随着下一代网络(NGN)、第三代移动通信(3G)与涉及3G演进的B3G(BeyondIMT-2000,超3G)和下一代宽带无线(NGBW)等对视频、多媒体业务与网络应用需求的飞速发展,以及硬件处理平台的增强和存储器成本的降低,提高编码效率和速度、增强网络环境稳定性的图像、视频编码技术的需求日益上升。近年来,随着芯片技术的发展,手持移动设备发展迅速,由于它的计算能力和存储空间十分有限,对图像、视频的处理算法要求运算量和存储量更少。虽然图像、视频压缩编码技术已有几十年的研究历史,取得了辉煌的成就,但这些成就并不能满足人们日益增长的需求。图像、视频的编码与传输技术是当今信息科学与技术的前沿课题,受到了理论界和工程应用的广泛重视。本文以国家自然科学基金项目“多精度多层次的图像正交变换快速算法和并行处理的研究”和山东省自然科学基金项目“图像国际标准的优化实现技术研究”为依托,重点分析了各种图像、视频压缩编码技术和目前流行的图像/视频压缩编码及传输的国际标准在实际应用系统中存在的难点和关键问题,并对这些关键问题进行了系统的、较为全面的研究。论文的主要工作和创新点包括以下几点:(1)研究二维离散余弦变换(DCT/IDCT)快速计算模型提出了适于图像压缩的二维离散余弦正变换(DCT)的快速算法。在图像压缩中,目前最常用的正交变换是DCT。根据二维8×8 DCT基本图像的特性,利用基本图像的对称性减少DCT计算量,实现了较独立地快速计算每一DCT量化系数。该算法适于做Pruning 2D DCT算法。提出了自适应的Pruning二维8×8 DCT量化系数的快速算法。该算法在上述算法的研究成果和一种判断非零DCT量化系数的新模型的基础上,自适应地选择计算非零DCT量化系数,余下的DCT系数可当作零值不再计算。实验以多幅标准图像为例,结果表明:使用该算法,每8×8图像子块中,平均仅有0.156个非零变换系数被漏算,而且这些漏算的DCT系数的值一般都是±1,这样,与完整计算DCT和量化的算法相比,二者的恢复图像质量在主观上察觉不到差别,在客观质量上相差非常小,而运算量得到大幅度的减少。提出了适于图像压缩的二维离散余弦逆变换(IDCT)的快速算法。该算法通过三个技术降低二维8×8 IDCT的运算量:(1)利用基本图像的对称性;(2)把反量化过程和IDCT融为一步;(3)利用实际图像数据的特点:绝大多数量化后的变换系数为零值且非零系数中又有许多的值为±1。理论分析和实验结果表明,三种技术的融合大大减少计算量。以多幅标准图像为样本数据,对新方法和当前最有影响的Feig算法做了比较,结果表明:本文算法的乘法次数降了约60%,加法次数降了约15%。(2)研究无乘法的二维离散余弦变换(DCT/IDCT)快速计算模型这项研究是针对目前很多实际应用都强调避免乘法运算的要求,以及存储器芯片愈来愈便宜,体积愈来愈小的特点。基于基本图像概念,提出了一种直接快速计算二维8×8 DCT量化系数的查表算法。算法消除乘法运算的同时,也减少了加法运算量。通过设计查找表结构和组织数据,使得每次查表得到的不是一个数据而是一组数据,减少了查表次数;通过研究基本图像的对称性及DCT过程中数据范围,减小了查找表(LUT)长度。在图像变换编码时,利用本文算法可只计算需要被编码和传输的低频变换系数,以大大减少运算量。提出一种基于查表法的二维8×8离散余弦逆变换(2D 8×8 IDCT)的快速算法,其查找表LUT(Look-Up Table)结构的设计是基于二维8×8 DCT的基本图像。利用两种技术减小查找表长度:①利用基本图像的对称特性;②通过对离散余弦正变换(DCT)和量化过程的分析,推导出每个量化后DCT系数的取值范围。若量化矩阵具有对称性q(u,v)=q(v,u),LUT的长度还可减少近半。新算法利用查表法消除IDCT中乘法运算,并利用图像数据的特点和基本图像的对称特性大大减少加法次数,提高了计算速度。(3)研究图像压缩过程中的重要环节之间的关联性,建立快速计算模型提出了RGB与YUV之间彩色空间转换运算的快速算法。该算法是将彩色空间转换和图像压缩/解压缩中的量似逆量化过程两环节结合考虑使乘法运算得到大幅度地减少。此算法并不改变图像压缩过程中各环节的处理结构,所以不会影响采用其他已有的优化技术,有效提高编解码速度。提出了一种图像压缩中RGB与YCbCr转换计算的快速算法。该算法是将图像压缩中的彩色空间转换、量化和离散余弦变换(DCT)三个环节结合考虑来减少运算量,而且在降低了彩色转换运算量的同时,并不影响其他两环节的运算量。在各种图像子采样情况下,新算法在压缩或解压缩过程中,运算速度都得到了有效地提高。(4)研究国际标准H.264/AVC中二维4x4整数变换的快速计算模型提出一种H.264/AVC中二维4x4逆整数变换的快速算法,该算法为缩短H.264/AVC视频压缩标准的解压计算的时间提供了新技术。实验以多个标准视频为例,结果表明:新算法计算一块二维4x4逆整数变换,平均只需要2.66069次加法运算和0.34835次平移操作,比目前已存在的有影响的快速算法所用的运算量要少的多。