H.264是由ISO和ITU-T共同开发的新一代视频压缩标准[1]。它通过采用一系列新的特性使得其压缩性能比以往的视频压缩标准至少提高了两倍[2]。但是,高效的压缩性能显著增加了运算复杂度,这对实时解码系统的硬件设计提出了巨大挑战。H.264/AVC实时解码过程中,运动补偿过程大约占了整个解码时间的80%。H.264/AVC支持1/4像素精度的六阶滤波器插值运算和多达16个参考图像,这造成了参考像素定位过程和子像素插值过程成为了解码系统中最复杂和最耗时的两个环节。因此,提高运动补偿过程的效率是提高解码系统性能的关键。本文主要研究内容和创新点包括：1、本论文提出了一种高效的4层存储架构,大大减少了外部存储器的访问量,从而解决了大量外部存储器访问所带来的性能、功耗等问题。2、本论文提出了子像素插值的两层流水线设计方法。第一层流水机制是基于4x4分割块参考像素读取和插值运算的两级流水,实现了不同4x4块插值过程的并行操作。第二层流水机制利用插值运算算法中1/2像素值之间的无依赖性以及水平和垂直插值运算过程的对称性,加速了各子像素位置处的像素插值运算过程。3、本论文提出了一种高效的参考图像管理机制。通过建立参考图像索引(reference index,简称refidx)和参考图像在外部解码图像缓存中的索引(dpb index,简称dpbidx)的直接映射,以及在直接预测模式中将参考图像定位过程的优化,减少了运动补偿过程的软硬件两部分的实现复杂度。