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现有的H.264视频编码标准可以有效压缩高清视频(1920×1080),但难以提供更高的压缩比。4K超高清视频(4096x2160)由于图像质量大幅提高,视频数据和传输速率极大增加,对视频编解码技术、硬件处理水平、软件系统架构以及传输方式等都提出了更高的要求。本文主要研究HEVC视频编码标准的帧内预测和码率控制部分,并提出了优化改进算法,此外,高清网络摄像机系统软硬件的高效设计也是本文工作的重点。帧内预测快速算法是提高HEVC编码效率的关键之一,本文提出基于图像纹理特征的块划分优化算法,通过定义FMAD来表征图像复杂度；提出基于哈达玛变换的帧内模式选择快速算法,详细阐述了通过纹理角来减少候选预测模式数量的算法流程,实验结果表明优化后编码性能均有明显提高。码率控制目的在于更好的匹配编码输出与传输信道,进而提供更加优质的视频服务和体验,本文研究了基于R-lambda模型的码率控制算法,并在比特分配策略上做了优化改进工作,提出并实现基于SATD的自适应比特分配过程,明显提高码率控制的质量。本文还完成了高清网络摄像机IPC系统的总体设计方案,从图像传输角度阐述了系统硬件设计和电路连接原理,成功搭建了系统硬件平台；编写了系统服务端和客户端软件,并进行系统功能和稳定性测试,综合效果满足实际需求；最后研究并应用x265项目,在本文软硬件平台上验证了不同模式下码率控制的实际效果。本文结合4K超高清视频和HEVC视频编码的特点,提出基于纹理复杂度和沃尔什-哈达玛变换的优化算法,显著提升了编码性能；针对现有R-lambda模型中存在的问题,提出了一种改进的码率控制策略,设计并实现了具有较高通用性和稳定性的IPC软硬件整套系统,用实际测试证实了码率控制性能的提升,具有较高的理论意义和应用价值。