MPEG-4是基于第二代视频压缩编码技术制定的标准,它采用了一系列创新性的技术,在压缩效率和灵活性方面比先前的标准有了明显的改善。MPEG-4凭借其低码率高质量的优点,广泛应用在多媒体传输、存储和检索等领域。运动补偿是利用先前已编码帧的图像作为参考图像对当前图像进行预测的一种方式。在MPEG-4中引入了先进的运动补偿算法,其中包括4-MV(FourMotion Vectors,四运动矢量)模式,直接模式,无限制运动补偿,1/4像素精度运动补偿等以前没有的工具集。这些算法可以获得更高的编码效率和更优的图像质量,但也为VLSI设计和实现增加了难度。本文研究了MPEG-4运动补偿电路的VLSI设计与实现方法,完成的主要工作包括以下几个方面:(1)体系结构的设计:采用了自顶向下的方法,将运动补偿电路具体划分为运动矢量解码模块、地址产生模块、像素预测模块和重建模块四个子模块,然后对四个子模块进行了详细的设计和说明,包括介绍子模块的功能、内部硬件结构以及操作时序等。(2)关键功能模块的优化实现研究:针对运动补偿模块数据运算量大和访问帧存储器频繁的特点,采用四个插值单元同时处理,增加像素缓冲器,充分利用并行性结构等方法来加快运动补偿速度。(3)关键算法的改进和优化研究:对4-MV模式和直接模式的运动矢量预测,无限制运动补偿,1/4像素插值等关键算法的实现进行了详细的讨论。特别的,在4-MV模式运动矢量预测部分采用行存储策略和对无限制运动补偿提出了坐标转换法,节省了存储器资源。(4)FPGA原型实现及基于硬件原型的功能验证实践:针对运动补偿模块的功能验证情况多和整体性强的特点,提出了软件仿真验证和FPGA原型验证相结合的联合验证的方法。整个设计采用Verilog HDL语言描述,通过了现场可编程门阵列(FPGA)的原型验证,并采用SIMC0.18μm工艺单元库完成了该电路的逻辑综合。经过实际视频码流测试,本设计可以达到MPEG-4简单类和高级简单类的实时解码的技术要求。