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H.264已经成为目前最主流的视频压缩标准，在码率方面它表现出了很好的网络亲和力。然而H.264的高压缩效率是以计算复杂度为代价的，其编码的计算复杂度约为H.263的3倍。随着人们对图像质量要求的提高，在面对高清视频源、超高清视频源时，DSP的处理能力显得捉襟见肘。FPGA最显著的特点是其并行处理的能力，除此之外FPGA有很强的处理复杂逻辑的能力，有丰富的I/O、逻辑运算资源。随着大规模集成电路的持续发展，FPGA逻辑资源规模越来越大，成本也越来越低，基于FPGA的视频图像处理逐渐成为人们关注的热点。本文在系统分析H.264帧内预测关键技术的基础上，提出了一种基于模式并行（Mode Parallel Compute，MPC）的帧内预测架构。该架构能够对每个宏块的9种帧内预测模式同时进行分析，避免大量中间值的重复运算，既简化了帧内预测运算，又减少了资源消耗。在xc5vlx330t硬件平台下进行综合仿真表明，该架构消耗20177个片内寄存器，35475个LUT，10223个Slice。该架构最高工作频率为219MHz，处理一个宏块需要657个时钟周期，按照整体编码器100MHz的工作频率，该架构可以实现1080p@18fps的编码。在此基础之上，本文又提出一种基于宏块流水（Macroblock Pipelined Process，MPP）的帧内预测架构，最终实现流水度为2的基于MPP的帧内预测架构。该架构能够同时处理两个没有数据依赖关系的宏块，与MPC架构相比，资源消耗增加近15%，能够降低帧内预测时间约50%。在xc5vlx330t硬件平台下的综合仿真结果表明该架构的最高工作频率为186MHz，每处理两个宏块需要710个时钟周期，即每个宏块只需要355个时钟周期。按照整体编码器100MHz的工作频率，该架构可以支持1080p@30fps的实时编码。