本文源于国家重点研发计划“深海关键技术与装备”的重点专项“全海深视频采集、传输、处理技术研发及系统集成和示范应用”中的视频编解码问题,着重研究深海环境下基于ROI的视频压缩方法,完成压缩系统的开发,在实际系统中验证压缩算法的性能。全海深是指海底11000米深度。当着陆器下潜到全海深时,需要通过专用线缆将海底视频传回水面母船。由于作业环境限制,通信链路的带宽较窄,线路的稳定性较差。在深海监视应用中,场景中存在大量的静态区域(海水背景),这些背景像素对于海底场景监视作用较小,实际作业关注的往往是视频中的科研目标所在区域。如果在视频编码中将海水背景与科研目标区域按照相同的编码策略进行编码,给予相同的编码质量,无疑浪费了宝贵的带宽资源。通过检测科研对象,并将其设定为ROI,提高ROI的编码质量,降低海水背景的编码质量,不仅对提高视频的主观体验起很大的作用,也能实现带宽资源的有效利用。本文通过对深海视频数据进行特性分析,研究了ROI提取算法,并以此为基础设计了基于ROI的视频编码算法。同时,我们完成了算法在硬件系统中的实现,评估了算法实现的效果。本文主要工作包括:(1)针对目前ROI提取研究中深海场景下视频ROI提取研究较少,且速度无法满足超高清视频实时处理的现状,本文提出了一种面向深海视频编码系统改进的视频ROI提取算法。首先根据深海场景的特性,提出了一种面向深海场景的静态目标区域提取算法,与其他算法相比,该算法更适合深海场景。但是,该算法的运算效率并不理想。因此,本文对算法中的前景判定方式进行了改进,有效提升了运算速度。其次,为了解决该算法无法提取动态目标区域的问题,选择二帧差分法进行改进,解决了二帧差分法提取结果中存在拖影且运算效率不足的问题。最后,将改进的静态目标区域提取算法与改进的二帧差分法有机结合,提出了一种面向深海视频编码系统改进的ROI提取算法。实验结果表明,本文提出的算法在深海场景下表现较好,能够同时提取静态目标区域和动态目标区域,运算速度相较其它算法有大幅度提高,可以实现4k@30fps的超高清视频实时处理。(2)深海环境限制了探测设备的体积,针对这一问题,本文设计并实现了基于Xilinx公司Ultrascale+FPGA的深海超高清视频编码系统,并在系统上实现了基于ROI的编码算法。该系统是嵌入式系统,因此本文同时完成了软硬件协同设计,即底层硬件架构和顶层软件系统的设计与实现。测试结果表明,该系统在资源消耗、编码时间以及码率等方面都达到了系统指标要求,能够实现4k@25fps的超高清视频实时编码传输,编码质量较好。(3)对基于ROI的深海超高清视频编码系统输出的视频分别进行主观质量评估和客观质量评估,并对实验结果深入分析,研究了码率与ROI设置对编码视频质量的影响。实验结果表明,本文提出的深海视频编码系统输出视频的质量优于未设置ROI的系统输出视频,并且在低码率情况下ROI保持了较好的视频质量。