随着数字媒体技术的快速发展，视频编解码在多媒体系统中的地位越来越重要。在尽可能低的存储情况下获得好的图像质量和低带宽图像快速传输已成为视频压缩的两大难题。为此ISO/IEC和ITU-T两大国际标准化组织联手制定了新一代视频压缩标准H.264。H.264视频编码标准致力于提高视频编码系统的编码压缩效率和不同网络环境的适应性。为此H.264在综合以往标准优点的同时采用了大量新技术，其中与运动估计相关的就主要有三项之多，分别是四分之一像素精度运动估计、7种分割的可变块大小匹配以及多参考帧技术。另一方面，H.264为了提高编码效率，采用的很多算法都有着很高的计算复杂度，加大了实时编解码实现的难度。对H.264编解码中的各个算法模块进行分析可以知道，帧间预测/运动估计模块的运算复杂性可能要占到整个编解码器的70%甚至更多。因此，帧间预测模块的实现，正是实现高清实时视频编解码系统的关键。所以本文正是以此为出发点，详细研究了H.264标准流程的每个环节和多个硬件参考实现，进行评估和改进，提出自己的编解码器帧间预测架构，具体内容如下：帧间预测硬件算法主要可以分成四类：预测运动矢量MVP计算调整策略，匹配搜索中心调整策略，降低计算复杂度、提高搜索范围的算法以及节省硬件开支的折中算法。这些算法既可以单独使用，也可以选择搭配实现，需视视编码效率和实现代价而定。本文先在详细分析了H.264标准编解码流程的基础上，借鉴参考实现，同时也提出一些新的帧间预测/运动估计模块的多种硬件实现算法，在H.264标准软件源代码JM基础上实现仿真比较得到不同算法间的优劣，并对一些较优秀的算法的搜索模式、降采样模式、搜索范围和搜索顺序等作出改进，如最终选择出一种Level C+数据复用的算法作为实现实时高清编解码器中帧间预测模块的基本架构。然后本文以模块为单位，对一些硬件实现中的难点一一分析，从基本设计框架、存储数据组织、可以支持模式、带宽和性能的估计甚至一些设计细节等不同角度设计了H.264实时高清编解码器帧间预测模块的详细架构，该架构可以显著的提高片上存储器数据的数据复用；减低对带宽和面积的要求；减少计算复杂度，在更低的频率上实现实时编码；并且在工程上易于实现。和参考文献的硬件实现性能比较可以看出，本文的设计实现在性能、带宽、面积、内存和图像质量的综合考量中要更优。