一種模式匹配裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種模式匹配裝置及方法，包括數(shù)據(jù)接口，用于與主機(jī)系統(tǒng)連接通信；所述的數(shù)據(jù)接口連接有數(shù)據(jù)匹配模塊(PMM)，用于數(shù)據(jù)的匹配操作；所述的PMM包括控制器，與控制器相連接的可編程門(mén)陣列(PGA)，所述的PGA與存儲(chǔ)器相連接，所述的存儲(chǔ)器包括若干數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器；所述的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)器陣列布置，并平行耦合到PGA，所述的輔助存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)配置文件及程序。PMM可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匹配操作，減輕了主機(jī)系統(tǒng)CPU的壓力，尤其PGA與數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)器形成的多通道結(jié)構(gòu)，避免了現(xiàn)有技術(shù)中按序的對(duì)大數(shù)據(jù)庫(kù)的進(jìn)行讀取匹配的低效率，提高了匹配性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種模式匹配裝置及方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種模式匹配裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)的發(fā)展，數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而且數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)模也越來(lái)越大，各種數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫(kù)總量小則幾百M(fèi)B，大則常常達(dá)到數(shù)GB乃至數(shù)百GB，這就對(duì)數(shù)據(jù)處理設(shè)備提出了更高的要求，近年來(lái)，數(shù)據(jù)處理設(shè)備朝著高速、便攜的方向不斷發(fā)展，尤其在生物特征識(shí)別領(lǐng)域，諸如輕巧的指紋識(shí)別設(shè)備，較為高端的虹膜識(shí)別設(shè)備都從科幻變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
[0003]然而，各種生物特征識(shí)別設(shè)備，尤其是各種便攜式的小型設(shè)備常常面臨數(shù)據(jù)量大，模式匹配識(shí)別緩慢，續(xù)航能力差的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，尤其在大數(shù)據(jù)處理上，設(shè)備的性能常難以達(dá)到應(yīng)用的要求，較慢的識(shí)別效率已經(jīng)成為此類(lèi)設(shè)備普及的嚴(yán)重障礙。例如，在虹膜識(shí)別領(lǐng)域，鑒別過(guò)程主要是通過(guò)比較虹膜特征差異來(lái)判別當(dāng)前虹膜特征是否能與數(shù)據(jù)庫(kù)中的虹膜特征相匹配，為滿足識(shí)別的精度，虹膜識(shí)別過(guò)程中通常創(chuàng)建約256個(gè)量化生物特征點(diǎn)，這比高端指紋系統(tǒng)測(cè)量至少高了 100倍，這就促使數(shù)據(jù)量成倍增長(zhǎng)；另一方面，識(shí)別過(guò)程是“一對(duì)多”按序的形式進(jìn)行比較，即一個(gè)虹膜目標(biāo)特征值與整個(gè)虹膜數(shù)據(jù)庫(kù)的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行按序的匹配，數(shù)據(jù)的存取速度對(duì)于數(shù)據(jù)匹配過(guò)程也有一定影響，再加上，每次甄別就須將當(dāng)前的虹膜目標(biāo)特征值逐個(gè)與數(shù)據(jù)庫(kù)中每個(gè)已登記的特征值進(jìn)行虹膜匹配算法的運(yùn)算，比如Hamming距離計(jì)算等，巨大的數(shù)據(jù)量和反復(fù)的運(yùn)算，需要CPU具有比較高的處理性能，才能按序的快速完成匹配。在實(shí)際匹配中，通常是按序的讀取磁盤(pán)文件在內(nèi)存中與目標(biāo)特征值進(jìn)行匹配，匹配效率仍很難達(dá)到滿意的效果。現(xiàn)有的解決方法，通常是優(yōu)化算法以及單方面提高CPU工作頻率，算法的優(yōu)化帶來(lái)的作用十分有限，很難從根本上解決問(wèn)題；而單方面提高CPU頻率使得CPU高頻運(yùn)行，不僅穩(wěn)定性受到影響，也帶來(lái)了比較嚴(yán)重的高功耗問(wèn)題，高功耗意味著需要充足的電力供應(yīng)和散熱性能，對(duì)于便攜設(shè)備來(lái)說(shuō)這是極為不利的。因此，如何提高便攜式設(shè)備領(lǐng)域大數(shù)據(jù)庫(kù)的匹配性能成為生物特征識(shí)別技術(shù)發(fā)展的重要難題。`
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種高匹配性能的模式匹配裝置及方法，尤其適用于虹膜識(shí)別系統(tǒng)中的模式匹配。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種模式匹配裝置，包括數(shù)據(jù)接口，用于與主機(jī)系統(tǒng)連接通信，通常采用比較常見(jiàn)的USB接口，該接口與其他設(shè)備兼容性比較好，成本低。
[0006]所述的數(shù)據(jù)接口連接有模式匹配模塊(PMM)，該模塊用來(lái)執(zhí)行虹膜特征數(shù)據(jù)的匹配操作?，F(xiàn)有的技術(shù)中，一般是通過(guò)主機(jī)系統(tǒng)的CPU完成匹配操作，即通過(guò)CPU對(duì)內(nèi)存中的虹膜目標(biāo)特征數(shù)據(jù)和從磁盤(pán)上讀取的虹膜特征數(shù)據(jù)進(jìn)行按序的匹配，除此之外CPU還要維持系統(tǒng)其他進(jìn)程的運(yùn)行，比如虹膜數(shù)據(jù)采集裝置的信號(hào)處理、匹配結(jié)果顯示的控制等等，尤其在現(xiàn)有便攜性設(shè)備CPU性能有限的情況下，過(guò)多的CPU負(fù)載，也很大的影響了識(shí)別速度。PMM的設(shè)置，使得識(shí)別的匹配過(guò)程可在PMM中獨(dú)立進(jìn)行，僅將識(shí)別結(jié)果反饋到CPU，從而使CPU處理的數(shù)據(jù)量和運(yùn)算量大大減少，減輕了 CPU的負(fù)載壓力，對(duì)CPU性能的要求得以降低，有利于控制功耗及成本。
[0007]所述的PMM包括控制器，控制器用于控制數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸包括CPU指令、各種數(shù)據(jù)的加載等，為與前面所述的USB接口相兼容匹配，一般采用USB控制器；與控制器相連接有可編程門(mén)陣列(PGA)，所述的PGA用于執(zhí)行虹膜算法以及控制數(shù)據(jù)的輸入輸出。
[0008]所述的PGA連接有若干的存儲(chǔ)器，所述的存儲(chǔ)器包括若干虹膜數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)器以及輔助存儲(chǔ)器，所述的虹膜數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)采集設(shè)備預(yù)先采集的虹膜特征數(shù)據(jù)，所述的虹膜數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)器陣列布置，通過(guò)數(shù)據(jù)線平行耦合到PGA，這樣就組成了多通道的數(shù)據(jù)存取結(jié)構(gòu)，使PGA具有同時(shí)訪問(wèn)各數(shù)據(jù)庫(kù)的能力，因此相比現(xiàn)有技術(shù)中單個(gè)接口的訪問(wèn)，訪問(wèn)速度可以更高。所述的輔助存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)PGA的配置文件、虹膜匹配算法程序、虹膜目標(biāo)特征、用于存儲(chǔ)閃存或磁盤(pán)的檢測(cè)和校正程序以及壞塊表。
[0009]所述的存儲(chǔ)器可以采用NAND閃存、SPI閃存、NOR閃存、SSD中的一種或任幾種組合，各種類(lèi)型的存儲(chǔ)介質(zhì)具有不同的性能特點(diǎn)，其容量和數(shù)量也可以根據(jù)實(shí)際需要選擇。
[0010]PMM可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)虹膜數(shù)據(jù)的匹配操作，減輕了主機(jī)系統(tǒng)CPU的運(yùn)行壓力，尤其PGA與數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)器形成的多通道數(shù)據(jù)存取結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)與各數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)器進(jìn)行信號(hào)的傳遞交換，實(shí)現(xiàn)了匹配性能的提高。
[0011]一種模式匹配方法，包括以下步驟:
[0012](I)將虹膜特征數(shù)據(jù)庫(kù)加載到陣列布置的若干數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)器上。主機(jī)系統(tǒng)將采集好的虹膜特征數(shù)據(jù)庫(kù)加載到各虹膜數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)器，PGA可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)索引同時(shí)訪問(wèn)各虹膜數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)器中虹膜特征數(shù)據(jù)庫(kù)不同的區(qū)域位置，避免重復(fù)訪問(wèn)，從而實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)訪問(wèn)。
[0013](2)檢測(cè)和校正特征存儲(chǔ)器中的壞塊和錯(cuò)誤。輔助存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有數(shù)據(jù)檢測(cè)和校正程序，PGA可在主機(jī)系統(tǒng)控制下執(zhí)行該程序，完成存儲(chǔ)器的壞塊和錯(cuò)誤的檢測(cè)以及校正，并且生成壞塊表,避免對(duì)壞塊進(jìn)行操作。
[0014](3)主機(jī)系統(tǒng)將采集的目標(biāo)特征值加載到PGA內(nèi)存，所述的虹膜目標(biāo)特征可以直接來(lái)自于主機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置，也可以從預(yù)先加載至SD卡上的目標(biāo)特征讀取。
[0015](4)PGA執(zhí)行虹膜匹配算法，比較目標(biāo)特征值和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)器中的特征值。PGA可讀取并執(zhí)行輔助存儲(chǔ)器中虹膜匹配算法程序，完成匹配操作。
[0016](5)向主機(jī)系統(tǒng)反饋匹配結(jié)果。通過(guò)步驟(4)可以將匹配的結(jié)果反饋給主機(jī)系統(tǒng)，如匹配目標(biāo)特征的數(shù)據(jù)索引以及匹配度數(shù)據(jù)。
[0017](6)根據(jù)存儲(chǔ)在輔助存儲(chǔ)器上的配置文件初始化PGA。匹配算法執(zhí)行完畢后，根據(jù)配置文件初始化PGA以準(zhǔn)備下一次的匹配操作。
[0018]通過(guò)上述匹配方法不僅可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速匹配，也提供了數(shù)據(jù)檢測(cè)和校正的步驟，提高了數(shù)據(jù)匹配的準(zhǔn)確度。
[0019]所述的一種模式匹配裝置及方法不僅僅適用于虹膜數(shù)據(jù)的匹配，也可以擴(kuò)展至其他生物特征數(shù)據(jù)的匹配，比如指紋、掌紋、聲音、DNA等等，將采集的生物特征數(shù)字化后，然后采用或設(shè)計(jì)相應(yīng)的匹配算法程序，即可采用此設(shè)備以及方法進(jìn)行處理?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為一種模式匹配裝置的電路組成示意圖。
[0021]圖2為一種模式匹配方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明做出具體闡述:
[0023]圖1所示，一種用于虹膜識(shí)別的裝置的硬件連接示意圖，USB接口 109通過(guò)數(shù)據(jù)線與模式匹配模塊PMM100連接，所述的USB接口首先與USB控制器102相連接，為保持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，USB接口與USB控制器之間還連接有穩(wěn)壓器104。USB控制器102通過(guò)數(shù)據(jù)線連接可編程門(mén)陣列即PGA107，PGA107用于執(zhí)行虹膜數(shù)據(jù)匹配操作，PGA107通過(guò)數(shù)據(jù)線并行連接有若干個(gè)NAND閃存用以存儲(chǔ)虹膜數(shù)據(jù)庫(kù)，分別為NAND閃存110、NAND閃存111、NAND閃存112、NAND閃存113、NAND閃存114，NAND閃存的數(shù)量與容量大小可根據(jù)虹膜特征數(shù)據(jù)庫(kù)的大小以及PGA107的接口數(shù)進(jìn)行安排，另外還要考慮到占用的空間以及耗電的問(wèn)題。如果數(shù)據(jù)庫(kù)很大可以盡量多設(shè)置NAND閃存以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，NAND閃存越多，PGA107訪問(wèn)NAND閃存的通道越多，訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的速度也就越快，但是相應(yīng)的占用空間也就越大，耗電量也就越大，因此要根據(jù)適用對(duì)象綜合考慮。PGA107還連接有一個(gè)輔助存儲(chǔ)器SD卡103，用于存儲(chǔ)PGA107配置文件、虹膜匹配算法程序、虹膜目標(biāo)特征、閃存或磁盤(pán)的檢測(cè)和校正程序以及壞塊表等信息文件。
[0024]圖2所示，為采用圖1所述裝置的一種用于虹膜識(shí)別的方法的流程圖；
[0025]步驟201，通過(guò)主機(jī)系統(tǒng)將虹膜特征數(shù)據(jù)庫(kù)分別加載到陣列布置的四個(gè)NAND閃存上；
[0026]步驟202，PGA107運(yùn)行SD卡103中檢測(cè)和校正程序，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)器中的壞塊和錯(cuò)誤進(jìn)行掃描；
[0027]步驟203，通過(guò)壞塊映射器203，將壞塊和錯(cuò)誤映射到壞塊表；
[0028]步驟204，通過(guò)SD卡103中的校正程序校正特征數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)；
[0029]步驟205，將來(lái)自主機(jī)系統(tǒng)的虹膜目標(biāo)特征加載至PGA107內(nèi)存；
[0030]步驟206，通過(guò)PGA107執(zhí)行虹膜匹配算法程序，完成特征數(shù)據(jù)庫(kù)與目標(biāo)特征的匹配；
[0031]步驟207，通過(guò)匹配選擇器，選出最匹配目標(biāo)特征的數(shù)據(jù)索引以及匹配度；
[0032]步驟208，將最匹配目標(biāo)特征的數(shù)據(jù)索引以及匹配度復(fù)制到PGA寄存器中；
[0033]步驟209與步驟210，將寄存器中的數(shù)據(jù)通過(guò)USB接口傳輸?shù)街鳈C(jī)系統(tǒng)中。
[0034]上述步驟完成后，根據(jù)SD卡103中的配置文件，初始化PGA以準(zhǔn)備下一次數(shù)據(jù)匹配操作。
[0035]上述裝置與方法，所需的硬件均是現(xiàn)有的比較成熟的技術(shù)，所需的程序也可以采用現(xiàn)有的技術(shù)程序，或者本領(lǐng)域人員可以針對(duì)該裝置的操作方法比較容易的設(shè)計(jì)相應(yīng)的程序，該裝置及其方法可以應(yīng)用于多種類(lèi)型數(shù)據(jù)匹配，尤其在生物特征識(shí)別領(lǐng)域，應(yīng)用十分廣泛。
【權(quán)利要求】
1.一種模式匹配裝置，其特征在于，包括數(shù)據(jù)接口，用于與主機(jī)系統(tǒng)連接通信；所述的數(shù)據(jù)接口連接有模式匹配模塊(PMM)，用于數(shù)據(jù)的匹配操作；所述的PMM包括控制器，與控制器相連接的可編程門(mén)陣列(PGA)，所述的PGA與存儲(chǔ)器相連接，所述的存儲(chǔ)器包括若干數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器；所述的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)器陣列布置，并平行耦合到PGA，所述的輔助存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)配置文件及程序。
2.如權(quán)利要求1所述的一種模式匹配裝置，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)接口為USB接口，所述的控制器為USB控制器。
3.如權(quán)利要求1所述的一種模式匹配裝置，其特征在于，所述的存儲(chǔ)器可以采用NAND閃存、SPI閃存、NOR閃存、SSD中的一種或幾種組合。
4.如權(quán)利要求1所述的一種模式匹配裝置，其特征在于所述的數(shù)據(jù)匹配裝置應(yīng)用于虹膜識(shí)別。
5.一種模式匹配方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將特征數(shù)據(jù)庫(kù)加載到PMM的若干數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)器上； (2)運(yùn)行輔助存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的檢測(cè)和校正程序，檢測(cè)和校正特征存儲(chǔ)器中的壞塊和錯(cuò)誤； (3)將目標(biāo)特征值加載到PGA內(nèi)存； (4)由PGA執(zhí)行虹膜匹配算法比較目標(biāo)特征值和若干數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)器中的特征值； (5)向主機(jī)系統(tǒng)反饋匹配結(jié)果； (6)根據(jù)存儲(chǔ)在輔助存儲(chǔ)器上的配置文件初始化PGA。
6.如權(quán)利要求5所述的一種模式匹配方法，其特征在于，所述的PGA同時(shí)加載各數(shù)據(jù)庫(kù)上的特征值。
7.如權(quán)利要求6所述的一種模式匹配方法，其特征在于，所述的PGA加載的數(shù)據(jù)庫(kù)特征位于數(shù)據(jù)庫(kù)上的不同區(qū)域位置。
【文檔編號(hào)】G06F17/30GK103870518SQ201210562423
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月18日
【發(fā)明者】王立群, 史蒂夫·菲恩得 申請(qǐng)人:杭州康坦通生物科技有限公司