H.264视频编解码标准以其高压缩比、高图像质量、良好的网络适应性等优点在数字电视广播、网络视频流媒体传输、视频实时通信等许多方而得到了广泛应用。提高H.264帧内预测的速度,对于实时性要求较高的场合具有重大的意义。为此,论文在总结国内外相关研究的基础上,针对H.264帧内预测的软件实现具有运算量大、实时性差等缺点,提出了一种基于FPGA的高并行、多流水线结构的帧内预测算法的硬件实现。论文在详细阐述H.264帧内预测编码技术的基础上,分析了17种预测模式算法,通过Matlab仿真建模,直观地给出了预测模式的预测效果,并在JM12.2官方验证平台上测试比较各种预测模式对编码性能的影响,以此为根据对帧内预测模式进行裁剪。接着论文提出了基于FPGA的帧内预测系统的设计方案,将前段采集到的RGB图像通过色度转换模块转换成YCbCr图像,存入片外SDRAM中,控制模块负责读写数据送入帧内预测模块进行处理。帧内预测模块中,采用一种并行结构的可配置处理单元,即先求和再移位最后限幅的电路结构,来计算各预测模式下的预测值,极大地减小了预测电路的复杂度。针对预测模式选择算法,论文采用多模式并行运算的方法,即多个结构相同的残差计算模块,同时计算各种预测模式对应的SATD值,充分发挥FPGA高速并行处理的能力。其中Hadamard变换使用行列分离的变换方法,采用蝶形快速变换、流水线设计提高硬件的工作效率。最后,论文设计了LCD显示模块直观地显示所得到的最佳预测模式。整个帧内预测系统被划分成多个功能模块,采用层次化、模块化的设计思想,并采用流水线结构和乒乓操作来提高系统的并行性、运行速度和总线利用率。所有模块用Verilog语言设计,由Modelsim仿真和集成开发环境ISE9.1综合。仿真与综合结果表明,系统时钟频率最高达到106.7MHz。该设计在完成功能的基础上,能够较好地满足实时性要求。论文对于研究基于FPGA的H.264视频压缩编码系统进行了有益的探索,具有一定的实用价值。