H.264视频编码标准是目前最先进的视频编码标准,它具有优良的编码性能和良好的网络适应性,然而,它的运算复杂度也超过了以往所有的视频编码标准,特别是在帧间编码过程中,由于使用了可变块运动估计、多参考帧运动补偿和拉格朗日率失真优化等新的编码技术,使得运动估计过程占用了整个编码器大部分的编码运算时间。整数像素运动估计模块主要完成粗精度的帧间匹配搜索,分数像素运动估计模块在整数像素运动估计的基础上,再对宏块分割进行率失真优化控制下的1/2像素和1/4像素精度匹配搜索,最终得到宏块的编码模式和运动矢量。对于1080P高清视频,一帧要处理8160个宏块,分数像素运动估计模块的设计,对整个编码器的实时编码性能至关重要。论文针对H.264视频编码标准的帧间编码算法和1080P高清编码系统设计需求,依据面积与速度的平衡互换设计原则,对分数像素运动估计编码算法进行了深入的分析,并对其做出了适当的优化调整,并以此提出了基于流水的分数像素分级搜索构架。本设计将整个分数像素运动估计分为1/2和1/4精度两级完成,针对各级别提出了相应的构架,并对模块进行了划分与分析设计。本文提出采用流水结构完成1/2像素精度插值,具有较低的复杂度及较大的吞吐量,以适应高清视频编码需要。在1/4像素运动估计模块中,将像素插值与SAD计算整合到同一运算单元中,使得运算扁平化,提高了电路性能。本设计对一个宏块的分数像素运动估计时钟消耗在150个周期以内,符合1080P@30fps高清应用要求。本文使用参考C模型对设计进行了功能验证,在Chartered 0.13μm工艺下对整个RTL代码进行了综合,综合后的逻辑门为140.8K,最高频率约150MHz,在1.20V供电下,功耗约27mW。