新一代静止图像压缩标准JPEG2000采用基于上下文自适应的二进制算术编码进行熵编码。算术编码具有卓越的编码性能，在大部分情况下其平均码长都能接近信源熵。然而，它的计算复杂度高，包含大量比特级操作和复杂逻辑控制。因此，如何提高算术编码器吞吐率成为设计与实现的瓶颈。本文首先深入研究了二进制算术编码原理。然后，分析了JPEG2000中算术编码器（又称MQ编码器）的处理过程，并对其中应用到的关键技术进行了阐述，包括基于状态迁移的概率估计、位填充和间隔位机制以及区间更新无乘法变形等。在上述基础上，本文设计了双符号处理的高速MQ编码器。首先，双符号处理时两个上下文有相同和不同两种情况。针对每种上下文情况，编码过程被分解为4个分支：处理双大概率符号（MPSMPS）、处理双小概率符号（LPSLPS）、大概率符号接小概率符号（MPSLPS）以及小概率符号接大概率符号（LPSMPS）。通过编码情况分解，符号间的数据相关性被分离，并发编码成为可能。然后，本文预测出双符号处理间隔区间划分情况共计25种，并详细描述了区间更新过程。最后，归纳了双符号处理时码流输出情况。本文用C语言分别实现了单、双符号处理的MQ编码器。通过使用上下文判决样本进行编解码处理，校对两种编码器输出码字和编解码前后的判决数据，验证了编码器设计的正确性。然后，给出了双符号MQ编码器的四级流水线VLSI结构。最后，本文对概率估计表进行优化，降低了存储需求。