淺析人臉識別系統的中的DSP硬件平臺

肖英楠，楊 明

成都理工大學工程技術學院，四川成都 614000

淺析人臉識別系統的中的DSP硬件平臺

肖英楠，楊 明

成都理工大學工程技術學院，四川成都 614000

人臉識別是模式識別領域中一個相當網難又具有重要理論價值和實際應用價值的研究課題，在身份鑒別、人機交互和視覺監控等領域有著巨大的應用前景。在DSP平臺上就人臉識別系統相關設計進行探討，并對程序進行了優化，保證了系統的實時性。

人臉識別；DSP；硬件平臺；軟件設計；優化

0 引言

生物特征鑒別技術是利用人體特有的生理特征來進行身份識別的一種技術，它提供了一種高可靠性，高穩定性的身份鑒別途徑[1,2]。本文主要就人臉識別系統的中的DSP硬件平臺設計的相關問題進行探討。

1 DSP硬件平臺的構成

本設計硬件平臺采用的是北京瑞泰刨新科技有限責任公司的圖像處理工具箱：ICETEK-C6711—IDK。其主要組成為：ICETEK—C6711圖像處理板，CCD攝像頭LCD液晶顯示器。ICETEK—C6711圖像處理板包括USB板和M板。

1.1 USB板(系統的主板)

主要功能是通過擴展總線與子板(M板)進行圖像數據的交流；完成圖像數據的處理。主要構成是：1）基于Ti公司的TMS320C6711DSP的數據處理模塊；2）256MBit 100MHz的SDRAM，8MBit可編程可擦寫只讀存儲器；3）并行端口控制器，通過并行端口的嵌入式內置仿真或外部仿真器仿真；4）7個指示燈和4個用戶自定義開關等模塊構成。

1.2 M板(子板)

M板的豐要完成圖像的采集，存儲，顯示，并不進行任何數據的處理。它的主要構成有：1）PAL/NTSC標準圖像輸入模塊。視頻輸入模塊的任務是對輸入的模擬視頻信號進行采樣并數字化。系統中使用Philips的SAA7113視頻解碼芯片來采集模擬視頻信號，轉換成數字信號；2）數字圖像的存儲控制模塊。圖像的存取由Xilinx公司的10萬門FPGA來控制。存儲器是兩塊2M×32bit的SDRAM，可以存儲4幅以上的圖像；3）圖像輸出模塊。圖像的輸出也有兩模式：VGA模式和PAL/NTSC模式，默認的方式是PAL/NTSC。

2 系統的軟件設計

與系統的硬件組成一樣，軟件構架也可以分為：圖像采集系統、圖像處理系統、數據存儲系統以及圖像顯示系統4個模塊。由于本文采用的圖像處理工具箱已經完成了圖像的采集／顯示模塊和數據存儲模塊，因此，本文的件設計工作重點是實現圖像處理模塊。對于基于人臉識別的門禁系統來說，它的圖像處理模塊可以分成：圖像預處理，人臉的檢測和特征提取與匹配3個子模塊。

2.1 圖像預處理

根據圖像預處理在整個人臉識別系統中運行的位置，可以分為人臉檢測預處理和特征提取預處理，如圖5-5所示。直接用差分圖像來進行人臉檢測是不合適的。一方面因為圖像差分會引入噪聲，另一方面是不能保證差分圖像有理想的亮度。因此在人臉檢測之前進行預處理是必要的。主要算法有：圖像差分，圖像去噪，光照補償。同樣在完成人臉檢測與定位后，圖像的大小，新引入的噪聲等因素都會對特征提取帶來負面的影響。人臉特征提取預處理主要算法有：圖像縮放，圖像灰度化，直方圖均衡，圖像去噪。

2.2 人臉檢測

人臉檢測是整個系統非常關鍵的一步，人臉檢測的效果對特征提取和識別的影響很大。根據第三章的分析，人臉檢測模塊的程序設計分為：膚色模型算法實現，基于面積的類人臉排除算法的實現，基于人眼幾何特征的人臉確認算法的實現。經過這樣由粗到細，逐步排除類人臉的算法，保證了人臉檢測有較好的效果。

圖1 人臉檢測流程框圖

2.3 硬件資源與優化策略

TMS320DM642的強大處理能力的充分發揮，主要依賴于芯片資源的充分利用，尤其是處理器功能單元的充分利用，即對所運行軟件的指令并行度有較高的依賴性。而軟件的指令生成是由相關芯片的編譯器和匯編器產生的。TI公司推出了世界上第一個效率可達70%～80%的匯編語言級C編譯器，它產生的代碼的平均效率是其他DSP編譯器的3倍。因此，對于TMS320C6711上運行的一般的算法，技巧性的使用C語言即可達到性能要求。雖然，使用高級語言具有開發容易、便于移植等多數優點，但對于資源相對有限的嵌入式系統來說，高級語言也有其不足之處：1）靈活性不足，由于高級語言的編譯一般是將語法結構翻譯成固定的匯編語言段(不考慮優化等手段的影響)，故不具有匯編語言的“捷徑”特性；2）高級語言的語句和芯片的指令集沒有對應關系，故而無法使用這些特殊指令。而這些特性卻恰是匯編語言的長處。使用匯編語言編程可實現對處理器的完全控制，并發揮它的最大性能。

但是對于較復雜的CPU，使用匯編語言編程卻有一定的難度。例如，在TMS320C671 l上編寫匯編語言時需要考慮上述8個單元的分配，寄存器和存儲器的訪問沖突等諸多問題，所以，匯編程序編寫起來困難很大，編寫較大的匯編程序的成本、風險也比較高，為此，TI公司專門推出了針對其DSP的線性匯編語言，書寫線性匯編程序不需考慮指令的并行性問題，就像書寫一般的匯編程序一樣。最后，由匯編器完成并行指令的排布，可實現高性能代碼相對輕松的開發過程。所以，綜合考慮開發難度和優化效果，本設計采用的方法是綜合使用C和線性匯編，對于不太影響性能的部分，使用C提高開發效率，對于對性能影響較大的部分，使用線性匯編來提升系統性能。對于像人臉識別這樣的運算密集型算法，使用這種方法可使效率提高幾十倍甚至上百倍。

3 結論

首先介紹了系統硬件平臺的組成和結構原理。結合硬件條件和門禁系統的要求，闡述了本系統的軟件設計構架，并介紹各個功能模塊的軟件實現。并結合DSP6711芯片的特性，介紹了代碼的優化方法。

[1]楊吳冰，陸徐平，許晉華.基于DSP和人臉識別技術的門禁系統設計[J].電氣傳動自動化，2007，29（2）.

[2]李金屏，韓延彬，楊清波，等.人臉識別新技術研究進展[J].計算機科學，2004，31（Z2).

TP39

A

1674-6708（2010）23-0207-02