H.264是由MPEG和VCEG的专家共同组成的联合视频小组JVT(Joint Video Team)共同制定的新一代视频压缩编码国际标准。运动估计是视频压缩中的关键技术,决定了视频压缩的效果,是压缩的主要计算开销。因此寻找一种快速、高效的运动估计算法成了视频压缩领域的研究热点。H.264中运动估计采用的多参考帧、多模式、高像素精度三项新图像处理技术,形成了新的研究方向。本文正是以此为出发点,通过对运动估计过程的各个步骤进行研究分析,在多个环节上进行算法改进,具体内容如下。首先,对高精度块匹配的运动估计技术进行了研究。分别从初始搜索点,整像素搜索,分像素搜索三个方面对该技术进行了研究和算法上的改进,提出了一种新的支持高像素精度的运动估计算法,减少了搜索的点数,提高了编码效率。其次,对帧内和帧间多模式预测的运动估计技术进行了研究。采用自适应阈值方案对帧内预测编码模式选择技术进行了算法上的改进。接着利用空域相关性和时域相关性预测方案对帧间预测编码块模式选择技术进行了算法上的改进。减少了可选预测模式的类型,提高了编码效率。再次,对多参考帧多模式高精度运动估计技术进行了系统的研究。研究了可选参考帧的数目以及如何快速选出一个最佳参考帧的问题。然后综合前面两项研究内容从而提出了一种新的支持多参考帧、多模式、高像素精度的运动估计算法。在保证编码质量的情况下,有效地减少了运动估计时间,提高了编码效率。最后,进行系统仿真实验,来论证论文中改进的算法,通过对实验结果中的数据列表分析、比较,发现改进后的算法均优于现有的同类算法,实现了预期的研究目标。