H.264视频编码标准是2003年5月获得批准的新一代视频编码国际标准。同以往标准相比,它采用了许多新技术,例如1/4、1/8精度的子像素运动估计,多参考帧技术,区块滤波,加强的熵编码,小块的整数变换等来提高编码效果,但这些技术同时也增加了H.264编码器的复杂度,限制了H.264在很多领域尤其是实时领域的应用。H.264优异的编码性能对于市场具有极大的诱惑力,而研究H.264编码的快速算法及其实现是H.264走向市场的前提和保证,因此对H.264视频编码算法进行优化具有十分重要的理论意义和实用价值。本文首先对H.264标准进行了深入分析,了解H.264语法流的结构,从总体上把握了H.264编码框架,然后对影响编码效果的参数进行不同的配置来进行编码测试,并对编码结果进行分析,得出了一个对编码效果影响较小的实时编码参数集。其次,分析实现了几种主流的运动搜索算法并对它们进行了比较,最后选择菱形搜索算法集成到编码器中,并对菱形算法中粗粒度搜索过程进行了改进,减少了运算量,提高了搜索速度。再次,通过对编码器各个模块进行时耗分析,我们得到了整个编码器的瓶颈模块,也就是模式选择模块,它极大的影响了实时编码效果,因此,根据对实际测试结果的统计分析,我们对模式选择模块进行了优化,提出了一种带有倾向的快速模式选择算法,通过有倾向的搜索次序和尽早终止策略加速了常见模式的搜索过程,从而也就加速了整个编码器的运行;同时提出了一种根据具体的传输码率进行模式选择的方法,以使编码器适应不同的传输网络状况。最后我们对于标准中的变长编码和算术编码进行了比较分析,选择耗时相对较少的变长编码进行深入研究,通过对标准中变长编码UVLC的分析,提出了一种商-余数变长编码方案,它符合实际视频编码中语法元素值的分布规律,平均码长较短,通过实际测试,它的编码效率要高于标准中的变长编码方案。