近年来,随着多媒体技术的飞速发展,许多应用领域对视频图像的实时压缩提出了更高的要求。离散余弦变换作为实现空间域压缩的关键,如何减少其计算量,并提高其硬件实现的速度和精度以满足海量视频数据的实时处理,一直是视频编解码领域中的研究热点。本文所研究的内容就是针对HDTV应用中高速,高精度二维离散余弦变换及其反变换的硬件实现。本文首先研究了视频编解码标准中DCT的作用和发展状况,在此基础上,进一步研究了FDCT和IDCT的数学原理,快速算法和硬件实现结构,分析了由于IDCT误差引起的漂移现象。根据IEEE标准1180—1990,研究了余弦系数量化步长和中间有限字长对IDCT设计结果精度的影响。然后,采用基于乘法器结构的一维FDCT/IDCT运算单元和乒乓结构的转置RAM,完成了RCM结构的二维FDCT/IDCT电路设计,并对电路进行了功能仿真,逻辑综合,时序仿真和基于Altera公司的Cyclone EP1C12Q240C8型芯片的FPGA验证。实验结果表明,上述设计都可以工作在130Mhz的时钟频率之上,完全能够实时处理MPEG-2标准的HDTV图像,且远远超过IEEE标准1180—1990的精度要求。本文共设计了四种一维运算单元:一维FDCT奇偶分解法、W.H.Chen算法、Loeffler算法和一维IDCT W.H.Chen算法。在本文的一维FDCT奇偶分解算法设计中,根据算法特点,设计了新的Booth乘法器,节省硬件资源,提高了电路速度。然后,使用一种新的实现方案完成了一维IDCT W.H.Chen算法设计。该实现方案根据余弦系数矩阵的特点,合理划分数据流,在该算法的基础上,将一维运算乘法次数减少为22次,并且仅使用了7个常系数乘法器完成一维运算单元设计。