隨著計算機網絡的迅速發展和機器人應用的逐步推廣，對遠程機器人進行實時的控制和監測，已經越來越受到人們的關注。我們所承擔的國家863項目“利用遠程網絡技術的機器人遙操作研究”正是在這樣的背景下展開的。
1 總體結構和模塊劃分
　　通過Internet網絡實現對遠程機器人的監控，是指用戶在本地發送控制命令給遠端的機器人，由遠端機器人的控制系統對控制命令加以解釋、執行，從而控制機器人完成相應的動作。同時，由遠端的攝象機把現場的圖像加以采集。由于視頻圖像信息的數據量非常大，不可能在Internet網絡上實時傳輸，因此，必須先對圖像信息進行壓縮，然后通過網絡傳送到用戶站點。用戶站點把接收到的已壓縮的圖像信息進行解壓縮，還原成原來的圖像。隨后，用戶可根據總的調度程序給遠端機器人發出新的控制命令，遠端機器人再完成相應的動作。同樣，又通過網絡把機器人的動作情況傳送到用戶站點。于是，遠端機器人的一舉一動都能及時地呈現在用戶的面前，這就是所謂的現場感。
　　為了把控制命令和運動過程都記錄下來，為以后的分析、研究提供準確的數據，有必要建立控制命令和運動過程數據庫。按這樣的設想，該系統的總體結構如圖1所示。

　　系統采用客戶機/服務器(Client/Server)體系結構。對于控制命令來說，客戶機接受用戶提供的機器人控制命令，然后形成相應的命令幀格式，發送到網絡上。服務器對接收到的控制命令進行分析解釋，并通過機器人的控制系統驅動機器人執行相應的命令。對于視頻圖像來說，首先由客戶機采集視頻圖像，然后進行數據壓縮，再發送到網絡上。服務器則把從網絡上接收到的圖像數據進行組合，完成相應的解壓工作，恢復視頻圖像的本來面目。
　　從整個系統的工作過程可以看出，從對控制命令的處理這一角度來看，本地是客戶機，遠端是服務器，而從對視頻圖像的處理這一角度來看，遠端是客戶機，本地是服務器。也就是說，客戶機/服務器結構不是從物理上的本地或遠端來劃分的，而是從邏輯上的不同功能來劃分的。之所以這樣劃分，是因為在該系統中，視頻圖像的處理和傳輸過程是相對獨立的，而不是控制命令的簡單應答和反饋信息。總之，客戶機主動發出各種信息，而服務器則被動地接收來自客戶機的信息，并進行相應的處理。
2 視頻圖像壓縮" title="圖像壓縮">圖像壓縮傳輸的基本流程
　　系統首先建立獲取窗口，然后指定回調函數。系統獲取的圖像存放在一段連續的內存中，以回調函數的形式傳送給編程人員。在回調函數中，先進行壓縮處理，然后把大數據塊打包，再把數據包按序號依次發送到Internet網絡上。本地站點接收到數據包以后，按序號組合成數據塊，然后解壓縮，最后在給定窗口上重現視頻圖像。視頻圖像壓縮傳輸過程如圖2所示。

　　我們采用的是混合編碼方案，其視頻圖像壓縮的基本流程如圖3所示。首先判斷是否為關鍵幀，若是關鍵幀，則先進行離散余弦變換DCT(Discrete Cosine Transform)，然后對DCT系數作量化處理，再對量化后的交流(AC)系數以Z形路徑進行行程編碼RLE(Run－Length Encoding)，最后進行哈夫曼編碼；若不是關鍵幀，則采用幀間壓縮。

　　對于幀間壓縮，我們比較了兩種不同的方式。
　　第一種方式以象素為基礎，首先將其與上一幀作差，得到一個稀疏的矩陣。在作差的過程中，采用小范圍匹配的方法去掉一部分噪聲，然后采用改進的行程編碼得到最后結果。再把當前幀圖像保存在指定的內存區內，作為下一幀作差的參考幀。
　　第二種方式是以宏塊為基礎的運動補償方式，首先計算運動矢量，然后采用行程編碼RLE和哈夫曼編碼。由于機器人的運動主要是平移和轉動，而缺少局部的細微變化，用運動補償可以達到較高的壓縮比" title="壓縮比">壓縮比和相當好的圖像質量" title="圖像質量">圖像質量。
　　由于與遠程站點之間通過Internet網進行傳輸時，信道的數據傳輸率" title="傳輸率">傳輸率不是固定的，因此，系統中通過信道測試反饋信息來改變量化時的步長，從而調節視頻信息的數碼率，以便更好地適應信道傳輸率的變化。
3 實驗數據和性能分析
　　我們對幾種不同的壓縮算法進行了比較。為了接近Internet網的數據傳輸率，采用的數據流量為10kb/s。具體的實驗數據如表1所示。

　　由上述數據可畫出使用IC壓縮器(IC Compressor)進行定流量壓縮時，幀頻和壓縮比隨圖像格式而變化的曲線如圖4所示。

　　從圖中曲線可以看出，隨著圖像的變大，壓縮比大大提高，而幀頻則隨之下降。這是因為，當圖像變大時，背景相應變大，而在背景幾乎不變的情況下，幀間壓縮的壓縮比會相當大，從而使總的壓縮比明顯提高；隨著圖像的增大，數據量將成倍增加，在數據傳輸率一定的條件下，幀頻必然會下降。
　　使用定質量(Fix Quality)壓縮時，幀頻和壓縮比隨質量而變化的曲線圖5所示。