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HEVC(High Eifficiency Video Coding)是由国际电信联盟(ITU)的视频编码专家组VCEG(Video Coding Experts Group)和国际化标准组织(ISO/IEC)运动图像专家组MPEG(Moving Picture Experts Group)组成的联合视频编码工作组JCT-VC(Joint Collaborative Team on Video Coding)共同制定的新一代视频编码标准。在以往视频编码标准的基础上,HEVC采用了众多新技术,具有更高的压缩比和更好的图像质量。然而其编码性能的提高是以引入巨大计算复杂度为代价的。因此,如何在保持HEVC编码性能的基础上,尽量减少其计算复杂度,是HEVC能否被广泛应用的关键问题。于是,HEVC算法优化成为当今研究的热点,也是本文工作的重点部分。为了有效地降低HEVC的计算复杂度,本文根据其编码器特性对其耗时模块帧内编码进行了一系列的优化。首先,本文在分析了HEVC帧内预测算法特征的基础上,针对HEVC穷尽搜索所有可能的CU分块选择最佳的帧内预测分块方式计算量大的缺点进行了改进,提出了一种基于参考相邻CU的分块方式结合阈值法的CU分割优化算法。该算法通过统计与当前CU相邻的CU分层深度,估计当前CU可能的分割范围,同时对N×N这种不具有很强统计特性的分块模式以及无法提取到相邻CU信息的边缘CU根据RDcost和预设阈值的比较结果确定是否提前中止分割。其次,讨论了HEVC帧内预测对于预测模式选择的优化,提出了一种基于边缘方向和空间关联信息的优化算法。首先,在HEVC模式SATD粗选择计算前利用边缘方向信息挑选预测模式;对于粗选择后的模式候选列表,分为方向模式和非方向模式的优化算法,对于方向模式结合参考上一层预测单元的预测模式和MPM(Most Probable Modes),筛选候选列表,仅计算可能性较大的模式,从而大大加快了帧内预测模式选择过程。最后,结合两种优化算法,本文提出一种,性能优越的HEVC帧内预测优化算法。实验结果表明:(1)、本文所提的针对帧内预测基于参考相邻CU的分块方式结合阈值法的CU分割优化算法比HEVC参考代码的全搜索模式决策算法缩短了43%左右的编码时间,而BDPSNR仅下降0.10dB,BDBR仅增加1.78%;(2)、同HEVC帧内预测模式选择算法相比,本文所提快速帧内模式选择算法降低了约25%的计算复杂度,而BDPSNR仅下降0.04dB,BDBR仅增加0.50%;(3)、比起HEVC参考代码中的帧内预测,本文所提的结合快速CU分割算法和预测模式选择优化算法的快速帧内预测算法减少了约55%的帧内编码时间,而BDPSNR仅下降0.13dB,总比特率仅增加2.35%。综上所述,本文所提出的快速算法对HEVC视频编码标准的实际应用具有重要意义。