随着数字显示技术和芯片技术的快速发展,主流的数字电视的刷新频率和图像分辨率越来越高,然而由于视频源固有拍摄频率低或传输带宽受限等原因很多视频的帧率较低,低帧率视频在高刷新频率的数字显示器上播放,容易产生重影、模糊等问题,因此研究高效的硬件可实现的帧率上变换技术十分重要。本文主要研究帧率上变换中矢量场后处理的硬件可实现算法与相关硬件电路。由于三维递归搜索的低运算复杂度和高收敛性等易于硬件实现的特点,本文矢量后处理算法以三维递归搜索为前提,对矢量进行取精细化和平滑等操作,从而提高内插帧的质量。为了提高运动矢量的准确性和运动矢量场的空间分辨率,本文结合空间相关性,采用了高效的矢量取精算法;为了提高矢量场的平滑度,减少视频的块效应,本文设计了与位置相关的平滑算法;本文采用鲁棒性较高的中值插值算法,改善运动估计不准确带来的影响;在内插多帧中,结合运动物体的空间相关性及几何特性,根据插帧时刻对矢量进行缩放,避免进行多次运动估计,降低算法复杂度。矢量后处理的硬件实现是本文研究的重点方向,本文的硬件实现主要是在基于三维递归搜索算法的整体硬件框架下进行的。首先,本文给出了帧率上变换系统的硬件框架。然后,本文对矢量处理和插值两大模块进行分析和设计。在矢量处理模块中,结合系统流水线设计,通过数据复用和状态机操作等设计,使用了较少的硬件资源,利用高速的片上缓存实现了矢量取精细化和平滑功能。在插值模块中,结合多帧内插的系统要求,通过并行计算、模块分时复用及流水线等技术,克服了超高清帧率上变换中内插数据量大的难题,实现了高效的插值计算和大数据量的读写。最后本文使用Verilog进行模块设计,结合C++编写的软件模型进行测试,在Cadence软件平台上对设计进行功能验证和综合。结果表明,本设计的最高工作频率可以达到300MHz,并且在65nm CMOS工艺下矢量处理模块和插值模块的面积分别为0.45mm2和1.12mm2。