mpeg压缩标准是怎么回事

mpeg压缩标准是怎么回事

MPEG的全名为[Moving Pictures Experts Group]，中文译名是动态图像专家组。MPEG标准主要有以下五个，MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7及MPEG-21等。该专家组建于1988年，专门负责为CD建立视频和音频标准，而成员都是为视频、音频及系统领域的技术专家。及后，他们成功将声音和影像的记录脱离了传统的模拟方式，建立了ISO/IEC1172压缩编码标准，并制定出MPEG-格式，令视听传播方面进入了数码化时代。因此，大家现时泛指的MPEG-X版本，就是由ISO(International Organization for Standardization)所制定而发布的视频、音频、数据的压缩标准。)

MPEG标准的视频压缩编码技术主要利用了具有运动补偿的帧间压缩编码技术以减小时间冗余度，利用DCT技术以减小图像的空间冗余度，利用熵编码则在信息表示方面减小了统计冗余度。这几种技术的综合运用，大大增强了压缩性能。

MPEG-1标准于1992年正式出版，标准的编号为ISO/IEC11172，其标题为“码率约为1.5Mb/s用于数字存贮媒体活动图像及其伴音的编码”。

MPEG-2标准于1994年公布，包括编号为13818-1系统部分、编号为13818-2的视频部分、编号为13818-3的音频部分及编号为13818-4的符合性测试部分。

MPEG压缩编码原理

MPEG压缩编码算法包括了帧内编码、帧间编码，DCT变换编码、自适应量化、熵编码和运动估计和运动补偿等一系列压缩方法。 为了区分帧内、帧间编码，MPEG-2定义了三种编码图象。

MPEG-1标准用于数字存储体上活动图像及其伴音的编码，其数码率为1.5Mb/s。

MPEG-1视频压缩技术的特点：1. 随机存取；2. 快速正向/逆向搜索；3 .逆向重播；4. 视听同步；5. 容错性；6. 编/解码延迟。MPEG-1视频压缩策略：为了提高压缩比，帧内/帧间图像数据压缩技术必须同时使用。帧内压缩算法与JPEG压缩算法大致相同，采用基于DCT的变换编码技术，用以减少空域冗余信息。帧间压缩算法，采用预测法和插补法。预测误差可在通过DCT变换编码处理，进一步压缩。帧间编码技术可减少时间轴方向的冗余信息。

MPEG-2标准是针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定，编码码率从每秒3兆比特～100兆比特，标准的正式规范在ISO/IEC13818中。MPEG-2不是MPEG-1的简单升级，MPEG-2在系统和传送方面作了更加详细的规定和进一步的完善。MPEG-2特别适用于广播级的数字电视的编码和传送，被认定为SDTV和HDTV的编码标准。

MPEG-2图像压缩的原理是利用了图像中的两种特性：空间相关性和时间相关性。这两种相关性使得图像中存在大量的冗余信息。如果我们能将这些冗余信息去除，只保留少量非相关信息进行传输，就可以大大节省传输频带。而接收机利用这些非相关信息，按照一定的解码算法，可以在保证一定的图像质量的前提下恢复原始图像。一个好的压缩编码方案就是能够最大限度地去除图像中的冗余信息。

MPEG-2的编码图像被分为三类，分别称为I帧，P帧和B帧。

I帧图像采用帧内编码方式，即只利用了单帧图像内的空间相关性，而没有利用时间相关性。P帧和B帧图像采用帧间编码方式，即同时利用了空间和时间上的相关性。P帧图像只采用前向时间预测，可以提高压缩效率和图像质量。P帧图像中可以包含帧内编码的部分，即P帧中的每一个宏块可以是前向预测，也可以是帧内编码。B帧图像采用双向时间预测，可以大大提高压缩倍数。

MPEG-2的编码码流分为六个层次。为更好地表示编码数据，MPEG-2用句法规定了一个层次性结构。它分为六层，自上到下分别是：图像序列层、图像组(GOP)、图像、宏块条、宏块、块。

MPEG-2标准在广播电视领域中的主要应用如下：

（1）视音频资料的保存

一直以来，电视节目、音像资料等都是用磁带保存的。这种方式有很多弊端：易损，占地大，成本高，难于重新使用。更重要的是难以长期保存，难以查找、难以共享。随着计算机技术和视频压缩技术的发展，高速宽带计算机网络以及大容量数据存储系统给电视台节目的网络化存储、查询、共享、交流提供了可能。

采用MPEG-2压缩编码的DVD视盘，给资料保存带来了新的希望。电视节目、音像资料等可通过MPEG-2编码系统编码，保存到低成本的CD-R光盘或高容量的可擦写DVD-RAM上，也可利用DVD编著软件(如Daikin Scenarist NT、Spruce DVDMaestro等)制作成标准的DVD视盘，既可节约开支，也可节省存放空间。

（2）电视节目的非线性编辑系统及其网络

在非线性编辑系统中，节目素材是以数字压缩方式存储、制作和播出的, 视频压缩技术是非线性编辑系统的技术基础。目前主要有M-JPEG和MPEG-2两种数字压缩格式。

MPEG -4是针对一定比特率下的视频、音频编码，更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。MPEGⅣ传输速率在4800-6400bps之间，分辨率为176×144，可以利用很窄的带宽通过帧重建技术压缩和传输数据，从而能以最少的数据获得最佳的图像质量。MPEGⅣ属于一种高比率有损压缩算法，其图像质量始终无法和DVD原MPEG-2相比，毕竟DVD的存储容量比较大。因此，现在的MPEGⅣ只能面向娱乐、欣赏方面的市场那些对图像质量要求较高的专业视频领域暂时还不能采用。

MPEG-4是1999年推出的压缩算法，经过不断的完善，现在已经推出了第三版。作为目前做好的视音频压缩算法，已经为各个厂商广泛采用。
⑴分辨率高：MPEG-4可以达到非常接近MPEG-2的高分辨率效果。POS-Watch的MPEG-4算法+RET分辨率加强技术，使画面分辨率可达704*576，而其他产品（特别是基于PC-base的工控型产品）即使采用的是MPEG-4压缩算法，由于其系统资源需要支持庞大的WINDOWS系统，又无分辨率加强技术，所以只能做到352*288的分辨率。
⑵压缩率高：MPEG-4的压缩率可高达200：1，一帧画面的容量只有1-2KB。如此高的压缩率，解决了硬盘容量的瓶颈，使我们能储存更长时间的录像文件。另外，逐帧播放功能也是MPEG-4所特有的。
⑶动态分配码流：MPEG-4的码流带宽是不固定的（而MPEG-1固定码流1.5Mbits/s），它能够根据画面的复杂程度和变化程度来自动调整码流，在画面比较复杂或变化比较剧烈的时候占用较多的带宽，保证了画面质量；在画面比较简单或静止的时候，占用较少的带宽，节约了资源。
⑷适合网络传输：POS-Watch一路实时（25帧/秒）上传所占的带宽大约为600Kbits/s（不固定，视具体情况不同而占用的带宽也不同），非常适合低带宽的网络传输。即使网络带宽严重不足，MPEG-4能降低一定的帧数来保证画面质量。另外，一个视频源多个视音频对象编码，非常适合交互式多媒体通讯。
⑸算法不固定：MPEG-4是个开放的算法（MPEG-1和MPEG-2都是固定的算法），各个厂商都能开发自己的MPEG-4算法，POS-Watch的MPEG-4算法是由POSDATA公司针对TI（德州仪器）的DSP（精简指令集的数字信号处理器）开发的，另外，由于各个厂商开发的MPEG-4各不相同，所以在安全性和保密性方面得到了很高的保证。
⑹高抗误码性：现在的监控系统基本都要涉及到网络，然而以太网的误码性是非常高的，如果没有很高的抗误码性，会严重影响画面的传输质量。MPEG-4错误处理的鲁棒性，有助于低比特率视频信号在高误码率环境下的存储和传输。