在视频压缩系统中,压缩比提高的大部分贡献来自帧间编码技术的采用。然而帧间编码的运动估计和补偿涉及大量的数据的传输和运算,在现有的芯片运行时钟和存储器带宽条件下,对视频压缩系统的实时实现构成了瓶颈。这必须通过有效的VLSI结构设计来解决。在研究和分析了大量运动估计算法基础上,本文提出了一种改进的新的金字塔运动估计算法及其VLSI实现结构,相对于全搜索算法,它的性能降低非常小,而资源占用率和运算时间却大大节省,而且充分利用搜索窗数据的相关性降低了对数据传输带宽的要求。针对许多快速运动估计算法不适合VLSI实现的问题,本文给出了一种基于MCU架构的运动估计协处理器设计,结合了MCU架构的灵活性,并在其中加入运动估计专用处理结构和指令,这一设计既通过指令调度的方法满足了不同搜索位置的灵活性又通过专用处理结构加速了固定搜索位置的匹配速度,在整体结构上串行处理,局部高速并行处理满足了实时性的需求。在H.264的运动补偿中,半象素插值相对于以往的标准难度增加了很多,插值的VLSI结构设计是否高效直接影响编解码器是否能够实时运行。在本文中,我们给出了一种并行高效的设计,通过合理划分数据存储RAM提高处理并行度,多级滤波器之间结构紧凑,数据利用率高,实验证明这一结构完全可以满足H.264 HDTV实时性的需求。