基于匯聚式處理器的生物認證系統設計

2010年2月，一則近似于007電影情節的國際謀殺案占據了大量媒體版面——哈馬斯高官迪拜被暗殺。除了迪拜警方證實(shí)的涉嫌國外，英國、愛(ài)爾蘭、德國等西方國家也因為盜用護照的原因而牽扯其中。一場(chǎng)涉及多國的外交風(fēng)波由此而生。

　　這場(chǎng)風(fēng)波中，護照成為一個(gè)十分重要的關(guān)鍵詞，其中至少有8名嫌疑人持有偽造的英國護照。據透露，偽造的英國護照都是相對較易被涂改盜用的老版護照，而新版的英國護照則應用了微型晶片技術(shù)，其中存有持有人面部特征、指紋、虹膜照片等生物認證信息。此類(lèi)生物認證護照是目前全球最安全的護照之一，已經(jīng)成為各國加強護照安全管理的有效手段。

　　事實(shí)上，生物認證所涉及的應用遠不止護照。生物特征認證技術(shù)是指利用人體固有的生理特征或行為特征來(lái)進(jìn)行個(gè)人身份鑒別認證的技術(shù)，與傳統的身份鑒定手段相比，基于生物特征識別的身份鑒定技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：不會(huì )遺忘或丟失；防偽性能好，不易偽造或被盜；“隨身攜帶”，隨時(shí)隨地可用。鑒于生物認證技術(shù)的安全可靠及方便性，其已經(jīng)在公共安全(證照系統、出入境控制系統等)、商業(yè)(考勤、門(mén)禁、智能卡等)、公眾項目應用(醫療、教育、社會(huì )保險等應用）、個(gè)人消費（與PC、PDA、手機及其他IT產(chǎn)品等的結合應用、智能家居等）等非常廣泛的領(lǐng)域。

　　正是由于生物特征身份認證技術(shù)具有上述優(yōu)點(diǎn)，因此受到了各國的極大重視。據市場(chǎng)調研公司Frost Sullivan的數據顯示，2008年僅在EMEA地區(歐洲、中東及非洲)，生物認證技術(shù)市場(chǎng)規模就達到3億美元，預計到2015年將達到10.58億美元，年復合增長(cháng)率達25.5%，相關(guān)的大型政府項目如電子護照和居民身份證都將帶動(dòng)該市場(chǎng)的快速增長(cháng)。

圖1：基于生物認證技術(shù)的大樓管理系統示意圖。

生物認證中使用的匯聚式處理器

　　在實(shí)際應用中，幾乎所有的生物認證技術(shù)均通過(guò)以下步驟實(shí)現：傳感器采集原始生物特征數據；處理采集數據，完成特征提取，形成代表目標對象的特征集；模式匹配，將提取的特征集與數據庫中保存的模板進(jìn)行對比；判斷程序，根據對比結果判斷用戶(hù)聲明的身份是否能通過(guò)驗證。對于便攜式的生物認證終端來(lái)說(shuō)，所有這些步驟都必須由處理器在很短的時(shí)間內完成，因而對處理器性能提出了較高的要求。

　　近年來(lái)，ADI公司推出的匯聚式處理器Blackfin系列已經(jīng)在全球多家領(lǐng)先的生物認證系統中得到使用。Blackfin處理器是一類(lèi)專(zhuān)為滿(mǎn)足當今嵌入式音頻、視頻和通信應用的計算要求和功耗約束條件而設計的新型16/32位嵌入式處理器。Blackfin處理器將一個(gè)32位RISC型指令集和雙16位乘法累加(MAC)信號處理功能，與通用型微控制器所具有的易用性組合在一起。這種處理特征的組合使得Blackfin處理器能夠在信號處理和控制處理應用中都具有突出優(yōu)勢，在很多應用中避免了增設單獨的異類(lèi)處理器，可以輕松實(shí)現各種生物認證方法所涉及的復雜數字信號處理運算。

　　Blackfin處理器已廣泛用于視頻及圖像處理應用，而圖像處理正是幾乎所有生物認證系統的基礎技術(shù)。以指紋識別為例，其預處理主要包括指紋圖像增強、指紋圖像二值化、指紋圖像細化和指紋圖像細化的后處理，這些都依賴(lài)于處理器的圖像處理能力。特別是，Blackfin處理器所具有的以下獨特特性對生物認證技術(shù)的實(shí)現提供了重要支持：Blackfin處理器支持8位數據以及許多像素處理算法所常用的字長(cháng)，大大提高了虹膜識別、人臉識別等應用中常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)圖像處理、像素值處理；Blackfin具有L1和L2兩級高速緩存結構；由于具有快速的讀取速度，這種緩存結構可以有效提高生物特征參數處理速度；生物認證需要對圖像進(jìn)行處理，大量涉及到內存數據存取，而B(niǎo)lackfin處理器所具有的DMA控制器可以自動(dòng)完成數據傳輸，所需的處理器內核開(kāi)銷(xiāo)極少，節約了處理器的寶貴運算能力。

圖2：Blackfin處理器內核架構。