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H.264/AVC是由ITU-T VCEG和ISO/IEC MPEG两个组织联合制定的最新视频编码标准,其广泛应用在多媒体传输、存储和检索等领域。由于该标准采用了多种帧内预测模式、多模式高精度帧间预测、多参考帧预测以及4×4块的整数变换和基于内容自适应的二进制算术编码等新技术,从而提高了图像预测编码的精确度,可以获得更高的编码效率。然而这些新技术的使用大大增加了H.264/AVC编解码器中运动估计和运动补偿模块的VLSI设计复杂度。本文对H.264/AVC编解码器中运动估计和运动补偿的VLSI结构作了深入的研究,然后在此基础上提出了一种基于宏块级三级流水线的H.264/AVC运动估计VLSI结构和一种基于插值算法对称性的H.264/AVC分像素运动补偿VLSI结构。主要完成的研究工作有:1、通过去除数据相关性来充分挖掘H.264/AVC运动估计中的硬件并行性,提出了一种基于宏块级三级流水线的运动估计VLSI结构,该结构可以减小运动估计流水线结构中关键模块的时钟周期数,从而提高整个系统的性能。在运动估计模块的系统结构设计中,通过分析SDRAM的换行重新激活特性提出了一种优化的参考帧数据存储策略,以减小访问SDRAM时的换行次数,提高系统性能;并采用了一种循环存储以实现共享存储的策略,以节省存储单元面积。2、研究了一种基于分段存储策略的8个匹配位置并行处理的高性能H.264/AVC整像素运动估计VLSI结构,详细介绍了其中各个模块的具体设计分析和相应的VLSI结构,并详细阐述了基于分段存储策略的参考块数据读取过程。3、研究了一种基于分段存储策略的1/2像素和1/4像素运动估计并行处理的高性能分像素运动估计VLSI结构,详细介绍了其中各个模块的具体设计和相应的VLSI结构,并详细分析了基于分段存储策略的搜索窗存储器访问过程。4、通过分析亮度插值算法的对称性,本文提出了一种基于插值算法对称性的宏块级三级流水线架构的高性能运动补偿VLSI结构,并详细介绍了运动矢量预测模块、参考数据读取模块和内插模块的具体设计分析和相应的VLSI结构。其中的运动矢量预测模块采用了一种优化的预测算法,使其数据流规整,以适合硬件设计。其中的亮度插值模块采用了一种基于亮度插值算法对称性的分离一维亮度内插结构,该结构相对于传统的分离一维结构,在获得同等性能的情况下能节省5个六抽头滤波器和6个8位寄存器。