自适应环路滤波器（adaptive loop filter）是新一代视频编码标准中最有效的编码工具之一。其能够改善重建图像的质量，提高预测精确度从而有效地提高编码效率。但是ALF占用10%以上编码时间，具有较高的复杂度。本论文致力于实现ALF对1080P高清视频序列的实时处理。首先，本文提出基于方向特性值的采样算法以降低ALF的运算复杂度。本文分析了重建图像的噪声，发现在高频区域噪声主要为预测噪声，在低频区噪声主要为量化噪声。因此可以在低频区使用较低的采样频率，在高频区使用较高的采样频率这样既可以有效地降低ALF复杂度，又可以保持ALF的编码效率。本文利用方向特性表示区块的频率特性并提出复用ALF中的SML（Sum Modified Laplacian）定义方向特性值将区块分为四类，每类区块选取不同的采样模式。这样既可以有效地判断区块的频率特性又不增加额外的计算量。本文提出的采样算法可以降低38%的ALF编码时间而BDRATE仅上升0.1%。计算相关系数矩阵占60%以上的ALF运算时间，是ALF实时编码的瓶颈。本文提出了2×2并行处理的硬件架构可以实时处理1920×1080@60fps的高清视频序列。该架构包括五个模块，分别为寄存器阵列、乘加运算器、并串转换模块、存储器和控制单元。本文使用寄存器阵列暂存数据，利用ALF系数的对称性，将像素数据先相加再进行乘法运算，从而减少乘法器的使用量。与提出的采样算法相结合，一个2×2块只需并行计算2个像素处的相关系数，这又进一步减少了乘法器的使用。为了在一个时钟周期传送同一行的两个像素值到寄存器阵列，本文提出了基于奇偶列的FIFO存储形式。将Block RAM分为两部分，分别存储奇数列像素和偶数列像素。与传统的相关矩阵运算架构相比，本文提出的架构可以节约近50%的乘法器单元。