HEVC(High Efficiency Video Coding)是2013年由ITU‐T和ISO/IEC联合制定的新一代视频编码标准,与上一代编码标准H.264/AVC相比,同等压缩质量下能减少50%的码率。帧内编码是视频编码标准的核心模块之一,作用是消除视频帧内的空间冗余。HEVC帧内编码算法采用更加灵活的划分结构和高达35种帧内预测模式以进一步降低帧内编码的码率,但计算复杂度大幅提升,难以实现实时编码,限制了HEVC标准的应用场合。因此,对HEVC帧内快速编码算法的研究有重要的意义。论文对帧内编码方式和图像特征之间的相关性进行深入分析,提出了HEVC帧内编码的快速算法,并针对算法进行了帧内编码器的设计与实现。具体工作如下:(1)提出了一种帧内编码树单元(CTU)四叉树的快速划分算法,该算法通过CU提前划分和CU划分提前终止两种策略,减少需要进行率失真代价(Rate Distortion Cost)计算的次数。(2)提出了一种帧内预测单元(PU)预测模式的快速选择方法,利用最优预测模式和图像纹理特征之间的相关性进行PU预测模式的粗选,避免了遍历计算35种帧内预测模式下的哈德玛代价。(3)进行HEVC帧内编码器的硬件实现研究,设计了一个两级流水线的硬件电路,第一级为预测加速单元,针对上述提出的两种快速算法,采用并行的方式提取图像特征,进行CTU四叉树划分的提前决策和PU预测模式的粗选。第二级为帧内编码单元,在第一级的计算结果上,通过率失真优化方法进一步决策,得到CTU四叉树的最优划分方式和PU最优预测模式,并完成对当前CTU的编码。经过综合验证,设计的帧内编码器在600MHz时钟频率下可以满足对1080p@30fps视频的实时编码要求。