随着计算机处理能力的发展和网络带宽的提高,高清／超高清视频得到了越来越广泛的应用。为了更有效地对大尺寸视频进行压缩编码,ISO/IEC运动图像专家组和ITU-T视频编码专家组在H.264/AVC的基础上,联合开展了下一代视频编解码标准HEVC的制定工作,并于2013年1月完成最终稿。起初,HEVC的目标是：在基本配置参数相同的情况下,相比当前的H.264压缩率有50%的提升。而目前HEVC的最终草案实现了30%到40%的压缩率提升。在HEVC的帧内预测技术中,这一提升主要是由高达35种的帧内预测模式和更多尺寸的预测单元带来的。帧内预测过程中,预测单元的预测模式需要通过一次粗选择和一次率失真优化选择后才能得到。由于所有不同尺寸划分的预测单元都要经过上述两个过程,帧内预测过程变得非常耗时。因此,本文通过对HEVC帧内预测技术进行深入研究,针对预测技术高运算复杂度的特点,依次设计并实现了两种帧内预测加速算法：一种基于梯度的快速预测单元划分算法；一种基于梯度的快速预测模式选择算法。同时,在研究过程中发现HEVC帧内预测的模式编码技术仍存在优化空间,因此本文又提出了一种模式编码优化算法。此算法利用相邻预测单元间的模式相关性进一步提升了帧内预测过程的压缩率。本文将所提出的三种优化算法均嵌入到HEVC官方测试软件HM9.0中,并对标准测试序列进行测试,最后与当前HEVC帧内预测算法进行性能比较。从实验结果可以看出,三种算法均达到一定的效果。