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H.264是由联合视频组JVT开发的新一代视频压缩编码标准,具有高压缩比、高图像质量、良好的网络适应性等优点。该标准优良的性能是以高运算复杂度为代价的,而帧间预测正是其中复杂度最高的部分;与此同时,为加快编码速度,全硬件化实现H.264编码已经成为了业界的发展潮流,FPGA是其中一个重要平台,因此研究H.264的关键环节——帧间预测在FPGA上的低功耗实现有重要的现实意义。论文的主要研究工作有:1、研究H.264编码系统和相关知识,重点研究块匹配运动估计原理,分析经典运动估计算法,为帧间预测设计和实现奠定基础。2、设计适合硬件实现的运动估计算法。采用硬件实现复杂度较低、性能较好的分层搜索算法。论文对分层运动估计算法的各个关键环节进行了详细的技术分析,并对算法细节进行设计以减少其运算量和搜索复杂度。在Visual Studio 2008平台上编写C代码植入JM15.1模型中对算法性能进行验证。结果表明,该算法的搜索时间仅为JM参考算法Fast Full的1.8%,而峰值信噪比PSNR相对于Fast Full搜索算法降低了0.076DB,码率增高4.6%,86%的MV相同,达到了较好的搜索效果。3、设计并实现帧间预测。构建帧间预测整体结构,用Verilog HDL语言完成各个模块的设计,在Modelsim中对各个模块进行仿真并与Matlab计算出的结果对比。结果表明各模块功能完全正确,能够满足每秒25帧,分辨率为720×480的视频序列的实时运动估计。4、对系统进行优化和功耗分析。研究影响FPGA功耗的因素,采用关断时钟、减少信号翻转和优化设计减少逻辑单元消耗等方法优化设计,降低FPGA功耗。用Altera公司的PowerPlay对优化前后的系统进行功耗估计,优化前系统功耗706mW,优化后达到584mW,优化措施有效降低了系统功耗。结果表明:本文采用的算法和算法在FPGA上的实现在性能和资源消耗上都具有较大优势,对基于FPGA的H.264帧间预测实现具有一定的参考价值。