本文系统地介绍了作者近年来在深空通信领域中的图像编码和传输协议关键技术的研究工作和成果，重点对当前流行的内嵌小波图像编码技术进行了细致的理论分析和算法研究，以及深空通信骨干网络传输协议的研究。论文研究了JPEG2000标准的核心算法EBCOT，总结了率失真优化码块比特平面编码的一般特点和框架。针对标准中的比特平面提升感兴趣区域(ROI)算法的不足，提出了基于率失真斜率提升的ROI算法，其性能优于原算法，并保证码流与标准完全兼容，结合MaxShift算法可实现任意形状ROI编码。文中提出的利用帧间推扫特性结合ROI技术干涉多光谱图像差值序列编码算法在低复杂度前提下，理想实现了LASIS多光谱图像的高质量8倍压缩。基于色散型多光谱图像特点的分析，提出了一种新的基于部分3D-SPIHT多光谱图像压缩算法。首先在谱间采用两种小波基相结合的三维离散小波变换，去除多光谱图像在空间和谱间的冗余信息，减少恢复光谱的误差值，再采用部分3D-SPIHT依据比特平面层中重要系数的统计概率自适应的进行3种编码模式的选择，提高了编码效率。在深空通信骨干网络传输协议上，分析了相应的长时延、高误码率、非对称带宽和间歇性连接等因素造成的难点，研究了各种不同方案的优缺点，提出了一种改进的TP-Planet算法，采用延时SNACK模块提高传输协议在非对称带宽下的网络性能。