基于离散余弦变换(Discrete Cosine Transform, DCT)的JPEG标准是非常受欢迎的静态图像压缩标准,这促进了JPEG格式图片的广泛应用,比如互联网和数码摄像机。JPEG编码系统的流行激发了学者对JPEG优化方案的研究,同时这些优化方案也遵守JPEG语义规范。然而,这些JPEG优化算法也都存在或多或少的局限,JPEG的编码性能仍然有较大的提升空间。传统的基于DCT的JPEG算法(DCT-JPEG)是一种分块图像编码算法,它存在在低码率下重建图像块效应严重、量化表复杂等问题。基于全相位双正交变换(All Phase Biorthogonal Transform, APBT)的JPEG编码算法(APBT-JPEG)很好地解决了这一问题。然而,由于APBT-JPEG尚缺乏快速APBT算法,导致APBT运算量较大,不能满足人们对实时图像处理的要求。为进一步提高JPEG压缩性能,本论文在对DCT-JPEG和APBT-JPEG编码算法进行比较研究的基础上,提议两种JPEG图像编码算法优化方案,即：基于加窗全相位双正交变换(Windowed All Phase Biorthogonal Transform, WAPBT)的JPEG编码算法和用于DCT-JPEG 的去块效应量化表。论文主要创新点如下：(1)研究了加窗全相位数字滤波器(Windowed All Phase Digital Filter, WAPDF)的设计理论,在借鉴APBT推导过程的基础上,提出WAPBT且推导出其矩阵的一般形式,并进一步研究了WAPBT的性质。由于APBT是WAPBT在窗序列为矩形窗时的一个特例,因此,参照APBT-JPEG的良好性能,为进一步提高JPEG算法重建图像的质量,提议基于WAPBT的JPEG图像编码算法(WAPBT-JPEG)。设计相关算法流程,使用现有的最优化算法寻找适用于JPEG编码系统的WAPBT优化窗序列,从而实现WAPBT在JPEG编码系统中的应用。(2)系统梳理了APBT的推导过程,在深入分析APBT的基础上,得到了APBT与传统DCT之间的数学关系。然后,进一步分析研究JPEG的变换和量化过程,总结出APBT-JPEG与传统DCT-JPEG之间的联系,即通过使用一种新的类量化表,DCT-JPEG可完全取得和APBT-JPEG相同的压缩性能,该联系在仿真实验中得到验证。基于APBT-JPEG与DCT-JPEG之间的联系,提取出一种新型去块效应量化表,将其取代JPEG标准推荐的量化表,用于DCT-JPEG中可取得与APBT-JPEG几乎相同的压缩编码性能,重建图像块效应明显减弱。因为本论文提议的这些方案在优化JPEG编解码器的同时对现有编码框架并不作实质修改,因此它们不仅能进一步减小JPEG压缩图像的大小,而且很容易被推广应用,比如用在无线通信等场合。