高效率、高可靠性的远距离水下无线视频传输具有重要的应用。为了实现远距离的水下无线光通信,高灵敏度的单光子探测器被用于探测接收端微弱的光信号。但由于信道的衰减作用、光量子效应和噪声光子的存在,远距离的水下单光子通信中删除符号出现的概率较大而错误符号出现的概率很小,信道呈现出较强的删除特性和高误码性。字典学习（Dictionary Learning,DL）是一种稀疏表示算法,可高效应用于视频和图像压缩中,并且每帧图像的稀疏矩阵信息互不影响,可快速有效地恢复视频流。因此,本文针对水下单光子通信系统用于远距离视频传输的需求,围绕水下信道模型和高效可靠的视频数据传输展开研究,主要研究内容及成果如下:（1）针对水下信道中光子运动的复杂性,综合考虑光子发射情况和探测器特性,基于水下单光子通信系统采用了时隙内光子计数的方法进行数据解调,建立了水下光子时空随机信道模型,然后利用蒙特卡洛方法对系统进行仿真模拟。通过统计到达接收端光子的时空信息,研究了信道参数对光接收强度、信道脉冲响应和系统性能的影响。仿真结果表明,系统可以实现理论通信距离约为185米的水下通信。（2）为减少视频传输的数据量,设计了三种基于字典学习的视频稀疏编码方案,提出了两种产生初始字典的方法,并分别从计算机运行时间、重建质量角度进行评价。理论分析与实验结果表明,利用随机选取法产生的初始字典,设置好迭代次数、原子数、稀疏度等字典参数后,基于字典学习的视频无残差稀疏编码方案,可使视频帧重建质量更佳。（3）考虑到水下信道的删除性和译码成功的随机性,提出了一种具有双反馈机制的卢比变换（Luby Transform,LT）码级联低密度奇偶校验（Low Density Parity Check,LDPC）码的信道级联编码方案。针对水下单光子通信系统中视频高效可靠传输的需求,提出了一种基于字典学习和LT-LDPC级联码的视频联合编码方案。仿真实验证实了信道级联编码方案和联合编码方案的可行性;系统实验表明,通过不断调整字典参数,可将视频压缩率（Compression Rate,CR）在调至较低的情况下,以较高的质量重建视频帧。