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H.264具有比以往标准更出色的性能,在国际上受到了广泛地重视和欢迎。但是,H.264在具有优秀的压缩性能和良好的网络亲和性的同时,也带来了编码的复杂度高、耗时较大等缺点。因此,为了使H.264编码标准在实际中运用的更加广泛,需对H.264视频编码算法进行优化,以达到实时编码的目的。本文针对H.264/AVC核心技术中计算复杂度最大、耗时最多的帧内预测和运动估计进行了快速算法方面的研究。本文分析了H.264标准的帧内预测和运动估计技术,针对帧内预测计算复杂度高、计算冗余大、编码时间长的问题,提出了两种帧内预测快速模式选择算法。首先根据宏块色度纹理复杂度,把4种候选模式降到1种或2种；然后根据最小哈达玛变换的绝对误差和(SATD)选择亮度16×16块模式中的最佳模式；接着,根据方向SATD把亮度4×4块模式判决中的9种候选模式降为3种；实验结果表明,该算法在比特率与峰值信噪比(PSNR)保持不变的情况下节省69%左右编码时间。为了使帧内亮度预测中的子块类型得以提前划分,又提出了一种自适应量化参数(Quantization Parameters, QP)的帧内预测快速模式判决算法。该算法根据图像纹理特性和自适应于QP变化的阈值进行块大小模式选择；其次,在4×4亮度块模式预测中,运用统计学原理,取出被选为最佳模式概率高的最可能模式和两个最小SATD值对应的模式来取代原算法的9种候选模式。实验结果表明：与测试模型JM86相比,该算法在不同的QP取值下,能降低57%左右的编码时间,并且比特率与峰值信噪比(PSNR)保持不变。在对运动估计非对称十字形多层次六边形格点搜索算法(UMHexagonS)的优化上,结合斐波那契数列和中心偏置特性对UMHexagonS算法中的搜索步长和搜索模版进行了改进。新算法首先使用斐波那契数列的递进关系确定UMHexagonS算法的搜索步长,其次删除UMHexagonS算法中存在计算冗余的搜索点,最后结合中心偏置特性对UMHexagonS算法的大六边形搜索模版进行了修改。实验结果表明,新算法在保持了UMHexagonS算法的比特率和峰值信噪比的条件下缩短了运动估计时间,并且随着图像像素、图像复杂度和搜索范围的提高,新算法的运动估计时间越来越短,在搜索范围等于64的情况下,平均缩短了23.82%的运动估计时间。