[发明专利]一种基于LoRa-Mesh的图像传输与处理系统及方法

权利要求书

1.一种基于LoRa-Mesh的图像传输与处理系统，其特征在于，包括：摄像头、微控制器、存储器、LoRa通信模块、LoRa天线、LoRa网关、服务器、太阳能光伏板、电池供电模块；

所述摄像头、存储器、电池供电模块、LoRa通信模块分别与微控制器电连接，所述LoRa通信模块与LoRa天线电连接，所述LoRa天线与LoRa网关电连接，所述LoRa网关与服务器电连接，所述电池供电模块与太阳能光伏板连接；

所述微控制器控制摄像头采集设备状态的图像，图像存储在存储器中，图像通过LoRa通信模块连接的LoRa天线将信息传输到LoRa网关，LoRa网关将图像传输到服务器存储；

所述微控制器设有定时器，当判定定时器时间到达时，LoRa-Mesh网络的源节点向LoRa网关传输设备状态的图像，发起路由请求获得到达LoRa网关的路径，源节点在网络中广播路由请求信息，中间节点检测该路由请求信息不是发给自身，将路由请求重新广播，当目的节点接收到路由请求信息时检测是发给自身，给源节点发送路由应答，建立源节点到目的节点的路由路径，设备状态的图像沿着源节点到目的节点的路径传输；

所述微控制器对设备状态的图像进行JPEG编码，经过量化、Z字型编码和熵编码得到编码后的JPEG数据流；

所述服务器将编码后的JPEG数据流进行JPEG解码，解析JPEG文件的DQT段的量化表，得到量化表长度以及量化表内容，解析SOF段，得到图像颜色信息，解析DHT数据段，对得到霍夫曼码表信息进行哈夫曼解码，得到YCrCb颜色空间中Y、Cr、Cb各分量数据，完成设备状态图像传输。

2.根据权利要求1所述的基于LoRa-Mesh的图像传输与处理系统，其特征在于，给源节点发送路由应答，建立源节点到目的节点的路由路径，具体包括：

源节点发送RREQ消息，判断本地路由是否有到达目的地的合法路由，如果没有，开启并设置定时器，广播RREQ信息，等待回复RREP消息，

LoRa设备与LoRa网关之间的其他中间LoRa设备根据路由请求的源地址记录到请求来源的反向路径；

当中间LoRa设备接收到LoRa网关的应答信息时，建立到达源节点到目的节点的正向路径，以及目的节点到源节点的反向路径，沿着反向路径将目标节点的RREP信息传输至源节点。

3.根据权利要求1所述的基于LoRa-Mesh的图像传输与处理系统，其特征在于，LoRa-Mesh网络采用AODV路由协议作为通信的路由控制策略，采用无线mesh网络的网络拓扑结构，mesh网络中各个节点发送图像数据，作为网络中其他节点的中转站，当服务器接收到数据时根据地址解析得到属于各节点的数据。

4.根据权利要求1所述的基于LoRa-Mesh的图像传输与处理系统，其特征在于，所述微控制器设置LoRa的发送和接收任务，LoRa的发送和接收任务包括待机模式状态、工作模式状态和CAD模式状态，所述工作模式状态包括图像发送和图像接收任务模式，CAD模式状态通基于检测无线信道上LoRa前导码，判定信道是否活跃；

当设备状态图像传输完成后进入待机模式，设置定时时间，当到达定时时间时，进入CAD模式检测信道，如果监测到CAD信道信息，则由微控制器切换至工作模式中的接收任务，进入多跳组网流程中，否则再次进入待机模式，等待进入下一个周期。

5.根据权利要求1所述的基于LoRa-Mesh的图像传输与处理系统，其特征在于，所述微控制器对设备状态的图像进行JPEG编码，经过量化、Z字型编码和熵编码得到编码后的JPEG数据流，具体包括：

对设备状态的图像进行分块，分块后的图像进行正向离散余弦变换；

对经过正向离散余弦变换后的频率系数进行量化，得到量化后的二维系数；

量化后的二维系数采用Z字型编码重新编排，并转换为一维系数，生成一维数组，生成的一维数组中的第一个元素代表直流系数，其余代表交流系数；

使用差分脉冲编码调制对直流系数进行编码，使用行程长度编码对交流系数进行编码；

对交流系数和直流系数编码进行哈夫曼编码得到JPEG数据流。