近年来,高速摄像机在军工、航天、医疗和科研等方面的发展引人注目。它可以记录高速运动物体的运动状态,使用高帧率来捕获人类眼球无法观察的高速运动画面,并在采集完成后,通过超慢速回放来观察高速运动物体轨迹。但目前市面上的高帧频摄像机尚不具备长时间工作的能力,原因是高帧率的摄像机往往帧率过大,每秒产生的数据量也随之增大,这给存储系统带来了巨大压力。因此,本文针对高帧频图像实时压缩算法以及FPGA硬件实现展开了深入研究。小波变换以其优异的时频特性成为新一代图像压缩的主流工具,其具有多分辨率的分析能力,而相较于傅里叶变换则有着更好的适应性,在应用中易考虑人眼视觉特性。故而本文针对小波变换理论进行研究,分析多分辨率特性,引出了提升小波算法。后续又对图像进行小波分解,完成低频与高频系数提取。最后,针对基于小波变换的图像压缩编码算法进行了探究。在完成Matlab仿真测试后,验证了SPIHT编码算法性能要优于EZW算法。最终,本文决定使用小波变换加SPIHT编码算法并结合零游程编码的方式来实现压缩系统,并就其硬件结构进行设计。在针对小波变换的硬件设计过程中,先是基于小波提升结构,完成一维5/3小波行变换设计。而后对该结构进行优化,在插入了四级流水线后,系统的最高时钟频率提升了近90%。随后实现了二维小波变换器,与传统二维小波变换不同的是,无须等待一维变换完毕后再进行二维变换,而是在一维变换的同时并行完成二维小波列变换。这极大的提升了小波变换效率。最后对多级二维小波变换进行设计,提出了并行结构的三级二维小波变换和折叠后级式三级二维小波变换的结构,并对两种结构的特性做出比对,经实验测试表明前者更利于模块的复用,后者则占用更少的资源。在实现了多级小波变换模块后,后续又就SPIHT编码算法的硬件结构进行设计。先后完成算法中初始化模块、LIP排序模块、LIS排序模块以及细化更新模块的设计。出于进一步提升系统压缩率的考虑,在SPIHT编码模块后又完成了零游程编码模块的设计。为验证压缩系统在实际嵌入式系统中的性能与稳定性,文中最后完成了压缩系统在FPGA上的实现。经测试,该系统对于分辨率大小为256×256的图像数据输入可以达到400 fps的处理速度,且资源占用情况较为乐观,符合预期要求。后续分别又针对不同SPIHT编码级数的压缩系统进行测试。通过测试结果发现,SPIHT编码级数越高,图像重构质量越好,这再次体现了SPIHT编码算法的渐进式传输特性。从而使得本文压缩系统更为灵活,通过调节编码级数来满足不同场景下的应用需求。