基于匯聚式處理器的生物認證系統(tǒng)設計

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照的原因而牽扯其中。一場涉及多國的外交風波由此而生。

　　這場風波中，護照成為一個十分重要的關鍵詞，其中至少有8名嫌疑人持有偽造的英國護照。據(jù)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，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。

　　事實上，生物認證所涉及的應用遠不止護照。生物特征認證技術是指利用人體固有的生理特征或行為特征來進行個人身份鑒別認證的技術，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。鑒于生物認證技術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)、公眾項目應用(醫(yī)療、教育、社會保險等應用）、個人消費（與PC、PDA、手機及其他IT產(chǎn)品等的結合應用、智能家居等）等非常廣泛的領域。

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

圖1：基于生物認證技術的大樓管理系統(tǒng)示意圖。

生物認證中使用的匯聚式處理器

　　在實際應用中，幾乎所有的生物認證技術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)庫中保存的模板進行對比；判斷程序，根據(jù)對比結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)在全球多家領先的生物認證系統(tǒng)中得到使用。Blackfin處理器是一類專為滿足當今嵌入式音頻、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處理器，可以輕松實現(xiàn)各種生物認證方法所涉及的復雜數(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用，而圖像處理正是幾乎所有生物認證系統(tǒng)的基礎技術。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(shù)處理速度；生物認證需要對圖像進行處理，大量涉及到內存數(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處理器內核架構。