消费电子设备的逐渐普及与日常生活的各种需求都给视频压缩技术不断提出新的挑战。可视电话、远程教育、远程医疗、视频直播、数字图书馆、交互式视频游戏等等都已经十分常见。数字视频编码已经有着近四十年的发展史,但随着视频需求从高清视频向4K、8K等超高清视频的推进,视频编码技术也迎来新的挑战。如何解决高清视频大数据量的压缩问题,如何保证有限带宽条件下高清视频的传输质量,如何满足用户对高清视频视觉质量的需求。这些都成为了视频编码技术发展道路上亟待解决的关键问题。为了因应这些问题,论文围绕基于单趟编码统计信息的二次视频压缩展开研究工作,主要研究内容分为以下三个方面。(1)研究二次视频压缩算法的优化理论,改进率-失真优化方法,提出基于单趟编码统计信息的率-失真优化算法。通过分析单趟编码的编码参数以及编码残差等信息,在二趟编码中设定更加适合的编码参数。通过建立编码单元间的参考价值关系调节拉格朗日乘子,使各编码单元的比特分配更加合理,达到率-失真优化的目的,从而提升编码质量;(2)研究码率控制模型,提出基于单趟编码统计信息的码率控制算法。通过单趟编码设定的量化参数以及编码过程中消耗的比特数等信息,在二趟编码中对量化参数进行修正,使得编码器的码率控制算法能够为每个编码单元分配更加合理的码字,从而提升码率控制的精度;(3)基于概率统计理论,统计编码残差,建立概率分布模型,提出一种针对视频运动区域的编码优化算法。该算法通过概率统计得到编码质量分布情况并尽可能将最差编码区域与最优编码区域向平均质量区域聚合,以达到平滑视频质量的目的从而有效提升视觉质量。论文工作提出的基于单趟编码统计信息的率-失真优化算法以及码率控制算法,能够在当前混合编码框架下进一步改善视频编码效率,控制视频传输质量。基于概率分布模型的编码优化算法,能够显著提升视频的视觉质量。相关工作已经被中国音视频标准(AVS)采纳至参考模型软件当中。