运动估计算法是MPEG-4视频图像压缩框架中最关键的技术之一，对视频编码的正确性和效率影响重大。其主要的目的就是利用相邻帧之间的运动信息的相关性，用参考帧以及残差来代替本帧的信息，从而很大程度上提高压缩比。运动估计计算量大，在整个编码过程中占80%以上的时间。对于运动估计算法的快速算法的研究显得尤其重要。本文对MPEG-4运动估计部分进行了研究，并对匹配准则、搜索策略和初始搜索点的确定进行对比分析和相应改进。主要深入研究了影响运动估计效率的搜索算法，分析对比常见的几种搜索策略：三步搜索、菱形搜索、六边形搜索等。通过几种快速搜索策略的优缺点分析，对视频流特征进行仔细研究，提出了一种多模板非对称十字六边形搜索策略。通过对比运用不同搜索策略的运动估计算法的PSNR和搜索时间，验证该算法的正确性和效率，从而使整个系统的压缩比、信噪比都达到设计要求。PtolemyII是支持层次异构的建模工具，将面向角色的思想引入到建模中。但是其本身的角色库不够健全。本文在研究PtolemyII建模的基础上，设计基于多模板非对称十字六边形搜索算法的运动估计角色和逆运动估计角色及MPEG-4视频处理系统中运动估计依赖的角色，如视频序列预处理角色和视频宏块分割角色等。分别针对运动估计模块和逆运动估计模块建立模型，并在PtolemyII平台上的SDF域进行建模和仿真验证。