摘要：面部識別是基于生物特征識別技術(shù)的身份認(rèn)證中最主要的方法之一，針對現(xiàn)有面部識別系統(tǒng)的存儲量小、識別速度慢，無法滿足對大量人體特征的數(shù)據(jù)存儲、人員身份及時核查。利用了先進(jìn)的長期演進(jìn)（LTE）無線技術(shù)、面部識別技術(shù)、智能網(wǎng)格計算等，從而實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的海量存儲、快速計算，并滿足用戶的適時性需求。

關(guān)鍵詞：面部識別；生物特征；長期演進(jìn)（LTE）；OFDM；MIMO

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）16-3839-03

21世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)信息化時代的一大特征就是身份的數(shù)字化和隱蔽化。現(xiàn)代社會人們對身份識別的安全性、準(zhǔn)確性和實(shí)用性提出了更高的要求，傳統(tǒng)的身份識別方法[2]，如：密碼驗(yàn)證、ID 卡（身份證、工作證）等，已經(jīng)不能很好的滿足人們的需求，因而，生物特征識別技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。生物特征識別（biometrics）技術(shù)是指通過計算機(jī)利用人體所固有并特有的生理特征和行為特征來進(jìn)行身份識別或個體驗(yàn)證的一門技術(shù)。人臉識別是基于生物特征識別技術(shù)的身份認(rèn)證中最主要的方法之一。與其他身份識別方法相比，人臉識別具有直接、友好和方便等特點(diǎn)。目前該領(lǐng)域研究的一個熱點(diǎn)問題是如何進(jìn)一步提高識別速度，更好的滿足查詢的實(shí)時性要求，也是人臉識別技術(shù)急需解決的問題。

LTE（Long Term Evolution，長期演進(jìn)）是由3GPP組織制定的UMTS（Universal Mobile Telecommunications System， 通用移動通信系統(tǒng)）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的長期演進(jìn)項(xiàng)目，LTE作為新一代寬帶無線移動通信的領(lǐng)軍技術(shù)，已經(jīng)在全球快速展開商用。LTE以O(shè)FDM和MIMO為核心技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)提高數(shù)據(jù)傳輸速率，降低系統(tǒng)延時，增加系統(tǒng)容量，改善小區(qū)邊緣網(wǎng)絡(luò)的性能并降低運(yùn)營成本，同時，LTE系統(tǒng)可以完全向下兼容3G和ZG的無線網(wǎng)絡(luò)，因此，運(yùn)營商通過LTE網(wǎng)絡(luò)可以為用戶提供更多具有吸引力的業(yè)務(wù)。

盡管部分人臉系統(tǒng)已經(jīng)投入了實(shí)際應(yīng)用，但是人臉識別技術(shù)研究中仍然有許多問題沒有得到很好的解決，比如，存儲量小、識別速度慢，無法滿足對大量人體特征的數(shù)據(jù)存儲、人員身份及時核查。該文中的面部識別裝置是將LTE技術(shù)和智能網(wǎng)格技術(shù)相結(jié)合的一個高速無線便攜式面部識別系統(tǒng)。LTE無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無線高速傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速上傳、下載；智能網(wǎng)格技術(shù)則擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、計算能力，實(shí)現(xiàn)對圖像、數(shù)據(jù)信息的快速、及時準(zhǔn)確處理。

1 LTE關(guān)鍵技術(shù)及其優(yōu)勢

在LTE系統(tǒng)中，采用了許多新技術(shù)來保證其長期演進(jìn)的競爭力，其中，最核心的技術(shù)是OFDM技術(shù)和MIMO技術(shù)，這兩種技術(shù)也是未來移動通信技術(shù)的主流技術(shù)，將會得到快速的發(fā)展和大量采用。

1.1 OFDM技術(shù)

OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交頻分復(fù)用技術(shù)，多載波調(diào)制的一種。其主要原理是將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個子信道上進(jìn)行傳輸。

在相互正交的各個載波中，每個載波的頻譜零點(diǎn)和相鄰載波的零點(diǎn)重疊，這樣可以減少子信道間相互干擾。由于載波間有部分重疊，所以又提高了頻譜利用率。另外，在速率相對較低的子信道中引入保護(hù)間隔，在保護(hù)間隔大于最大多徑時延擴(kuò)展的情況下，可以最大限度地消除多徑帶來的符號間干擾。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，可以較為有效地對抗信道的頻率選擇性衰落，因此每個子信道上的可以看成平坦性衰落，有利于簡化信道估計，信道均衡變得相對容易。

由于OFDM技術(shù)存在多個正交的子載波，與單載波系統(tǒng)相比，對子載波之間的正交性提出了嚴(yán)格要求，易受頻率偏差的影響。另外，多載波系統(tǒng)的輸出是多個子信道信號的疊加，因此如果多個信號的相位一致，所得到的疊加信號的瞬時功率就好遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于信號的平均功率，導(dǎo)致較高的峰值平均功率比。

1.2 MIMO技術(shù)

MIMO 技術(shù)實(shí)質(zhì)上是通過空間復(fù)用增益大大提高信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。而通過空間分集增益則可以提高信道的可靠性，降低信道誤碼率。MIMO 技術(shù)有效地利用隨機(jī)衰落和可能存在的多徑傳播來成倍地提高業(yè)務(wù)傳輸速率，因此它能夠在不增加所占用的信號帶寬和傳輸功率的前提下使無線通信的性能改善幾個數(shù)量級。

隨著使用天線數(shù)目的增加，MIMO技術(shù)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度大幅度增高，同時考慮到信道開銷的問題，LTE 已確定 MIMO 天線個數(shù)的基本配置是下行 2×2、上行 1×2，但也在考慮 4×4 的高階天線配置。

1.3 LTE技術(shù)的優(yōu)勢

從技術(shù)角度來看，LTE系統(tǒng)中的OFDM技術(shù)支持成對或非成對頻譜，并可靈活配置1.25 MHz到20MHz多種帶寬，MIMO技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在20MHz頻譜帶寬能夠提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率；LTE采用扁平的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化的幀結(jié)構(gòu)，大大降低了傳輸時延，用戶平面內(nèi)部單向傳輸時延低于5ms，控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時間低于50ms，從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時間小于100ms；有效地協(xié)調(diào)小區(qū)間干擾，改善小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量，支持100Km半徑的小區(qū)覆蓋，能夠?yàn)?50Km/h高速移動用戶提供>100kbps的接入服務(wù)。

對用戶來說，由于LTE系統(tǒng)具有更高的傳輸速率和很好的移動性，大大提升用戶對移動通信業(yè)務(wù)的體驗(yàn)。

對運(yùn)營商來說，采用了新的空間技術(shù)和大帶寬發(fā)射使得頻譜效率高，扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得運(yùn)營維護(hù)成本大大降低。同時，LTE技術(shù)優(yōu)勢也助于運(yùn)營商對用戶提供更多、更具有吸引力的業(yè)務(wù)，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

2 基于LTE技術(shù)的便攜式面部識別系統(tǒng)

2.1 基于LTE技術(shù)的面部識別系統(tǒng)框架

基于LTE技術(shù)的面部識別系統(tǒng)可以通過高分辨率攝像設(shè)備進(jìn)行人像采集，獲取面部圖像信息，同時，也可以通過LTE無線網(wǎng)絡(luò)獲取遠(yuǎn)程終端的圖像信息，這些圖像信息交給圖像處理模塊進(jìn)行人臉檢測及識別，圖像處理結(jié)果可以通過本地顯示模塊輸出，也可以由LTE無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至遠(yuǎn)程終端。

2.2 基于LTE技術(shù)的面部識別系統(tǒng)中各模塊功能

1） 高分辨率攝像模塊，主要用來獲取高清晰的面部圖像信息，并快速傳輸給圖像處理單元，此模塊中采用的攝像頭即為普通的網(wǎng)絡(luò)攝像頭，不需要驅(qū)動，這樣比較簡單，方便操作實(shí)現(xiàn)。

2） 圖像處理模塊，主要用來實(shí)現(xiàn)對高清晰面部圖像進(jìn)行人臉檢測、人臉識別及人臉特征提取。人臉檢測是在高清晰面部圖像的基礎(chǔ)上，克服光照、姿態(tài)、背景以及遮擋物等外在因素的影響，還需要對這些外在因素造成的后果進(jìn)行補(bǔ)救或矯正，保證人臉檢測和定位的準(zhǔn)確性。人臉識別則是在上述照片和圖像序列中識別某個人臉圖像，其中采用小波變換的人臉特征提取技術(shù)，以保持人臉表示的多樣性和唯一性，同時將人臉特征數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，實(shí)現(xiàn)最小的數(shù)據(jù)量攜帶信息量的最大化。

3） LTE無線網(wǎng)絡(luò)模塊，主要完成LTE無線網(wǎng)絡(luò)接入，建立LTE無線數(shù)據(jù)鏈路，提供高速、便捷的無線寬帶接入方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速上傳、下載等。通過LTE無線網(wǎng)絡(luò)，能夠快速將獲得的面部圖像信息傳送給智能網(wǎng)格，并進(jìn)行快速處理。同時，也可以適時將智能網(wǎng)絡(luò)中存儲的信息，快速調(diào)入，滿足及時發(fā)現(xiàn)、及時處理功能需求。

4） 顯示模塊，采用先進(jìn)的電容觸控技術(shù)和人體工程技術(shù)，給用戶提供一個友好的人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)面部識別結(jié)果的顯示，還可以通過顯示模塊實(shí)現(xiàn)用戶對系統(tǒng)資源的管理以及系統(tǒng)參數(shù)的配置或更改。

5） 電源管理模塊，完成對電池的充放電管理、過流保護(hù)、系統(tǒng)整機(jī)的供電和電源的功率動態(tài)分配。諾基亞正在研究LTE無線充電技術(shù)，通過LTE無線電波在周圍環(huán)境產(chǎn)生的電磁輻射可以被轉(zhuǎn)換成充足的電流， 諾基亞研究中心研究員Markku Rouvala表示有可能在未來3至4年或可應(yīng)用，屆時，基于LTE技術(shù)的面部識別系統(tǒng)的電源管理模塊可拓展LTE無線充電功能。

6） USB接口模塊，為電池充電以及外置電源提供一個接口，同時也實(shí)現(xiàn)該終端與PC之間的數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)取?/p>

基于LTE技術(shù)的便攜式面部識別系統(tǒng)啟動后，軟件自動配置各個接口單元的工作參數(shù)，準(zhǔn)備接收無線的接入數(shù)據(jù)，自動尋找、登陸LTE網(wǎng)絡(luò)。

3 結(jié)論

基于LTE技術(shù)的面部識別系統(tǒng)采用LTE無線通信技術(shù)，高速無線與有線網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對信息及時、準(zhǔn)確、快速處理。系統(tǒng)設(shè)計難度低、系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)、成本低廉，體積小、便于攜帶，是一個對人物身份進(jìn)行快速鑒定的便攜式系統(tǒng)。該系統(tǒng)適用于劇院、機(jī)場、車站等公共場合，在安防、罪犯追蹤等方面，具有攜帶方便、適時鑒定、隱蔽性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] Requirements for evolved UTR （E-UTRA） and evolved UTRAN （E-UTRAN）[S].2006.3GPP TR25.913 V7.3.0.

[2] Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）；Physical Channels and Modulation （Release 8）.March 2009. 3GPP TS 36.211 V8.6.0.

[3] 沈嘉，索士強(qiáng)，全海洋. 3GPP 長期演進(jìn)（LTE） 技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[4] 官微，段紅光. LTE關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展趨勢分析[J].電子測試， 2009.5： 22-25.

[5] Yang M lt， Kr legman D J， Ahuja H. Detecting faces in images： A survey[J]. IEEE Trans. On Pattern Analysis and Machine intelligence， 2002， 24 （1）： 34-58.

[6] 胡敏敏.人臉識別系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 南京：南京郵電大學(xué)， 2011，3.

[7] 張要偉.一種基于LTE技術(shù)的便攜式面部識別裝置[P].中國：201120108966， 2011.11.02.

[8] 計煌凱.面部識別技術(shù)的今天與明天[J]. 黑龍江科技信息， 2013.5： 109-111.