MPEG-1标准中视频压缩技术使用的DCT编码是基于（58)的图像子块实现的。

MPEG-1针对CIF标准分辨率（NTSC制为352×240，PAL制为352×288）的图像进行压缩，并在标准中规定了视／音频信息经过压缩后的数据码率最大为1.5Mb/s。MPEG-1可以实现在不同带宽的设备，如CD-ROM、Video-CD等数字媒体上进行存储，也可以在局域网、ISDN网上进行视／音频信息的传输。

MPEG-1视像（MPEG-1 Video）压缩视像数据的基本方法可以归纳为以下两点：在空间方向上，采用与JPEG类似的算法去掉空间冗余数据；在时间方向上，采用移动补偿（motion compensation）算法去掉时间冗余数据。为此，MPEG专家组开发了两项重要技术：定义了视像数据的结构和定义了三种类型的图像。

①视像的数据结构。

一个视像片段是由一系列静态图像（picture）组成的视像序列（sequence），而视像序列又可分成许多像组（Group Of Picture, GOP），像组中的每一帧图像分为许多像片（slice），每个像片由16行组成，把像片分成16行×16像素／行的宏块（macroblock, MB），宏块又可分成若干个8行×8像素／行的图块（block），如下图所示。当子采样格式为4:2:0时，一个宏块由4个亮度（Y）图块和两个色度图块（Cb和Cr）组成。

视像数据组织结构图

②三种类型的图像。

MPEG专家组定义了三种类型的图像，然后采用三种不同的算法分别对它们进行压缩。

. 帧内图像I（intra-picture）。简称I图像或I帧（I-picture或I-frame），包含内容完整的图像，用于为其他帧图像的编码和解码作参考，因此也称关键帧。

. 预测图像P（predicted picture）。简称P图像或P帧（P-picture或P-frame），指以在它之前出现的帧内图像I作参考图像的图像，对预测图像P进行编码就是对它们之间的差值进行编码。

. 双向预测图像B（bidirectionally-predictive picture）。也称双向插值图像B（bidirectionally-interpolated picture），简称B图像或B帧（B-picture或B-frame），以在它之前和之后的帧图像（I和P）作参考的图像，对B进行编码就是对帧内图像I和预测图像P的差值分别进行编码。

MPEG视频压缩编码技术

MPEG的全称为Moving Pictures Experts Group/Motion Pictures Experts Group（动态图像专家组），与JPEG一样，MPEG也是一个国际标准组织（ISO）下的委员会，专门从事音频和视频压缩编码的制定。

该专家组建于1988年，目前已经制定的标准主要有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7及MPEG-21，其中涉及压缩编码的是前3个标准。MPEG标准的视频压缩编码技术主要利用具有运动补偿的帧间压缩编码技术减小时间冗余度，利用DCT技术减小图像的空间冗余度，利用熵编码减小在信息表示方面的统计冗余度。通过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。MPEG-1主要由系统、音频和视频三个部分组成。音频部分根据不同的需要分为三个不同层次的编码方案，其中，层1和层2是建立在MUSICAM（掩蔽模式通用子带集成编码和多路复用）编码算法基础之上的，算法复杂度一般，而层3综合了ASPEC和OCF算法，并引入了MDCT变换、比特缓冲、非均匀量化和霍夫曼编码等技术，算法复杂度较高。下表为这三层编码方案的部分参数比较。MPEG-1视频主要有CD-ROM、VCD、CD-i等，传输速率为1.5Mb/s，每秒播放30帧。

MPEG-1 Audio的3层参数对照表

MPEG-2标准于1994年公布，包括编号系统、视频、音频和符合性测试四个部分。MPEG-2按压缩比的不同分成五个档次（profile），每一个档次又按图像清晰度的不同分成四种图像格式（或称为级别，level），共有20种组合，实际应用中较常用的有11种组合。这11种组合分别应用在不同的场合，如MP@ML（主档次与主级别）用于具有演播室质量标准清晰度的电视SDTV中，美国HDTV大联盟就采用了MP@HL（主档次及高级别）。MPEG-2通过对运动补偿的扩充使其编码效率也得到了大幅提高。

MPEG-4在1995年7月开始研究，1998年11月被ISO/IEC批准为正式标准。MPEG-4不仅针对一定比特率下的视频和音频编码，其还更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。MPEG-4的目标是利用很窄的带宽通过帧重建技术、数据压缩以求用最少的数据获得最佳的图像质量。MPEG-4编码过程把图像看作由分层的媒体对象组成，而不是以前的像素组合，大大提高了压缩率。MPEG-4的应用也非常广泛，如网上视频点播、网上音频点播、视频会议、数字广播等。

视频移动目标识别和跟踪技术是目前视频特征提取和识别技术研究的热点。视频移动目标识别和跟踪技术的研究目的是使计算机能够模拟人类视觉运动感知功能，并赋予机器辨识序列图像中运动目标的能力，为视频分析和理解提供重要的数据依据。视频移动目标识别和跟踪技术目前已广泛应用于交通车辆识别与跟踪、人脸识别与跟踪、导弹识别与跟踪等领域。

视频

视频是动态的画面序列，这些画面以超过每秒24帧的速度播放，便可以使观察者产生平滑、连续的视觉效果。视频类似于我们熟知的电影和电视，有声有色。电影采用了每秒24幅画面的播放速度，电视采用了每秒25幅或30幅画面的播放速度。视频图像可来自于录像带、影碟、电视、摄像机等，这些模拟视频信号可通过视频采集卡转换成数字视频信号，以便计算机进行处理和存储。

编码

编码过程

在给定了软件设计规格说明书后，下一步的工作就是编写代码。一般来说，编码工作可以分为四个步骤：

（1）确定源程序的标准格式，制订编程规范。

（2）准备编程环境，包括软硬件平台的选择，包括操作系统、编程语言、集成开发环境等。

（3）编写代码。

（4）进行代码审查，以提高编码质量。为提高审查的效率，在代码审查前需要准备一份检查清单，并设定此次审查须找到的bug数量。在审查时，要检查软件规格说明书与编码内容是否一致；代码对硬件和操作系统资源的访问是否正确；中断控制模块是否正确等。

编码准则

在嵌入式系统中，由于资源有限，且实时性和可靠性要求较高，因此，在开发嵌入式软件时，要注意对执行时间、存储空间和开发／维护时间这三种资源的使用进行优化。也就是说，代码的执行速度要越快越好，系统占用的存储空间要越小越好，软件开发和维护的时间要越少越好。

具体来说，在编写代码时，需要做到以下几点：

.保持函数短小精悍。一个函数应该只实现一个功能，如果函数的代码过于复杂，将多个功能混杂在一起，就很难具备可靠性和可维护性。另外，要限制函数的长度，一般来说，一个函数的长度最好不要超过100行。

.封装代码。将数据以及对其进行操作的代码封装在一个实体中，其他代码不能直接访问这些数据。例如，全局变量必须在使用该变量的函数或模块内定义。对代码进行封装的结果就是消除了代码之间的依赖性，提高了对象的内聚性，使封装后的代码对其他行为的依赖性较小。

.消除冗余代码。例如，将一个变量赋给它自己，初始化或设置一个变量后却从不使用它，等等。研究表明，即使是无害的冗余也往往和程序的缺陷高度关联。

.减少实时代码。实时代码不但容易出错、编写成本较高，而且调试成本可能更高。如果可能，最好将对执行时间要求严格的代码转移到一个单独的任务或者程序段中。

.编写优雅流畅的代码。

.遵守代码编写标准并借助检查工具。用自动检验工具寻找缺陷比人工调试便宜，而且能捕捉到通过传统测试检查不到的各种问题。

编码技术

编程规范

在嵌入式软件开发过程中，遵守编程规范，养成良好的编程习惯，这是非常重要的，将直接影响到所编写代码的质量。

编程规范主要涉及的三方面内容：

.命名规则。从编译器的角度，一个合法的变量名由字母、数字和下画线三种字符组成，且第一个字符必须为字母或下画线。但是从程序员的角度，一个好的名字不仅要合法，还要载有足够的信息，做到“见名知意”，并且在语意清晰、不含歧义的前提下，尽可能地简短。

.编码格式。在程序布局时，要使用缩进规则，例如变量的定义和可执行语句要缩进一级，当函数的参数过长时，也要缩进。另外，括弧的使用要整齐配对，要善于使用空格和空行来美化代码。例如，在二元运算符与其运算对象之间，要留有空格；在变量定义和代码之间要留有空行；在不同功能的代码段之间也要用空行隔开。

.注释的书写。注释的典型内容包括：函数的功能描述；设计过程中的决策，如数据结构和算法的选择；错误的处理方式；复杂代码的设计思想等。在书写注释时要注意，注释的内容应该与相应的代码保持一致，同时要避免不必要的注释，过犹不及。

性能优化

由于嵌入式系统对实时性的要求较高，因此一般要求对代码的性能进行优化，使代码的执行速度越快越好。以算术运算为例，在编写代码时，需要仔细地选择和使用算术运算符。一般来说，整数的算术运算最快，其次是带有硬件支持的浮点运算，而用软件来实现的浮点运算是非常慢的。因此，在编码时要遵守以下准则：

.尽量使用整数（char、short、int和long）的加法和减法。

.如果没有硬件支持，尽量避免使用乘法。

.尽量避免使用除法。

.如果没有硬件支持，尽量避免使用浮点数。

下图是一个例子，其中两段代码的功能完全一样，都是对一个结构体数组的各个元素进行初始化，但采用两种不同的方法来实现。下图（a）采用数组下标的方法，在定位第i个数组元素时，需要将i乘以结构体元素的大小，再加上数组的起始地址。下图（b）采用的是指针访问的方法，先把指针fp初始化为数组的起始地址，然后每访问完一个数组元素，就把fp加1，指向下一个元素。在一个奔腾4的PC上，将这两段代码分别重复10 700次，右边这段代码需要1ms，而左边这段代码需要2.13ms。

算术运算性能优化的例子

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