，是目前实时视频压缩的主流，可适用于不同带宽的设备，如CD-ROM、Video-CD、CD-I。与M-JPEG技术相比较，在实时压缩、每帧数据量、处理速度上均有显著的提高。MPEG1可以满足多达16路以上25帧/秒的压缩速度，在500kbit/s的压缩码流和352像素×288行的清晰度下，每帧大小仅为2k。若从VCD到超级VCD到DVD的不同格式来看，MPEG1的352 ×288格式，MPEG2可有576×352、704 ×576等，用于CDROM上存储同步和彩色运动标视频信号，旨在达到VCR（模拟式磁带录放机Video Cassette Recorder；VCR）质量，其视频压缩率为26：1。MPEG1可使图像在空间轴上最多压缩1/38，在时间轴上对相对变化较小的数据最多压缩1/5。MPEG1压缩后的数据传输率为1.5Mbps，压缩后的源输入格式SIF（Source Input Format），分辨率为352像素×288行（PAL制），亮度信号的分辨率为360×240，色度信号的分辨率为180×120，每秒30帧。MPEG1对色差分量采用4：1：1的二次采样率。MPEG1、MPEG2是传送一张张不同动作的局部画面。在实现方式上，MPEG1可以借助于现有的解码芯片来完成，而不像M-JPEG那样过多依赖于主机的CPU。与软件压缩相比，硬件压缩可以节省计算机资源，降低系统成本。

但也存在着诸多不足。一是压缩比还不够大，在多路监控情况下，录像所要求的磁盘空间过大。尤其当DVR主机超过8路时，为了保存一个月的存储量，通常需要10个80G硬盘，或更多，硬盘投资大，而由此引起的硬盘故障和维护更是叫人头疼。二是图像清晰度还不够高。由于MPEG1最大清晰度仅为352 X 288，考虑到容量、模拟数字量化损失等其它因素，回放清晰度不高，这也是市场反应的主要问题。三是对传输图像的带宽有一定的要求，不适合网络传输，尤其是在常用的低带宽网络上无法实现远程多路视频传送。四是MPEG1的录像帧数固定为每秒25帧，不能丢帧录像，使用灵活性较差。从目前广泛采用的压缩芯片来看，也缺乏有效的调控手段，例如关键帧设定、取样区域设定等等，造成在保安监控领域应用不适合，造价也高。

总体看来M-JPEG与MPEG1由于技术成熟，是目前DVR市场的主流技术，但两者的致命弱点就是硬盘耗费量大，且不能同时满足保安与实时录像场合的需要。

MPEG-1的特点

随机访问，灵活的帧率 、可变的图像尺寸 、定义了I-帧、P-帧和B-帧 、运动补偿可跨越多个帧 、半像素精度的运动向量 、量化矩阵 、GOF结构 、slice结构 、技术细节、输入视频格式。

MPEG-1的参数

最大像素数/行：720

最大行数/影格：576

最大影格/秒：30

最大宏块/影格：396

最大宏块/秒：9900

最大位元率：1.86Mbps

最大解码缓冲区尺寸：376832bit。

MPEG-1资料结构和压缩模式

MPEG-1可以按照分层的概念来理解，一个MPEG-1视频序列，包含多个GOP，每个GOP包含多个帧，每个帧包含多个slice。

影格是MPEG-1的一个重要基本元素，一个影格就是一个完整的显示图像。影格的种类有四种：

I-图像/影格（节点编码图像，intra coded picture）参考图像，相当于一个固定影像，且独立於其它的图像类型。每个图像群组由此类型的图像开始。编码时独立编码，仅适用帧内编码技术，因而解码时不参考其他帧，类似JPEG编码。

P-图像/影格（预测编码图像，predictive coded picture）包含来自先前的 I 或 P-画格的差异资讯。编码时使用运动补偿和运\动估计，采用前向估计，参考之前的I-帧或者P-帧去预测该P格。

B-图像/影格（前后预测编码图像，bidirectionally predictive coded pictures）包含来自先前和/或之后的 I 或 P-画格的差异资讯。编码也使用运动补偿和运\动估计，预估采用前向估计、后向估计或是双向估计，主要参考前面的或者后面的I格或者P格。

D-图像/影格（指示编码图像，DC direct coded picture）用於快速进带。仅由DC直流分量构造的图像，可在低比特率的时候做浏览用。实际编码中很少使用。