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近年来,随着VR视频、360度全景视频等新的视频格式以及诸如直播的新视频应用的出现,人类对高质量视频的追求显著提高。因此,如何实现高效压缩以传输这些视频数据,对视频压缩技术提出了新的挑战。为此,国际上成立了联合视频编码探索小组JVET(Joint Video Exploration Team,JVET),计划并开始制定下一代国际视频压缩标准以及相关参考软件测试模型JEM(Joint Exploration Model,JEM)。JEM依旧保留了高效视频编码标准HEVC(High Efficiency Video Coding,HEVC)的混合编码框架,同时引入了诸多新技术以增强标准的压缩性能。同时,我国已经完成第二代国内视频压缩标准AVS-2(Advanced Audio and Video Coding Standard,AVS)的制定,并计划在近期开始下一代国内视频压缩标准AVS-3的研究制定工作。目前下一代国际视频编码标准的参考软件测试模型JEM以及国内标准AVS-2的参考软件RD均引入了诸多新编码技术来进一步提高压缩效率,然而,这些新近引入的编码技术仍有待进一步研究。本文针对这一问题,围绕国际与国内视频编码标准,展开帧内视频编码及率失真优化算法研究,主要的学术贡献如下:1.帧内视频编码算法研究(1)可交换帧内模式依赖的变换核选择方法针对新引入的帧内编码技术以及为了更好地实现帧内编码性能,根据帧内编码亮度分量残差块与色度分量残差块各自预测特性的不同,本文提出了一种可交换模式依赖的变换核选择方法。根据所提方法,亮度/色度分量残差块的帧内模式对应的变换核分别由亮度/色度分量残差块的预测特性确定。其中,亮度分量的相邻预测模式选取的变换核将按照所提出方法进行交换,进而提升编码性能。(2)基于多行多列的位置依赖的帧内预测模式组合在基于单行单列的帧内预测基础上,为进一步提高预测效率,本文根据当前待编码块的预测角度模式、编码块大小和像素位置等信息,使用多行多列滤波(平滑)后的参考像素来估计当前待编码块的预测值,并用得到的预测值和过滤(平滑)前的多行多列未滤波参考像素生成当前待编码块的最终预测像素值。2.率失真优化算法研究(1)自适应GoP量化参数偏移调节方法本文对RA编码结构下Sub-GoP量化参数偏移调节方法进行优化,解决了其兼容性及可拓展性方面的问题,消除了早前查表法的缺点,增强了其适用性。(2)基于RA编码结构中GoP16下GoP量化参数偏移调节方法针对AVS-2编码参考软件将RA结构下的GoP图像数扩展至16的情况,本文在不做理论修改的情况下,提出了针对RA编码结构中GoP16下GoP级量化参数偏移调节方法,提升性能的同时且几乎不增加复杂度。(3)基于层级的时域率失真优化本文针对AVS编码器中层级量化参数的设置不合理的问题,对层级量化参数进行修正并在AVS-2平台上集成了时域依赖的RDO方法,提升性能且编解码时间几乎不变。