郭楚塵　張立立　張帆

摘 要：針對傳統(tǒng)考勤機出現(xiàn)的代替刷卡、易損壞、可靠性低等諸多問題，提出了一種基于圖像壓縮技術(shù)的視頻考勤機軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)圖像壓縮模塊采用JPEG硬件壓縮編碼技術(shù)對靜態(tài)圖像進行壓縮，大大的減少了圖像存儲的空間和圖像傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。USB傳輸模塊采用了USB1.1傳輸技術(shù)，使用普通的U盤就可以方便的讀取考勤數(shù)據(jù)，免去了布線工作，方便安裝。本系統(tǒng)通過實際運行與測試，能夠達到設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合圖像專家組（JPEG）；通用串行總線（USB）；圖像采集；軟件程序

隨著IC卡技術(shù)的發(fā)展和成熟，傳統(tǒng)的打卡機磁卡考勤機和接觸式考勤機被非接觸式IC卡考勤機即感應(yīng)式電子考勤機所替代。雖然當(dāng)前IC卡考勤系統(tǒng)已被很多企業(yè)使用，但利用IC卡考勤有其固有的缺陷。例如，某員工可以攜帶別人的IC卡，代替他人打卡，不能達到考勤的真正目的。之后又研發(fā)了一種指紋識別考勤機。但是指紋考勤機對考勤人員要求比較高，比如皮膚干燥等識別起來就很困難。

鑒于以上考勤設(shè)備發(fā)展的歷程和現(xiàn)狀，提出了基于JPEG圖像壓縮技術(shù)的視頻考勤系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用非接觸式IC卡進行打卡操作，內(nèi)置攝像頭，打卡時可自動拍攝打卡人員面部的照片，真正有效的杜絕了員工間代替刷卡的現(xiàn)象。所設(shè)計的考勤機為脫機型考勤機，不需要線纜與電腦連接?？记跀?shù)據(jù)通過U盤傳輸至考勤管理PC中，無需再布線傳輸數(shù)據(jù)，進一步方便了管理。文章只從圖像壓縮技術(shù)和USB傳輸技術(shù)方面介紹考勤機的軟件設(shè)計內(nèi)容。

1 JPEG圖像壓縮技術(shù)

圖像壓縮是指在保證一定的圖像質(zhì)量和滿足任務(wù)要求的前提下，減少原始圖像數(shù)據(jù)量的處理過程[3]。圖像數(shù)據(jù)之所以能被壓縮，就是因為數(shù)據(jù)中存在著冗余。圖像數(shù)據(jù)的冗余主要表現(xiàn)為：圖像中相鄰像素間的相關(guān)性引起的空間冗余；圖像序列中不同幀之間存在相關(guān)性引起的時間冗余；不同彩色平面或頻譜帶的相關(guān)性引起的頻譜冗余。數(shù)據(jù)壓縮的目的就是通過去除這些數(shù)據(jù)冗余來減少表示數(shù)據(jù)所需的比特數(shù)。由于圖像數(shù)據(jù)量的龐大，在存儲、傳輸、處理時非常困難，因此圖像數(shù)據(jù)的壓縮就顯得非常重要。

JPEG是Joint Photographic Experts Group（聯(lián)合圖像專家小組）的縮寫，是第一個國際圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。JPEG圖像壓縮算法能夠在提供良好的壓縮性能的同時，具有比較好的重建質(zhì)量，被廣泛應(yīng)用于圖像、視頻處理領(lǐng)域。人們?nèi)粘Ｅ龅降摹?jpeg”、“.jpg”等指代的是圖像數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮編碼后在媒體上的封存形式，不能與JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)混為一談。

JPEG圖像編解碼的實現(xiàn)通常有兩種方案，一是軟件實現(xiàn)，另一種就是使用專用JPEG壓縮編碼芯片。由于專用JPEG壓縮編碼芯片技術(shù)成熟，穩(wěn)定性好，產(chǎn)品開發(fā)周期相對較短，并且對嵌入式處理器要求不高，可以降低系統(tǒng)成本，因此這種方案在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中使用較多。本系統(tǒng)中使用的就是基于JPEG編解碼專用芯片的方案。

2 視頻考勤機的軟件設(shè)計

微控制器C8051F020是本視頻考勤機的控制核心?？记跈C的各個模塊的功能都通過對C8051F020編程實現(xiàn)。初始化程序通過對各個芯片的功能寄存器的設(shè)置完成初始化，使考勤機進入正常工作狀態(tài)。圖像采集JPEG壓縮程序把攝像頭采集到的模擬圖像數(shù)字化，并控制編碼芯片對數(shù)字圖像數(shù)據(jù)進行壓縮。USB模塊通信程序完成對USB模塊的讀寫控制。

2.1 圖像采集JPEG壓縮程序

圖像采集JPEG壓縮程序包括兩部分：模擬圖像信號A/D轉(zhuǎn)換部分和JPEG圖像壓縮部分。系統(tǒng)采用SAA7113芯片實現(xiàn)圖像的A/D轉(zhuǎn)換。視頻A/D芯片的初始化是微控制器通過IIC總線對SAA7113的內(nèi)部寄存器的進行配置實現(xiàn)的。本系統(tǒng)中使用ZORAN公司生產(chǎn)的芯片ZR36060做JPEG硬件編解碼。

ZR36060在正常工作之前也需要對其內(nèi)部寄存器進行初始化。在代碼被動方式下，對ZR36060內(nèi)部寄存器的讀寫操作是直接對地址ADDR=00b進行的。壓縮/解壓縮的JPEG碼流是通過代碼接口傳輸?shù)?。代碼接口有兩種操作方式：主動方式和被動方式。系統(tǒng)中對ZR36060代碼接口的控制是由微控制器通過CPLD進行地址譯碼等邏輯控制實現(xiàn)對其內(nèi)部代碼空間的操作，采用的接口操作方式是被動方式，數(shù)據(jù)總線的寬度是8位，與微控制器總線寬度相符，減少了邏輯變換操作。考勤系統(tǒng)采用8bit代碼寬度的代碼從模式。

2.2 USB讀寫程序

本系統(tǒng)使用USB[6]模塊進行USB讀寫操作。使用U盤文件讀寫模塊作為USB主控接口。USB模塊采用并口讀寫方式，并口數(shù)據(jù)交換是通過模塊的CH421芯片進行，該模塊支持8位被動并口，模塊中的CH421芯片為雙向緩沖接口芯片，用于模塊CH375芯片通信數(shù)據(jù)的緩存。USB模塊占用芯片CH421的兩個I/O地址。芯片CH421對緩沖區(qū)的讀寫采用索引地址方式，在兩個傳輸方向上各提供64字節(jié)的緩沖區(qū)，緩沖區(qū)的第一個和最后一個單元的索引地址分別為00H和3FH。

3 USB讀寫模塊調(diào)試

USB讀寫模塊調(diào)試的過程如下：模塊內(nèi)置了簡單的自動演示功能，方法是：在模塊處于正常工作狀態(tài)時（此時跳線J1是斷開的，模塊的LED亮起說明其空閑），將跳線J1插上，模塊開始自動執(zhí)行。開始執(zhí)行后，模塊的LED滅掉，等待U盤插入，當(dāng)U盤插入后，模塊打開U盤中根目錄下的“模塊演示.TXT”文件，如果文件不存在則新建文件，如果文件存在則移動文件指針到末尾，添加兩行字符串，其中包含當(dāng)前狀態(tài)信息，然后關(guān)閉文件。上述演示結(jié)束后，模塊的LED重新亮起。如果演示過程中出現(xiàn)錯誤，那么模塊的LED會閃爍。演示完畢后，只有斷開電源或者復(fù)位，模塊才能恢復(fù)正常工作狀態(tài)。模塊的演示結(jié)果中包括模塊程序版本號和當(dāng)前功能配置值以及串口通訊波特率除數(shù)，所以也可以用于檢查模塊當(dāng)前接口以及功能配置是否設(shè)置正確。當(dāng)模塊工作正常后通過微控制器和圖像采集壓縮模塊和USB模塊把JPEG文件寫入U盤。再把U盤連接到PC機上，打開JPEG圖片驗證結(jié)果正確。

4 結(jié)束語

本考勤系統(tǒng)經(jīng)過較長時間的測試和實驗，各項技術(shù)指標(biāo)均已達到預(yù)期目標(biāo)，完全滿足中小型企事業(yè)單位考勤的需求。但在實驗和使用的過程中，發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)還存在的弱點。個別專用芯片價格較高，增加了系統(tǒng)的成本。在下一代的考勤機中建議整合方案，采用更高性能處理器，通過軟件完成JPEG壓縮算法，這樣能大大降低成本。

參考文獻

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作者簡介：郭楚塵（1997，5-），男，遼寧沈陽人，高中，研究方向：計算機軟件。