H.264是目前最新的视频编码标准,它是由H.264/AVC是ITU-T和MPEG组织共同推出的新一代视频压缩标准,其压缩效率较H.263和MPEG-4简洁框架有显著提高。它采用了成熟的技术,在追求更高的编码效率和简洁的表达形式的同时也提供了非常好的视频质量,是当前最高效的视频压缩方法。本文在全面了解H.264标准和相关视频编码算法的基础上,着重分析了H.264/AVC协议中CABAC(Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding)的编解码的算法,并且在此基础上采用了H.264协议中CABAC的编解码器的设计方案并对其进行了VLSI实现。此外H.264/AVC协议中对片层以上的数据是由Exp-Golomb码进行编码,所以本文也对其进行了算法研究,并且提出了快速的Exp-Golomb的解码设计方案并且进行了VLSI实现,与一般的解码器相比,在面积变化不多的情况下,该解码器的速度可提高一倍,最高频率可达到200MHz。本文首先介绍了研究H.264视频协议的重要意义及发展历史;其次介绍了H.264编解码器原理及其主要技术特点,论述了熵编码中CABAC算法的基本理论,并且说明了Exp-Golomb编码在协议中的应用;再次论述了CABAC编解码原理,算法研究以及模块划分;最后论述了Exp-Golomb和CABAC编解码原理以及VLSI实现,并与一般的Exp-Golomb解码器进行了比较,解码器的速度大约提高一倍。本文的设计使用Verilog硬件描述语言实现,利用Cadence公司的NC-Verilog仿真器对其进行功能仿真。仿真通过后调用TSMC 0.18μm CMOS工艺库,使用Synopsys公司的DC综合工具对该系统进行了逻辑综合,得到门级网表文件。