（通信与信息系统专业论文）基于adspbf561的人脸识别系统的研究与实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第t 页 摘要 2 1 世纪以来，人脸识别技术以其快速方便、友好无侵犯的优点得到了广泛发展。 人脸识别涉及多个学科领域的重要技术及其综合，是国内外研究的重要课题，研究价 值和应用价值极其重要。本文主要研究人脸识别的基本相关技术，实现一个实时识别 视频图像的人脸识别系统。 本文的人脸识别系统采用a d s p b f 5 6 1 平台为终端，以p c 机为服务器进行设计； 人脸检测部分选择基于肤色的人脸检测算法，采用m a t l a b 进行算法仿真。为解决 图像中存在的色彩偏差问题，对图像进行预处理，采取了“参考白 光照补偿方法。 改进了a n i lk j a i n 的c b 、c r 椭圆聚类法进行肤色分割，减少高亮度区域和较低亮度 区域肤色点的误判。利用肤色确定候选区域，再利用一些规则判定该区域为人脸区域。 对算法进行了c 语言移植，详细说明了其中主要函数的流程，并在b f 5 6 1 平台上进 行了测试。 人脸识别部分重点介绍了特征提取和分类识别的算法，以及特征提取和分类识别 算法在人脸识别系统中的具体实现步骤。主要介绍了主成分分析( p r i n c i p a lc o m p o n e n t a n a l y s i s ，p c a ) 算法、欧氏距离( e u c l i d e a nd i s t a n c e ) 和向量夹角( a n g l e ) 算法。说明了 其中主要函数的c 语言实现流程，基于m a t l a b 对p c a 算法和欧式距离、向量夹 角方法进行了仿真，并对o r l 人脸数据库中的人脸图像进行训练和测试。对同种特 征提取算法、同种人脸数据库下不同分类识别算法的识别率进行了比较和分析。 最后介绍了系统的整体工作流程，详细阐述了系统任务的几个关键点，并在硬件 平台上做了测试，给出了测试结果与分析。经测试本系统可正常稳定运行，但仍有不 足之处需要改进，结尾总结了本文的主要工作以及未来的研究方向。 关键字：人脸识别；肤色模型；p c a ；分类器；b f 5 6 1 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a bs t r a c t i nt h e21s tc e n t u r y ，f a c er e c o g n i t i o nt e c h n o l o g yh a sb e e nw i d e l yd e v e l o p e df o rt h e a d v a n t a g e so fq u i c ka n dc o n v e n i e n t f a c er e c o g n i t i o ni n v o l v e san u m b e ro fi m p o r t a n t t e c h n i c a ld i s c i p l i n e s a sa ni m p o r t a n tr e s e a r c hs u b j e c t ，f a c er e c o g n i t i o nh a se x t r e m e l y i m p o r t a n tt h e o r e t i c a lv a l u ea n dp r a c t i c a lv a l u e t h i st h e s i ss t u d i e st h eb a s i ct e c h n o l o g yo f f a c er e c o g n i t i o nt or e a l i z ear e a l - t i m ef a c er e c o g n i t i o ns y s t e mb a s e do nv i d e oi m a g e t h ef a c er e c o g n i t i o ns y s t e mi m p l e m e n t e di nt h et h e s i su s e sa na d s p b f 5 6 1p l a t f o r m a st h et e r m i n a la n dap e r s o n a lc o m p u t e r ( p c ) a st h es e r v e r t h ef a c ed e t e c t i o np a r to f s y s t e mu t i l i z e st h ea l g o r i t h mb a s e do ns k i nc o l o r m a t l a bi s u s e dt oo b t a i nt h e s i m u l m i o nr e s u l t s t h ei m a g ei sp r e t r e a t e dt h r o u g ht h e r e f e r e n c ew h i t e i l l u m i n a t i o n c o m p e n s a t i o nm e t h o dt oc o m p e n s a t et h ec o l o rd e v i a t i o n t h e n t h ec ba n dc re l l i p s e c l u s t e r i n gm e t h o dp r o p o s e db ya n i lkj a i ni si m p r o v e dt os e g m e n ts k i nc o l o rs oa st o r e d u c et h em i s j u d g m e n to fc o l o rp o i n t si nt h eh i g hb r i g h t n e s sa n dl o wb r i g h t n e s sr e g i o n f u r t h e r ，t h ef a c er e g i o ni sd e t e r m i n e dv i as k i nc o l o rb a s e do nc e r t a i nr u l e s 1 1 1 ea l g o r i t h m i st r a n s p l a n t e di n t oc l a n g u a g e t h ep r o c e s so ft h em a i nf u n c t i o ni se x p l a n t e dd e t a i l e d ，a n d i st e s t e do nb f 5 6 1p l a t f o r m t h ef a c er e c o g n i t i o np a r tf o c u s e so nt h ep r i n c i p l e sa n dt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h e f e a t u r ee x t r a c t i o na l g o r i t h mb a s e do np r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i s ( p c a ) ，a n dt h e c l a s s i f i c a t i o ni d e n t i f i c a t i o na l g o r i t h m si n v o l v i n ge u c l i d e a nd i s t a n c ea n dv e c t o ra n g l e t h e n t h ep r o c e s so ft h em a i nf u n c t i o no ft h ea l g o r i t h mi se l a b o r a t e sc a u t i o u s l yi ncl a n g u a g e t h ed e s i g ns i m u l a t e st h ep c aa l g o r i t h m ，e u c l i d e a nd i s t a n c ea n dv e c t o ra n g l em e t h o d so n t h ep l a t f o r mo fm a t l a b f u r t h e r , f a c ei m a g e si no r lf a c ed a t a b a s ei st r a i n e da n dt e s t e d ， a sar e s u l to fw h i c h ，t h er e c o g n i t i o nr a t e so fd i f f e r e n tc l a s s i f i c a t i o na n di d e n t i f i c a t i o n a l g o r i t h m si nt h ec o n t e x to fi d e n t i c a lf e a t u r ee x t r a c t i o na l g o r i t h ma n df a c ed a t a b a s ea r e o b t a i n e da n dc o m p a r e d f i n a l l y , t h eo v e r a l lw o r k f l o wo ft h es y s t e mi sd e s c r i b e db r i e f l y t h ek e yp o i n t so ft h e s y s t e mt a s ka r ee l a b o r a t e de x h a u s t i v e l y t h e nt h ed e s i g ni st e s t e do nt h eh a r d w a r ep l a t f o r m ； t h et e s tr e s u l t sa n da n a l y s i sa r eo b t a i n e d 功ed e s i g nw h i c ho p e r a t e sn o r m a l l ya n ds t e a d y s t i l lh a ss h o r t c o m i n g sf o ri m p r o v e m e n t a tt h ee n do ft h et h e s i st h em a j o rw o r ka n dt h e r e s e a r c hd i r e c t i o no ff u t u r ea r es u m m a r i z e d k e y w o r d s ：f a c er e c o g n i t i o n ；s k i nc o l o rm o d e l ；p c a ；c l a s s i f i e r ；b f 5 6 1 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 课题学术背景与意义 在日常的生活交往中，社会各个领域对安全的要求越来越高，随着信息化、数字 化的迅速发展，通过生物特征进行身份验证的方式逐渐流行。生物特征自身的稳定性 和个体的差异性是其进行身份验证的依据，现在已经应用的方法主要有：人脸、指纹、 d n a 、虹膜、掌纹等i lj 。由于人脸丰富的情感信息和计算机硬件成本的下降，8 0 年代 末人脸识别成为热门研究方向之一并引起国内外广泛的关注1 2 j 。 人脸识别技术具有巨大的应用价值，其优点有：非侵入性、用户参与少、对用户 无任何损害、隐蔽性高、数据采集方便等，已在军事、经济、安保等领域广泛应用， 被称为2 1 世纪应用前景最好的身份验证方法之一【引。 人们在这个科技的时代急需一种全新的安保技术：既能保证个人安全，又不影响 个人的正常生活。人们对安全保障方面的迫切需求使人脸识别技术蕴含无限的商业价 值。p j p h i l i p s 等人【4 j 对各种生物特征识别进行了详细的讨论，并明确介绍了人脸识别 的突出优势。 此外，人脸识别的研究涉及了多个学科领域，主要有：模式识别、人工智能、图 像分析与处理、计算机视觉、心理学、生理学等；更是人工智能、计算机视觉、模 式识别的重要课题【5 j ，对这一课题的研究和分析，可以帮助解决其他对象识别问题， 已在模式识别等领域有经典案例，因此人脸识别技术的理论研究价值极其重要。 1 2 国内外研究现状 早在上世纪六七十年代人脸识别就引起了研究者的重视，从最初识别人脸部件到 人脸整体特征的识别，从手动识别到人机交互识别，再到现在机器全自动识别，人脸 识别的研究受到越来越多的重视和资助。到了九十年代后，人脸识别技术取得显著的 进步，i e e et p a m i 等重要国际期刊开辟专栏专刊报道最新的人脸识别技术进展，工 程索引( e i ) 上的相关文献也逐日剧增，国际上的研究机构和学术会议也不断涌现。 当前国际著名的研究机构主要有：美国麻省理工学院媒体实验室( m i t m e d i a l a b ) 及人工智能实验室( a il a b ) 、南加州大学( u s c ) 、c m u 卡内基梅隆机器人研究及交互 系统实验室、马里兰大学( u m d ) 等。国际学术会议主要有人脸、手势识别国际学术会 议。已经将研究成果应用为产品的有：m i r o s 公司的t r u e f a c e ，v i s i n o c s 公司的f a c e i t ， 以及z nb o c h u mg m b h 公司的z n f a c e 等1 6 j 。 国内对人脸识别的研究起步上世纪八十年代，周激流1 7 首次运用积分投影法提取 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 面部特征关键点并加入反馈机制实现了人脸正面识别系统；彭辉、张长水等【8 】进一步 研究“特征脸”，把生成矩阵换成类间散布矩阵，尽管识别率没有提高，但是降低了 生成矩阵的维数，从而大大降低了运算量；程永清、庄永明等【9 】采用s v d 分解对同 类图像进行灰度处理，利用层次判别分类每幅图像在特征脸空间上的代数特征；张辉、 周洪祥、何振亚【lo j 使用对称主元分析神经网络，人脸特征和识别采用去冗余和权值正 交相结合，此方法的特征数据和特征提取运算量都不大，可以快速实现大量人脸样本 的存储和识别。在自然科学基金、8 6 3 计划等资助下，国内许多大学和研究机构都对 人脸识别进行了研究尝试，并积累了一定的经验。主要包括清华大学、中科院自动化 所、中山大学、哈尔滨工业大学、上海交通大学、国防科技大学、公安部等。 当前研究人脸识别的常用数据库有o r l 库、y a l e 库、c m u 库、m i t 库等【1 1 1 ，通 常包含1 0 0 幅左右的人脸图像，不同数据库图像的提取条件和准则也不同，因此各个 识别程序比较起来相当困难，其中o r l 库是目前应用范围最广的人脸数据库。 1 3 论文结构 本文主要目的是设计一个可以实时辨别出被测人身份的人脸识别系统，并在d s p 上实现。简略来讲就是：摄像头进行实时拍摄，利用事先建立好的人脸数据库，对视 频序列做出反应：如果不存在人脸，则无任何操作；如果存在人脸，则剪取出人脸区 域，并识别出图像中人的身份。 本论文各章节的具体安排如下： 第二章：介绍系统的硬件平台和软件开发环境；简要介绍核心处理器a d s p b f 5 6 1 的特点及优点，其次介绍d m k i t - e x b s s k b f 5 6 1 开发板及其性能指标，最后介绍了 软件开发环境的搭建。 第三章：介绍人脸检测算法的研究与实现；阐述基于肤色的人脸检测算法的原理 与实现，包括光照补偿、肤色模型建立、形态学处理、人脸区域定位，最后给出了测 试结果。 第四章：介绍人脸识别算法的研究与实现；介绍了主成分分析( p c a ) 算法的原理 与实现，以及分类识别算法的原理与实现，并对算法进行了仿真与测试，给出了对比 结果。 第五章：讲述基于a d s p 的人脸识别系统的设计与实现；首先介绍了系统总体设 计方案，再讲述算法的到d s p 的移植实现，详细研究了其中的几个关键点。 最后，对本文工作进行了总结，指出其中的不足之处和进一步研究的方向。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 第2 章系统硬件平台与软件开发环境 2 1 系统硬件平台 2 1 1b l a c k f i n 5 6 1 处理器介绍 a d s p b f 5 6 1 处理器是a n a l o gd e v i c ei n s t r u m e m ( a d i ) 公司推出的b l a c k f m 系列中 拓展的高性能产品，满足了目前嵌入式音视频大量的计算要求和通信设备低功耗的需 求。b f 5 6 1 核心模块由两枚独立的高性能b l a c k f i n 处理器组成，采用于灵活的高速缓 存微信号架构( m i c r os i g n a la r c h i t e c t u r e m s a ) ，融会d u a l m a c 处理器引擎、精简指 令集( e d s c ) 、单指令多数据流( s i m d ) 等优点，形成了其独特的指令集结构，运用增强 的d m a 子系统以及动态电源管理( d p m ) 功能。b f 5 6 1 的能够支持复杂控制和信号处 理任务，同时保持极高的数据吞吐量，b f 5 6 1 为用户集成了一套通用的数字图像处理 外围设备，这样用户可以快速建立系统级的片上解决方案来进行数字图像处理和多媒 体应用【1 2 】。b f 5 6 1 功能框图如图2 1 所示。 图2 - 1a d s p b f 5 6 1 功能框图 b f 5 6 1 内核采用a d i 和i n t e l 公司联合开发的微信号架构( m s a ) ，即具备了微控制 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 器的特征又结合了数字信号处理器的优点，内核单元由三部分组成：数据运算单元、 地址运算单元和程序控制单元【1 3 1 。内核的结构如图2 2 所示。 d t aa r 玎1 n 叨cu n r r 图2 - 2b f 5 6 1 内核结构图 数据运算单元 数据运算单元是内核的核心组成部分，主要功能是进行数据运算及数据的存放操 作，其组成部分及作用如表2 1 所示。 表2 1 数据运算单元组成 名称数量位数作用 算数逻辑单元 24 0 执行定点算术操 ( a l u ) 作和逻辑操作 乘法器累加器 21 6 执行定点乘法及 ( m a c ) 乘法一累加操作 视频a l u 48 高速处理视频信 息 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 表2 1( 续) 名称数量位数作用 移位器 11 6 3 2 执行1 6 3 2 位操 作数的移位操作 数据寄存器 8 3 2 存放操作数、操 r 7 ：0 】 作运算结果和运 算的中间结果 累加寄存器 24 0暂时存放a l u a o a 1 运算的结果信息 地址运算单元 包括两个数据地址产生器d a g 0 和d a g l ，六个指针寄存器p 5 ：0 】，一个帧指针 ( f p ) 寄存器，一个堆栈指针( s p ) 寄存器，四个索引寄存器i 3 ：0 ，四个修正寄存器 m 3 ：0 】，四个基地址寄存器b 3 ：0 】，四个长度寄存器l 3 ：0 。其中p 寄存器3 2 位宽， 用于地址计算；i 寄存器和b 寄存器存放存储器的字节地址，i 寄存器存放的地址是 有效地址；m 寄存器存放地址修正量，i 寄存器中的值既可以加上该修正量，又可以 减去该修正量；b 寄存器和l 寄存器可用于循环数据缓冲区，b 寄存器用来存放循环 数据缓冲区的起始地址，l 寄存器用来存放缓冲区的大小，每一对b 寄存器和l 寄存 器都有一对i 寄存器相对应；两个数据地址产生器d a g 0 和d a g l 可以同时进行数据 存取操作，因此提高了数据吞吐量【5 。 程序控制单元 程序控制单元主要功能是提供下一条指令的地址，并用其来控制程序流；b f 5 6 1 有两组0 开销循环寄存器，循环条件的判断运用硬件计数器来代替软件指令；b f 5 6 1 有一个8 阶指令流水线，使用控制器来保证流水线互锁，不需要额外的控制程序，这 样简化了编程1 5 2 j ；程序控制器有选择的运用分支预测可以提高指令流水线的执行效 率；b f 5 6 1 支持一个4 单元的指令循环缓冲，减少了程序循环时的取指令时间；减少 程序的跳转和分支可以大大提高程序的执行速度。 b l a c k f i nd s p 的结构体系采用3 2 位地址寻址，存储器的地址空间统一为4 g b ，分 为内部存储器、p c i 地址空间、外部存储器和i o 控制寄存器四段。按照等级结构划 分整个地址空间的各个存储器空间，距离处理器最近的空间用于c a c h e 和s r a m ，距 离处理器较远的空间用于其他。根据应用的不同内部存储区分为l 1s 洲、 s c i 乙虹c hs 洲和l 2s r a m ；l 1s 洲和s c 凡虹c hs r a m 靠近内核近，运行无 延迟，l 2s r a m 远离内核，运行有延迟。外部存储器则通过外部总线接1 2 1 单元( e b i u ) 访问，片外同步或异步s d r a m 就是通过外部总线接口进行访问的，所以运行延迟更 大。b f 5 6 1 存储器映射图如图2 3 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 o 】f f f ff f 邛 f 仍【f f e 0 0 0 0 0 o 【f f c o0 0 0 0 o ，【f f b 01 0 0 0 o x f f b 00 0 0 0 0 】f f a l4 0 0 0 o x f f a lo 0 仍【f f a 04 0 0 0 o x f f a o0 0 0 0 o x 王下9 08 0 0 0 o x f f 9 04 0 o x f f 9 00 0 0 0 0 】【f f 8 08 0 0 0 o ，【f f 8 04 0 0 0 o x f f 8 0o 0 0 0 0 x f e b 20 0 0 0 0 ) 胁00 0 0 0_ o x e f 0 04 0 0 0 一 o x e f 0 00 0 0 0 一 o x 3 0 0 00 0 0 0_ o x 2 c 0 00 0 0 0 o o x 2 8 0 00 0 0 0 0 x 2 4 0 00 0 0 0 4 0 x 2 0 0 00 0 0 0 4 t o po f l a s ts d r a mp a g e _ c o r eam e m o r y l a p c o r em m rr e g i s t e r sc o r em m rr e g i s t e r s s y s t e mm m 限r e g i s t e r s r e s e r v e d ， t l 1s c r a t c h p a ds r a m ( 4 k ) r e s e r v e d l 1i n s t e r u c t i o ns r a m c a c h 日1 6 k l 秉e s e r v e d l 1i n s t e r u c t l o ns r a m f l 6 k ) r e s e r v d r e s e r v e d l ld a t a b a n kbs r a m c a c h e ( 1 6 k ) l 1d a t ab a n kbs r a m f l 6 k ) r e s e r v e d l ld a t ab a n kas r a m c a c h e ( 1 6 k ) l 1d a t ab a n kas r a m ( 1 6 k ) r e s e r v e d 。 lls c r a t c h p a ds r a m ( 4 k 1 r e s e r v e d l li n s t e r u c l l o ns r a m c a c h e ( 1 6 k 1 r e s e r v e d 。， 一rl搭erved l li n s t e r u c t i o ns r a m ( 1 6 k 1 、reserved| l ld a t ab a n kbs r a m c a c h e ( 1 6 k ) l ld a t ab a n kbs r a m ( 1 6 k ) r e s e r v e d 8 l id a t ab a n kas r a m c a c h e ( 1 6 k 】 l ld a t ab a n k as r a m f l 6 k l j r e s e r v e d 。 l 2s r a m ( 1 2 8 k ) 4 j r e s e r v e d 习 b o o t r a m r e s e r v e d 、鬟 a s y n cm e m o r yb a k n3 a s y n cm e m o r yb a k n2 a s y n cm 叵m o r yb a k nl a s y n cm e m o r yb a k n0 童 r e s e r v e d s d r a m b a n k3 s d r a m b a n k2 s d r a m b a n l cl s d r a m b a n k0 图2 3b f 5 6 1 存储器映射图 片内存储器 b f 5 6 1 的片内存储器共有4 块【5 2 】： o x f f 8 0o 咖 o ) i 下7 01 0 0 0 o 】【f f 7 00 0 0 0 o x f f 6 l4 0 0 0 o x f f 6 lo 0 0 0 o ，i 下6 04 0 o ) f 6 0o 0 0 0 o 】【f f 5 08 0 0 0 o x f f s 04 0 0 0 o ) i 下5 0o o o o o x f f 4 08 0 0 0 o x f f 4 04 0 0 0 0 ) f f 4 00 0 0 0 e x t e r n a l m e m o r y 第1 块是b l a c k f m 内核的l 1 指令存储器，它分为四路相联的高速缓冲存储器 ( c a c h e ，1 6 k b ) 和静态随机存储器( s r a m ，1 6 k b ) 组成，其中c a c h e 按需求可以配置 成s r a m ，l 1 指令存储器以处理器的全速度进行访问。 第2 块是b l a c k f i n 内核的l 1 数据存储器，它分为四个1 6 k b 的b a n k ，其中两个 b a n k 可配置成2 路相联的c a c h e 或一个s r a m ，另外两个b a n k 可以配置成s r a m ， l 1 数据存储器也以处理器的全速度进行访问。 j r 卜 | 一 卜 一 l 卜 1 l 卜 卜 卜 r _ j r _ _ _ j r 。 _ _ 。 _ _ _ _ _ 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第3 块是一个临时数据s r a m ，其空间大小为4 k b ，也以处理器的全速度进行访 问，只可以用作数据s r a m 。 第4 块是l 2s r a m 存储器阵列，其空间大小为1 2 8 k b ，以处理器全速度的一半 进行访问；它是一个独立的指令和数据存储器，可以保存系统设计任意代码和数据组 合；两个b l a c k f m 内核在访问l 2s 删存储器时共用一个低延迟6 4 位宽的通道端口， 其中每个b l a c k f m 内核处理器都有自己的内核存储器映射寄存器( m m r ) ，它们共享相 同的系统存储器影射寄存器和l 2s ra m 存储器。 片外存储器 片外存储器通过e b i u 进行读取，可以和四个同步动态随机存储器( s d r a m ， 1 6 m 1 2 8 m ) 或四个异步存储装置( r o m ，e p r o m ，s r a m ，f l a s h 和存储映射i o 装 置) 进行连接；s d r a m 又可设置成四个地址空间相连的s d r a m 存储器块，最大容 量可达5 1 2 m b ，每个存储器块都能够配置，且与邻近的存储器块相连续，这样所有 s d 洲可以被看作单一的、连续的地址空间，从而方便了系统存储器的配置和升级。 i o 存储空间 b l a c k f i nd s p 把所有资源都映射到一个全3 2 位的地址空间上，不设立独立的i o 空间，把片内i o 设备的控制寄存器映射到存储器映射寄存器( m m g ) 地址区，该地址 区在4 g b 空间的顶端。l v i m r 地址区又分为成两块：内核m m r 和系统m m r ，其中 内核m m r 包含所有c p u 内核功能的控制寄存器，系统m _ m r 包含用来设置c p u 内 核之外的外设控制寄存器。 2 1 2a d s p b f 5 61e z k i tl i t e 评估板介绍 a d s p b f 5 6 1e z k i tl i t e 评估板包含以下硬件【1 4 】： b f 5 6 1b l a c k f i n 双核处理器，频率6 0 0 m h z ； s d r a m ：6 4 m b ( 1 6 m 1 6 b i t s x2c h i p s ) ，地址空间：0 x 0 0 0 00 0 0 0 0 0 x 3 f ff f f f ； f l a s h ：8 m b ( 4 m 1 6 b i t s ) ，地址空间：0 x 2 0 0 00 0 0 0 0 x 2 0 7 ff f f f ： 音频接口：s p o r t 0 、s p o r t l ； 视频接口：p p l 0 、p p l l ； 通用异步收发器( u a r t ) - a d m 3 2 0 2r s 2 3 2 线路驱动接收器； 音频编解码芯片：多通道9 6 k h za d l8 3 6 a c o d e c ； a d v 7 1 8 3 视频解码芯片：1 0 位a d c 的增强型视频解码器，可设置为二线连 续双向端口模式，并与1 2 c 兼容，1 6 位宽度总线数字输出，最多支持三路模 拟视频信号的输入，输出端口与p p l 0 相连接； a d v 7 1 7 9 视频编码芯片：最多支持三路模拟视频信号的输出，输入端口与 p p l l 相连接。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 2 1 3d m k i t - e x b s s k b f 5 61 开发板介绍 d m k i t - e x b s s k b f 5 6 1 开发板是在a d i 公司的e z k i t 平台基础上，设计的一 款配合e z k i t 平台使用，扩展其功能的开发平台，该平台为b f 5 6 1 扩展出了十几个 常用模块接口，尽可能的减少数码产品开发中，在硬件上所花费的时间。 d m k i t - e x b s s k b f 5 6 1 开发板主要有以下接口模块i l 5 j ： 1 个d e 接口：符合标准的a t a i d e 接口p i o 模式，可连接i d e 接口的 硬盘，光盘驱动器等，采用b f 5 6 1e b i u 接口扩展，使用总线驱动芯片作电 平隔离，c p l d 为其分配地址，其地址为：o x 2 c 0 00 0 0 0 和o x 2 c 0 00 0 0 1 ； 2 个u s bh o s t 接口：符合u s b 2 0 全速标准，可连接符合u s b l 1 ，u s b 2 0 标准的u s b 设备，采用飞利浦公司了i s p l 3 6 2 模块，该模块有一个h o s t 接口和一个o t g 接口，通过硬件设计将o t g 接口分成一个h o s t 接口和 一个d e v i c e 接口；c p l d 为其分配地址，其地址为：0 x 2 c 0 3 0 0 0 0 ； 1 个u s bd e v i c e 接口：符合u s b 2 0 全速标准，作为设备与主机通讯； 1 个外部扩展电源接口：在e z k i t 板供电不足的情况下，可使用该接口为 d m k i t _ e x b s s k b f 5 6 1 板提供驱动能力达2 a 的3 3 v 电源，采用n s 公司 的l m 2 5 9 6 为e z k i t 板提供3 3 v 电源，其最大可提供3 a 的电流，满足整 个d m k i t - e ) ( b s s k b f 5 6 1 系统板的供电需求； 1 个网口：支持1 0 m 1 0 0 m ，全双工半双工模式访问，选用d a v i c o m 公司 的d m 9 0 0 0 e 网络驱动芯片，采用b f 5 6 1 的e b i u 接口1 6 位总线带宽，可 实现10 m b 10 0 m b p s 传输速率，支持全双工与半双工通讯模式，c p l d 为其分 配地址，其地址为：0 x 2 c 0 2 0 0 0 0 ； p c m c i a 接口：支持m e m o r y ，p i o 模式访问，采用b f 5 6 1 的e b i u 接口 扩展出，配合模式选择开关实现i o 读写与m e m o r y 读写信号线的切换， c p l d 为其分配地址，其地址为：0 x 2 c 0 4 0 0 0 0 ； m o t o r 接口：支持两个直流电机或一个步进电机，选用晶普公司的a e 2 5 0 1 b 电机驱动芯片，可提供8 0 0 m a 电流，采用c p l d 输出接口控制，其使能地 址为：0 x 2 c 0 5 0 0 0 0 ，控制地址为：0 x 2 c 0 7 0 0 0 0 ； p s 2 接口：支持标准的p s 2 接口鼠标和键盘，采用b f 5 6 1p f 接口模拟实现， c p l d 控制其选通地址，其地址为：0 x 2 c 0 7 0 0 0 0 ； k e y b o a r d 接口：支持4 * 4 键盘，采用c p l d 接口实现，其数据地址为： 0 x 2 c o e 0 0 0 0 ； l e d 显示：有8 个l e d 发光管和1 个两位的数码管，采用c p l d 接口实现， 其选通地址为：0 x 2 c 0 8 0 0 0 0 ，数据地址为：o x 2 c 0 9 0 0 0 0 ； 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 i r d a 红外通讯：支持与其他红外设备进行通讯，选用i n f i n e o n 公司的 i r m 5 0 0 0 ，采用b f 5 6 1 的u a r t 接口控制，c p l d 控制其片选，其地址为： 0 x 2 c 0 5 0 0 0 0 ； c a n 总线接口：选用m i c r o c h i p 公司的m c p 2 5 1 5 ，c a n 总线控制器，t i 公司的s n 6 5 h v d 2 3 0c a n 总线收发器。采用b f 5 6 1 的s p i 接口控制，c p l d 为其映射地址，其选通地址为：0 x 2 c 0 8 0 0 0 0 ，s p i 使能地址为：o x 2 c 0 6 0 0 0 0 ； a d d a 接口：选用a d i 的a d t 7 5 6 1a d d a 一体芯片，采用b f 5 6 1 的s p i 接口控制，可实现4 路1 0 位a d l 2 位d a ，c p l d 为其映射地址，其选通地 址为：0 x 2 c 0 8 0 0 0 0 ，s p i 使能地址为：0 x 2 c 0 6 0 0 0 0 ； c m o s ：提供1 3 0 万c m o s 摄像头，选用o v 的o v 9 6 5 31 3 0 万c m o s 模 块，b f 5 6 1 的p p i 接口控制，c p l d 为其分配片选地址，其地址为：0 x 2 c 0 5 0 0 0 0 ： t f t ：提供3 2 0 * 2 4 02 4 位色t f t 屏一块，选用p t 0 3 5 t n 0 1 ，2 4 位色3 2 0 * 2 4 0 3 5 寸数字屏，采用b f 5 6 1 的p p i 接口控制，c p l d 为其分配片选地址，其 地址为：0 ) 【2 c 0 5 0 0 0 0 ； 触摸屏：提供与t f t 屏匹配的触摸屏一块，选用b u r r - b r o w n 公司的a d s 7 5 1 6 触摸屏控制器，采用b f 5 6 1 的s p i 接口控制，c p l d 为其映射地址，其选通 地址为：0 x 2 c 0 8 0 0 0 0 ，s p i 使能地址为：0 x 2 c 0 6 0 0 0 0 ； s d m m c 接口：支持s d 或m m c 卡的读写，采用b f 5 6 1 的s p i 接口扩展， c p l d 为其映射地址，其选通地址为：0 x 2 c 0 8 0 0 0 0 ，s p i 使能地址为： 0 x 2 c 0 6 0 0 0 0 ； n a n d f l a s h ：2 5 6 mn a 卜d f l a s h 读写操作，选用三星公司的k 9 f 2 g 0 8 ， b f 5 6 1e b i u 配合p f 模拟控制，2 5 6 m b 容量，8 位数据总线，模拟分配地址 为：0 x 2 c o b 0 0 0 0 。 2 2 软件开发环境 本文所提出的人脸识别系统采用嵌入式开发环境进行应用程序的开发，嵌入式操 作系统( e m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m ，简称e o s ) 有以下几个部分：底层硬件驱动程 序、系统内核、外部设备驱动接口、通信协议等。嵌入式操作系统负责嵌入式的全部 软件资源和硬件资源的任务调度工作、同步机制的协调，中断处理的管理。嵌入式操 作系统主要特点有h 6 j ：系统内核小、系统稳定性高、良好的移植性、内核代码开放、 可固化系统代码、网络功能强大、可靠性高。 本文选择在l i n u x 系统下来实现嵌入式平台的搭建和程序的编写。p c 机上采用的 l i n u x 系统是u b u n t u 9 0 4 ，嵌入式平台的内核选择的是u c l i n u x 操作系统平台。首先 是在p c 机上安装u b u n t u 9 0 4 操作系统，然后搭建交叉编译环境，编译和配置内核， 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 内核编译好后会生成一个镜像文件，将此镜像文件通过t f t p 下载到目标板上即可实现 嵌入式的程序开发；视频图像采集采用的是基于v i d e 0 4 l i n u x 的图像采集，采集得到 的图片数据经过j p e g 编码发送给服务器，开发板上应用程序采用多线程的方法来实 现。 2 2 1u b u n t u 9 0 4 的安装 本文中宿主机选用的操作系统为u b u n t u 9 0 4 的版本。在w i n d o w s 下用虚拟光驱 打开u b u n t u 9 0 4 光盘镜像文件，根据相关提示进行安装，安装好系统后需要更新源， 在网上查找一个网速较快的源进行更新，本文选择的是电子科大的源，之后是更新系 统的一些文件。 2 2 2m i n i c o m 的安装和配置 m i n c o m 是l i n u x 下一款串口通信软件，在嵌入式开发领域应用十分广泛，功能 类似于w i n d o w s 下的超级终端( h y p e rt e r m i n a l ) 。安装m i n i c o m 的方法较简单，在终端 输入命令： s u d oa p t g e ti n s t a l lm i n i c o m 之后对m i n c o m 进行相关的配置，在终端输入命令： s u d om i n i c o r n s 进入m i n i c o m 配置界面进行选项配置，在配置界面中把以下项目更改为合适的参数： s e r i a ld e v i c e ：d e v t t y u s b o b p s p a t b i t s ：15 2 0 08 n 1 参数设置完后，按e n t e r 键返回主配置菜单，选择“s a v es e t u pa sd f l ”菜单项，回车保 存为默认配置，选择“e x i tf r o mm i n i c o m ”命令退出，再次启动m i n i c o m 时，直接在终 端下执行m i n i c o m 命令就可以进入m i n c o m 的控制台。 2 2 3 简单文件传输协议的配置 简单文件传输协议( 嘶v i a lf i l et r a n s f e rp r o t o c o l ，简称t f t p ) 基于用户数据包 协议( u s e rd a t a g r a mp r o t o c o l ，简称u d p ) ，没有文件管理、用户控制等功能，因此 实现起来简单易行。t f t p 分为服务器端程序和客户端程序，在主机上通常同时配置 有t f t p 服务器和客户端。 配置t f t p 的具体步骤如下： ( 1 ) 安装相关软件包：t f t p ( 服务端) ，t f t p ( 客户端) ，x i n e t d 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 s u d oa p t - g e ti n s t a l lt r i p dt 邱x i n e t d ( 2 )