近年来,随着互联网技术的快速发展,高清、超高清视频日益普及,但是其庞大的视频流给网络传输带来了巨大的挑战。为了解决这一难题,JCT-VC (Joint Collaborative Team on Video Coding)工作组制定了压缩效率更高的新一代视频压缩标准H.265/HEVC。在H.265/HEVC支持的三种编码结构中,分级B帧结构作为一种时域可分级编码结构,其压缩效率远高于全I帧和低时延结构,并且其视频流能够适应不同的网络环境和用户终端需求。因此,分级B帧编码结构的实现与应用对于高清视频流的网络传输有着极其重要的意义。但是,在获得高效压缩性能的同时,分级B帧的高编码复杂度也不容忽视,其复杂度的增加势必会给系统带来更大的时延和功耗。所以,在对分级B帧结构进行软件实现的同时,研究适用于该结构的优化算法同样至关重要。本文在深入研究H.265/HEVC编码器中分级B帧压缩算法的基础上,对其中各个功能模块进行了软件实现,包括参考帧管理,帧间预测,熵编码以及去方块滤波等。通过对这些模块的实现,使原来只支持I帧和P帧的H.265/HEVC编码器,可以同时支持B帧编码,能够实现分级B帧编码结构的功能。实验结果表明,分级B帧的压缩性能相对于低时延编码结构的压缩性能有很大提升,对于各分辨率的视频序列,在保持码率相同的情况下,其PSNR提高约0.420 dB。与低时延编码结构相比,分级B帧结构中帧间模式选择过程是其复杂度增加的主要来源,本文首先通过对分级B帧结构中的模式选择过程的研究,完成其软件实现工作。然后考虑到当前图像和参考图像之间的时域相关性,并结合分级B帧结构的时域分级特性,提出针对该结构的帧间模式选择快速算法,以降低其复杂度,最后对该算法进行软件实现和性能测试。实验结果表明该算法在性能下降可以忽略的前提下,能够使分级B帧的编码速度提升34.72左右。