专利名称：一种指纹认证手机的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动通信和指纹认证领域，尤其是一种具有本地和远端指纹认证功能的指纹认证手机。
背景技术：
目前，公知的指纹认证系统由客户端资源1.1，服务器端资源1.2，以及指纹数据库1.3组成。客户端传感器采集指纹图像1.11，提取指纹特征1.12，以有线方式，提交1.13给服务器端的快速搜索软件1.21，从指纹数据库1.3中找出若干相似的指纹模板，逐一进行精确比对1.22。验证结果以有线方式反馈给客户端1.23。见图1。
公知的移动通信设备手机，是由射频芯片2.1，模拟基带电路2.2，数字基带电路2.3，以及外部设备2.4构成。模拟基带电路2.2与数字基带电路2.3构成手机的核心。随着集成技术的不断提高，目前已将模拟、数字基带电路集成到一块IC芯片当中，统称手机处理器。
数字基带电路2.3主要由数字信号处理器DSP2.31、微控制单元MCU2.32构成。数字信号处理器DSP负责基带信号的调制解调、信道编/解码、话音编/解码、加密解密等功能；微控制单元MCU通过外设接口2.321，与连接液晶显示屏、键盘板、蜂音器、SIM卡等外设2.4相连；MCU在系统软件2.322的控制管理下，负责用户接口，应用软件、以及高层协议栈的运行。见图2。
数字通信手机原理是发信送话器的话音信号经过模拟基带芯片2.2的8kHz抽样及A/D变换2.22，成为均匀量化的数据流，经话音编码2.311、信道编码2.312、加密2.313、均衡处理2.314，形成270.833kbit/s的TDMA帧数据流，送模拟基带芯片的GMSK调制电路2.21D/A转换后，形成I、Q信号，由交送射频收发模块中的调频发射电路2.12调制成900MHz或1800MHz射频信号，进行功率放大，经射频T/R收发转换2.11，从天线发射出去。
收信与发信过程相反，将天线接收的信号经T/R转换2.11，进行变频、低噪声中频放大、解调，产生基带I、Q信号2.13，送至模拟基带芯片的无线信号GMSK解调电路2.21，将模拟的I、Q信号进行数字化，恢复出数字基带信号，再做D/A变换2.22，话音从话机送出。
但是，现有的指纹认证系统都以在线提交指纹特征和验证结果，使指纹验证受到地点和空间限制，不能方便、普遍地实现远程认证；现有数字通信设备手机，不具有将感测到的指纹特征信息，经由无线网络远程传送到拥有指纹特征数据库，实现远程服务器端的指纹认证功能。
发明内容
为了克服现有指纹认证系统必须在线提交指纹特征信息，进行在线搜索比对的局限；为了突破现有手机仅作通讯使用，不能用作指纹认证终端的限制，本发明提供一种可作移动指纹认证终端的手机，该手机不仅能照常发挥现有无线通信功能，而且能方便地采集、处理指纹信息，对使用者进行合法性验证，并将现场采集的指纹特征信息，通过无线网络，远程传递到特定指纹特征数据库面前，进行搜索比对，实现指纹认证的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是这种指纹认证手机，参见图3，包含有一壳体；一控制电路，设置于该壳体内；该控制电路包含有一处理器；一存储器，电连接于该处理器；以及指纹识别软件模块，储存于该存储器中，该处理器可用来执行该指纹识别软件；一键盘，包含有复数个按键设置于该壳体上，该键盘电连接于该控制电路；一显示面板，设置于该壳体内，该显示面板是电连接于于该控制电路，并经由该控制电路的控制以显示文字或影像；一天线，设置于该壳体上，用来传送、接收无线电信号；一射频电路，设置于该壳体内，该射频电路是电连接于该控制电路以及该天线；一麦克风，电连接于该控制电路，以用来将语音转换为一声音信；以及扬声器，电连接于该控制电路，以用来将一声音信号转换为相对应的语音；一扬声器，电连接于该控制电路，以用来将一声音信号转换为相对应的语音；一指纹特征传感器组件，该指纹特征传感器组件是电连接于于该控制电路，并经由该控制电路的控制以感测人体指纹信息、提取指纹特征信息；其中当使用者按压该键盘的至少一预定按键时，该控制电路会进入一指纹认证操作模式，并自该指纹特征传感器组件取得感测人体指纹信息、产生包含该指纹特征信息，该指纹特征信息经由该射频电路及该天线传送至远程指纹认证服务器，而经由远程指纹认证服务器进行搜索比对，得到指纹验证结果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案还可以进一步完善。
所述的指纹特征信息先与事先预存在手机内的指纹特征模板进行比对通过后，再经由该射频电路及该天线通过无线网络传送至远程指纹认证服务器前端，进行搜索比对，得到验证结果。
所述的指纹特征传感器组件3.1由指纹传感器及其支持电路构成，通过与其相连的数据总线3.11、以及控制总线3.12，与现有手机处理器微控单元MCU2.32所辖的外设接口2.321相连接。它与手机处理器外设接口的连接方式是指纹传感器电路4.1的数据收发端与手机处理器外设接口4.2的数据收发端连接；指纹传感器电路的数据传输控制端与手机处理器外设接口的数据传输控制端连接。见图4。
连接方式可以根据具体硬件环境采用I2C、SPI、UART等通用的串行连接方式，或者通用并行连接方式。
本发明为达到指纹认证技术效果所采用的方法是一、在现有手机协议栈中，嵌入GPRS协议栈。现有手机协议栈由L1物理层协议5.1、L2(数据链路层)协议5.2、L3(网络层)协议5.3、MMI人机界面软件5.4构成。L3网络层是协议栈的核心，其中无线管理子层RR和移动管理子层MM构成协议的底层，处于L3上层的呼叫控制子层CC除了负责手机与无线网络一方的移动交换中心MSC之间的操作以外，主要为呼叫建立专用的CC呼叫实体，并维持相关任务的顺利进行；人机界面是用户与手机之间的接口，主要功能有用户键盘输入、手机状态和呼叫处理过程显示、SIM卡和电子簿管理、PIN码控制等；DS数据服务软件5.5与V.24驱动软件5.6配合工作。
为了实现指纹特征信息的无线传送，本发明须在现有协议栈中嵌入通用分组无线业务GPRS协议栈5.7，使得GPRS协议中自下而上的各层介质传输控制层MAC/无线链路控制(RLC)、逻辑链路控制LLC、子网依赖聚合层SNDC与L3网络协议的各层依次衔接。参见图5.
二、改造现有手机软件系统。在现有手机硬件驱动层面5.11，嵌入指纹传感器驱动软件6.1。
在应用软件层，增添关键性指纹识别软件模块，可以是指纹特征提取6.21、指纹特征模板录入6.22、特征比对6.23等，并将这些软件模块封装成为API函数，形成指纹认证软件库6.2，整合到在现有手机应用软件层面中。
在现有手机MMI人机界面5.4加入可以调用上述指纹认证函数的指纹认证应用程序集6.3，这些应用程序可以是本端指纹认证6.31，和远端指纹认证6.32。参见图6。
三、构建远程指纹认证服务器。其中包括，指纹特征数据库系统7.1、指纹特征录入系统7.2、指纹认证系统7.3。指纹特征数据库系统7.1，由指纹特征数据库7.11和数据库维护系统7.12构成；指纹特征录入系统7.2，由指纹特征信息读入7.21、指纹特征提取7.22、模板提取7.23、模板录入7.24构成；指纹认证系统7.3由手机指纹特征信息接收7.31、数据库快速搜索7.32、比对及结果判决7.33、指纹验证结果发送7.34构成。为了加强指纹特征信息和验证结果信息在公用无线信道中传输的安全性，收/发信双方采用非对称加密方式，对所传送信息进行加解密。参见图7。
在具备上述三方面的条件之后，本发明按照以下过程实现指纹认证1、驱动软件使指纹传感器处于工作态；2、传感器摄取指纹信息；3、提取指纹特征数据；4、与本机模板比对(可选)；
5、无线发送指纹特征数据；6、远端服务器比对；7、将远端比对结果发送至目的地。
本发明有益的效果是1)摆脱了指纹认证须有线连接的局限，开拓了指纹认证利借用无线信道的新天地。
2)充分发挥现有手机和无线网络资源优势，以便多快好省地构建指纹认证网络。有利于安全、诚信社会环境的建立。
3)体现指纹认证技术与移动通信技术融合新的发展趋势，为创造新价值链手机支付、无线授权、数字权利确认、远程开启等，提供技术保障。对通信、商业、金融、医疗保险等高知识结构、高附加值的服务领域将产生深远影响。
图1是现有指纹认证系统以在线方式提交指纹特征并获得验证结果示意图。
图2是现有GSM手机系统构成示意图。
图3是本发明的硬件结构图。
图4是本发明指纹一种较佳实施例的指纹传感器连接方法。
图5是嵌入GPRS协议后的手机协议栈软件构架。
图6是本发明对现有手机软件系统的改造。
图7是本发明所构建的远程服务器指纹认证软件设施。
图8是本发明实施例1的硬件结构图。
图9是本发明实施例1的指纹传感器与手机处理器的连接方法。
图10是本发明实施例1的指纹传感器电路图。
图11是本发明实施例1传送/接收指纹特征数据的空中接口。
图12是本发明实施例1的指纹特征提取并形成模板的程序框图。
图13是本发明实施例1的指纹比对程序框图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1在图8所示的实施例中，采用Intel PXA800F手机处理器8.2，其中包含，微信号架构的104MHz的信号处理器MSA；基于Intel Xscale技术的处理器；片上闪存FLASH；静态存储器SRAM；GSM/GPRS处理逻辑；外设接口电路等。射频芯片8.3采用ADI公司的AD6534射频收发芯片。采用AD6521芯片用作模拟/数字基带8.4处理。用Dialog DA9010作电源管理和语音处理8.5。指纹传感器8.1采用AuthenTecAES3500指纹传感器，通过专门为该款传感器设计的外部电路，与Intel PXA800F手机处理器的XScale外设接口相连接。
在图9所示实施例中，指纹传感器9.1通过支持电路，将其数据发送端TXD4.11与手机主处理器4.2的数据接收端UART2_RX4.21相连；将手机处理器数据输发送端UART2_TX4.22与指纹传感器的数据接受收端RXD4.12相连；指纹传感器数据接收就绪端RTR4.13与手机处理器数据传送准备UART2_RTS#4.23相连。
在图10所示的电路图中，采用AuthenTec公司生产的AES3500电感式指纹传感器；通用12MHz晶体振荡电路，与指纹传感器的XTAL_IN引脚54与XTAL_OUT引脚55相连；U2为电源隔离器，第2脚I01、第3脚I02与传感器DRIVE_RING引脚38、39；88、89相连，第1脚接地GND，第4脚Vin接3.3v电源；传感器PLL_FLTER引脚56、PPL_ENABLE引脚57与外部锁相环滤波电路相连；一组并联电容为3.3V电源傍路交流成分；指纹传感器数据接收RXD引脚60与手机处理器外围接口的UART2_TX引脚相连；指纹传感器数据发送TXD引脚42与手机处理器外围接口的UART2_RX引脚相连；指纹传感器数据接收就绪RTR引脚61与手机处理器外围接口的
UART2_RTS#引脚相连。
表1是指纹识别API函数说明，将封装成API函数形式的指纹特征提取1号函数、指纹模板录入2号函数、指纹比对3号函数功能，整合到现有手机应用软件层面的具体形式。参见图6。
在本实施例中，根据实际使用情况，特对1号函数从指纹图像提取指纹特征，设置指纹图像采集面积、指纹图像质量两个参数，作为后续模板录入、指纹比对的参考；在3号函数比对指纹模板和特征中，设置了5种安全等级，以便满足0.1％、0.01％、0.001％、0.0001％等不同的误识率FAR要求。
表1图12是本发明为解决手机远程传送/接收指纹特征数据，所采用的一种较佳的的空中连接方式，即GPRS协议。这是因为被传送的指纹特征数据量都比较大，不能采用现有手机的短信SMS机制传送。故采用具有171.2kbps的高传输速率，与Internet网建立无缝、直接连接的GPRS方式。
图12中GSM手机即移动台MS与服务GPRS支撑点SGSN之间的空中接口为Um。Um接口的通信协议有5层前述图5已有说明。由于网络层提供了TCP/IP和X.25协议，各种传统的GSM网络硬件资源譬如基站子系统BSS和网络服务子系统NSS等，因配置了这些协议软件，在数据传输时而变为透明。本发明不必涉及网络层以下传输细节，只需将需传送的指纹特征数据直接封装成TCP或者UDP数据包，利用GPRS协议进行传输即可。TCP或者UDP包的数据格式，可见相关技术资料。
图12为提取指纹特征提取，模板录入程序框图。具体过程是，获取指纹图像12.1；提取指纹特征12.2；如果提取成功12.3，将特征存入特征列表中12.4，否则返回获取指纹图像12.1；如果特征列表已经排满12.5，将诸特征合并生成指纹模板12.6，否则返回获取指纹图像12.1；如果模板成功产生12.7，将该模板保存12.8，程序结束，否则返回获取指纹图像12.1。
图13是指纹比对程序框图。首先获取指纹图像13.1；提取指纹特征13.2，若提取成功13.3，则提取指纹模板13.4，将模板与特征值比对13.5，输出比对结果13.6；否则返回获取指纹图像13.1。后台指纹库的结构手机号为主键，指纹模板为一字段。服务器根据手机号来确定指纹认证范围，进行一比一的指纹认证。后台服务器系统、指纹库系统可以用现有的“有线”系统，但需要建立无线传输平台，目前为短信或彩信。中间的无线平台目前为公知技术，如现在的社保和医保系统为无线的，但完全可以加入无线认证平台，方便用户。
权利要求
1.一种指纹认证手机，其特征是该指纹认证手机包含有一壳体；一控制电路，设置于该壳体内；该控制电路包含有一处理器；一存储器，电连接于该处理器；以及指纹识别软件模块，储存于该存储器中，该处理器可用来执行该指纹识别软件；一键盘，包含有复数个按键设置于该壳体上，该键盘电连接于该控制电路；一显示面板，设置于该壳体内，该显示面板是电连接于于该控制电路，并经由该控制电路的控制以显示文字或影像；一天线，设置于该壳体上，用来传送、接收无线电信号；一射频电路，设置于该壳体内，该射频电路是电连接于该控制电路以及该天线；一麦克风，电连接于该控制电路，以用来将语音转换为一声音信；以及扬声器，电连接于该控制电路，以用来将一声音信号转换为相对应的语音；一扬声器，电连接于该控制电路，以用来将一声音信号转换为相对应的语音；一指纹特征传感器组件，该指纹特征传感器组件是电连接于于该控制电路，并经由该控制电路的控制以感测人体指纹信息、提取指纹特征信息；其中当使用者按压该键盘的至少一预定按键时，该控制电路会进入一指纹认证操作模式，并自该指纹特征传感器组件取得感测人体指纹信息、产生包含该指纹特征信息，该指纹特征信息经由该射频电路及该天线传送至远程指纹认证服务器，而经由远程指纹认证服务器进行搜索比对，得到指纹验证结果。
2.根据权利要求1所述的指纹认证手机，其特征在于该指纹特征信息先与事先预存在手机内的指纹特征模板进行比对通过后，再经由该射频电路及该天线通过无线网络传送至远程指纹认证服务器前端，进行搜索比对，得到验证结果。
3.根据权利要求1或2所述的指纹认证手机，其特征在于所述的指纹特征传感器组件(3.1)由指纹传感器及其支持电路构成，通过与其相连的数据总线(3.11)、以及控制总线(3.12)，与现有手机处理器微控单元MCU(2.32)所辖的外设接口(2.321)相连接。
4.根据权利要求1所述的指纹认证手机，其特征在于所述的指纹识别软件模块，包含有指纹特征提取(6.21)、指纹特征模板录入(6.22)、特征比对(6.23)，该软件模块封装成为API函数，形成指纹认证软件库(6.2)，整合到在现有手机应用软件层面中。
5.根据权利要求1所述的指纹认证手机，其特征在于所述的远程指纹认证服务器包括指纹特征数据库系统(7.1)、指纹特征录入系统(7.2)、指纹认证系统(7.3)，其中指纹特征数据库系统(7.1)，由指纹特征数据库(7.11)和数据库维护系统(7.12)构成；指纹特征录入系统(7.2)，由指纹特征信息读入(7.21)、指纹特征提取(7.22)、模板提取(7.23)、模板录入(7.24)构成；指纹认证系统(7.3)由手机指纹特征信息接收(7.31)、数据库快速搜索(7.32)、比对及结果判决(7.33)、指纹验证结果发送(7.34)构成。
全文摘要
本发明涉及一种指纹认证手机，在原有的手机硬件增加一指纹特征传感器组件，该指纹特征传感器组件是电连接于于控制电路，并经由该控制电路的控制以感测人体指纹信息、提取指纹特征信息；其中当使用者按压该键盘的至少一预定按键时，该控制电路会进入一指纹认证操作模式，并自该指纹特征传感器组件取得感测人体指纹信息、产生包含该指纹特征信息，该指纹特征信息传送至远程指纹认证服务器进行搜索比对，得到指纹验证结果。本发明有益的效果是摆脱了指纹认证须有线连接的局限，开拓了指纹认证利用无线信道的新天地。充分发挥现有手机和无线网络资源优势，以便多快好省地构建指纹认证网络。有利于安全、诚信社会环境的建立。
文档编号H04B1/38GK1588809SQ200410053408
公开日2005年3月2日 申请日期2004年7月27日 优先权日2004年7月27日
发明者李健, 邱柏云, 汪涤, 李荣焕, 贺晓明 申请人:杭州中正生物认证技术有限公司