由国际电信联盟(International Telecommunication Union, ITU-T)和国际标准化组织(ISO/IEC)组成的联合项目组(Joint Video Team, JVT)发布的新一代的视频编解码标准H.264/AVC因其优异的编码性能而获得了广泛的应用,它不仅改善了视频的压缩效率,而且增强了视频数据在低码率网络中的传输,尤其适合低宽带、高质量网络视频应用的需要。经过对H.264编码器的分析和研究,可以看出,运动估计已然成为整个视频编码器中的核心技术之一,采用运动估计和运动补偿技术可以很好地消除视频信号的时间冗余从而提高编码效率。但运动估计中的计算量非常巨大,占据了整个编码时间的60%-80%,严重降低了编码的实时性需求,而运动估计算法中又以块匹配算法居多,因此,如何对此类算法进行优化以提高运动估计的效率,使得运动估计算法搜索过程更加快速、健壮、高效,是视频压缩技术的研究热点之一。本文在论述H.264视频编码标准的基本原理和关键技术的基础上,介绍并分析了几种经典的运动估计块匹配算法的搜索步骤及优缺点,随后又深入剖析了H.264推荐的运动估计核心算法UMHexagonS,并针对该算法存在的不足之处,提出了三个方面的优化,分别引入了基于矢量分布的搜索模板、自适应搜索窗口策略和螺旋子集匹配误差法,使得优化后的UMHexagonS不仅能高效快速地定位参考搜索窗口的位置和大小,而且搜索过程中的点数得以显著减少,却依然保证了良好的视频图像质量,从而达到了较好的优化效果。本文在H.264编码器的参考模型JM中,经过VC6.0编译,实现了上述优化算法。通过对典型运动视频序列的测试,实验证明优化后的UMHexagonS算法与原算法相比有了显著的改进。在重建视频图像质量和传输码率接近的情况下,优化后的算法比原算法在运动估计时间上平均节省了13.792%,尤其是对运动复杂的测试序列的改进效果更为明显,从而提高了运动估计效率,改善了视频编码的实时性。