MPEG-1 es un estándar introducido en 1991 por MPEG ( Grupo de expertos en imágenes en movimiento ).
Originalmente se optimizó para aplicaciones de video de baja tasa de bits con una resolución de video de 352x240 píxeles con 30 cuadros por segundo para el estándar de TV NTSC o 352x288 píxeles con 25 cuadros por segundo para el estándar de TV PAL . Estos formatos se conocen comúnmente como SIF ( Formato de entrada de origen ). MPEG-1 no está limitado estructuralmente a estos formatos, ya que puede alcanzar, por ejemplo, 4095x4095 píxeles con 60 fotogramas por segundo, pero en las aplicaciones ha impulsado el rendimiento del juego y, por lo tanto, el sistema se ha optimizado para una tasa de bits de 1,5 Mbit/ s. La limitación más importante del sistema MPEG-1 se debe a la imposibilidad de procesar imágenes entrelazadas como las que se utilizan en las retransmisiones televisivas europeas que requieren un proceso de doble codificación .
Los CD de vídeo utilizan el formato MPEG-1. La calidad de salida a la tasa de bits típica de un Video CD es la de una grabadora de video VHS .
MPEG-1 capa 3 es el nombre completo del popular formato de audio MP3 .
MPEG-1 se divide en varias partes:
El algoritmo de compresión de video en MPEG-1 opera en secuencias de cuadros (o cuadros ), cada uno de los cuales se representa como una matriz de píxeles . Cada píxel está asociado a una tríada de valores (Y, Cb, Cr) que describe sus coordenadas en el espacio de color YCbCr . Los componentes de crominancia (Cb y Cr) se reducen en el espacio en un factor de 4:1, para reducir la ocupación del ancho de banda resultante del proceso de compresión. El componente de luminancia (Y), por otro lado, no está submuestreado ya que es mucho más relevante para la calidad de la señal de video. Para proceder a la compresión, cada fotograma se descompone en macrobloques de 16x16 píxeles , cada uno de los cuales contendrá 4 bloques de 8x8 de muestras de luminancia (Y) y 2 bloques de 8x8 para las componentes de crominancia (Cb y Cr).
Hay tres tipos de fotogramas proporcionados en MPEG-1: I ( Intra ), P ( Predicho ) y B ( Predicho bidireccionalmente ). Para cada uno de ellos se utiliza un procedimiento de compresión diferente. Un frame de tipo I se procesa en base a técnicas intra-frame , es decir, utilizando únicamente la información contenida en el propio frame. Las tramas de tipo P y B , por el contrario, se comprimen mediante técnicas inter-trama , es decir, se procesan a partir de una predicción obtenida a partir de las tramas temporalmente anteriores y/o posteriores. La secuencia de vídeo se divide en Group Of Picture (GOP) en el que los diferentes tipos de fotogramas se alternan en una sucesión regular . Por ejemplo, un GOP podría representarse como una secuencia de tipo IBBBPBBBP. La estructura del GOP generalmente se puede configurar en función de las necesidades específicas de la aplicación en la que se coloca el contenido de video. En comparación con las tramas P o B, las tramas I garantizan una mayor inmunidad a la propagación de errores (ya que se decodifican sin hacer referencia a ninguna otra trama) pero requieren una mayor cantidad de bits (ya que no utilizan técnicas de predicción entre tramas ).
Los cuadros de tipo I se comprimen sin la ayuda de técnicas de predicción entre cuadros . El algoritmo de compresión se aplica a cada uno de los bloques de 8x8 que componen el cuadro I (y de forma independiente para cada una de las coordenadas Y, Cb y Cr) y se divide en los siguientes pasos:
La compresión de un cuadro P se obtiene a partir de una predicción del mismo, realizada a partir de un cuadro temporalmente anterior en el mismo GOP. La predicción se calcula estimando y compensando el desplazamiento de cada macrobloque del cuadro de referencia (respecto del cuadro a comprimir) en una ventana de ± 15 píxeles (horizontal y verticalmente). De esta forma, la predicción se obtiene traduciendo e integrando los macrobloques de la imagen de referencia. Posteriormente, el cuadro a comprimir se compara (por sustracción) con el cuadro predicho, obteniendo la imagen diferencia, que se comprime mediante técnicas de intra-cuadro . En el caso del cuadro B, el procedimiento es similar, pero la predicción se obtiene combinando dos predicciones, derivadas respectivamente de un cuadro anterior y uno posterior del GOP.