随着科技和网络的迅猛发展,人们对高清监控和会议视频的需求持续增长。新一代高效视频编码标准(High Efficiency Video Coding,HEVC)在H.264标准的基础上,其压缩效率提高了将近50%,但编码复杂度大幅增加。为了降低监控和会议视频的编码复杂度,本文基于虚拟背景帧对编码单元(Coding Unit,CU)划分、预测单元(Prediction Unit,PU)模式选择和运动估计三个模块的算法进行优化。本文提出了基于虚拟背景帧的帧间CU划分和PU模式选择快速算法。首先,对原始视频序列进行像素统计分析生成虚拟背景帧,并利用虚拟背景帧对CU进行分类。然后,对不同类别CU的划分和PU模式选择结果进行统计分析。统计分析表明,不同类别CU的划分和PU模式选择具有各自的特点。因此,依据每个类别CU的划分结果和纹理复杂度,设计提前终止CU划分方案,以跳过不必要的CU深度遍历过程。根据每个类别CU的PU模式选择特点,跳过可能性较小的PU模式检测,以降低PU模式遍历过程的复杂度。实验结果表明,与HM16.9编码器相比,该算法在BDBR平均增加1.93%和BDPSNR平均下降0.07d B情况下,能平均减少33.31%的编码时间。本文还提出了一种基于虚拟背景帧的运动属性分类的快速运动估计算法。首先,基于虚拟背景帧把PU分为背景PU(BPU)、前景PU(FPU)和混合PU(XPU)三种类别,并对每种类别PU的运动估计结果进行统计分析。依据每种类别PU的运动估计特点分别设计相应的运动搜索方案。对于运动缓慢或者静止的BPU,采用步长为1的小菱形搜索法,以缩小运动搜索范围;对于运动复杂度中等的FPU,采用层次搜索和多点搜索相结合的方法以合理的搜索模式进行运动搜索,该方案能够提前终止运动搜索过程和减少搜索点数;对于运动较为复杂的XPU,采用层次搜索、多点搜索以及多预测运动矢量搜索相结合的方法进行搜索,以在加速运动估计的同时确保搜索准确度。实验仿真结果表明,与HM16.9编码器相比,该算法能够在保证视频质量下降很小的同时,平均减少15%左右的编码时间。