近年来,随着多媒体和物联网的发展,H.264编码器被广泛的应用于视频监控系统、可穿戴设备等。在H.264编码器性能不断提升、功耗持续降低的同时,编码器进行帧间预测时的存取功耗日益增加,占据了编码系统总功耗的60%甚至更多。将参考帧压缩可以降低存储的数据量,进而降低存取功耗。在不同的压缩技术中,有损压缩因其可以减少大量的存储数据成为人们的研究热点。本文首先介绍了各种有损压缩算法,并以标准测试图片为基准验证了这些算法,得出了 I-ADPCM算法是目前压缩率相同情况下有损压缩算法中性能最好的算法的结论。针对I-ADPCM算法无法很好预测复杂图片的问题,本文对于像素的亮度分量,增加了 7种4×4小块的定向预测模式和1种非定向预测模式,减少了预测误差;对于原算法最佳预测模式选取不准确的缺陷,本文改进了模式选取方法,将量化值最小原则和关键残差最小原则结合,提高了最佳预测模式的选取命中率。在硬件设计上,对编码器和解码器进行了流水线设计和并行化设计,使得编码系统可以在不增加时钟频率的情况下完成480p@30fps的编码。为了降低编码器和解码器的功耗,本文在系统级和SRAM级进行了细粒度门控时钟的设计,使得编码器功耗降低了 15.4%,解码器功耗降低了 9.6%。本文最后对参考帧编码器和解码器进行了功能验证和功耗分析。在参考帧压缩率为50%的情况下,Y分量的平均信噪比降低了 0.204dB。在编码速率480p/30fps情况下,由于参考帧存取的数据量降低了一半,H.264编码系统的SDRAM存取功耗下降了 44.2%,整个编码系统能耗仅为3.9nJ/pixel。