基于匯聚式處理器的生物認(rèn)證系統(tǒng)設(shè)計

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

　　這場風(fēng)波中，護(hù)照成為一個十分重要的關(guān)鍵詞，其中至少有8名嫌疑人持有偽造的英國護(hù)照。據(jù)透露，偽造的英國護(hù)照都是相對較易被涂改盜用的老版護(hù)照，而新版的英國護(hù)照則應(yīng)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(rèn)證信息。此類生物認(rèn)證護(hù)照是目前全球最安全的護(hù)照之一，已經(jīng)成為各國加強護(hù)照安全管理的有效手段。

　　事實上，生物認(rèn)證所涉及的應(yīng)用遠(yuǎn)不止護(hù)照。生物特征認(rèn)證技術(shù)是指利用人體固有的生理特征或行為特征來進(jìn)行個人身份鑒別認(rèn)證的技術(shù)，與傳統(tǒng)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：不會遺忘或丟失；防偽性能好，不易偽造或被盜；“隨身攜帶”，隨時隨地可用。鑒于生物認(rèn)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(tǒng)、出入境控制系統(tǒng)等)、商業(yè)(考勤、門禁、智能卡等)、公眾項目應(yīng)用(醫(yī)療、教育、社會保險等應(yīng)用）、個人消費（與PC、PDA、手機及其他IT產(chǎn)品等的結(jié)合應(yīng)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(rèn)證技術(shù)具有上述優(yōu)點，因此受到了各國的極大重視。據(jù)市場調(diào)研公司Frost Sullivan的數(shù)據(jù)顯示，2008年僅在EMEA地區(qū)(歐洲、中東及非洲)，生物認(rèn)證技術(shù)市場規(guī)模就達(dá)到3億美元，預(yù)計到2015年將達(dá)到10.58億美元，年復(fù)合增長率達(dá)25.5%，相關(guān)的大型政府項目如電子護(hù)照和居民身份證都將帶動該市場的快速增長。

圖1：基于生物認(rèn)證技術(shù)的大樓管理系統(tǒng)示意圖。

生物認(rèn)證中使用的匯聚式處理器

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

　　近年來，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(rèn)證系統(tǒng)中得到使用。Blackfin處理器是一類專為滿足當(dāng)今嵌入式音頻、視頻和通信應(yīng)用的計算要求和功耗約束條件而設(shè)計的新型16/32位嵌入式處理器。Blackfin處理器將一個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(yīng)用中都具有突出優(yōu)勢，在很多應(yīng)用中避免了增設(shè)單獨的異類處理器，可以輕松實現(xiàn)各種生物認(rèn)證方法所涉及的復(fù)雜數(shù)字信號處理運算。

　　Blackfin處理器已廣泛用于視頻及圖像處理應(yīng)用，而圖像處理正是幾乎所有生物認(rèn)證系統(tǒng)的基礎(chǔ)技術(shù)。以指紋識別為例，其預(yù)處理主要包括指紋圖像增強、指紋圖像二值化、指紋圖像細(xì)化和指紋圖像細(xì)化的后處理，這些都依賴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(rèn)證技術(shù)的實現(xiàn)提供了重要支持：Blackfin處理器支持8位數(shù)據(jù)以及許多像素處理算法所常用的字長，大大提高了虹膜識別、人臉識別等應(yīng)用中常見的動態(tài)圖像處理、像素值處理；Blackfin具有L1和L2兩級高速緩存結(jié)構(gòu)；由于具有快速的讀取速度，這種緩存結(jié)構(gòu)可以有效提高生物特征參數(shù)處理速度；生物認(rèn)證需要對圖像進(jìn)行處理，大量涉及到內(nèi)存數(shù)據(jù)存取，而Blackfin處理器所具有的DMA控制器可以自動完成數(shù)據(jù)傳輸，所需的處理器內(nèi)核開銷極少，節(jié)約了處理器的寶貴運算能力。

圖2：Blackfin處理器內(nèi)核架構(gòu)。