基于DSP／B10S和人臉識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化飛速發(fā)展的今天，門禁技術(shù)也得到了迅猛的發(fā)展。生物認(rèn)證技術(shù)由于其具有高可靠性、安全性、方便性等特點(diǎn)，逐漸受到社會的矚目。傳統(tǒng)的人臉圖像識別系統(tǒng)依賴于較大型設(shè)備，速度較慢、實(shí)時(shí)性較差、價(jià)格昂貴。隨著數(shù)字信號處理器DSP的飛速發(fā)展，以DSP為核心的硬件系統(tǒng)同樣可以用來進(jìn)行圖像處理。隨著DSP的運(yùn)算速度和運(yùn)算精度不斷提高，片內(nèi)的存儲容量不斷加大，系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)處理能力以及與外部設(shè)備的通信功能不斷增強(qiáng)，人們完全可以脫離PC 機(jī)開發(fā)出基于DSP的圖像處理系統(tǒng)。

本文利用DSP和實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)DSP／BIOS開發(fā)了基于人臉識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)。系統(tǒng)利用攝像頭獲取人臉圖像，利用DSP完成人臉圖像的處理和特征提取以及識別，利用液晶顯示器完成識別信息的顯示，并通過串口與外部通信。

1 DSP／BIOS簡介

DSP／BIOS是一種簡易的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，主要面向?qū)崟r(shí)調(diào)度與同步、主機(jī)與目標(biāo)系統(tǒng)通訊以及實(shí)時(shí)監(jiān)測等應(yīng)用，具有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的諸多功能，如任務(wù)的調(diào)度管理、任務(wù)問的同步和通訊、內(nèi)存管理、實(shí)時(shí)時(shí)鐘管理、中斷服務(wù)管理、外設(shè)驅(qū)動程序管理等。DSP／BIOS由三個部分組成：DSP／BIOS實(shí)時(shí)內(nèi)核與API、DSP／BIOS分析工具以及DSP~IOS配置工具” 。

1．1 DSP／BIOS中的線程

DSP~IOS內(nèi)核通過在單一處理器上允許高優(yōu)先級線程搶先低優(yōu)先級線程的方式支持不同優(yōu)先級的多種線程，并負(fù)責(zé)處理各線程之間的各種相互作用，包括通訊、同步等。DSP／BIOS支持四種線程：硬件中斷（HWI）、軟件中斷（SWI）、任務(wù)（TSK）、后臺線程（IDL）。它們的優(yōu)先級依次從高到低。 DSP~IOS用HWI模塊來管理硬件中斷，為DSP中的每個硬件中斷配置了中斷服務(wù)程序（ISR）。硬件中斷用來處理時(shí)間要求苛刻的關(guān)鍵任務(wù)，如系統(tǒng)時(shí)鐘等。軟件中斷通過SWI模塊管理，用于處理一些對實(shí)時(shí)性要求較低的任務(wù)。任務(wù)通過TSK模塊管理，后臺線程的優(yōu)先級最低，用于沒有時(shí)間限制的處理，只有在其它線程不運(yùn)行時(shí)，它才運(yùn)行。

任務(wù)管理與軟件中斷的區(qū)別是，每個任務(wù)都有自己的堆棧，任務(wù)問支持同步和通訊，一個任務(wù)可以掛起以等待某一資源的釋放，因此，特別適用于門禁系統(tǒng)的應(yīng)用。本文中用到了兩個任務(wù)：tskvideocapture與tskloopback，其中tskvideocapture是視頻獲取任務(wù)，tskloopback是視頻處理和顯示任務(wù)。TASK任務(wù)級的通訊主要使用SCOM（Synchronized COMmunication module）消息隊(duì)列。SCOM消息是用戶定義的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于task之間交換信息。

1．2 DSP／BIOS程序開發(fā)

DSP／BIOS支持交互式的應(yīng)用程序開發(fā)模式，開發(fā)人員可以用DSP／BIOS先為應(yīng)用程序生成一個框架，在使用實(shí)際的算法之前給程序加上一個仿真的運(yùn)算負(fù)荷來測試程序，看是否滿足時(shí)序要求。開發(fā)步驟如下：① 用配置工具建立應(yīng)用程序要用到的對象；②保存配置文件，系統(tǒng)會生成編澤和鏈接應(yīng)用程序時(shí)需的庫文件；③為應(yīng)用程序編寫一個框架，可以使用C、c++、匯編語言；④在CCS環(huán)境下編譯并鏈接程序；⑤使用仿真器和DSP／BIOS分析工具來測試應(yīng)用程序；⑥ 重復(fù)步驟① 到⑤ 直到程序運(yùn)行正確；⑦硬件開發(fā)好后，修改配置文件以支持硬件，并進(jìn)行測試。

1．3 CDB配置文件

CDB文件包含了以下幾個部分內(nèi)容：系統(tǒng)部分（System）、實(shí)時(shí)分析部分（Instrumentation）、調(diào)度部分（Scheduling）、同步部分（Synchronization）、輸入輸出部分（Input／Output）、芯片支持庫部分（CSL）。DSP／BIOS配置工具采用可視化界面，如圖l所示。

圖l DSP~IOS配置界面

具體地說，CDB文件的主要配置內(nèi)容有以下幾部分。系統(tǒng)部分：Global Settings體現(xiàn)系統(tǒng)所用處理器型號及其各種參數(shù)特性；MEM體現(xiàn)系統(tǒng)的程序和代碼的放置位置以及占用空間的大小。調(diào)度部分：TSK—Task Manager主要定義用戶定義任務(wù)及系統(tǒng)后臺線程所調(diào)用的子函數(shù)，任務(wù)的優(yōu)先級以及其存放位置和堆棧大小的設(shè)置情況。輸入輸出部分：定義視頻各個輸入輸出端口如何實(shí)現(xiàn)與片級支持庫CSL的鏈接，從而實(shí)現(xiàn)微驅(qū)動和參數(shù)傳遞。

2 門禁系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)基于TI公司的TMS320DM642設(shè)計(jì)硬件平臺，因?yàn)镈M642有豐富的外部設(shè)備接口，完全能夠滿足門禁系統(tǒng)的需要。DM642通過外部存儲器接口（EMIF）訪問片外存儲器SDRAM和FLASH。SDRAM為4M x 64位的同步動態(tài)存儲器接口，用于存儲程序、數(shù)據(jù)和圖像處理中間結(jié)果，配置在EMIF接口的CE0空間；FL ASH為4M x8位的異步靜態(tài)存儲器接口，用來存儲人臉的模板特征、固化程序、導(dǎo)入裝載和配置信息，配置在DM642的EMIF的CE1子空間。此外，CE1子空問還分配給狀態(tài)／控制寄存器、UART等資源使用。因此，F(xiàn)lash的最大的可尋址范圍為512K x 8位。為了訪問到Flash的所有地址空間，本系統(tǒng)采用分頁技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對Flash的訪問，即將整個4M x 8位的Flash分成8個512×8位的頁，而頁地址則由位于CPLD中的頁地址寄存器提供。選用TVP5150視頻解碼芯片，通過I2C可編程總線進(jìn)行控制，采用8位并行總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。