在目前的数字电视领域，由于液晶面板的固有缺陷，视频在播放时会出现运动模糊、残影等现象，给观看者的视觉体验带来了严重的影响。一种有效的方法就是通过帧率变换技术，提高视频的帧率，平滑物体的运动，有效提高视频的显示质量。本文的主要工作即为帧率变换系统中核心模块像元缓存的设计与实现。在帧率变换系统中，像元缓存作为数据的存储模块，负责所有像元数据的输入输出操作。根据帧率变换算法的处理流程，本设计采用了3级流水的数据处理模式。首先通过实际的硬件需求分析，选取适当规格的RAM并组织其拼接排列方式，设计了相应的数据存储结构，使系统能够满足5ns的时钟周期要求。在此基础上设计了像元缓存的数据读写总位宽、编址方法与像元缓存访问方式。其次，根据像元缓存的具体功能，将其划分为预读取写操作、缓存访问读操作以及输出控制三大部分，给出了所有子模块的详细设计架构和硬件实现细节，并设计与实现了像元缓存输出数据的处理模块，其主要包括数据校准与滤波，完成了像元的截取、亚像素计算等功能。本文还对像元缓存的设计进行了优化，采用了稀疏区的设计方法，在现有硬件架构下实现了稀疏区存储和稀疏区插值的功能，从而达到节省一半片上RAM容量的目的。最后，采用Verilog HDL语言对本文的设计进行了实现，利用IC仿真与综合工具对设计进行验证。最后的综合结果表明，在200MHz工作频率限定条件下，该系统能够满足一个基本块内插三帧处理所需的时序要求。本设计的像元缓存在65nmCMOS工艺下所占总面积约3.722mm~2。