当期目录

    2015年 第35卷 第3期 刊出日期:2015-03-10
    网络与通信
    低开销混合式保护的高可靠的波分/时分混合无源光网络
    熊余, 汤小飞, 蒋婧
    2015, 35(3):  601-605.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.601
    摘要 ( )   PDF (888KB) ( )  
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    针对光纤故障参与保护倒换元器件多、保护资源开销大的问题,提出一种低开销混合式保护的高可靠波分/时分混合无源光网络(WDM/TDM-PON)结构。所提结构在光线路终端(OLT)中新设计了逻辑判定、备份收发以及保护路控制单元,使波分复用(WDM)部分只对故障部分器件执行倒换操作,实现了低开销的集中式保护;在时分复用(TDM)部分采用交叉总线形结构,实现了快速的分布式保护倒换。经分析证明,所提混合式保护结构有效地减少了保护资源开销,对馈入光纤(FF)、配线光纤(DF)和最后一个公里光纤(LMF)故障提供了1.5~2.4 ms恢复时间的快速全保护,且具有良好的扩展性。

    基于位置信息的双簇头路由算法
    林启中, 张冬梅, 王聪, 许魁
    2015, 35(3):  606-609.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.606
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    针对无线传感器网络(WSN)的高能效路由选择问题,在混合式能量均衡分簇(HEED)算法基础上提出一种基于位置信息的低能耗双簇头多跳路由算法(HEED-EELD)。假设网络中所有节点都具有位置感知能力,网络根据最佳单跳距离划分层级,节点根据自身位置确定所在层级。簇内选举产生双簇头,分担单一簇头的工作,均衡簇头能耗。在簇间多跳路由中,簇头根据位置、距离和剩余能量的代价函数选择最优路由。Matlab仿真结果表明,与低功耗自适应分簇(LEACH)算法、HEED算法相比,提出的HEED-EELD在网络寿命、能量效率、能耗均衡等性能方面具有明显的性能增益。

    基于三维空间与区域协同进化的无线传感网多路径路由协议
    任秀丽, 王冲
    2015, 35(3):  610-614.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.610
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    针对三维空间中无线传感器网络(WSN)的节点能量消耗不均衡问题,提出了一种基于三维空间与区域协同进化的无线传感器网络多路径路由协议(MRPTSRC)。该协议采用提出的区域划分模型将节点的一跳邻域空间划分为若干个子空间;根据区域协同进化算法(RCA)选择每个子空间的局部最优节点并决定最优下一跳节点;对前向区域节点采用加权策略以跳出局部最优并提高向Sink节点的收敛速度。在NS-2平台下进行了仿真,与度数受限的路由(DECOR)和前向感知因子的能量均衡路由协议(FAF-EBRP)相比,MRPTSRC的首个节点死亡时间相对于总时间分别提高了6%和3%;与FAF-EBRP相比,MRPTSRC的节点死亡率降低了38%,延迟时间降低了30%,节点剩余能量标准差也降低了16.7%;与DECOR相比,MRPTSRC的网络生存时间延长了30%。仿真结果表明,MRPTSRC能够有效地提高网络的性能。

    基于比例积分控制器的分布式动态带宽分配算法
    赵海军, 李敏, 李明东, 蒲斌
    2015, 35(3):  615-619.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.615
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    针对公平、有效分配地理上呈分布式的控制系统带宽的问题,提出了一种分布式的动态带宽分配算法。首先把这种带宽分配问题构建为一个凸优化问题,使全部控制系统的效用最大化;再采用分布式带宽分配算法思想,使得控制系统基于网络反馈的拥塞信息改变其采样周期,得到可利用的最大采样速率或最大传输速率;然后把控制系统和链路之间的相互作用建模为一个时延动态系统,并采用比例积分(PI)控制器作为链路队列控制器来实现算法。仿真结果表明,所提带宽分配算法不仅能够使全部设备的传输速率在10 s内收敛到全部设备均等共享的链路带宽值;同时对于PI控制器来说,其队列稳定在期望设置点50个数据包左右,而且能够准确、稳定地跟踪输入信号,使全部控制系统的性能最大化。

    基于Voronoi图的无线传感器网络覆盖空洞检测算法
    戴国勇, 陈麓屹, 周斌彬, 徐萍
    2015, 35(3):  620-623.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.620
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    针对无线传感器网络(WSN)中节点随机部署或部分节点能量耗尽带来的覆盖空洞(CH)问题,提出了一种基于Voronoi图的覆盖空洞检测算法。该算法利用节点的位置信息在覆盖区域范围内构建Voronoi图,通过计算每个Voronoi区域内的节点到该区域的顶点和边的距离来判断是否存在覆盖空洞,标识覆盖空洞的边界节点。仿真实验评估了不同节点分布密度、不同感知半径对空洞平均检测时间、平均能耗的影响,并与路径密度(PD)算法进行比较。实验结果表明所提算法在空洞平均检测时间和节点平均能耗两个方面均有10%左右的提升,对进一步延长网络生存期具有重要价值。

    半实物网络测试系统从时钟频率漂移影响分析
    孙磊刚, 张明清, 孔红山, 刘小虎
    2015, 35(3):  624-628.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.624
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    针对精确时钟协议(PTP)用于半实物网络仿真测试时难以实现精确系统同步的问题,研究从时钟频率漂移对PTP仿真系统同步性能的影响。建立了半实物网络环境下PTP系统模型和时钟模型,解析性推导出单向传输链路中Slaven对主时钟的时延误差估计,得出从时钟模型时延误差表达式具有一致的加权结构,且各误差项都将累积并渗透到传输线路中,影响整个网络的同步精度。基于此,设计多种半实物网络仿真场景进行验证、分析和测试。仿真结果表明:单个从时钟频率漂移对系统同步精度影响甚微,但系统内从时钟均存在漂移或主时钟存在时间抖动的情况下,造成的同步误差是单个从时钟频率漂移时的10倍,会对系统同步精度产生严重的影响,研究成果能为半实物网络测试环境时钟部署策略提供重要参考。

    基于可靠度的循环冗余校验算法
    胡方家, 周双娥, 曾军
    2015, 35(3):  629-632.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.629
    摘要 ( )   PDF (596KB) ( )  
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    针对循环冗余校验(CRC)准则在信道条件恶化时可能使译码出现较大迭代次数及错误的问题,提出了基于可靠度的迭代停止算法及重传算法。首先,每次迭代后,计算本次译码中间结果的可靠度,通过判断其是否达到阈值来实现迭代的提前结束;然后,将具有最大可靠度的中间结果保存并作为最终译码结果;最后,每次译码后,通过判断最大可靠度是否低于重传阈值来决定是否重传,通过至多3次传输的译码结果来计算最佳译码结果。仿真结果表明,在信噪比低于1.2 dB时,与CRC准则相比,迭代停止算法能在不增加迭代次数的基础上减少1或2个比特错误,重传算法能进一步减少至少2个比特错误,基于可靠度的算法可以实现更少的误比特数和迭代次数。

    基于结构相似度仿射传播的社团检测算法
    孙贵宾, 周勇
    2015, 35(3):  633-637.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.633
    摘要 ( )   PDF (738KB) ( )  
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    复杂网络中普遍存在着一定的社团结构,社团检测具有重要的理论意义和实际价值。为了提高复杂网络中社团检测的性能,提出了一种基于结构相似度仿射传播的社团检测算法。首先,选取结构相似度作为节点之间的相似性度量,并采用了一种优化的方法来计算复杂网络的相似度矩阵;其次,将计算得到的相似度矩阵作为输入,采用快速仿射传播(FAP)算法进行聚类;最后,得到最终的社团结构。实验结果表明,所提算法在LFR(Lancichinetti-Fortunato-Radicchi)模拟网络上的社团检测平均标准化互信息(NMI)值为65.1%,要高于标签传播算法(LPA)的45.3%以及CNM(Clauset-Newman-Moore)算法的49.8%;在真实网络上的社团检测平均模块度值为53.1%,要高于LPA算法的39.9%以及CNM算法的47.8%,具有更好的社团检测能力,能够发现更高质量的社团结构。

    基于微博转发的社交网络模型
    陈骁, 黄曙光, 秦李
    2015, 35(3):  638-642.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.638
    摘要 ( )   PDF (706KB) ( )  
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    探究微博转发网络的构建机制有助于深刻理解信息在微博平台上的传播过程,得出针对微博营销、舆论管控的有效策略和建议。针对这一问题,提出了一种有向加权网络模型。根据微博在转发过程中被多次转发的现象,在模型建立过程中,在节点间连边时引入三角连接机制,并且用连边的方向选择表征了活跃用户和知名用户的不同行为特征,同时考虑了权值的动态演化过程。理论分析和仿真实验表明模型的强度分布、度分布、强度-度的相关性均服从幂律分布,幂指数为1~3,而且具有高聚类、短路径的特点,平均聚类系数可达0.42,平均路径长不超过6,同时采集了微博转发的实际数据验证了模型的正确性。

    先进计算
    基于Kademlia的负载平衡云存储算法
    郑凯, 朱林, 陈优广
    2015, 35(3):  643-647.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.643
    摘要 ( )   PDF (938KB) ( )  
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    针对采用主从式结构的主流云存储系统可能出现的性能瓶颈和可扩展问题,基于分布式哈希表(DHT)技术的完全分布式云存储系统成为一种新的选择。解决好节点的负载平衡问题,是此类技术获得推广的关键。研究了Kademlia算法应用于云存储系统的负载平衡性能。考虑到算法在异构环境下负载平衡性能有明显下降,改进算法在Kademlia找出的候选存储节点中根据节点的存储能力来分配负载。仿真结果表明,改进后算法的负载平衡性能有非常明显的提高,在系统模拟运行时间足够长(如1500 h以上)时,过载节点平均下降7.0%(轻载)和33.7%(重载);文件保存成功率平均提高27.2%(轻载)和35.1%(重载),而增加的通信开销可接受。

    云环境下周期和非周期混合实时任务双容错调度算法
    曹洁, 曾国荪
    2015, 35(3):  648-653.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.648
    摘要 ( )   PDF (1153KB) ( )  
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    云环境中的处理机故障已成为云计算不可忽视的问题,容错成为设计和发展云计算系统的关键需求。针对一些容错调度算法在任务调度过程中调度效率低下以及任务类型单一的问题,提出一种处理机和任务主副版本分组的容错调度方法;并给出了副版本可重叠执行的判定方法,以及任务最坏响应时间的计算公式。通过实验和分析表明,和以前算法相比,将处理机分成两组分别执行任务主版本和任务副版本,减少了任务调度所需进行可调度测试的时间,增加了副版本重叠执行的机会,减少了所需的处理机个数,对提高系统处理机的利用率和容错调度的效率具有重要的意义。

    低调整率的广义AVL树及其统一重平衡方法
    江顺亮, 胡世鸿, 唐祎玲, 葛芸, 叶发茂, 徐少平
    2015, 35(3):  654-658.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.654
    摘要 ( )   PDF (761KB) ( )  
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    针对传统AVL(Adelson-Velskii and Landis)树重平衡算法代码量大、流程复杂、调整率过高的问题,提出一种统一重平衡算法,并提出广义AVL树的概念。统一重平衡算法能对AVL树的失衡节点进行自动分类、调整,取消了传统重平衡方法中的四种旋转操作。广义AVL树放松了AVL树的平衡约束,允许左右子树树高相差不超过N(N≥1),当更新操作(插入/删除)执行后,广义AVL树只在平衡约束条件不满足时采用统一重平衡算法进行调整。理论分析与实验结果表明,广义AVL树的调整率随着N的增大而显著降低:N为5时,调整率低于4%;N为13时调整率低于千分之一。广义AVL树的调整率远低于红黑树等经典数据结构,适合并发应用。

    基于联合概率的多标签分类算法
    何朋, 周丽娟
    2015, 35(3):  659-662.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.659
    摘要 ( )   PDF (673KB) ( )  
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    针对多标签k邻域(ML-kNN)算法忽略了多个标签间可能存在的相关性的问题,提出了一种基于联合概率的RML-kNN多标签分类算法。首先,在样本空间遍历求得每个标签的先验概率;其次,根据样本k邻域内某个标签的概率分布计算在该标签取值的条件下样本k邻域内有m个该标签出现的条件概率;然后,提出使用多个标签在k邻域的联合概率分布作为多标签分类模型的方法,并在样本空间进行计算;最后,以最大化后验概率的方法推导出RML-kNN多标签分类模型。理论分析和实验论证表明,在SubSet Accuracy上最高达到0.9612,相比ML-kNN最多有2.25%的提升;在Hamming Loss上比RM-kNN有明显降低,最低达到0.0022;在Micro-FMeasure上最高可达到0.9767,相比ML-kNN最高可有2.88%的提升。实验结果表明,RML-kNN充分考虑了标签间相关性,分类效果优于ML-kNN算法。

    新颖的阻塞流水车间调度量子差分进化算法
    齐学梅, 王宏涛, 陈付龙, 汤其妹, 孙云翔
    2015, 35(3):  663-667.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.663
    摘要 ( )   PDF (746KB) ( )  
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    针对阻塞流水车间调度问题(BFSP),提出了一种新颖的量子差分进化(NQDE)算法,用于最小化最大完工时间。该算法将量子进化算法(QEA)与差分进化(DE)相结合,设计一种新颖的量子旋转机制控制种群进化方向,增强种群多样性;采用高效的基于变邻域搜索的量子进化算法(QEA-VNS)协同进化策略增强算法的全局搜索能力,进一步提高解的质量。基于Taillard's benchmark实例仿真,结果表明,所提算法在最优解数量上明显高于目前较好的启发式算法——INEH,改进了110个实例中64个实例的当前最优解;在性能上也优于目前有效的元启发式算法——新型蛙跳算法(NMSFLA)和混合量子差分进化(HQDE),产生最优解的平均百分比偏差(ARPD)均下降约6%。NQDE算法适合大规模阻塞流水车间调度问题。

    限制速度粒子群优化和自适应速度粒子群优化在无约束优化问题中的应用
    许君, 鲁海燕, 石桂娟
    2015, 35(3):  668-674.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.668
    摘要 ( )   PDF (1151KB) ( )  
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    限制速度粒子群优化(RVPSO)和自适应速度粒子群优化(SAVPSO)是近年来提出的专门求解约束优化问题(COP)的粒子群优化算法,但目前尚无两算法在无约束优化应用方面的研究。为此,研究上述算法在无约束优化中的有效性和性能特点,并针对算法保守性较强的特点,分别引入混沌因子和随机优化策略对算法进行改进,从而提高算法的全局搜索能力;另外,还研究了不同参数设置对算法性能的影响。在5个典型测试函数上的仿真实验结果表明:RVPSO改进算法的鲁棒性及全局搜索能力优于原算法,但在求解高维多峰函数时仍易于陷入局部最优; SAVPSO改进算法的全局搜索能力比RVPSO改进算法强,且在求解高维多峰函数时具有更快的收敛速度并能取得精度更高的解,表现出较好的全局优化能力,是一种切实有效的求解无约束优化问题的算法。

    基于质心和自适应指数惯性权重改进的粒子群算法
    陈寿文
    2015, 35(3):  675-679.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.675
    摘要 ( )   PDF (723KB) ( )  
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    针对粒子群优化(PSO)算法易出现早熟收敛及寻优精度低等问题,为提高粒子群优化算法寻优能力,提出了一种基于质心和自适应指数惯性权重改进的粒子群优化算法(CEPSO)。首先,使用各粒子的适应度计算权重系数;然后,分别使用各粒子当前位置和迄今为止最优位置构造了加权的种群质心和最优个体质心,使用平均粒距来度量群体状态,并依据群体状态设计了分段指数惯性权重;最后,结合使用分段指数惯性权重和双质心调整了粒子速度更新公式。仿真结果表明,CEPSO能增强寻优能力,并具有较强的稳定性。

    基于多维问题的交叉算子量子粒子群优化算法
    奚茂龙, 盛歆漪, 孙俊
    2015, 35(3):  680-684.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.680
    摘要 ( )   PDF (713KB) ( )  
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    针对量子行为粒子群优化(QPSO)算法在求解多维问题时优秀维信息丢失的问题,引入交叉算子的策略,改善解的质量,提升算法性能。首先,分析了量子粒子群算法进化过程中的粒子整体更新评价策略,发现各维信息之间相互干扰,会丢失已经搜索到的优秀维信息;然后,指出如果采用逐维进化方法,会指数级增加算法的复杂度;最后,提出对进化过程中的问题解采用多点交叉的策略增加优秀维信息的保留概率,并将改进后的量子粒子群算法与线性下降参数控制策略、非线性下降参数控制策略方法通过12个CEC2005 benchmark测试函数进行了比较,并对结果进行了分析。仿真结果显示,所提算法比改进前在10个测试函数中取得了明显的改进效果,而比其他2种改进算法也在7个测试函数中取得了优势。因此该算法能够有效提升量子粒子群优化算法的性能。

    基于改进多目标萤火虫算法的模糊聚类
    朱书伟, 周治平, 张道文
    2015, 35(3):  685-690.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.685
    摘要 ( )   PDF (942KB) ( )  
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    针对传统的模糊聚类算法大都针对单一目标函数的优化,而无法获得更全面、更准确的聚类结果的问题,提出一种基于改进多目标萤火虫优化算法的模糊聚类方法。首先在多目标萤火虫算法中引入一种动态调整的变异机制以获得更加均匀分布的非劣解,其中以动态减小的概率选择个体并采用类似于差分进化算法中变异算子的策略对其进行变异,通过自适应调整收缩因子以提高变异效率。然后当归档集中的最优解集充满时,从中选取一定量的解与当前种群组合进行下一次进化,使得算法具有更高的效率。最后将其运用到模糊聚类问题中,通过同时优化两个模糊聚类指标的目标函数并从最终的归档集中选取一个解确定聚类结果。采用5组数据进行实验的结果表明,相对于单目标聚类方法,所提方法对各种数据集的聚类有效性指标提高了2到8个百分点,具有更高的聚类准确性和更好的综合性能。

    基于模拟退火机制的多种群萤火虫算法
    王铭波, 符强, 童楠, 刘政, 赵一鸣
    2015, 35(3):  691-695.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.691
    摘要 ( )   PDF (727KB) ( )  
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    针对传统萤火虫算法(FA)中存在的过早收敛和易陷入局部最优解等问题,提出了一种基于模拟退火机制的多种群萤火虫算法(MFA_SA):将萤火虫种群平均分为参数不同的多个子种群。为了防止算法陷入局部最优解,利用模拟退火机制大概率接受较好的解,小概率接受较差的解。同时,在种群寻优的过程中引入可变的距离权重,通过萤火虫算法的迭代次数动态调整萤火虫的"视野"范围。利用5个标准测试函数对该算法进行了对比仿真测试,结果表明,该算法在4个测试函数中均能寻找到全局最优解,并且在最优值、平均值、方差等指标上均比对比算法高出多个数量级,验证了新算法的有效性。

    基于限域拟牛顿法的混沌类电磁学机制算法及其在路径寻优中的应用
    乔现伟, 乔蕾
    2015, 35(3):  696-699.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.696
    摘要 ( )   PDF (592KB) ( )  
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    针对类电磁学(EM)算法后期"开采"能力不够、解精度不高且易陷入早熟的问题,提出了一种结合混沌映射和限域拟牛顿(L-BFGS)局部寻优算子的混沌类电磁学算法。其主要思想是在类电磁学算法后期采用限域拟牛顿算子取代类电磁学算法局部寻优算子进行局部搜索;在算法整个寻优过程加入混沌映射,利用混沌映射随机遍历的特性,生成新个体跳出局部从而保持种群多样性。通过对3个连续域测试函数的仿真比较,表明该算法后期能有效地跳出局部最优,较基本类电磁学算法在收敛速度方面有明显优势,较粒子群算法(PSO)和加速度系数随时间变化的粒子群算法(TVAC)在解的精度以及快速收敛方面更佳;通过在路径寻优中的应用结果对比表明该算法较元胞蚁群算法(ACO)、粒子群算法在路径寻优中能得到最佳路径,说明其在离散域问题中具有更好的适用性。

    信息安全
    11轮3D分组密码算法的中间相遇攻击
    李灵琛, 韦永壮, 朱嘉良
    2015, 35(3):  700-703.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.700
    摘要 ( )   PDF (556KB) ( )  
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    针对3D分组密码算法的安全性分析,对该算法抵抗中间相遇攻击的能力进行了评估。基于3D算法的基本结构及S盒的差分性质,减少了在构造多重集时所需的猜测字节数,从而构建了新的6轮3D算法中间相遇区分器。然后,将区分器向前扩展2轮,向后扩展3轮,得到11轮3D算法中间相遇攻击。实验结果表明:构建区分器时所需猜测的字节数为42 B,攻击时所需的数据复杂度约为2497个选择明文,时间复杂度约为2325.3次11轮3D算法加密,存储复杂度约为2342 B。新攻击表明11轮3D算法对中间相遇攻击是不免疫的。

    基于自适应流特征的半脆弱流指纹编码方案
    雷程, 张红旗, 孙奕, 杜学绘
    2015, 35(3):  704-711.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.704
    摘要 ( )   PDF (1455KB) ( )  
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    针对流交换中网络抖动和流变换导致的流指纹不可用、不可信问题,提出了基于自适应流特征的半脆弱流指纹编码方案(ACSF)。首先,采用流特征参数作为生成哈希消息验证码(HMAC)密钥、确定HMAC置乱方式以及选择伪噪声(PN)码初始相位的依据,将密钥空间提高到O((k+1)·(S·O(KEN))),增加了敌手穷举的计算复杂度;同时,增加流指纹自适应性,将解码计算复杂度降低到O(k2·l·nf),提高了解码效率。其次,采用直接序列扩频(DSSS)技术,在多流互扰强度达到66.7%时,解码正确率可以达到90%以上,实现了过滤非恶意处理;而且,采用HMAC技术,使得篡改定位准确率为98.3%以上,使指纹具有半脆弱性。最后,对ACSF的安全性、篡改定位能力和抗干扰能力进行了理论分析和实验验证。

    可证安全的基于身份的签密方案
    左黎明, 陈仁群, 郭红丽
    2015, 35(3):  712-716.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.712
    摘要 ( )   PDF (770KB) ( )  
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    对高键鑫等(高键鑫,吴晓平,秦艳琳.无双线性对的无证书安全签密方案.计算机应用研究,2014,31(4):1195-1198)提出的基于无双线性对的签密方案进行了分析,发现其方案存在公钥替换攻击,在此基础上提出了一种新的无双线性对的基于身份的签密方案,并在随机预言机模型下证明了该方案存在第1类攻击者条件下的不可伪造性。最后把新方案与其他签密方案作了效率分析对比,新方案仅使用了3次哈希运算和7次点乘运算,结果表明新方案具有较好的计算效率。

    分级安全的文本隐写方法
    向凌云, 王鑫辉
    2015, 35(3):  717-721.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.717
    摘要 ( )   PDF (816KB) ( )  
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    针对单一数据类型隐写方法安全性不高、隐写容量不足等问题,提出了一种具有分级安全的文本隐写方法。首先,将整个载体文档中的多种类型的数据作为备选隐写载体,以不同类型数据的隐写特点和隐写分析技术为评估依据定义隐写安全等级,构建了一个多类数据融合的分级安全隐写模型。然后,根据秘密信息的长度自适应确定安全等级,并利用分级安全隐写模型将秘密信息分块地嵌入在同一个载体文档相互独立的多个不同类数据中。理论分析及实验结果表明,与现有基于单一数据类型隐写方法相比,所提方法扩大了隐写容量,在嵌入等量的秘密信息情况下,降低了文档中同一类载体数据的统计特征改变程度,提高了秘密信息的整体安全性。

    基于小波包分解与矩阵编码的自适应音频隐写算法
    张垚, 潘峰, 申军伟
    2015, 35(3):  722-725.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.722
    摘要 ( )   PDF (575KB) ( )  
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    针对音频隐写算法载体利用率较低、不可感知性较差、嵌入效率不高的问题,提出了一种基于小波包分解与矩阵编码的自适应音频隐写算法。算法通过对比音频文件在MP3压缩前后小波包分解系数上的差异,将小波系数不变的位数作为嵌入载体,有效提高了嵌入容量;另外采用混沌模型产生随机三元组对矩阵编码算法进行改进,提高了算法的安全性与嵌入效率。算法在容量方面较直接选取中频子带小波系数作为嵌入载体的隐写算法提升约30%;信噪比(SNR)较使用固定三元组的矩阵编码隐写算法提升约9%。实验结果证明了算法的正确性,能基本满足大容量安全通信的需要。

    基于稀疏矩阵的Arnold数字图像加密算法
    江帆, 吴小天, 孙伟
    2015, 35(3):  726-731.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.726
    摘要 ( )   PDF (1210KB) ( )  
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    针对原有Arnold数字图像加密算法中常见的密钥空间不足的问题,提出了一种基于稀疏矩阵的Arnold数字图像加密算法——SMA;同时为了进一步提高该基于稀疏矩阵的Arnold数字图像加密算法的安全性,利用图像分层及三层加密结构的思想来加以改进,提出了安全性提升算法——3SMA(3 round SMA)。SMA算法的加密流程首先利用Arnold变换将明文图片扩散到一个较大的稀疏矩阵中,再去除稀疏矩阵中的无效元素得到密文;解密时输入密文图片,依照预先计算好的对换表将密文中的像素调整回原来的位置得到明文。3SMA算法使用三个不同的轮密钥,每一轮都处理明文图像中的两个颜色分量以达到加密的目的。实验表明,与已有的Arnold数字图像加密算法进行对比时,SMA与3SMA算法具有更高的安全性。

    无线传感器网络中基于路径序列检测的安全机制
    陈卓, 谭志欢
    2015, 35(3):  732-735.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.732
    摘要 ( )   PDF (803KB) ( )  
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    针对无线传感器网络(WSN)中容易受到的攻击的问题,提出一种新的基于路径序列检测的安全机制。该机制通过构建合理的路径序列并进行安全验证来实现数据包的路由规则检测及上一跳节点的身份认证,保证路由规则的正确性和数据的真实性。经过性能分析和仿真实验表明该机制在网络规模增加的情况下攻击检测失效的概率不会降低,所提策略能有效地检测出恶意篡改数据传输路径的路由攻击,提升无线传感器网络的安全性。

    基于代理的无线传感器网络多层安全检测方法
    党鑫, 王艳, 万镪
    2015, 35(3):  736-740.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.736
    摘要 ( )   PDF (772KB) ( )  
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    针对无线传感器网络(WSN)通信安全的问题,提出了一种基于代理的多层安全检测方法。该模型按节点功能不同将网络中的节点分为三层,各层分别执行相应的检测方法进行入侵判定,以维护网络的安全。考虑到节点能量有限的约束,引入移动代理技术进行高效的数据采集;同时,利用代理节点辅助簇头节点完成底层安全检测任务,降低簇头节点的能耗,提高簇头节点的生命周期。仿真实验表明,与传统的Su和eHIDS安全检测方法相比,对于Normal、Probe、Hello等攻击,所提方法下的检测率最多可提升约35%,误报率最多可降低约10%并且网络整体能耗明显减少,因此该方法可有效地检测无线传感网络中的网络攻击。

    车载自组织网络中新颖的无加密匿名认证方案
    张刚, 石润华, 仲红, 汪益民
    2015, 35(3):  741-745.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.741
    摘要 ( )   PDF (768KB) ( )  
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    针对车载自组织网(VANET)身份认证中的隐私信息保护问题,提出了一种新的基于线性方程组理论的匿名认证方案。该方案不使用传统的任何对称或非对称加密算法,而是利用线性方程组的求解理论,构建了一种匿名身份认证模型,在保证节点身份可认证的同时又防止了节点身份信息在非安全传输信道上泄露。此外,方案不仅满足了车辆单元节点(OBU)与路边单元节点(RSU)间的身份认证的需求,而且确保了车辆节点之间的身份认证。安全性和复杂性分析结果表明,所提方案安全可靠,且有较低的计算和通信开销。

    信任路径的过滤性搜索算法
    丛丽萍, 童向荣, 姜先旭
    2015, 35(3):  746-750.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.746
    摘要 ( )   PDF (934KB) ( )  
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    现有的信任模型在信任路径搜索方面存在两个方面的不足:搜索过程中影响信任值的因素考虑得尚不够全面,或者同一而论;同时,对邻居节点选取时,忽略了双方交互次数的重要性。针对以上两点问题,基于图论提出了一种路径过滤性搜索算法。该算法首先引入基于交互次数的诚实可信度,用以进一步衡量节点的可信程度,并作为搜索优先级的依据,使得搜索的优先顺序更加合理。同时基于影响节点可信度的多重因素进行过滤性搜索。通过算法分析,该算法算法复杂度(n-m)2量级,比原一般细粒度算法n2量级明显降低。实验结果表明,该算法能够更好地过滤掉恶意节点,提高信任路径搜索算法的准确性,抵制恶意节点攻击。

    用户友好的Android隐私监管机制
    黄洁, 谭博, 谭成翔
    2015, 35(3):  751-755.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.751
    摘要 ( )   PDF (793KB) ( )  
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    针对安卓(Android)应用过度授权导致的隐私泄露问题,提出了一种用户友好的Android隐私监管机制UFMDroid。该机制使用服务代理重定向技术在Android控制流中插入隐私行为监控和细粒度运行时资源约束模块。UFMDroid通过对安卓市场已有软件的权限进行分层聚类和欧几里得距离度量以构建各类应用的预置权限轮廓,从而过滤可疑权限。UFMDroid通过计算当前权限配置与预置权限的距离获得应用静态威胁值;通过对涉隐私行为分类,同时考虑不同类别隐私行为的个体威胁和组合威胁,为用户提供应用实时威胁量化值。此外,UFMDroid通过提供虚假数据的方式防止应用因权限撤销引发程序崩溃。实验结果表明,UFMDroid可以成功监控应用对21种隐私数据的获取行为并可按用户配置进行隐私行为实时拦截响应,在一定程度上加强隐私保护。

    基于运动轨迹分析的启发式木马检测系统
    钟明全, 范宇, 李焕洲, 唐彰国, 张健
    2015, 35(3):  756-760.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.756
    摘要 ( )   PDF (771KB) ( )  
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    针对主动防御技术检测准确率不高的问题,提出了一种基于运动轨迹分析的启发式木马检测系统。提出了两种典型的木马运动轨迹,利用运动轨迹上的行为数据,结合判定规则与算法,实现对可疑文件危险等级的检测。实验结果表明,该系统检测未知木马性能优于传统方法,并且能够检测一些特殊木马。

    人工智能
    基于核函数的谱嵌入聚类算法
    王伟东, 刘兵, 管红杰, 周勇, 夏士雄
    2015, 35(3):  761-765.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.761
    摘要 ( )   PDF (846KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    谱嵌入聚类(SEC)算法要求样本满足流形假设,样本标签总是可以嵌入到一个线性空间中去,这为线性可分数据的谱嵌入聚类问题提供了新的思路,但该算法使用的线性映射函数不适用于处理高维非线性数据。针对这一问题,通过核化线性映射函数,建立了基于核函数的谱嵌入聚类(KSEC)模型,该模型既能解决线性映射函数不能处理非线性数据的问题,又实现了对高维数据的核降维。在真实数据集上的实验分析结果表明,使用所提算法后聚类正确率平均提高了13.11%,最高可提高31.62%,特别在高维数据上平均提高了16.53%,而且在算法关于参数的敏感度实验中发现算法的稳定性更好。所以改进后的算法对高维非线性数据具有很好的聚类效果,获得了比传统谱嵌入聚类算法更高的聚类准确率和更好的聚类性能。所提方法可以用于诸如遥感影像这类复杂图像的处理领域。

    集合经验模态分解主成分分析分解消噪下的支持向量机组合模型预测
    桑秀丽, 肖清泰, 王华, 韩继光
    2015, 35(3):  766-769.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.766
    摘要 ( )   PDF (792KB) ( )  
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    针对工业现场间歇性非平稳时间序列中的特征提取与状态预测问题,提出了一种基于集合经验模态分解(EEMD)、主成分分析(PCA)和支持向量机(SVM)的预测新方法。首先,利用EEMD算法对间歇性非平稳时间序列进行多时间尺度分析,得到一组不同尺度的本征模函数(IMF)分量;然后,基于"3σ"原则估计噪声能量,自适应确定累计贡献率,利用PCA算法去除IMF中存在的噪声,降低特征维数和冗余度;最后,在确定SVM关键参数的基础上,以主分量作为输入变量预测未来。实例测试效果显示:平均绝对误差(MAE)、均方误差(MSE)、平均绝对误差百分比(MAPE)和均方误差百分比(MSPE)分别为514.774,78.216,12.03%和1.862%。实验结果表明:风能场输出功率时间序列经过EEMD算法和PCA算法的进一步消去噪声处理,在抑制混频现象发生的同时降低了非平稳性,使得最后进行SVM预测的精度较未经PCA处理更高。

    鲁棒的特征权重自调节软子空间聚类算法
    支晓斌, 许朝晖
    2015, 35(3):  770-774.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.770
    摘要 ( )   PDF (736KB) ( )  
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    针对已有的特征权重自调节软子空间(SC-FWSA)聚类算法存在对噪声敏感的问题,基于一种非欧氏距离,提出一种鲁棒的特征权重自调节软子空间(RSC-FWSA)聚类算法。RSC-FWSA在迭代过程中自适应地为数据生成一个权函数,通过计算每一类数据的加权平均来计算聚类中心,这种"加权平均"使得聚类中心的估计对噪声相对不敏感,从而可以提升算法对带噪声数据和复杂结构数据的聚类精度。人工数据和真实数据上的对比性实验,验证了RSC-FWSA算法的有效性。特别是人工带噪声数据和3个真实数据:Wine, Zoo以及Breastcancer上的实验结果表明,RSC-FWSA可以显著提升原对应算法的聚类精度。RSC-FWSA具有的强鲁棒性使得该算法适用于高维带噪声和复杂结构数据的聚类问题。

    改进的基于频繁模式树的最大频繁项集挖掘算法——FP-MFIA
    杨鹏坤, 彭慧, 周晓锋, 孙玉庆
    2015, 35(3):  775-778.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.775
    摘要 ( )   PDF (591KB) ( )  
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    针对最大频繁项目集挖掘算法(DMFIA)当候选项目集维数高而最大频繁项目集维数较低的情况下要产生大量的候选项目集的缺点,提出了一种改进的基于频繁模式树(FP-tree)结构的最大频繁项目集挖掘算法——FP-MFIA。该算法根据FP-tree的项目头表,采用自底向上的搜索策略逐层挖掘最大频繁项目集,从而加速每次对候选集计数的操作。在挖掘时根据每层的条件模式基产生维数较低的非频繁项目集,尽早对候选项目集进行剪枝和降维,可大量减少候选项目集的数量。同时在挖掘时充分利用最大频繁项集的性质,减少搜索空间。通过算法在不同支持度下挖掘时间的对比可知,算法FP-MFIA在最小支持度较低的情况下时间效率是DMFIA以及基于降维的最大频繁模式挖掘算法(BDRFI)的2倍以上,说明FP-MFIA在候选集维数较高的时候优势明显。

    基于低秩矩阵恢复与协同表征的人脸识别算法
    何林知, 赵建民, 朱信忠, 吴建斌, 杨凡, 郑忠龙
    2015, 35(3):  779-782.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.779
    摘要 ( )   PDF (744KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对人脸图像不完备的问题和人脸图像在不同视角、光照和噪声下所造成训练样本污损的问题,提出了一种快速的人脸识别算法——RPCA_CRC。首先,将人脸训练样本对应的矩阵D0分解为类间低秩矩阵D和稀疏误差矩阵E;其次,以低秩矩阵D为基础,得到测试样本的协同表征;最后,通过重构误差进行分类。相对于基于稀疏表征的分类(SRC)方法,所提算法运行速度平均提高25倍;且在训练样本数不完备的情况下,识别率平均提升30%。实验证明该算法快速有效,识别率高。

    基于主动形状模型差分纹理和局部方向模式特征融合的人脸表情识别
    夏海英, 徐鲁辉
    2015, 35(3):  783-786.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.783
    摘要 ( )   PDF (767KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对人脸表情识别背景复杂性以及表情识别的鲁棒性问题,基于Dempster-Shafer(DS)证据理论,提出了一种融合主动形状模型(ASM)差分纹理特征和局部方向模式(LDP)特征的人脸表情识别方法。ASM差分纹理既能有效地屏蔽个体人脸之间的差异,又能保留人脸表情信息。LDP特征通过计算8个方向的边缘响应来对图像进行编码,因此具有很强的抗噪能力,能够捕捉人脸因表情而产生的细微变化。在DS证据理论融合时,针对不同的特征对表情的识别率,分别用不同的权重系数来计算概率分配值。通过对JAFFE和Cohn-Kanade混合数据库进行实验,表情识别的平均识别率为97.08%,比单特征LDP高出一个百分点,有效地提高了表情识别率和鲁棒性。

    基于体感的仿人机器人步态学习与控制
    周浩, 浦剑涛, 梁岚珍, 方建军, 郭浩
    2015, 35(3):  787-791.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.787
    摘要 ( )   PDF (867KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对现有理想化步态动力学模型规划方法复杂、人为指定参数过多、计算量大的问题,提出一种基于体感数据学习人体步态的仿人机器人步态生成方法。首先,用体感设备收集人体骨骼信息,基于最小二乘拟合方法建立人体关节局部坐标系;其次,搭建人体与机器人映射的运动学模型,根据两者间主要关节映射关系,生成机器人关节转角轨迹,实现机器人对人类行走姿态的学习;然后,基于零力矩点(ZMP)稳定性原则,对机器人脚踝关节转角采用梯度下降算法进行优化控制;最后,在步态稳定性分析上,提出使用安全系数来评价机器人行走稳定程度的方法。实验结果表明,步行过程中安全系数保持在0~0.85,期望为0.4825,ZMP接近于稳定区域中心,机器人实现了仿人姿态的稳定行走,证明了该方法的有效性。

    基于语义扩展的短问题分类
    冶忠林, 杨燕, 贾真, 尹红风
    2015, 35(3):  792-796.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.792
    摘要 ( )   PDF (789KB) ( )  
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    问题分类是问答系统任务之一。特别是语音交互方式中,用户的提问较短,具有口语化特征,利用传统文本分类方法对问题进行分类的效果不佳。为此提出一种基于语义扩展的短问题分类方法,该方法使用搜索引擎对问题进行知识扩展;然后,使用主题模型进行特征词选择;最后,利用词语相似度计算获取问题的类别。实验结果表明,所提方法在1365条真实问题集上平均F-measure值达到0.713,其值高于支持向量机(SVM)、K近邻(KNN)算法和最大熵方法。因此,该方法在问答系统中可以帮助系统提升问题分类的准确率。

    基于最大化依赖的恐怖行为背景特征提取方法
    薛安荣, 贾小艳, 葛清龙, 杨晓琴
    2015, 35(3):  797-801.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.797
    摘要 ( )   PDF (835KB) ( )  
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    针对恐怖数据集中存在的属性值残缺问题,提出了基于最大化背景向量与行为之间依赖关系的压缩背景空间(CCS)方法。该方法基于希尔伯特-施密特独立标准和希尔伯特-施密特范数,它们能有效检测变量间的关联性。CCS通过使得背景向量线性投影后的低维特征与行为之间希尔伯特-施密特范数最大化,从而实现背景向量与行为之间的依赖关系最大化,更好地发现两者之间的关联性,减小属性值残缺带来的影响。然后利用分类模型(如支持向量机(SVM))对所得到的低维特征进行学习(CCS+SVM),实现高效预测。在MAROB数据集上的实验表明:与SVM模型、基于传统特征提取方法(如PCA和CCA)的SVM模型以及已有的恐怖行为预测算法CONVEX相比,CCS+SVM的性能在查全率和F值上分别提高1.5%和1.0%以上,而查准率和ROC曲线下面积(AUC)值与最好性能相当。实验结果表明,CCS+SVM能够较好地解决恐怖数据集中的属性值残缺问题。

    基于小波的搜索量聚类及在变量选择中的应用
    袁铭
    2015, 35(3):  802-806.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.802
    摘要 ( )   PDF (766KB) ( )  
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    针对使用网络购物搜索量数据建立预测模型时的变量选择问题,提出一种基于连续小波变换(CWT)及其逆变换的聚类方法。算法充分考虑了搜索量的数据特征,将原始序列分解成为不同时间尺度下的周期成分,并重构为输入向量。在此基础上通过加权模糊C均值(FCM)方法进行聚类。变量选择是根据聚类后每个分类中的关键词隶属度函数值确定的,选择效果通过我国居民消费价格指数(CPI)的预测模型进行验证。结果表明,搜索量序列具有不同长度的周期成分,聚类后同组关键词具有明显的商品类型一致性。与其他变量选择方法相比,基于小波重构序列聚类的预测模型具有更高的预测精度,单步和三步预测相对误差仅为0.3891%和0.5437%,预测变量也具有清晰的经济含义,因此特别适用于解决大数据背景下高维预测模型的变量选择问题。

    基于仿射传播聚类的自适应手写字符识别
    杨怡, 王江晴, 朱宗晓
    2015, 35(3):  807-810.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.807
    摘要 ( )   PDF (668KB) ( )  
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    对于手写字符识别过程中相似字符较多且相同字符存在大量不规则书写变形的问题,提出一种改进的仿射传播聚类算法加入手写字符识别过程中。该算法基于原始仿射传播(AP)聚类算法,将其与聚类评判函数Silhouette结合,通过AP算法迭代过程自适应地改变偏向参数以调整类别数,并且结合每次聚类质量得到最优聚类结果。基于手写汉字识别的实验结果表明,加入了原始AP算法的识别率比传统识别过程得到的识别率总体提高1.52%,而加入改进AP算法的识别率又比加入原始AP算法的识别率总体提高了1.28%。该实验结果验证了加入聚类算法于手写字符识别过程的有效性,而改进AP算法相比原始AP算法在收敛性和聚类质量上都有一定的提高。

    虚拟现实与数字媒体
    基于细分的网格模型骨架驱动变形技术
    张湘玉, 李明, 马希青
    2015, 35(3):  811-815.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.811
    摘要 ( )   PDF (988KB) ( )  
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    针对传统骨架驱动变形方法中模型细节特征不能得到有效保持的问题,提出一种基于细分的骨架驱动网格模型变形方法。首先,对网格模型待变形区域基于截交线进行局部骨架提取和控制网格构建,分别建立骨架与控制网格以及控制网格所对应细分曲面与待变形模型区域之间的关联关系;然后,将基本函数作用下的自由变形方法应用于骨架变形,通过骨架变形驱动控制网格变形,将变形前后控制网格所对应细分曲面的变化信息转为网格模型泊松梯度场的改变;最后,根据改变后梯度场重建网格模型。实例表明,该变形方法针对不同网格模型均可以得到较好的编辑效果,且细节信息在变形后都得到了有效保持。与传统骨架驱动变形方法相比,该方法除具备交互操作简单直观的优势外,同时能够更好保持变形模型几何细节特征,更为适合具有丰富几何细节的复杂模型的变形编辑。

    彩色立体图像质量评价方法
    仉静, 桑庆兵
    2015, 35(3):  816-820.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.816
    摘要 ( )   PDF (782KB) ( )  
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    现有的大多数立体图像质量评价方法都是将彩色图像转换为灰度图像,从而丧失了色彩信息,不利于对彩色立体图像作出正确评价,针对这一问题,提出了一种彩色立体图像质量评价方法。首先,通过对参考图像对和失真图像对分别进行主成分分析(PCA)融合生成彩色图像,利用彩色小波变换分别提取彩色融合图像的低频系数;然后,把低频系数信息用四元数表示,即将低频系数的色相分量局部均值作为四元数的实部,三基色分量作为四元数的虚部,通过四元数奇异值分解得到奇异值特征向量;最后,对参考图像和失真图像的奇异值特征向量作余弦夹角、巴氏距离、卡方距离,分别作为立体图像质量评价指标。该方法在德克萨斯大学公布的对称失真立体图像库和非对称失真立体图像库分别进行验证,线性相关系数和斯皮尔曼等级相关系数(SROCC)在对称失真库中可高达0.919和0.923,与主观评价吻合度很高。

    基于几何均值分解和结构相似度的同源视频时间域复制粘贴篡改快速检测及恢复方法
    廖声扬, 黄添强
    2015, 35(3):  821-825.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.821
    摘要 ( )   PDF (1016KB) ( )  
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    针对现有方法中篡改检测效率不高、定位不精确的问题,提出了一种基于几何均值分解(GMD)和结构相似度(SSIM)的同源视频复制-粘贴快速篡改检测及恢复的方法。首先,将视频转换为灰度图像序列。其次,将几何均值分解作为检测特征,提出了一个基于块的搜索策略来定位复制序列的起始帧。此外,算法首次将结构相似度用于度量视频两帧之间的相似度,并利用结构相似度对搜索策略得到的起始帧进行复检。由于复制视频序列对应两帧之间的相似度高于未篡改序列对应两帧之间的相似度,提出了一个基于结构相似度的从粗到精的方法来定位复制视频序列的末尾帧。最后,对视频进行恢复。与其他几种经典算法进行对比,实验结果表明,所提方法不仅能够检测经过复制-粘贴篡改操作的视频,而且能准确地定位复制-粘贴序列。此外,该方法在检测精度、召回率和检测时间上有较大提升。

    基于四元数的改进型最小核值相似区边缘检测
    宋健飞, 高莉
    2015, 35(3):  826-829.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.826
    摘要 ( )   PDF (783KB) ( )  
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    针对基于亮度和色度的彩色图像边缘检测在检测过程中忽略亮度和色度之间关联性而导致部分边缘不能有效地被检测出来的问题,提出了一种基于四元数的改进型最小核值相似区(SUSAN)边缘检测算法。首先,利用四元数矢量旋转原理将HSI颜色空间的三维信息映射成二维平面信息实现空间降维,同时引入标量V来综合表示H、S、I三通道之间的关系;然后,将标量V作为算子的核函数;最后,利用改进的SUSAN算子完成图像的边缘检测。实验结果表明,提出的算法针对色度相同、饱和度存在差异以及饱和度相同、色度存在差异的彩色图像,在边缘检测的定位误差率上降低了1.5%。在实际的应用中,能够更好地获得图像中的目标信息,同时也为后续的分割和识别研究提供更好的先验知识。

    三维人体点云模型多约束肢体分割
    张翔宇, 田庆国, 葛宝臻
    2015, 35(3):  830-834.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.830
    摘要 ( )   PDF (895KB) ( )  
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    针对人体点云模型的肢体分割这一动作识别和虚拟重建领域的重要问题,提出了一种基于分类骨架线、测地距离、特征点和姿态分析的多约束肢体分割算法,通过生成点云模型的分类骨架线,配合测地距离获得人体各部位粗分割点云集,利用测地路径方法实现关键特征点的定位,并利用曲线拟合方式进行定位优化,针对头颈、上肢、下肢和躯干之间关联部位的解剖学特征,构造多种约束条件,对各部位粗分割点云集进行了优化再分割。实验结果表明,所提算法对站姿条件下的不同动作、不同体型、不同精度人体点云模型均能取得与视觉理解相吻合的分割效果。通过该算法得到的肢体各部分点云数据可用于姿态分析等后续研究。

    自适应加权编码L1/2正则化的图像重建算法
    查志远, 刘辉, 尚振宏, 李润鑫
    2015, 35(3):  835-839.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.835
    摘要 ( )   PDF (965KB) ( )  
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    针对图像重建过程中噪声去除问题,提出一种自适应加权编码L1/2正则化重建算法。首先,考虑到许多真实图像中不仅含有高斯噪声,而且含有拉普拉斯噪声,设计一种改进的L1-L2混合误差模型(IHEM)算法,该算法兼顾了L1范数与L2范数的各自优点;其次,由于迭代过程中噪声分布会发生改变,设计一种自适应隶属度算法,该算法可以减少迭代次数和运算时间;利用一种自适应加权编码方法,该方法可以有效地去除含有重尾分布特性的拉普拉斯噪声;另外,设计一种L1/2正则化算法,该算法可以得到较稀疏的解。实验结果表明,相比IHEM算法,自适应L1/2正则化图像重建算法的峰值信噪比(PSNR)平均提高了3.46 dB,结构相似度(SSIM)平均提高了0.02,对含有多种噪声的图像处理具有比较理想的效果。

    基于L1和L2混合范式的序列图像超分辨率重建
    李银辉, 吕晓琪, 于荷峰
    2015, 35(3):  840-843.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.840
    摘要 ( )   PDF (706KB) ( )  
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    针对超分辨率重建时需要同时滤除高斯噪声和脉冲噪声的问题,提出一种基于L1和L2混合范式并结合双边全变分(BTV)正则化的序列图像超分辨率重建方法。首先基于多分辨率策略的光流场模型对序列低分辨率图像进行配准,使图像的配准精度达到亚像素级,进而可以利用图像间的互补信息提高图像分辨率;其次利用L1和L2混合范式的优点,用BTV正则化算法解决重建的病态性反问题;最后进行序列图像超分辨率重建。实验数据显示算法可以降低图像均方误差,并将峰值信噪比(PSNR)提高1.2 dB~5.2 dB。实验结果表明,提出的算法能够有效地滤除高斯和脉冲噪声,保持图像边缘,提高图像可辨识度,可为车牌识别、人脸识别和视频监控等方面提供了良好的技术基础。

    基于光谱信息散度与光谱角匹配的高光谱解混算法
    刘万军, 杨秀红, 曲海成, 孟煜
    2015, 35(3):  844-848.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.844
    摘要 ( )   PDF (739KB) ( )  
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    针对采用线性逆卷积(LD)算法进行端元初选过程中,端元子集中存在相似端元光谱,影响解混精度的问题,提出了一种基于光谱信息散度(SID)与光谱角匹配(SAM)算法的端元子集优选光谱解混算法。通过在端元进行二次选择时,采用以光谱信息散度和光谱角(SID-SA)混合法准则作为最相似端元选择的判据,去除相似端元,降低相似端元对解混精度的影响。实验结果表明,基于SID与SAM的高光谱解混算法将重构影像的均方根误差(RMSE)降低到0.0104,该方法比传统方法提高了端元的选择精度,减少了丰度估计误差,误差分布更加均匀。

    高分辨率遥感影像复杂场景的汇总统计方法
    顾秀颖, 赵子沂, 方涛, 霍宏
    2015, 35(3):  849-853.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.849
    摘要 ( )   PDF (868KB) ( )  
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    针对高分辨率遥感影像场景的分类,受人类视觉系统从场景中提取汇总统计信息用于场景感知的启发,提出场景汇总统计特征提取方法。该方法提取场景的平均方向信息和视觉杂乱度,利用Gabor滤波器统计场景的平均方向信息,并基于视觉拥堵进行场景的杂乱度度量,然后将两者组合在一起,形成基于汇总统计特征的复杂场景描述。在21类遥感数据集上的实验表明,当训练样本和测试样本各为50幅时,该方法的分类精度比Gist方法高6.5%,比词包模型(BOW)方法高3.22%,且计算简单,同时与Gist相比,不需要人工干预。

    基于流型学习的地面结霜现象检测
    朱磊, 曹治国, 肖阳, 李肖霞, 马舒庆
    2015, 35(3):  854-857.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.854
    摘要 ( )   PDF (819KB) ( )  
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    针对日常地面气象观测中近地面结霜现象仍需要依靠人工观测来完成的问题,提出了一种基于计算机视觉的结霜现象自动化观测方法。在实时检测中,首先,结合人工标记获取的离线结霜图像样本和实时获取的图像样本构造k近邻图模型;其次,以结霜图像样本为查询节点并通过流型学习方法在图模型上对实时图像样本进行排序,进而获取候选结霜区域;最后,根据结霜和非结霜图像样本在线训练支持向量机(SVM)分类器并对候选结霜区域进行二次判定。在标准化气象观测站实施的实验结果显示,对比同期人工观测记录,该算法对结霜现象的检测正确率达到了87%,具有潜在的业务化前景。

    分层自适应的炉内火焰图像显著点提取方法
    张晓琳, 崔宁宁, 杨涛, 李洁
    2015, 35(3):  858-862.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.858
    摘要 ( )   PDF (710KB) ( )  
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    针对锅炉和工业生产中产生的大量炉内火焰图像的特征提取问题,提出一种分层自适应显著点提取方法。首先利用块逆概率差模型将原图像转换为块逆概率差(BDIP)图像。在此基础上,将得到的BDIP图像进行Haar小波变换,利用改进的加权方法计算出二维图像的显著值,然后通过提出的自适应的方法构建一棵非平衡四叉树,树的根节点代表整幅图像的显著值,根据每棵子树的显著值占父节点显著值的比例确定子树的显著点数目。该算法与基于BDIP的和基于Haar小波变换的显著点提取算法对比,实验结果表明,边缘准确率和综合特征检索精度都至少提高了10%和3.5%。结果说明,该算法不仅克服了传统显著点提取时数目过多以及提取点不显著的缺点,同时还避免了显著点的局部聚集。

    基于Radon小波低分辨率的织物疵点检测算法
    朱中洋, 肖志云, 孙光民, 齐咏生
    2015, 35(3):  863-867.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.863
    摘要 ( )   PDF (795KB) ( )  
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    针对纺织过程中可能出现的瑕疵问题,提出了一种新的织物疵点分割方法——四分法和织物疵点特征提取方法——Radon小波低分辨率特征(RWLRC)。该算法先将织物图像经过Gabor滤波器预处理,再将预处理之后的织物图像等分成四部分,通过4部分的最大值与最小值确定阈值并分割。将疵点形状的二值图像进行Radon变换并得到特征曲线,应用Mallat塔式分解算法进行特征降维,最后由神经网络进行状态识别和特征分类。实验结果表明,四分法无需与正常织物对照分割,具有自适应性,Radon小波低分辨率特征的特征值只有3维,具有特征维数低、疵点形状描述准确等特点,所提方法可以有效检测与识别缺纬、缺经、油污、漏洞等常见疵点。

    基于子带谱熵的仿生小波语音增强
    刘艳, 倪万顺
    2015, 35(3):  868-871.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.868
    摘要 ( )   PDF (534KB) ( )  
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    前端噪声处理直接关系着语音识别的准确性和稳定性,针对小波去噪算法所分离出的信号不是原始信号的最佳估计,提出一种基于子带谱熵的仿生小波变换(BWT)去噪算法。充分利用子带谱熵端点检测的精确性,区分含噪语音部分和噪声部分,实时更新仿生小波变换中的阈值,精确地区分出噪声信号小波系数,达到语音增强目的。实验结果表明,提出的基于子带谱熵的仿生小波语音增强方法与维纳滤波方法相比,信噪比(SNR)平均提高约8%,所提方法对噪声环境下语音信号有显著的增强效果。

    行业与领域应用
    基于可扩展端口技术的实时领域分层递阶建模方法
    王彬, 崔晓杰, 何弼, 刘辉, 许圣雷, 王小俊
    2015, 35(3):  872-877.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.872
    摘要 ( )   PDF (1063KB) ( )  
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    在采用模型驱动的开发(MDD)方法对复杂实时系统进行建模设计时,单层的建模方法难以完成对控制系统的清晰和完整描述。针对上述问题提出了一种分层递阶机制的实时多层建模方法,该方法使用可扩展输入端口和输出端口对现有元模型技术进行扩展,采用可扩展标记语言(XML)实现端口的描述,利用基于信道的端口消息传递机制完成不同层模型之间通信。实际实时控制系统建模结果表明,与单层模型相比,分层递阶的建模方法能够有效实现模型驱动设计方法在实时领域内对并行多任务和复杂交互行为的描述,从而提高实时领域模型的可读性和可复用性。

    发布/订阅模式测控消息中间件系统设计
    王重楠, 王宗陶, 鲍忠贵, 邢宏伟
    2015, 35(3):  878-881.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.878
    摘要 ( )   PDF (573KB) ( )  
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    针对传统基于消息队列或共享内存模式的测控(TT&C)消息中间件(MOM)紧耦合、可扩展能力有限的问题,结合目前测控计算机系统信息交换特点,提出了功能分布式结构的发布/订阅(Pub/Sub)模式测控消息中间件系统。取消了集中的发布/订阅服务器,将其功能嵌入到功能分布的处理机单元中,设计了主题全局注册、订阅全局广播和事件本地过滤的工作模式;并通过可靠多播协议实现其传输可靠性,通过软双工模式下的虚拟IP机制和加速推拉心跳检测机制实现其节点可靠性。实验表明此测控消息中间件系统的发布/订阅平均响应时间控制在100 ms之内,多播协议丢包率控制在0.86×10-7左右,双工切换延时达到56 ms,满足测控应用的强实时性和高可靠性要求。

    失效上下文统计分析的软件故障定位方法
    王克朝, 王甜甜, 任向民, 贾宗福
    2015, 35(3):  882-885.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.882
    摘要 ( )   PDF (749KB) ( )  
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    针对程序切片方法不提供语句的可疑程度描述,而覆盖分析方法不能充分分析程序元素间的相互影响等问题,提出上下文统计分析的软件故障定位方法。首先,将源程序转换为抽象语法树和程序依赖图;接下来,插桩程序,收集运行时信息;然后,根据失效点,执行按需的反向动态切片,确定失效产生的上下文;最后,对于反向动态切片中的节点,统计计算可疑度,输出带可疑度排序的动态程序切片。该方法不但描述了失效产生的上下文,还计算上下文中各个语句的可疑度。实验结果表明,所提方法与单一的覆盖分析方法相比,平均Expense降低了1.3%,与单一的切片方法相比,平均Expense降低了5.6%,所提方法可以有效辅助开发人员定位与修正软件缺陷。

    Android系统中Win32环境的高性能虚拟
    胡嘉杰, 蒋乐天
    2015, 35(3):  886-890.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.886
    摘要 ( )   PDF (776KB) ( )  
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    针对Win32应用程序无法直接在Android系统中运行的问题,提出了一套高性能的虚拟Win32环境实现方案。通过将x86程序以翻译块(TB)为单位动态地翻译为高级精简指令集机器(ARM)指令并执行,解决了指令集不兼容的问题。同时,借助Wine这一兼容层将Win32 API调用最终转换为Linux系统调用,从而避免对整个操作系统的虚拟。此外,图形系统采用以虚拟Framebuffer为后端的X显示服务,并通过虚拟网络计算(VNC)协议完成图像在物理屏幕上的显示,以实现X窗口系统与Android图形系统的适配。经测试,系统本身的初始化时间小于30 s,内存占用小于150 MB,而其图形界面渲染、文件读写和浮点运算性能普遍可达系统级虚拟方案的4倍以上。实验结果表明,该框架具有启动速度快、资源占用低的特点,能够在Android系统中提供Win32环境的高性能虚拟。

    基于硬时间窗的技术站解编方案综合协调优化
    朱海洋, 崔炳谋, 胡志垚
    2015, 35(3):  891-895.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.891
    摘要 ( )   PDF (753KB) ( )  
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    针对现有制定的解编方案无法有效地满足铁路技术站阶段计划配流工作,基于牵引质量和换长的不同硬时间窗满轴约束,并综合考虑车流接续和编组去向约束,以总车流量、满轴出发列车最多为目标,建立了技术站多目标动态配流模型。为实现解编方案综合协调优化,依据解体和编组顺序调整规则,并通过定义可解集合和改进蚁群算法的状态转移规律及信息素更新策略,设计了一种基于蚁群算法的辅助决策支持系统。算例表明该辅助决策支持系统可以缩小配流问题规模,帮助决策者选择满意的解编配流方案,同时可以考虑解编顺序的改变对配流结果带来的影响,做到解体照顾编组,从而为实现铁路技术站调度系统的综合协调优化提供理论支持。

    基于有效K均值有效极限学习机的混沌海杂波背景中微弱信号检测
    商庆健, 张金敏, 王厅长
    2015, 35(3):  896-900.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.896
    摘要 ( )   PDF (747KB) ( )  
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    为了在复杂混沌噪声背景中快速准确提取有用信号,提出基于复杂非线性系统相空间重构理论,采用改进极限学习机(ELM)预测单步误差检测微弱信号的方法。采用改进K均值聚类算法选择最优族作训练集,改进极限学习机选择权值和偏置的方法进一步提高检测的精度和速度,采用Lorenz系统建立了混沌噪声序列的一步预测模型,从预测误差中检测湮没在混沌噪声中的微弱目标信号(包括周期信号和瞬态信号),然后使用加拿大Mc Master大学IPIX雷达数据,在海杂波噪声中提取漂浮物信号作为实验研究。结果表明该方法能够有效检测混沌背景噪声中极微弱信号,同时抑制噪声对混沌背景信号的影响,与径向基函数(RBF)神经网络等传统算法相比,预测精度提升了25%,检测门限提高了-5 dB,同时训练用时减少77.1 s,在实际应用中具有更明显优势。

    基于双目立体视觉技术的桥梁裂缝测量系统
    王琳, 赵健康, 夏轩, 龙海辉
    2015, 35(3):  901-904.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.03.901
    摘要 ( )   PDF (624KB) ( )  
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    针对国内外桥梁裂缝测量效率低、成本高、精度低等现状,提出了一种基于双目立体视觉技术的桥梁裂缝测量系统。采用相机标定、图像匹配、三维坐标计算等双目立体视觉技术对桥梁裂缝的宽度和长度进行计算,实现了桥梁裂缝测量系统。实验通过与单目摄像机用图像处理方法计算的桥梁尺寸结果作对比,表明:对于同一条裂缝的宽度与长度,用所提方法在不同拍摄角度下计算结果差别不大,并且与真实值的相对误差分别保持在10%和1%以内,而同一条件下单目测量系统的计算结果则随着拍摄角度的变化相差很大,宽度测量误差最大达到了19.41%,长度测量误差最大达到了54.35%。说明基于双目立体视觉技术的桥梁裂缝测量系统可以应用于实际中,并且鲁棒性更强,测量结果更精确。

2022年 42卷 1期
刊出日期: 2022-01-10
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