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随着电子技术的发展，主流液晶显示器的刷新率远远超过视频图像的帧率，带来了图像的运动抖动和运动模糊现象，影响了用户的视觉享受。另一方面，由于带宽的限制，低比特图像通信中通常会减少传输视频的帧率，带来了接收端视频动态显示效果的明显下降。对于上述问题，帧率变换技术的视频后处理方法能够很好地解决相应问题，有效地提高视频的动态显示质量。本文通过分析研究基于块匹配的帧率变换算法，给出了帧率变换系统的总体架构，设计并实现了系统架构中核心模块块处理器的硬件电路。在180MHz主频下，它能够控制帧率变换系统进行1080p@60Hz到1080p@240Hz的高清视频转换处理。本设计不仅能应用于数字电视后处理芯片中，而且对于低比特通信、3D数字电视等领域中也有重要的应用价值。本设计中，块处理器作为系统总控模块及运动估计模块，统一控制基本块中各级流水线的进程，能够提高帧率变换系统的并行度与执行效率。设计采取了块组及块的划分、并行处理与流水线设计、统一访问序列控制、计算模块的复用等设计优化方法。首先，按照一定的块组及块划分整个视频图像，使得帧率变换系统能够根据视频大小特征产生合理的处理顺序，提高了系统的工作效率；其次，采用多步骤分解设计，将帧率变换算法分成运动估计、矢量细化、补偿内插三级流水，提高了系统模块间的并行程度；第三，设计系统缓存访问序列控制器，统一控制系统多个模块对系统缓存的访问，提高缓存数据重用率，减少片外缓存读写带宽；第四，采用计算模块的复用设计，控制运动估计和矢量细化分时复用计算模块，这样有效地节省了系统资源的消耗。结果分析表明，本设计的块处理器控制帧率变换系统完成一个基本块内插三帧的处理需要361个时钟周期，而完成一个基本块内插一帧的处理只需要297个时钟周期。逻辑综合后结果表明，本设计的块处理器在65nmCMOS工艺下所消耗资源门数为72.16K,所占面积约0.15mm2，支持180MHz的工作频率。实验结果表明，当工作在180MHz时，该设计能够满足帧率变换系统进行1080p@60Hz到1080p@240Hz高清视频实时变换处理的时序要求。最后，针对系统实现的帧率提升算法，本文提出了一种基于运动相似性的改进算法，并通过实验仿真验证能够提高运动估计及补偿内插的准确性，提高帧率变换的处理效果，为下一代帧率变换系统的研究做出了铺垫。