簡述MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4的壓縮編碼原理，舉例說明。
MPEG壓縮編碼演算法包括了幀內編碼、幀間編碼，DCT變換編碼、自適應量化、熵編碼和運動估計和運動補償等一系列壓縮方法。 為了區分幀內、幀間編碼，MPEG-2定義了三種編碼圖象。
MPEG-1標準用於數字儲存體上活動影象及其伴音的編碼，其數位元速率為1.5Mb/s。
MPEG-1影片壓縮技術的特點：1. 隨機存取；2. 快速正向/逆向搜尋；3 .逆向重播；4. 視聽同步；5. 容錯性；6. 編/解碼延遲。MPEG-1影片壓縮策略：為了提高壓縮比，幀內/幀間影象資料壓縮技術必須同時使用。幀內壓縮演算法與JPEG壓縮演算法大致相同，採用基於DCT的變換編碼技術，用以減少空域冗餘資訊。幀間壓縮演算法，採用預測法和插補法。預測誤差可在透過DCT變換編碼處理，進一步壓縮。幀間編碼技術可減少時間軸方向的冗餘資訊。
MPEG-2標準是針對標準數字電視和高畫質晰度電視在各種應用下的壓縮方案和系統層的詳細規定，編碼位元速率從每秒3兆位元～100兆位元，標準的正式規範在ISO/IEC13818中。MPEG-2不是MPEG-1的簡單升級，MPEG-2在系統和傳送方面作了更加詳細的規定和進一步的完善。MPEG-2特別適用於廣播級的數字電視的編碼和傳送，被認定為SDTV和HDTV的編碼標準。
MPEG-2影象壓縮的原理是利用了影象中的兩種特性：空間相關性和時間相關性。這兩種相關性使得影象中存在大量的冗餘資訊。如果我們能將這些冗餘資訊去除，只保留少量非相關資訊進行傳輸，就可以大大節省傳輸頻帶。而接收機利用這些非相關資訊，按照一定的解碼演算法，可以在保證一定的影象質量的前提下恢復原始影象。一個好的壓縮編碼方案就是能夠最大限度地去除影象中的冗餘資訊。
MPEG-2的編碼影象被分為三類，分別稱為I幀，P幀和B幀。
I幀影象採用幀內編碼方式，即只利用了單幀影象內的空間相關性，而沒有利用時間相關性。P幀和B幀影象採用幀間編碼方式，即同時利用了空間和時間上的相關性。P幀影象只採用前向時間預測，可以提高壓縮效率和影象質量。P幀影象中可以包含幀內編碼的部分，即P幀中的每一個宏塊可以是前向預測，也可以是幀內編碼。B幀影象採用雙向時間預測，可以大大提高壓縮倍數。
MPEG-2的編碼碼流分為六個層次。為更好地表示編碼資料，MPEG-2用句法規定了一個層次性結構。它分為六層，自上到下分別是：影象序列層、影象組(GOP)、影象、宏塊條、宏塊、塊。
MPEG-2標準在廣播電視領域中的主要應用如下：
（1）視音訊資料的儲存
一直以來，電視節目、音像資料等都是用磁帶儲存的。這種方式有很多弊端：易損，佔地大，成本高，難於重新使用。更重要的是難以長期儲存，難以查詢、難以共享。隨著計算機技術和影片壓縮技術的發展，高速寬頻計算機網路以及大容量資料儲存系統給電視臺節目的網路化儲存、查詢、共享、交流提供了可能。
採用MPEG-2壓縮編碼的DVD視盤，給資料儲存帶來了新的希望。電視節目、音像資料等可透過MPEG-2編碼系統編碼，儲存到低成本的CD-R光碟或高容量的可擦寫DVD-RAM上，也可利用DVD編著軟體(如Daikin Scenarist NT、Spruce DVDMaestro等)製作成標準的DVD視盤，既可節約開支，也可節省存放空間。
（2）電視節目的非線性編輯系統及其網路
在非線性編輯系統中，節目素材是以數字壓縮方式儲存、製作和播出的, 影片壓縮技術是非線性編輯系統的技術基礎。目前主要有M-JPEG和MPEG-2兩種數字壓縮格式。
MPEG -4是針對一定位元率下的影片、音訊編碼，更加註重多媒體系統的互動性和靈活性。MPEGⅣ傳輸速率在4800-6400bps之間，解析度為176×144，可以利用很窄的頻寬透過幀重建技術壓縮和傳輸資料，從而能以最少的資料獲得最佳的影象質量。MPEGⅣ屬於一種高比率有失真壓縮演算法，其影象質量始終無法和DVD原MPEG-2相比，畢竟DVD的儲存容量比較大。因此，現在的MPEGⅣ只能面向娛樂、欣賞方面的市場那些對影象質量要求較高的專業影片領域暫時還不能採用。
MPEG-4是1999年推出的壓縮演算法，經過不斷的完善，現在已經推出了第三版。作為目前做好的視音訊壓縮演算法，已經為各個廠商廣泛採用。
⑴解析度高：MPEG-4可以達到非常接近MPEG-2的高解析度效果。POS-Watch的MPEG-4演算法+RET解析度加強技術，使畫面解析度可達704*576，而其他產品（特別是基於PC-base的工控型產品）即使採用的是MPEG-4壓縮演算法，由於其系統資源需要支援龐大的WINDOWS系統，又無解析度加強技術，所以只能做到352*288的解析度。
⑵壓縮率高：MPEG-4的壓縮率可高達200：1，一幀畫面的容量只有1-2KB。如此高的壓縮率，解決了硬碟容量的瓶頸，使我們能儲存更長時間的錄影檔案。另外，逐幀播放功能也是MPEG-4所特有的。
⑶動態分配碼流：MPEG-4的碼流頻寬是不固定的（而MPEG-1固定碼流1.5Mbits/s），它能夠根據畫面的複雜程度和變化程度來自動調整碼流，在畫面比較複雜或變化比較劇烈的時候佔用較多的頻寬，保證了畫面質量；在畫面比較簡單或靜止的時候，佔用較少的頻寬，節約了資源。
⑷適合網路傳輸：POS-Watch一路實時（25幀/秒）上傳所佔的頻寬大約為600Kbits/s（不固定，視具體情況不同而佔用的頻寬也不同），非常適合低頻寬的網路傳輸。即使網路頻寬嚴重不足，MPEG-4能降低一定的幀數來保證畫面質量。另外，一個影片源多個視音訊物件編碼，非常適合互動式多媒體通訊。
⑸演算法不固定：MPEG-4是個開放的演算法（MPEG-1和MPEG-2都是固定的演算法），各個廠商都能開發自己的MPEG-4演算法，POS-Watch的MPEG-4演算法是由POSDATA公司針對TI（德州儀器）的DSP（精簡指令集的數字訊號處理器）開發的，另外，由於各個廠商開發的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證。
⑹高抗誤碼性：現在的監控系統基本都要涉及到網路，然而乙太網的誤碼性是非常高的，如果沒有很高的抗誤碼性，會嚴重影響畫面的傳輸質量。MPEG-4錯誤處理的魯棒性，有助於低位元率影片訊號在高誤位元速率環境下的儲存和傳輸。
簡述MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4的壓縮編碼原理，舉例說明。
MPEG壓縮編碼演算法包括了幀內編碼、幀間編碼，DCT變換編碼、自適應量化、熵編碼和運動估計和運動補償等一系列壓縮方法。 為了區分幀內、幀間編碼，MPEG-2定義了三種編碼圖象。
MPEG-1標準用於數字儲存體上活動影象及其伴音的編碼，其數位元速率為1.5Mb/s。
MPEG-1影片壓縮技術的特點：1. 隨機存取；2. 快速正向/逆向搜尋；3 .逆向重播；4. 視聽同步；5. 容錯性；6. 編/解碼延遲。MPEG-1影片壓縮策略：為了提高壓縮比，幀內/幀間影象資料壓縮技術必須同時使用。幀內壓縮演算法與JPEG壓縮演算法大致相同，採用基於DCT的變換編碼技術，用以減少空域冗餘資訊。幀間壓縮演算法，採用預測法和插補法。預測誤差可在透過DCT變換編碼處理，進一步壓縮。幀間編碼技術可減少時間軸方向的冗餘資訊。
MPEG-2標準是針對標準數字電視和高畫質晰度電視在各種應用下的壓縮方案和系統層的詳細規定，編碼位元速率從每秒3兆位元～100兆位元，標準的正式規範在ISO/IEC13818中。MPEG-2不是MPEG-1的簡單升級，MPEG-2在系統和傳送方面作了更加詳細的規定和進一步的完善。MPEG-2特別適用於廣播級的數字電視的編碼和傳送，被認定為SDTV和HDTV的編碼標準。
MPEG-2影象壓縮的原理是利用了影象中的兩種特性：空間相關性和時間相關性。這兩種相關性使得影象中存在大量的冗餘資訊。如果我們能將這些冗餘資訊去除，只保留少量非相關資訊進行傳輸，就可以大大節省傳輸頻帶。而接收機利用這些非相關資訊，按照一定的解碼演算法，可以在保證一定的影象質量的前提下恢復原始影象。一個好的壓縮編碼方案就是能夠最大限度地去除影象中的冗餘資訊。
MPEG-2的編碼影象被分為三類，分別稱為I幀，P幀和B幀。
I幀影象採用幀內編碼方式，即只利用了單幀影象內的空間相關性，而沒有利用時間相關性。P幀和B幀影象採用幀間編碼方式，即同時利用了空間和時間上的相關性。P幀影象只採用前向時間預測，可以提高壓縮效率和影象質量。P幀影象中可以包含幀內編碼的部分，即P幀中的每一個宏塊可以是前向預測，也可以是幀內編碼。B幀影象採用雙向時間預測，可以大大提高壓縮倍數。
MPEG-2的編碼碼流分為六個層次。為更好地表示編碼資料，MPEG-2用句法規定了一個層次性結構。它分為六層，自上到下分別是：影象序列層、影象組(GOP)、影象、宏塊條、宏塊、塊。
MPEG-2標準在廣播電視領域中的主要應用如下：
（1）視音訊資料的儲存
一直以來，電視節目、音像資料等都是用磁帶儲存的。這種方式有很多弊端：易損，佔地大，成本高，難於重新使用。更重要的是難以長期儲存，難以查詢、難以共享。隨著計算機技術和影片壓縮技術的發展，高速寬頻計算機網路以及大容量資料儲存系統給電視臺節目的網路化儲存、查詢、共享、交流提供了可能。
採用MPEG-2壓縮編碼的DVD視盤，給資料儲存帶來了新的希望。電視節目、音像資料等可透過MPEG-2編碼系統編碼，儲存到低成本的CD-R光碟或高容量的可擦寫DVD-RAM上，也可利用DVD編著軟體(如Daikin Scenarist NT、Spruce DVDMaestro等)製作成標準的DVD視盤，既可節約開支，也可節省存放空間。
（2）電視節目的非線性編輯系統及其網路
在非線性編輯系統中，節目素材是以數字壓縮方式儲存、製作和播出的, 影片壓縮技術是非線性編輯系統的技術基礎。目前主要有M-JPEG和MPEG-2兩種數字壓縮格式。
MPEG -4是針對一定位元率下的影片、音訊編碼，更加註重多媒體系統的互動性和靈活性。MPEGⅣ傳輸速率在4800-6400bps之間，解析度為176×144，可以利用很窄的頻寬透過幀重建技術壓縮和傳輸資料，從而能以最少的資料獲得最佳的影象質量。MPEGⅣ屬於一種高比率有失真壓縮演算法，其影象質量始終無法和DVD原MPEG-2相比，畢竟DVD的儲存容量比較大。因此，現在的MPEGⅣ只能面向娛樂、欣賞方面的市場那些對影象質量要求較高的專業影片領域暫時還不能採用。
MPEG-4是1999年推出的壓縮演算法，經過不斷的完善，現在已經推出了第三版。作為目前做好的視音訊壓縮演算法，已經為各個廠商廣泛採用。
⑴解析度高：MPEG-4可以達到非常接近MPEG-2的高解析度效果。POS-Watch的MPEG-4演算法+RET解析度加強技術，使畫面解析度可達704*576，而其他產品（特別是基於PC-base的工控型產品）即使採用的是MPEG-4壓縮演算法，由於其系統資源需要支援龐大的WINDOWS系統，又無解析度加強技術，所以只能做到352*288的解析度。
⑵壓縮率高：MPEG-4的壓縮率可高達200：1，一幀畫面的容量只有1-2KB。如此高的壓縮率，解決了硬碟容量的瓶頸，使我們能儲存更長時間的錄影檔案。另外，逐幀播放功能也是MPEG-4所特有的。
⑶動態分配碼流：MPEG-4的碼流頻寬是不固定的（而MPEG-1固定碼流1.5Mbits/s），它能夠根據畫面的複雜程度和變化程度來自動調整碼流，在畫面比較複雜或變化比較劇烈的時候佔用較多的頻寬，保證了畫面質量；在畫面比較簡單或靜止的時候，佔用較少的頻寬，節約了資源。
⑷適合網路傳輸：POS-Watch一路實時（25幀/秒）上傳所佔的頻寬大約為600Kbits/s（不固定，視具體情況不同而佔用的頻寬也不同），非常適合低頻寬的網路傳輸。即使網路頻寬嚴重不足，MPEG-4能降低一定的幀數來保證畫面質量。另外，一個影片源多個視音訊物件編碼，非常適合互動式多媒體通訊。
⑸演算法不固定：MPEG-4是個開放的演算法（MPEG-1和MPEG-2都是固定的演算法），各個廠商都能開發自己的MPEG-4演算法，POS-Watch的MPEG-4演算法是由POSDATA公司針對TI（德州儀器）的DSP（精簡指令集的數字訊號處理器）開發的，另外，由於各個廠商開發的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證。
⑹高抗誤碼性：現在的監控系統基本都要涉及到網路，然而乙太網的誤碼性是非常高的，如果沒有很高的抗誤碼性，會嚴重影響畫面的傳輸質量。MPEG-4錯誤處理的魯棒性，有助於低位元率影片訊號在高誤位元速率環境下的儲存和傳輸。