1．信號采集部分

　　它主要是將生物特征信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號傳給系統(tǒng)。它可能是圖像信號，如虹膜圖像、掌紋圖像、指紋圖像，也可能是采樣信號，如采樣人的語音。但在大多數(shù)生物識別系統(tǒng)中信號采集部分轉(zhuǎn)化出來都是圖像信號。本章介紹的也是基于圖像信號采集的識別系統(tǒng)。

　　2．處理部分

　　處理部分通常是一個高性能的CPU。它是整個生物識別系統(tǒng)的核心。它／不僅儀要完成對數(shù)據(jù)的運算、處理和存儲，還要實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制，特別是I／O部分的控制，以達到系統(tǒng)整體的要求。

　　3．RAM部分

　　生物識別系統(tǒng)中一般都有RAM部分，主要基于兩個出發(fā)點：首先，生物識別系統(tǒng)中速度是一個重要指標。程序在RAM里面運行比在存儲器里運行速度要快得多。其次，生物識別系統(tǒng)中采集的圖像往往比較大，而且算法所要求的RAM空間也比較大。而CPU內(nèi)部的RAM往往不能達到這個要求。

　　4．存儲部分

　　存儲部分主要存儲兩個部分的內(nèi)容：一是系統(tǒng)的程序；二是生物特征模板。存儲空間的大小也主要取決于這兩個部分的要求。特別是生物特征模板的大小，如果系統(tǒng)要求存儲的人員越多，存儲空間要求也就越大。

　　5．I／O輸入輸出接口部分

　　I／O部分主要是完成系統(tǒng)功能要求。在不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)/O的要求也不一樣。在考勤領(lǐng)域，就要求I／O具有液晶顯示的功能。

　　6．通信接口部分

　　在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域，就要求生物識別系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)通信的功能；在門禁應(yīng)用領(lǐng)域，就要求系統(tǒng)具有串行通信(RS485、RS232)的功能。

　　7．電源部分

　　脫機系統(tǒng)由于它應(yīng)用場合的限制，大多對電源有嚴格的限制，主要是要求節(jié)電。而生物識別系統(tǒng)基本上都是使用高性能的CPU，而它們對電源系統(tǒng)也有嚴格的要求，主要是要求電源穩(wěn)定、干擾小。

　　生物識別系統(tǒng)的工作流程基本上可以分成兩個部分：

　　(1)生物特征的采集和存儲。用戶通過I／O通知系統(tǒng)開始生物特征的采集和存儲，處理器則通過采集器采集生物特征信號，再通過算法處理看是否能夠轉(zhuǎn)換成特征模板存儲在存儲空間內(nèi)。在很多情況下，為了保證特征模板的質(zhì)量，處理器會采集好幾次生物特征信號來生成特征模板。工作完成后，處理器會通過I／O 通知用戶。

　　(2)身份識別。但用戶需要身份識別的時候，則通過I／O通知處理器。處理器首先通過采集器采集用戶的特征信號，然后用識別算法轉(zhuǎn)化成特征值，再與存儲器里面的特征模板比對。如果相似度大于一定的值，則認為是身份識別正確，否則，身份識別錯誤。

　　通常圖像采集處理系統(tǒng)有以下幾個重要的技術(shù)指標：

　　1．圖像采集時間

　　通常圖像采集有A／D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸兩個部分，圖像采集時間包括A／D轉(zhuǎn)換時間和數(shù)據(jù)傳輸時間。為了提高圖像采集時間，采用高速A／D轉(zhuǎn)換芯片和高速串行接口。TI和ADI公司都提供了高速的AD轉(zhuǎn)換芯片，此類芯片大多提供并口和SPI之類的數(shù)據(jù)傳輸接口。

　　2．圖像處理時間

　　圖像處理時間是指系統(tǒng)從采集完一個完整圖像到運算處理完圖像所經(jīng)過的一段時間。在流媒體的圖像采集處理系統(tǒng)中對每幀圖像的處理速度直接影響到系統(tǒng)性能，所以在此類產(chǎn)品中通常采用高性能的微處理器。在圖像采集系統(tǒng)中，表現(xiàn)是多樣的，以生物識別系統(tǒng)為例，對一幅完整的圖像處理時間(通常是圖像特征值處理和比對時間之和)有十分嚴格的要求。

　　3．存儲容量

　　有些圖像采集處理系統(tǒng)需要存儲一定的圖像數(shù)據(jù)，如數(shù)碼相機和數(shù)碼攝像機等。在圖像采集系統(tǒng)中，表現(xiàn)是多樣的，以生物識別系統(tǒng)為例，能夠存儲大量生物體樣本特征值是個重要的指標。

　　4．RAM空間

　　圖像采集處理器的特點是數(shù)據(jù)量大，占用的數(shù)據(jù)空間達到幾兆。在所有圖像采集處理系統(tǒng)中，大容量的數(shù)據(jù)RAM空間是一個重要的指標，直接影響到圖像處理時間和處理效果。

　　5．系統(tǒng)功耗

　　系統(tǒng)功耗可分為兩個部分：一是工作電流，是指系統(tǒng)在采集、處理信號的時候所消耗的電流。另一個是靜態(tài)電流，是指系統(tǒng)在沒有工作狀態(tài)下的電流。因為在大多數(shù)應(yīng)用場合，系統(tǒng)大部分時間都處于沒有工作的狀態(tài)，靜態(tài)電流更具有實際意義。

　　6．成本

　　毋庸質(zhì)疑，成本對于任何一會系統(tǒng)都是一個重要的技術(shù)指標。

　　數(shù)字圖像處理技術(shù)是計算機圖形深入應(yīng)用和高層應(yīng)用的一個極其廣泛的領(lǐng)域，它把來自照相機、攝像機或者傳真掃描裝置、醫(yī)用CT機、x光機等的圖像，經(jīng)過數(shù)學(xué)變換后得到數(shù)字圖像信息，再由計算機進行編碼、濾波、增強、復(fù)原、壓縮、存儲等處理，最后產(chǎn)生可視圖像，這種技術(shù)稱為圖像處理(Image Processing)。圖像處理技術(shù)在通信科學(xué)、生產(chǎn)與管理、多媒體技術(shù)、高清晰度電視、醫(yī)用圖像處理、商品電子化、目標跟蹤等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在通信事業(yè)上，傳統(tǒng)的圖像信息傳輸是以模擬圖像信號形式出現(xiàn)的。為了提高信息傳輸?shù)馁|(zhì)量和速度，近來數(shù)字圖像信號處理與傳輸技術(shù)正在迅猛發(fā)展，并逐步取代傳統(tǒng)的模擬信號處理與傳輸技術(shù)。目前，“信息高速公路”成了發(fā)達國家的熱門課題，其中數(shù)字圖像處理技術(shù)則成為它的極其重要的部分。而且，數(shù)字圖像處理技術(shù)還與當(dāng)前乃至21世紀的一些關(guān)鍵電子技術(shù)及電子產(chǎn)品密切相關(guān)。

　　目前數(shù)字圖像處理技術(shù)幾個引人矚目的高科技領(lǐng)域包括：

　　1．高清晰度電視(HDTV)

　　高清晰度電視是當(dāng)今國際高科技競爭的制高點之一，占領(lǐng)這個制高點者，必將擁有巨大的經(jīng)濟效益。目前主要有兩種發(fā)展模式：一是日本、西歐等國家在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進行改良；二是美國推出的全數(shù)字HDTV，1992年美國推出了4種全數(shù)字HDTV，它們的關(guān)鍵技術(shù)是在視頻圖像信號處理上采用最先進的信源圖像壓縮編碼技術(shù)。然而，其價格上分昂貴，難以真正商品化。這種狀況的豐要原因是壓縮編碼方法的效率不高。

　　2．商業(yè)電子化

　　20世紀90年代，由于美國商品零售業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了新興的零售連鎖集團，它憑借現(xiàn)代化的計算機管理信息系統(tǒng)所帶來的零庫存、低成本和低售價，迅速占領(lǐng)了市場，成為美國商品零售業(yè)的首批巨人?！斑@種商業(yè)電子化”大市場吸引著越來越多的創(chuàng)業(yè)者、高科技公司，以致一些世界性大公司紛紛涉足于這一領(lǐng)域。

　　商業(yè)零售業(yè)作為市場流通的樞紐與各行各業(yè)密切相關(guān)，它使得商業(yè)電子化成為一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它不僅僅使商場收款機電子化，而且它還使商場網(wǎng)絡(luò)化、貨幣支付電子化甚至訂貨電子化等。在商業(yè)電子化過程中，商品信息的處理、存儲與傳輸是十分重要的環(huán)節(jié)。

　　3．可視電話

　　目前，國內(nèi)外已有成型的產(chǎn)品，然而，它仍需占用較多通信線路，而且自身造價昂貴，其主要原因是圖像壓縮技術(shù)的壓縮倍數(shù)尚不能滿足要求，因此要使可視電話真正商品化，必須在圖像壓縮技術(shù)方面有新的突破才能實現(xiàn)。

　　4．多媒體技術(shù)

　　多媒體是指文(text)、圖(image)、聲(audio)、像(video)與計算機程序融合在一起形成的信息存儲和傳播媒體。它是近期發(fā)展起來的新技術(shù)，我們過去熟悉的聲、圖、像等媒體幾乎是以模擬信號進行存儲和傳輸?shù)?，而多媒體卻是以數(shù)字信號的形式進行存儲和傳播的。

　　目前多媒體的開發(fā)和應(yīng)用趨勢，大致可分為三類：一是具有編輯和播放和雙重功能的開發(fā)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)適合于專業(yè)人員制作多媒體軟件產(chǎn)品；二是主要以具備交互播放功能為主的教育／培訓(xùn)系統(tǒng)；三是主要用于家庭娛樂和學(xué)習(xí)的家用多媒體系統(tǒng)?？梢?，多媒體的潛力和應(yīng)用前景是非常廣闊的。

　　在多媒體技術(shù)中，數(shù)字圖像處理技術(shù)起著關(guān)鍵性的作用。

　　5．醫(yī)用圖像處理技術(shù)

　　以“圖像重選”技術(shù)為中心的醫(yī)用圖像處理技術(shù)日趨發(fā)展。目前，以醫(yī)用超聲成像、x光造影像、X光斷影成像、CT掃描、核磁共振斷層成像技術(shù)等為基礎(chǔ)的醫(yī)用圖像處理技術(shù)，將為醫(yī)學(xué)界實現(xiàn)“將人體變?yōu)橥该黧w”的設(shè)想成為現(xiàn)實，其中，數(shù)字圖像壓縮處理技術(shù)是關(guān)鍵部分。

　　圖像采集處理系統(tǒng)主要包括圖像采集和圖像處理兩大部分。一般圖像處理都是采用通用的或?qū)Ｓ玫腄SP芯片，TI和ADI公司是提供通用的DSP芯片的兩個主要公司，每一個公司都推出了浮點和定點通用DSP芯片，不僅如此，還針對不同應(yīng)用場合，推出了眾多系列的DSP芯片。比如TI公司推出了適合音頻和視頻處理的C5000和C6000系列的DSP芯片，另外，還根據(jù)各種終端設(shè)備的特點，推出了TMS320DSC21、TMS320DSC25、 TMS320DM310和TMS320DM64等DSP芯片。TI解決方案可以幫助許多消費類商品，例如攝錄／像機、電子書、MPEG-4播放機／錄制機、相片打印機、便攜式網(wǎng)上視頻家電、影片光盤柜、聯(lián)網(wǎng)機和無線相機。

　　以TI的DSP芯片為基礎(chǔ)的數(shù)碼相機系統(tǒng)方框圖如圖所示。