随着视频处理技术和超大规模集成电路技术的发展,视频编解码芯片的应用越来越广泛.因此,设计出低成本、高性能的视频编解码芯片,具有很高的商业价值,是非常热门的研究课题.首先,本文在研究了视频压缩算法的基础上,以H.263编解码器为例,深入研究了各类视频编解码芯片的结构.针对低码率视频处理应用的特点,在权衡了各种影响因素的基础上,完成了针对低码率应用的视频算法到芯片结构的映射,设计了处理器核与协处理器相结合的视频处理芯片体系结构.其次,本文针对这种体系结构和视频算法的特点,在原有面向音频处理的DSP核指令集基础之上补充完善了处理器核的指令结构.最后,本文在结合了四步搜索算法、相邻预测算法、部分失真排除法等运动估计算法等基础上,设计了改进的四步运动估计搜索算法.该算法依据相邻宏块运动向量的相关性,利用已知的相邻宏块的运动向量,估计当前宏块的初始位移值,配合四步搜索算法完成下一步搜索,搜索步骤数是四步法的一半.计算过程中,通过部分失真排除法停止一些无效位置的继续计算,进一步减小运算量.本文还采用改进四步运动估计搜索算法设计实现了宏块大小为16×16像素的运动估计协处理器的VLSI体系结构.该结构包含功能强大的PE阵列,可同时计算24对像素的SAD(Sum of Absolute Differences)值累加;通过加入局部寄存器,降低了对存储器的带宽要求,对搜索窗和当前块数据仅需一次读取操作,适用于低码率视频压缩应用.