随着高清数字电视的发展，视频质量的提升带来庞大的数据量，为了降低传输带宽，只能尽量压缩输入视频帧率。然而，目前主流显示器的刷新频率远高于视频帧率，另外液晶的特性也使得当显示器显示低帧率视频时会发生重影、模糊等不良现象。在这种情况下，能够用于高清视频的帧率变换技术将能很好的解决上述问题，有效提高视频显示质量。本文开始介绍了设计中采用的基于3DRS的帧率变换算法，并给出了算法的整体硬件架构。在此设计中，关键的技术难点在于如何控制整个数据流程，从而在尽可能短的时间内处理完庞大的数据。本文中重点设计了帧率变换系统的控制通路。首先设计了整体流水线处理结构，合理划分系统流水模块，使得各级流水处理时间接近，减少了每级流水的空转周期；并根据像素、矢量之间的数据依赖性采用块处理方法，减少每级流水间的数据依赖，提高系统并行程度。其次根据系统片上像元缓存的特点设计了一种可以复用的缓存访问方法，合理安排了像元缓存读写顺序，以及其他模块对像元缓存的访问顺序，提高像元缓存利用率。最后给出了系统数据流程，并在块处理器中实现了控制通路，且对其中关键模块进行了优化，提高其实现性能。接下来本文设计了整体系统的验证方案，并完成了高清帧率变换系统控制通路的综合、仿真和验证工作。通过Cadence的IMC软件对块处理器进行代码覆盖率检查，各个子模块的代码覆盖率都在95%以上，保证了块处理器验证的完备性；并用RC软件对块处理器进行综合，块处理器在65nmCMOS工艺下所面积为145184um~2。最终实现结果表明，本设计完全可以满足设计性能要求，即在200MHz的主频下，完成高清视频从1080P@60Hz向1080P@240Hz的4倍帧率变换。最后，基于已实现的高清帧率变换系统，提出了超高清帧率变换系统的架构。为了满足更大数据量处理的需求，在算法上对块大小以及搜索区域进行了优化，在架构上对像元缓存及像元缓存访问方式都进行了修改。并且针对周期数紧张的情况，提出了包括握手信号优化、减少运动矢量等策略，解决了超高清系统周期不足的情况，从而能满足系统频率要求，为超高清帧率变换系统的实现做好了前期设计工作。