MPEG1은 CD롬 등의 디지털 저장매체에 동영상과 음향을 1.5Mbps이내(VHS 테이프 화질)로 압축하여 저장하기 위한 국제표준이다. MPEG1의 동영상 압축방식은 JPEG의 화면내 부호화 기법과 H.261의 화면간 부호화 기법을 결합하여 개선한 것이다.
H.261로부터 MPEG1으로의 진화과정을 살펴보면 다음과 같다.
H.261은 영상전화및 영상회의를 위한 동영상 압축표준이다. 따라서 H.261이 다루는 화면은 기본적으로 사람의 얼굴과 어깨가 포함되는 소위 Head-and-Sh oulder 영상이다. 영상전화기의 경우 보통 카메라가 고정되어 있고 그 앞에서 화자가 화면에 나타나는 상대 얼굴을 보며 대화한다. 이 때의 영상은 고정된 배경과 약간의 얼굴 움직임(특히 눈과 입의 움직임이 큼)으로 특징지워진다. 따라서 장면전환이 없이 이웃하는 화면간 상관도가 매우 높고 화면간 부호화가 매우 효율적이다.
H.261에서 첫 화면은 모든 매크로블록을 화면내 부호화하고(Ⅰ화면)、 그 이후의 화면은 앞 화면으로부터 순방향 예측 부호화하여(P화면) 압축효율을 높이고 있다. 즉 화면의 구성은 IPPP-의 형태가 된다. P화면은 각 매크로블록 마다 움직임 추정 및 보상을 한 후 화면내 부호화(인트라 모드)와 화면간 부호화 인터 모드)중 보다 압축이 많이 되는 것을 선택한다.
한편 움직임 보상 예측 부호화에 있어서는 한번 에러가 발생하면 그것이 이후 계속 전파되어 화면이 원상복구되지 않는다. 이를 극복하기 위하여 H.261 에서는 각각의 매크로블록이 최소한 132화면에 한번씩 강제로 인트라 모드로 부호화되도록 규정하고 있다.
MPEG1이 대상으로 하는 화면은 H.261에서처럼 사람의 얼굴로 제한되지 않는 영화나 TV에서 보는 일반적인 영상이다. 따라서 움직임이 보다 많고 장면 전환도 수시로 발생한다. 또 음성을 통한 의사 전달이 주 목적인 H.261 기반영상전화와 달리 MPEG의 응용분야는 화질이 중요시되는 엔터테인먼트가 주를이루고 있다. 이를 고려하면 에러의 전파를 제한하고 화면 복구를 빠르게 하여야 한다. 또한 랜덤 액세스 기능이 있어 영상 시퀀스의 임의의 화면으로부터 재생이 가능하여야 한다.
위 조건들을 충실히 만족하려면 화면 하나하나를 화면내 부호화하여야 한다.
그한 예가 방송국 스튜디오에서 부분적으로 사용되고 있는 Motion JPEG(M-J PEG)인데 각 화면을 JPEG로 부호화하여 화면단위의 편집이 가능하고 에러가 다음 화면으로 전파되지 않는다. 그러나 M-JPEG는 화면간 상관도를 이용하지않아 압축효율이 떨어진다.
MPEG1은 H.261과 M-JPEG의 중간형태를 취하여 화면내 부호화되는 소위 I화면 은 일정한 주기로 위치시키고 그 사이의 화면들은 예측부호화하고 있다. I화 면은 에러 발생시나 전원을 켰을 때의 화면 복구와 랜덤 액세스의 기본 단위 가 된다. I화면의 부호화는 자연히 JPEG와 매우 흡사하게 된다. 보다 구체적으로는 JPEG기본(Baseline) 시스템과 유사하여 DCT+양자화+런길이 부호화 허프만 부호화의 결합으로 이루어져 있다.
MPEG1의 예측부호화 화면은 크게 두 종류로 나뉜다. 하나는 H.261에서 본 바와 같은 P화면으로 이전의 I 혹은 P화면으로부터 움직임보상 예측부호화를행한다. 또 하나는 MPEG1에 새로이 도입된 획기적 개념인 소위 B화면으로 전후의 가장 가까운 I 혹은 P화면으로부터 양방향으로 움직임 보상예측을 행하여 오차를 부호화한다. 따라서 화면의 구성은 B화면이 2개씩 들어가고 I화면 이 9화면에 한번씩 들어가는 경우 IBBPBBPBB IBB-의 형태가 된다.
P화면과 B화면은 움직임 보상 DPCM+DCT+양자화+런길이 부호화+허프만 부 호화의 결합으로 이루어진다. 다만 움직임 보상에 있어서 P화면은 순방향、B 화면은 양방향으로 이루어지는 점이 다르다.
여기서 B화면은 움직임 벡터의 양이 2배(순방향과 역방향)가 되지만 오차가P 화면에 비해 크게 줄어 압축효율이 높아진다. 반면 B화면 앞뒤의 I 혹은 P화 면이 차례로 부호화된 후 B화면이 부호화되므로 화면의 전송순서와 표시순서 가 바뀐다. 따라서 부호화/복호화에 여러 화면분의 지연이 불가피하고 화면 저장용 메모리 양이 크게 늘어난다. 예를 들어 현행 TV의 디지털 방송에있어서 B화면이 없으면 8Mb의 메모리가 필요하나 B화면이 있을 경우 16Mb가필요 하다. B화면은 화질 향상에 크게 기여하기 때문에 결국 화질과 시스템의복잡 도간 절충이 필요한데 최근에는 반도체 기술의 발전으로 구현시의 가격부담 이 적어져 많은 시스템에서 B화면을 넣어 사용하고 있다.
MPEG1은 1.5Mbps의 낮은 전송률에 기초하고 있어 MPEG1에 기초한 비디오 CD나 CD-I/FMV의 화질은 현행 방송보다 다소 떨어진다. 그럼에도 불구하고 멀티미디어 PC와 전자오락、 가정에서의 일반 영화 감상용으로는 무난한 화질 과 음질이라는 평을 받고 있다. 그런 점에서 앞으로 상당 기간동안 고가.고 화질.다기능의 MPEG2보다도 더 널리 쓰일 것으로 보인다.