MPEG-1

MPEG-1是MPEG组织制定的第一个视频音频有损压缩标准,也是最早推出及应用在市场上的MPEG技术,其原来主要目标是在CD光盘上记录影像,后来被广泛应用在VCD光盘。视频压缩算法于1990年定义完成。1992年底,MPEG-1正式被批准成为国际标准。

MPEG-1概述

MPEG-1是为CD光盘介质定制的视频和音频压缩格式。一张70分钟的CD光盘传输速率大约在1.4Mbps。而MPEG-1采用了块方式的运动补偿离散余弦变换(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。VCD的解析度只有约352×240,并使用固定的比特率(1.15Mbps),因此在播放快速动作的视频时,由于数据量不足,令压缩时宏区块无法全面调整,结果使视频画面出现模糊的方块。因此MPEG-1的输出质量大约和传统录像机VCR相当,这也许是Video CD在发达国家未获成功的原因。MPEG-1音频分三代,其中最著名的第三代协议被称为MPEG-1 Layer 3,简称MP3,目前已经成为广泛流传的音频压缩技术。MPEG-1音频技术在每一代之间,在保留相同的输出质量之外,压缩率都比上一代高。第一代协议MP1被应用在LD作为记录数字音频以及飞利浦公司的DGC上;而第二代协议MP2后来被应用于欧洲版的DVD音频层之一。

MPEG-1具有以下特点:

  • 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
  • GOP结构
  • slice结构

技术细节

输入视频格式

MPEG-1规定了以下几个参数限制:

  • 最大像素数/行:768
  • 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:1 856 000bps
  • 最大解码缓冲区尺寸:327680bit。

数据结构和压缩模式

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,每个包含多个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-圖像/影格(節點編碼圖像,intra coded picture)參考圖像,相當於一個固定影像,且獨立於其它的圖像類型。每個圖像群組由此類型的圖像開始。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-圖像/影格(預測編碼圖像,predictive coded picture)包含來自先前的I或P-畫格的差異資訊。编码时使用运动补偿和运动估计,採用前向估计,参考之前的I-帧或者P-帧去預測該P格。
  • B-圖像/影格(前後預測編碼圖像,bidirectionally predictive coded pictures)包含來自先前和/或之後的I或P-畫格的差異資訊。编码也使用运动补偿和运动估计,預估採用前向估计、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-圖像/影格(指示編碼圖像,DC direct coded picture)用於快速進帶。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。

影格内编码模式

影格间编码模式

音频编码

Reference: ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 (页面存档备份,存于互联网档案馆) (June 1996)

参见

MPEG标准
MPEG制定
MPEG-1  · MPEG-2  · MPEG-3  · MPEG-4  · MPEG-7  · MPEG-21  · MPEG-H · MPEG-5 · MPEG-I
ITU-T标准
VCEG制定
H.261  · H.262  · H.263  · H.263v2  · H.264  · H.265  · H.266
IETF标准
IETF制定
NETVC英语NETVC(制定中)
视频壓縮
ISO/IEC
ITU-T
SMPTE
  • VC-1
  • VC-2英语Dirac (video compression format)
  • VC-3英语DNxHD codec
  • VC-5英语CineForm
開放媒體聯盟
On2 Technologies
(现属谷歌公司
苹果公司
  • Apple Video英语Apple Video
  • Apple ProRes
  • QuickTime
    • 动画英语QuickTime Animation
    • 图形英语QuickTime Graphics
中国标准化协会
其他
  • Bink视频英语Bink Video
  • Cinepak英语Cinepak
  • Daala
  • Dirac英语Dirac (video compression format)
  • DV
  • DVI英语Digital Video Interactive
  • FFV1英语FFV1
  • Huffyuv英语Huffyuv
  • Indeo英语Indeo
  • Lagarith
  • Microsoft Video 1英语Microsoft Video 1
  • MSU无损英语MSU Lossless Video Codec
  • OMS Video英语OMS Video
  • Pixlet英语Pixlet
  • RealVideo
  • RTVideo英语RTVideo
  • SheerVideo英语SheerVideo
  • Smacker英语Smacker video
  • Sorenson Video, Spark英语Sorenson codec
  • Theora
  • Thor英语Thor (video codec)
  • WMV
  • XEB英语ratDVD
  • YULS英语YULS
音频壓縮
ISO/IEC
  • MPEG-1 Layer III (MP3)
  • MPEG-1 Layer II
    • Multichannel英语MPEG Multichannel
  • MPEG-1 Layer I英语MPEG-1 Audio Layer I
  • AAC
    • HE-AAC
    • AAC-LD英语AAC-LD
  • MPEG Surround英语MPEG Surround
  • MPEG-4 ALS
  • MPEG-4 SLS英语MPEG-4 SLS
  • MPEG-4 DST
  • MPEG-4 HVXC英语Harmonic Vector Excitation Coding
  • MPEG-4 CELP
  • MPEG-D USAC英语Unified Speech and Audio Coding
  • MPEG-H 3D Audio英语MPEG-H 3D Audio
ITU-T
  • G.711A-law英语A-law algorithm, µ-law英语µ-law algorithm
  • G.718英语G.718
  • G.719
  • G.722
  • G.722.1英语G.722.1
  • G.722.2英语Adaptive Multi-Rate Wideband
  • G.723
  • G.723.1英语G.723.1
  • G.726
  • G.728英语G.728
  • G.729
  • G.729.1英语G.729.1
IETF
3GPP
  • AMR
  • AMR-WB英语Adaptive Multi-Rate Wideband
  • AMR-WB+英语Extended Adaptive Multi-Rate – Wideband
  • EVRC英语Enhanced Variable Rate Codec
  • EVRC-B英语Enhanced Variable Rate Codec B
  • EVS英语Enhanced Voice Services
  • GSM-HR英语Half Rate
  • GSM-FR英语Full Rate
  • GSM-EFR英语Enhanced full rate
ATSC,DVB
中国标准化协会
其他
  • ACELP英语Algebraic code-excited linear prediction
  • ALAC
  • Asao英语Asao (codec)
  • ATRAC
  • CELT
  • Codec2英语Codec2
  • FLAC
  • iSAC
  • Monkey's Audio
  • TTA
    • True Audio
  • TAK
  • MT9英语MT9
  • Musepack
  • OptimFROG
  • OSQ英语Original Sound Quality
  • QCELP英语Qualcomm code-excited linear prediction
  • RCELP英语Relaxed code-excited linear prediction
  • RealAudio
  • RTAudio英语RTAudio
  • SD2英语Avid Audio#Sound Designer file formats
  • SHN英语Shorten (file format)
  • SILK
  • Siren英语Siren (codec)
  • SMV英语Selectable Mode Vocoder
  • Speex
  • SVOPC英语SVOPC
  • TwinVQ英语TwinVQ
  • VMR-WB英语Variable-Rate Multimode Wideband
  • Vorbis
  • VSELP英语Vector sum excited linear prediction
  • WavPack
  • WMA
  • MQA
  • aptX
  • LDAC
  • MLP英语Meridian Lossless Packing
  • LHDC
  • SBC
图像压缩
IEC,ISO,ITU-T,W3C,IETF
其他
封裝格式
ISO/IEC
  • MPEG-ES英语Elementary stream
    • MPEG-PES英语Packetized elementary stream
  • MPEG-PS英语MPEG program stream
  • MPEG-TS
  • ISO基本媒体文件格式英语ISO base media file format
  • MPEG-4 Part 14(MP4)
  • Motion JPEG 2000英语Motion JPEG 2000
  • MPEG-21 Part 9英语Digital Item#File Format
  • MPEG媒体传输英语MPEG media transport
ITU-T
  • H.222.0
  • T.802英语Motion JPEG 2000
IETF
其他
合作
另见压缩方法、数据压缩软件