摘要：人脸识别、指纹识别等生物特征技术应用日趋广泛，市场对门禁通道安全性和可靠性的要求也越来越高。本文提出一种基于人脸、指纹两种生物特征技术，并结合手机短信验证方式的智能门禁系统的实现方案，描述了整体设计方案，重点介绍了基于DM642的门禁识别器的软件设计和硬件设计方法。
关键词：门禁；人脸识别；指纹识别；手机短信验证

    随着生物识别技术的快速发展和成熟，人脸识别、指纹识别等技术已应用到门禁系统中。在国外，以日本NEC公司、美国LGE公司为代表，已经成功开发出面部识别门禁系统；在国内，一些公司已经开发出人脸识别门禁系统、指纹识别门禁系统。我们设计实现了一种即基于人脸识别、指纹识别技术，又结合手机短信识别的门禁系统，即利用了人脸指纹等生物特征技术确保门禁系统的安全性，又通过手机短信技术确保了在生物特征识别万一失败的情况下门禁可以正常出入。

    1 总体设计

    1．1设计设计

    系统基于局域网实现，门禁管理服务器接入局域网，完成注册、识别等核心功能并保存数据，通过串口连接GSM短信猫发送短信；工作站作为系统用户的工作平台，对各个门禁状态进行监控；智能门禁识别器连接门锁开关和门报警器，控$4i'1的开关和获取门状态；识别器采集进门者的人脸图像、指纹信息以及以手机短信形式接受到的进门密码，控制门的开关。智能门禁识别器和门禁管理服务器之前通过TCP／IP协议进行通信⋯。人脸识别使用LDA算法实现，指纹识别功能采用中控科技公司提供的指纹识别模块ZEMl00，可以独立完成指纹注册、识别功能，门禁识别器通过串口访问该模块，手机短信验证在服务端完成，通过短信猫把进门密码发送到用户手机。

    1．2工作流程

    本系统实现三种识别方式：人脸识别，指纹识别和手机短信识别，对于这三种识别方式的使用可以并列使用也可以串行使用，可以先任意进行组合，可以任意更换识别顺序。我们以通常使用的串行组合，即人脸识别、指纹识别、手机短信识别为例描述一下系统的工作流程。

    如图1所示，系统一般处于待机状态，用户准备进门时，按门禁识别器上的开始键开始识别；门禁识别器通过摄像头捕获到人脸图像，并把该图像发送到服务端进行人脸识别处像进行比对，找出最像的五张图像，然后进行人脸确认；确定该图像是否已登记在系统中，并判断是否有该门的权限，然后把通信结果发送到门禁识别器，如果通过则开门，不通过则转入指纹识别流程。

图1系统运行流程图

    门禁识别器通过指纹采集仪获取用户指纹，并通过封装在识别器内部的指纹模块进行指纹比对。如果指纹比对通过，则开门，并发送采集到的指纹信息到服务器；如果指纹比对不通过，则转入手机识别流程，并把指纹信息传送到服务端。

    进入手机短信识别流程后，用户首先把手机号码输入到门禁识别器，服务端把密码短信发送到该手机号码；用户输入密码，门禁识别器把密码发送到服务端进行比对。如果识别通过，开门；如果识别不通过，则发出告警信息。整个识别流程结束后，识别器返回到待机状态。

    2识别器硬件设计

    2．1硬件设计概述

    本系统基于TI公司的TMS320DM642(以下简称DM642)设计硬件平台。通过该芯片的VP0口实现视频采集，通过VPl口实现视频输出，通过串口和指纹模块连接，实现指纹信息的交互，通过该平台的网络口连接服务器，通过平台I／O口控制门锁的开关，通过平台I／O口获取键盘按键信息。

    2．2核心硬件模块

    (1)DSP，TI公司的DM642是一款专门面向多媒体应用的高性能32位定点DSP。该DSP工作主频最高达720MHz，8个并行运算单元，处理能力达5760MIPS；采用二级缓存结构；具有64位外接存储器接口；还集成了3个可配置的视频端口、10／100Mbit／s的以太网MAC等外设。鉴于DM642的上述优点，本系统就以DM642为核心，完成视频信号的实时采集、压缩、回放及传输功能M J。
    (2)CPLD，CPLD(可编程逻辑控制)电路实现提供FLASH的片选信号、页地址信号、串口中断、时钟信号、I／O控制、复位信号、中断信号等功能。本系统选用EPM240T100C5。
    (3)指纹模块，中控科技公司的ZEMl00指纹模块(以下简称ZEMl00)是一款嵌入式指纹模块，内置强大的Inter Xscale处理器和优秀的中控指纹识别算法，很容易集成到各种系统中。ZEMl00通过串口和DM642连接，ZEMl00的RX，TX口分别连接到串口的RX，TX口；ZEMl00需要提供3．3V的直流电源，这样再提供电源和地两个接口，只需要四根线就可以实现和系统的通信”。

图2硬件平台实现原理图

    2．3硬件平台搭建

    硬件平台的实现原理如图2所示。DM642通过外部存储器接口(EMIF)访问片外存储器，EMIF由64位数据线D[63：0]、20位地址线A[22：3]、8位字节使能线BE[7：0]、4位片选线和各类存储器读／写控制信号组成。外部存储资源包括FLASH和SDRAM，FLASH，4M×8位，8位异步静态存储器接口，用来导人装载和配置信息。SDRAM，4M X 64位，64位同步动态存储器接口，用于存储程序、数据和图像处理中间结果。CPLD电路作为系统的逻辑控制电路，用来控制键盘、电磁锁开关等接口。选用TVP5150作为视频解码器，通过12c可编程总线进行控制和8位并行总线进行数据的传输，在系统中将模拟NTSC、PAL视频信号转换为数字分量视频信号。选用SAA7121H作为视频编码芯片，将BT．656格式的数字视频信号转换成PAL和NTSC格式的视频输出。选用TLl6C752B实现2路异步串口，每路异步串口占用8个8位存储单元。网络接口由EMAC(10／lOOMbit／s Ethernet MAC)与MDIO(Management Data Input／Output)组成，EMAC控制网络器件和DSP之间的数据包的交唤，MDIO控制PHY的配置与状态的检测。

    3识别器软件设计

    3．1软件框架结构

    DSP／BIOS是一种嵌入式实时、多任务操作系统，支持多线程管理和调度，支持HWI、SWI、TSK等线程类型，支持Mailbox．es、Semaphores、Queues三种作业间的通信方式，支持周期函数，可以实现定时功能。本系统基于DSP／BIOS架构开发实现，系统的软件框架结构如图3。系统结构分为三大块：输入输出控制部分，视频处理部分，通信部分。分别详述如下：①输入输出控制部分主要包括对I／O的操作、对串口数据的读写、中断服务处理等模块；其中键盘电路就是在中断服务和I／O读取的基础上实现；系统和指纹模块的通信则是通过中断和串口读写来实现的。②视频处理部分主要是对视频进行捕获、压缩、传输等操作。③通信模块实现门禁识别器和服务器的数据通信功能，基于TI的NDK(Network development kit)开发实现TCP／IP通信；为了实现系统更好的扩展性，预留了无线网络驱动模块。

图3嵌入式软件框架结构图

    3．2软件数据流向

    软件系统基于TI的RF5(参考框架5)设计。本系统的数据流向主要包括三两部分：以JPEG格式压缩的视频信号数据流，BMP格式的图像数据流，以输入输出信息为主的控制信号数据流。系统的数据流向如图4所示。

图4系统的数据流向图

    (1)视频数据流流向：GIO／FVID(顶层类驱动)控制TVP5150通过EDMA将视频数据传递到视频输入任务请求的缓冲区capFrameuf中，视频输入任务从capFrameuf中将数据取走，并进行YUV4：2：2到YUV4：2：0的采样格式变换。当变换完成后，输入任务将SCOMMsg消息放人图像处理任务inputToProcess消息队列中，然后，视频输入任务等待来自于processTolnput队列中的图像编码任务完成消息。图像编码任务得到消息后，知道已有一帧数据在inBuf中，inBuf指向Enccell(图像编码单元)的ICC对象。图像编码任务在处理其通道操作时，Enccell从inBuf读取数据，执行jpeg压缩算法，最后将压缩后的数据存入OutBuf中。输出任务(OutPut)从processToOut消息队列取得图像编码消息后，将压缩后的图像数据存人look．Buf中，GIO／FVID控制SAA7121通过EDMA将视频数据输出显示。当显示完一帧数据后，输出任务通过outToProcess消息队列返回处理完成消息至图像编码任务。网络任务的视频流运行类似于输出任务。
    (2)图像数据流流向：图像数据的流程和视频数据流程一样，只是不经过Jpeg压缩。在主控制任务(tskContr01)中，通过开关变量switch控制是否进行压缩。服务端通过TCP／IP套接字发送指令给网络任务，网络任务通过邮箱(MailBox)发送指令给主控制任务，数据流压缩后通过网络任务发送到服务端。
    (3)控制信号数据流向：核心控制任务从中断任务处获取外部指令，如果是按键中断，则调用I／O控制任务的读取键盘值方法；如果是串口中断，则调用串口任务的读取指纹方法；如果是程序内部识别通过指令，则调用I／O任务中的开门方法。控制信号的传输使用邮箱(MailBox)来传输。

    4总结和展望

    基于DM642实现的人脸、指纹、手机短信门禁识别系统充分利用了DM642强大的视频处理能力，通过网络传输图像实现了基本的人脸识别流程，通过串口通信实现了基本的指纹识别流程，并辅助以短信识别流程，实现了三种识别方式的门禁识别系统。该系统已经应用于重要机房门禁管理中。

    参考文献
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    2段锦等．基于人脸识别技术的访问控制系统．小型微型计算机系统，2002，12(23—12)：1473—1473
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    4史仪凯等．基于CPLD和DSP技术的视频图像采集系统设计与实现．微计算机应用，2005，26(5)：621—622
    5郑冰等．基于ARM的指纹识别门禁系统设计．微计算机信息，2007，23(2—2)：140～141
    6彭启琮等．DSP的集成开发环境一CCS及DSP／BIOS的原理与应用．北京：电子工业出版社，2005，293～295

    作者简介
    李英山，男，(1980一)，硕士研究生，主要研究领域为嵌入式图像处理。
    张星明，男，(1963一)，教授，博士，主要研究领域为图像处理、多媒体技术。
    潘子浩，男，(1983一)，硕士研究生，主要研究领域为嵌入式图像处理、人脸识别。