人们对视讯业务的需求日益增多,,使得新一代视频压缩编码标准H.264得到广泛应用,但其高度复杂的算法也对处理器的速度和灵活性提出了更高的要求,综合了ARM, DSP和ASIC三者优势于一体的SOPC技术无疑将会在高清视频通信领域得到广泛应用。根据H.264解码算法的运算特点,本论文提出了利用Altera公司提供的FPGA硬核和NiosⅡ软核相结合的SOPC设计方案。其中NiosⅡ软核负责解析运算量较少的宏块层之上的句法元素,而运算量巨大的宏块层解码则交给基于FPGA高效并行结构的硬件IP核实现,该IP核通过Avalon接口与NiosⅡ软核进行通信。文中深入分析了H.264的关键改进技术和编码比特流的数据格式,详细介绍了整体的解码流程和宏块解码过程中所涉及到的一些功能模块的硬件设计方案,主要包括预处理模块,帧内预测模块,CAVLC熵解码和反量化反DCT变换模块。同时,给出了针对各模块的算法特点提出的相应改进方案,如针对帧内预测模式繁多提出的统一运算模型,又如改善CAVLC熵解码遍历查表的优化算法和反量化反DCT变换模块的全流水线并行运算结构等。这些改进算法都大大改善了系统的执行效率。整个系统设计已在Altera公司提供的NiosⅡ开发板上实现并通过功能验证,结果表明基于SOPC技术设计的H.264解码器在速度,成本,灵活性和功能扩展性等方面都具有独特的优势,如能将其进一步优化,形成一个成熟的H.264专用解码芯片,则市场前景将会非常广阔。