出於以下兩個原因，圖像必須壓縮。
首先，傳輸數字圖像所需的帶寬遠窄於未壓縮圖像。例如，NTSC圖像以大約640 x 480的分辨率，24bits／象素，每秒30幀的質量傳輸時，其數據率達28M字節／秒或221M位／秒。此外，NTSC聲音信號還要使未壓縮圖像的比特率再增加一些。然而單速CD-ROM（1x）驅動器隻能以1.2M位／秒的速率傳輸數據。
第二個原因是以28M字節／秒的速率，15秒的未壓縮圖像將占用420M字節的內存空間，這對於大多數隻能處理小圖像片斷的台式計算機來說都是不可接受的。
當今把圖像加入電子信號的關鍵問題是壓縮方式。有幾種不同的壓縮方式，但MPEG是最有市場潛力的壓縮方式。
MPEG的曆史和優點
MPEG（即Moving Picture Experts Group運動圖像專家小組）是個國際標準，即所謂ISO11172。它的兩個標準─MPEG-1和MPEG-2特別重要。MPEG-1於 1991年引入，用於加速CD-ROM中圖像的傳輸。它的目的是把221Mbit/秒的NTSC圖像壓縮到1.2Mbit/秒，壓縮率為200:1。這是圖像壓縮的工業認可標準。
MPEG-2用於寬帶傳輸的圖像，圖像質量達到電視廣播甚至HDTV的標準。和MPEG-1相比，MPEG-2支持更廣的分辨率和比特率範圍，將成為數字圖像盤（DVD）和數字廣播電視的壓縮方式。這些市場將和計算機市場交織在一起，從而使MPEG-2成為計算機的一種重要的圖像壓縮標準。這一點非常重要，因為將MPEG-1的比特流解壓縮時需要用到MPEG-2的解壓縮器。另一標準──MPEG-4──正在發展中，它將支持非常低的比特率的數據流的應用，如電視電話，視頻郵件和電子報刊等。
對MPEG的廣泛接受意味著對它的使用者的投資保護。許多零售商出售MPEG的軟件或硬件播放器，這種競爭造成了價格的下降和質量的上升。MPEG-1可以和MPEG-2兼容，因此它是一種尚有發展餘地的標準。
MPEG如何工作
MPEG-1的特點是它是一種有損的，非平衡編碼。有損意味著為達到低比特率，一些圖像和伴音信息將丟失。通常這些信息是人眼和人耳最不敏感的信息，因此即使以1x CD-ROM的速率壓縮也能達到VHS的圖像質量和高保真立體聲的效果。MPEG采用非平衡編碼意味著壓縮一幅圖像比解壓縮慢的多。
MPEG-1的數據流包含3種成分：圖像流，伴音流和係統流。圖像流僅僅包含畫麵信息，伴音流包含聲音信息，係統流實現圖像和伴音的同步。所有播放MPEG圖像和伴音數據所需的時鍾信息都包含在係統流中。
MPEG用複雜的數學和心理學技術達到它的壓縮結果。MPEG伴音壓縮編碼利用了人耳靈敏度的研究結果，圖像編碼利用人眼對亮度，顏色，運動的靈敏度的一些有利結果。
MPEG伴音
CD伴音兩個通道共包含1.4Mbit/秒的數據流。聽覺心理學研究表明，采用適當的壓縮技術，此數據流可以壓縮到256Kbit/秒而不會感覺到任何失真。MPEG伴音利用這個結果，盡管一些MPEG壓縮器不支持高質量圖像。
MPEG伴音編碼可以實現3種壓縮等級。等級I是簡單壓縮，它是一種聽覺心理學模型下的亞抽樣編碼。等級II加入了更高的精度，等級III加入了非線性量化，Huffman編碼和其他實現低速率高保真圖像的先進技術。依次下去的等級提供了高質量和越來越高的壓縮率，但要求計算機有越來越強的壓縮能力。MPEG等級II可以把一個1.4Mbit/秒的立體聲數據流壓縮到32Kbit/秒-384Kbit/秒而保持高保真的聲音。典型數據為，等級I的目標是每個通道192Kbit/秒，等級II的目標是每個通道128Kbit/秒，等級III的目標是每個通道64Kbit/秒。目標II要達到64Kbit/通道時不如等級III效果好，而在128Kbit/通道，等級II和等級III的效果一樣，而且都比等級I效果好。正如上麵所說的，每通道128Kbit/秒或者說兩通道256Kbit/秒可以達到很好的保真度。因此，等級II對於高保真立體聲音響是必要的，但也已足夠了。
MPEG-1支持設置為單聲道，雙聲道，立體聲或聯合立體聲的兩個聲音通道，等級II的聯合立體聲把聲音信號的高頻部分（高於2KHz）結合起來，立體圖像整個保存下來，但僅傳輸瞬時包絡。等級I不支持兩和立體聲。有些MPEG壓縮器不能產生等時II的伴音流，從而聲音保真度較低而且沒有聯合立體聲功能。
MPEG圖像
MPEG圖像編碼包含3個成分：I幀，P幀和B幀。MPEG編碼過程中，一些圖像壓縮成I幀，一些壓縮成P幀，另一些壓縮成B幀。I幀壓縮可以得到6；1的壓縮比而不產生任何可覺察的模糊現象。I幀壓縮的同時使用P幀壓縮，可以達到更高的壓縮比而無可覺察的模糊現象。B幀壓縮可以達到200：1的壓縮比，其文件尺寸一般為I幀壓縮尺寸的15%，不到P幀壓縮尺寸的一半。I幀壓縮去掉圖像的空間冗餘度，P幀和B幀去掉時間冗餘度，下文將進一步解釋。
I幀壓縮采用基準幀模式，隻提供幀內壓縮，即把幀圖像壓縮到I幀時，僅僅考慮了幀內的圖像。I幀壓縮不能除去幀間冗餘度。幀內壓縮基於離散餘弦變換（DCT），類似於JPEG和H.261圖像中使用DCT的壓縮標準。
P幀采用預測編碼，利用相鄰幀的一般統計信息進行預測。也就是說，它考慮運動特性，提供幀間編碼。P幀預測當前幀與前麵最近的I幀或P幀的差別。
B幀為雙向幀間編碼。它從前麵和後麵的I幀或P幀中提取數據。B幀基於當前幀與前一幀和後一幀圖像之間的差別進行壓縮。
MEPG數據流開始時對CCIR-601規定的SIF分辨率的未壓縮數字圖像進行抽樣。SIF分辨率，對於NTSC製，就是亮度信號為352＊240各像素，每個色度信號都為176＊120個象素。各信號都是每秒30幀。MPEG壓縮器決定了當前幀以I幀，P幀還是B幀。幀確定之後就采用DCT變換，對結果進行量化，舍入，行程編碼即變長編碼。編碼後的典型圖像幀序為：IBBPBBPBBPBBIBBPBBPBBPBBI…
B幀和P幀要求計算機有更強的功能。有些壓縮器不能產生B幀或者連P幀也不能產生，則圖像的壓縮結果將有很明顯的間斷。
其他形式的圖像壓縮
當然，MPEG不是僅有的圖像壓縮標準。H.261,運動JPEG,Cinepak和Indeo是最優的替代標準.
H.261和Motion-JPEG與MEPG采用相似的技術,即都采用離散餘弦變換(DCT)。然而，JPEG就象MPEG I幀壓縮一樣，是一種幀內壓縮，而且要想不產生可覺察的模糊現象，壓縮比不能超過10。因此，要用CD-ROM或Internet傳輸圖像，JPEG不是一種好的選擇，因為它們的壓縮比要求達到200：1。H.261可以提供很高的壓縮比,然而它不太適用於有大量運動的圖像，而最適用於有靜態背景的談話圖像。盡管H.261支持通過P幀的幀間壓縮，但它不支持B幀壓縮。因此，高壓縮率的獲得是以部分犧牲圖像質量為代價的。當圖像質量和運動很重要時，H.261將不再是好的選擇。
Indeo3.2和4.0是專賣的,采用不同的壓縮技術。Indeo 4.0壓縮是兩者中較複雜的一種,允許雙向預測(B幀)和縮放。一般,Indeo4.0壓縮用軟件實現,速度很慢,尤其是使用B幀編碼時尤其如此。Indeo的B幀壓縮還會造成幀丟失。縮放功能還會造成突變邊緣有可覺察的象素化現象及幀的丟失。不用B幀壓縮和縮放功能時,320x240分辨率,每秒15幀的圖像可以壓縮到每秒200Kbytes。相比之下,MPEG提供了更高的壓縮率,即將352x240分辨率,每秒30幀的圖像壓縮到每秒150Kbyte。
Cinepak是由Radius公司發展的一種壓縮技術，它也是專賣的，壓縮速度很慢。一般它提供每秒15幀的CD而不象MPEG為每秒30幀。
結論
盡管圖像壓縮有幾種變解碼標準，MPEG-1是唯一一種能提供低速率高質量的編解碼標準。然而，MPEG的世界也存在差別。並非所有MPEG都支持完全MPEG編碼，既同時包括I，P和B幀壓縮。沒有B幀壓縮，圖像質量在要求高壓縮率的場合會有所下降。也不是所有MPEG都支持壓縮後的高質量伴音，隻支持等級I編碼的MPEG壓縮器將不能得到與等級II相同的伴音質量。
