上世纪90年代,多媒体技术随着人类进入信息时代而得到了迅猛发展。大信息量的音、视频数据被广泛使用,使得需要存储、处理和传输的信息量成指数级增长。这对数字编码技术和编码标准都提出了严峻的考验。为此国际标准化组织推出了许多编码标准,这其中就包括最有前景的MPEG-4标准。从MPEG-1到MPEG-4,以及现在非常流行的H.264视频编码标准都采用了很多技术来减少图像的时间和空间冗余度,包括运动估计与运动补偿、离散余弦变换、量化、霍夫曼编码等。其中,基于块匹配的运动估计与运动补偿是视频编码系统中最重要的组成部分之一。准确而高效的运动估计算法可以大大降低视频图像序列的空间冗余,带来高的压缩比。然而,运动估计的运算量是巨大的。因此,将运动估计和运动补偿做成一个独立的模块,作为视频编解码芯片的一个加速器单元,对降低芯片的功耗、提高芯片的性能和模块化设计都有着积极的意义。论文首先深入研究视频编码的基础知识和编码标准,对MPEG-4标准协议的语义语法进行了详细的分析。然后,深度分析了前人提出的各种运动估计与运动补偿算法,对比各种方法的特点,并根据硬件加速器实现的要求,提出了新的运动估计算法。新算法在块运动向量的搜索中用菱形搜索替代传统的全搜索,减少了约一半搜索计算量。然后,根据新算法,设计了视频运动估计加速器的架构和实现方案,其中主要包括加速器的外部接口、内部寄存器和指令集,同时详细阐述了加速器实现的工作原理和工作流程。最后,论文通过编写加速器实现的C模块和改写开源编解码器XVID中运动估计和运动补偿代码的方式,将加速器实现的C模型植入编解码器中,构建了仿真平台,并设计仿真实验和测试用例,用标准测试序列对该方案进行了大量的仿真实验,获得了丰富的实验数据。通过对仿真实验得到的数据进行详细的分析,得到了正确的仿真结果。仿真结果显示,此硬件实现方案支持MPEG-4标准,可以编码CIF和QCIF格式的图像。此外,该硬件实现方案虽然减少了大约50%左右的块运动矢量搜索运算量,然而图像的编码质量和码流比特并没有太大的损失,适合应用于中低端的编码解码芯片中。这对国内多媒体IC公司设计独立的运动估计硬件加速器模块具有较高的参考价值。