Example of 4:2:0 subsampling. The two overlapping center circles represent chroma blue and chroma red (color) pixels, while the 4 outside circles represent the luma (brightness).
← ホームへ戻る
MPEG-1MP3動画圧縮音声圧縮ISO/IEC 11172

MPEG-1の仕組みと歴史デジタルメディアの基礎を築いた標準規格

🗓 2026年8月13日

現代のデジタルライフに欠かせない動画や音楽の配信。その原点とも言えるのが、1991年に発表されたMPEG-1（Moving Picture Experts Group Phase 1）です。この規格は、限られたストレージや通信帯域で効率的にメディアを扱うための画期的な標準となり、後のMPEG-2やMP4などの発展に決定的な影響を与えました。

MPEG-1は単一の技術ではなく、ビデオ、オーディオ、そしてそれらを統合するシステムという複数の要素から構成される包括的な規格です。ISO/IEC 11172として定義されており、JPEGやH.261といった先行技術をベースに開発されました。

Key Facts

  • 正式名称：ISO/IEC 11172
  • 初版リリース：1991年12月6日
  • 主な構成：システム、ビデオ、オーディオ、適合性テスト、リファレンスソフトウェアの5パート
  • 代表的な成果：世界的に普及した音声圧縮形式「MP3」のベースとなった
  • ビデオ性能：最大4095×4095の解像度と100 Mbit/sのビットレートをサポート

MPEG-1を構成する5つの主要パート

MPEG-1規格は、実装の正確性を担保し、異なるデバイス間での互換性を維持するために、以下の5つのパートに分かれています。

MPEG-1規格（ISO/IEC 11172）の構成
パート 名称 役割・概要
Part 1 Systems ビデオとオーディオを統合し、プログラムストリームとして管理する仕組み
Part 2 Video 映像データの圧縮方式（H.261の影響を強く受けている）
Part 3 Audio 音声データの圧縮方式（Layer I, II, IIIを含む）
Part 4 Conformance testing 実装されたソフトウェアやハードウェアが規格に準拠しているかの検証
Part 5 Reference software エンコード・デコードの基準となるリファレンス実装の提供

ビデオ圧縮の技術的アプローチ

MPEG-1 Video（Part 2）では、データの冗長性を排除することでファイルサイズを劇的に削減しています。特に、時間的な変化が少ないフレーム間での差分のみを記録する手法が採用されました。具体的には、完全な画像を持つI-フレーム、前のフレームからの差分を記録するP-フレーム、前後の両方から予測するB-フレーム、そしてD-フレームといった異なるフレームタイプを使い分けています。

また、空間的な圧縮にはDCT（離散コサイン変換）が用いられ、画像を小さなブロック単位で処理し、人間が気づきにくい高周波成分を削る「量子化」を行うことで効率化を図っています。さらに、色の情報を間引くクロマサブサンプリングなどの手法も活用されています。

Example of 4:2:0 subsampling. The two overlapping center circles represent chroma blue and chroma red (color) pixels, while the 4 outside circles represent the luma (brightness).

オーディオ圧縮とMP3の誕生

MPEG-1 Audio（Part 3）は、人間の聴覚特性を利用した「心理音響モデル」に基づいています。これにより、人間が聞こえにくい音域をカットし、音質を維持しながらデータ量を削減することが可能になりました。このパートには3つのレイヤーが存在します。

  • Layer I：最も単純な構造で、比較的高いビットレートを必要とする。
  • Layer II：放送などで利用され、効率と品質のバランスが良い。
  • Layer III (MP3)：最も高度な圧縮率を誇り、後のデジタル音楽革命の主役となった。

音声処理の過程では、時間領域の波形を周波数領域に変換するFFT（高速フーリエ変換）などの解析が行われ、最適な圧縮が適用されます。

Example FFT analysis on an audio wave sample

サンプリングレートは32kHz、44.1kHz、48kHzに対応し、モノラルからステレオ、さらには独立した2チャンネルを扱うデュアルモードまで、多様なチャンネル構成をサポートしています。

規格の歴史と実装の柔軟性

MPEG-1の興味深い点は、デコーダー（再生側）の機能やビットストリームの形式は厳格に定義されている一方で、エンコーダー（作成側）の手法については詳細に規定されていないことです。これにより、開発者がより効率的な圧縮アルゴリズムを独自に開発する余地が生まれ、時代が進むにつれてより高品質なエンコーダーが登場することとなりました。

ASPEC 91 in the Deutsches Museum Bonn, with encoder (below) and decoder

この規格の開発には、ソニー、パナソニック（松下電器）、フィリップス、NHK、IBM、NECなど、世界中の主要な技術企業や放送機関が関わっており、業界全体の協力体制によって標準化が進められました。

Frequently Asked Questions

MPEG-1とMPEG-2の主な違いは何ですか？

MPEG-1は主にCD-ROMなどのデジタルストレージ向けに設計されましたが、MPEG-2はDVDやデジタル放送などのより高画質な用途向けに拡張された規格です。MPEG-2では、インターレース方式のサポートなど、放送設備に適した機能が追加されています。

MP3はMPEG-1のどの部分に該当しますか？

MP3は、MPEG-1規格の「Part 3: Audio」における「Layer III」という圧縮方式のことを指します。

.mpgや.mpegという拡張子は何を意味していますか？

これらは一般的にMPEG-1またはMPEG-2のビデオ・オーディオ圧縮ファイルに使用される拡張子です。現代では、MPEG-1ビデオ単体よりも、MPEG-1/2のプログラムストリームやトランスポートストリームを指すことが一般的です。

MPEG-1のビデオ解像度には制限がありますか？

規格上は最大4095×4095ピクセルまでサポートしており、ビットレートは最大100 Mbit/sまで対応可能です。

なぜエンコーダーによって画質や音質が変わるのですか？

MPEG-1規格は「どう再生するか（デコード）」は厳格に決めていますが、「どう圧縮するか（エンコード）」の具体的な手法は自由度が高いためです。そのため、より優れたアルゴリズムを搭載した新しいエンコーダーほど、同じファイルサイズでも高品質な結果を得ることができます。

References

  1. Patel K, Smith BC, Rowe LA (1993-09-01). "Performance of a software MPEG video decoder". Proceedings of the first ACM international conference on Multimedia - MULTIMEDIA '93. ACM Multimedia. New York City: Association for Computing Machinery. pp. 75–82. :10.1145/166266.166274.  .  3773268. Archived from the original on 2021-12-15. Retrieved 2021-12-15. Reference 3 in the paper is to Committee Draft of Standard ISO/IEC 11172, December 6, 1991.
  2. Adler, Mark; Popp, Harald; Hjerde, Morten (November 9, 1996), MPEG-FAQ: multimedia compression [1/9], faqs.org, archived from the original on January 4, 2017, retrieved 2016-11-11
  3. Le Gall, Didier (April 1991), MPEG: a video compression standard for multimedia applications (PDF), , archived (PDF) from the original on 2017-01-27, retrieved 2016-11-11
  4. Chiariglione, Leonardo (October 21, 1989), Kurihama 89 press release, /, archived from the original on August 5, 2010, retrieved 2008-04-09
  5. ISO/IEC JTC 1/SC 29 (2009-10-30). "Programme of Work — Allocated to SC 29/WG 11, MPEG-1 (Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to about 1,5 Mbit/s)". Archived from the original on 2013-12-31. Retrieved 2009-11-10.{{}}: CS1 maint: numeric names: authors list ()
  6. ISO. "ISO/IEC 11172-1:1993 – Information technology – Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to about 1,5 Mbit/s – Part 1: Systems". Archived from the original on 2016-11-12. Retrieved 2016-11-11.
  7. MPEG. "About MPEG – Achievements". chiariglione.org. Archived from the original on 2008-07-08. Retrieved 2009-10-31.
  8. MPEG. "Terms of Reference". chiariglione.org. Archived from the original on 2010-02-21. Retrieved 2009-10-31.
  9. MPEG. "MPEG standards – Full list of standards developed or under development". chiariglione.org. Archived from the original on 2010-04-20. Retrieved 2009-10-31.
  10. Lea, William (1994). Video on demand: Research Paper 94/68. . Archived from the original on 20 September 2019. Retrieved 20 September 2019.

📸 フォトギャラリー

Example of 4:2:0 subsampling. The two overlapping center circles represent chroma blue and chroma red (color) pixels, while the 4 outside circles represent the luma (brightness).
Example FFT analysis on an audio wave sample
ASPEC 91 in the Deutsches Museum Bonn, with encoder (below) and decoder