Journal of Zhejiang University

Current Issue: <FITEE>

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering (former title: Journal of Zhejiang University SCIENCE C (Computers & Electronics), 2010-2014)

ISSN 2095-9184 (print); ISSN 2095-9230 (online); CN 33-1389/TP; Monthly.

FITEE is an international peer-reviewed journal indexed by SCI-E, Ei Compendex, DBLP, IC, Scopus, JST, CSA, etc. It covers research in Electrical and Electronic Engineering, including Computer Science, Information Sciences, Control, Automation, Telecommunications, and related disciplines.

Impact factor: 0.308 (2011), 0.297 (2012), 0.380 (2013), 0.415 (2014), 0.392 (2015), 0.622 (2016), 0.910 (2017), 1.033 (2018), 1.604 (2019), 2.161 (2020), 2.526 (2021).

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering

ISSN 2095-9184 (print), ISSN 2095-9230 (online), monthly

2016 Vol.17 No.3 P.185-280

<<< CONTENTS >>>

Special Feature on Visual and Crowd Computing

Review: A survey of photon mapping state-of-the-art research and future challenges

Chun-meng Kang, Lu Wang, Yan-ning Xu, Xiang-xu Meng

DOI: 10.1631/FITEE.1500251 Downloaded: 2779 Clicked: 5148 Cited: 0 Commented: 0(p.185-199) <Full Text> <PPT> 1526

Chinese summary <32> 真實感渲染中(zhōng)的光子映射技術：研究現狀和未來挑戰

目的：全局光照是照片級真實感渲染的核心部分(fēn)。光子映射算法用于計算全局照明中(zhōng)的焦散色溢等效果都有其明顯優勢。通過調查光子映射方法的實現和優缺點，爲研究人員(yuán)全面介紹光子映射方法，并指出該領域未來可能的研究方向，激勵進一(yī)步研究，以解決現有方法的局限性。
主要内容：回顧了近二十年的光子映射技術的相關研究，按照光子映射方法的架構，将光子映射方法的改進分(fēn)類爲光輝估計、光子松弛、光子追蹤、漸近光子映射和并行的方法等幾個方面。針對每一(yī)類光子映射的改進算法，分(fēn)析了主流方法的實現原理和主要優缺點。同時提出了光子映射算法優化的三個挑戰：平滑表面、特征細節和空間占用。圖3是針對不同的改進類型的方法特點總結其在三個挑戰方面的總體(tǐ)表現，表2是文章中(zhōng)介紹的主流方法的總結。最後，文章針對各類型的光子映射方法改進，分(fēn)析了他們進一(yī)步的改進的研究方向。

關鍵詞組：全局光照；光子映射；光輝估計；光子追蹤；光子松弛；漸近光子映射

Shadow obstacle model for realistic corner-turning behavior in crowd simulation

Gao-qi He, Yi Jin, Qi Chen, Zhen Liu, Wen-hui Yue, Xing-jian Lu

DOI: 10.1631/FITEE.1500253 Downloaded: 2646 Clicked: 7827 Cited: 0 Commented: 0(p.200-211) <Full Text> <PPT> 2010

Chinese summary <113> 基于影子障礙物(wù)模型的真實感人群轉彎行爲模拟

目的：在人群仿真領域中(zhōng)，對行人轉彎行爲的模拟有待深入研究。現有的模型(如Rojas等)采用預定義曲線的方法模拟行人轉彎軌迹，模拟結果缺乏真實感，并不能體(tǐ)現出人群行爲的多樣性以及行人的心理特征。爲了模拟更加具有真實感的人群轉彎行爲，本文考慮了行人在轉彎時擴大(dà)視野的安全決策行爲，提出了影子障礙物(wù)模型和一(yī)個完整的、有效的人群模拟框架。
創新點：提出影子障礙物(wù)模型，以模拟行人轉彎時擴大(dà)視野的安全決策行爲；提出了集成心理力和物(wù)理力的人群模拟框架。
方法：建立影子障礙物(wù)相關概念；以行人擴大(dà)視野爲切入點，制定模拟轉彎行爲的相關規則，可以判斷行人是否處于轉彎狀态以及如何獲得最佳的速度方向。結合全局路徑規劃、局部行爲模拟和物(wù)理模拟建立了人群仿真框架。利用該框架進行相關實驗，驗證模型的準确性和有效性。
結論：本文的模型可以較真實地模拟出行人轉彎軌迹（圖9）；與Rojas等人的模拟結果相比，本文的模型可以較好地刻畫行人的心理特征和人群行爲的多樣性（圖10、15）

關鍵詞組：轉彎行爲；人群仿真；安全心理；基于規則的模型

Xiao-hu Ma, Meng Yang, Zhao Zhang

DOI: 10.1631/FITEE.1500255 Downloaded: 2111 Clicked: 6080 Cited: 0 Commented: 0(p.212-223) <Full Text> <PPT> 1827

Chinese summary <29> 局部不相關的局部判别嵌入人臉識别算法

目的：統計不相關是一(yī)種重要的性質，然而一(yī)些人臉識别算法常将這一(yī)性質忽略。統計不相關準則目的是使得特征線性不相關，消除提取的判别特征之間的冗餘信息。已有的一(yī)些算法隻是分(fēn)别考慮數據集的全局統計不相關特征和數據集的局部的不相關特性。爲解決這一(yī)問題，本文提出一(yī)種新的特征提取算法—局部不相關的局部判别嵌入算法（local uncorrelated local discriminant embedding，LULDE），該算法能同時考慮數據集中(zhōng)的同類和異類樣本點的局部信息。
創新點：該算法有三點貢獻：（1）提出了一(yī)種新的局部不相關準則，能同時利用數據集中(zhōng)的同類和異類樣本點的局部信息；（2）重新構造局部判别嵌入算法中(zhōng)的本征圖G和懲罰圖G_P對應的鄰接矩陣，使得算法比原有的局部判别嵌入算法具有更強的判别能力；（3）利用一(yī)種不同于PCA預處理的方式解決了“小(xiǎo)樣本”問題。
方法：首先，重新定義本征圖的鄰接矩陣W和懲罰圖的鄰接矩陣W_P。然後确定LULDE算法的目标函數。最後，通過求解特征值問題得到最優投影矩陣。
結論：在Yale，ORL，Extended Yale B和FERET四個常用人臉數據庫上的大(dà)量實驗結果表明了本算法的有效性。

關鍵詞組：特征提取；局部判别嵌入；局部不相關準則；人臉識别

Regular Papers

Quantum-dot cellular automata based reversible low power parity generator and parity checker design for nanocommunication

Jadav Chandra Das, Debashis De

DOI: 10.1631/FITEE.1500079 Downloaded: 4927 Clicked: 8951 Cited: 18 Commented: 0(p.224-236) <Full Text> <PPT> 1925

Chinese summary <31> 基于量子原胞自動機的納米通信可逆低功耗奇偶生(shēng)成器與奇偶校驗器設計

目的：量子原胞自動機（QCA）是可逆計算領域的新興方向。QCA可用于設計納米級别的電路。在納米通信領域，接收信号差錯檢測及校正是一(yī)個重要環節。同時，器件密度和功率耗散是納米通信系統的關鍵問題。本文利用QCA的低器件密度和超低功耗特性，助力低功耗微納級别可逆奇偶發生(shēng)與校驗器的設計。
創新點：基于QCA，第一(yī)次實現了使用費(fèi)曼門的可逆低功耗奇偶生(shēng)成器和奇偶校驗器設計。
方法：基于本文提出的奇偶生(shēng)成器和奇偶校驗器電路，設計了一(yī)種納米通信系統，并研究了傳輸中(zhōng)接收信号的差錯檢測。1.在QCA中(zhōng)設計可逆費(fèi)曼門；2.在等量子成本的基礎上，使用費(fèi)曼門實現可逆奇偶生(shēng)成與可逆奇偶校驗電路；3.在相同量子成本和無用值的基礎上，使用可逆奇偶生(shēng)成器與校驗器設計納米通信系統；4.首次在QCA中(zhōng)實現可逆奇偶生(shēng)成器、奇偶校驗器與納米通信電路；5.對可逆電路及其QCA布局進行量子成本分(fēn)析；6.在面積、延遲和胞元計數等方面比對所述QCA費(fèi)曼門與現有費(fèi)曼門電路；7.估算所述設計的能量耗散；8.使用熱随機性，觀察輸出胞元的極性，測量電路的可靠性。
結論：本文所提出的QCA費(fèi)曼門在面積、原胞計數和延遲方面，超過了現有費(fèi)曼門的指标水平。通過計算、比對傳統可逆電路及其相應的QCA布局，證明QCA電路具有極低的量子成本。通過估計QCA電路的功率耗散，證明QCA微納器件是可逆電路的可行平台。通過在熱随機性下(xià)分(fēn)析QCA電路的可靠性，證明所述電路的工(gōng)作有效性。通過比對仿真結果與理論值，證明所述電路的精度。所述電路可以用于設計更爲複雜(zá)的低功率微納無損耗納米通信系統（例如微納發射器和微納接收器）。

關鍵詞組：量子原胞自動機(QCA)；奇偶生(shēng)成器；奇偶校驗器；費(fèi)曼門；納米通信；功率耗散

A consensus model for group decision making under interval type-2 fuzzy environment

Xiao-xiong Zhang, Bing-feng Ge, Yue-jin Tan

DOI: 10.1631/FITEE.1500198 Downloaded: 2629 Clicked: 6758 Cited: 0 Commented: 0(p.237-249) <Full Text> <PPT> 1864

Chinese summary <100> 一(yī)種應用于區間2型模糊數環境下(xià)的群決策共識模型

目的：針對區間2型模糊數環境下(xià)的群決策問題，提出一(yī)種新的共識模型，同時針對決策者權重不一(yī)緻情形，提出一(yī)種新的反饋機制。
創新點：提出了一(yī)種用于處理區間2型模糊數環境下(xià)的群決策問題的共識模型，充分(fēn)發揮了2型模糊數表示信息的靈活性和廣泛性。同時，在整個決策過程中(zhōng)考慮專家權重的影響，根據專家不同權重制定不同的反饋意見。
方法：首先，專家結合自身經驗知(zhī)識，利用區間2型模糊數對問題進行評價賦值。然後，通過計算不同的一(yī)緻性指标來檢測當前專家們的意見是否趨于一(yī)緻。若是，則轉入方案選型階段；若不是，則轉入反饋機制。反饋機制主要是對不同的專家給予一(yī)定的修改意見，以指導專家對自身偏好進行調整，提高整體(tǐ)意見的一(yī)緻性。總的來說，專家自身權值越大(dà)，則其需要調整修改的偏好值越少；反之，專家自身權值越小(xiǎo)，則其需要調整修改的偏好值越多（圖2）。
結論：針對群決策問題，提出了用于處理2型區間模糊數環境下(xià)的共識模型，計算高效，結論可信。

關鍵詞組：群決策；區間2型模糊集；反饋機制

Fast implementation of kernel simplex volume analysis based on modified Cholesky factorization for endmember extraction

Jing Li, Xiao-run Li, Li-jiao Wang, Liao-ying Zhao

DOI: 10.1631/FITEE.1500244 Downloaded: 2473 Clicked: 6014 Cited: 0 Commented: 0(p.250-257) <Full Text> <PPT> 1834

Chinese summary <29> 基于改進Cholesky分(fēn)解的快速核單形體(tǐ)體(tǐ)積分(fēn)析端元提取算法

目的：端元提取是高光譜圖像處理中(zhōng)的關鍵步驟。研究表明，核單形體(tǐ)增長算法（KNSGA）是一(yī)種較好的非線性端元提取算法。然而，該算法存在兩個主要問題，限制了其性能。第一(yī)，随機初始化導緻算法結果不穩定；第二，算法中(zhōng)反複計算單形體(tǐ)體(tǐ)積導緻算法時間複雜(zá)度較高。本文針對這兩個問題，提出改進算法，以提高算法穩定性并降低算法時間複雜(zá)度。
創新點：本文提出采用空間像元純度指數（SPPI）來确定KNSGA算法中(zhōng)的初值，提高了算法的穩定性。此外(wài)，對于KNSGA中(zhōng)耗時的單形體(tǐ)體(tǐ)積計算，利用改進的Cholesky分(fēn)解的思想，将求單形體(tǐ)體(tǐ)積最大(dà)值轉化爲尋找矩陣對角元素最大(dà)值，進而降低了算法的時間複雜(zá)度。
方法：SPPI越小(xiǎo)，則像素的純度越高，因此将具有最小(xiǎo)SPPI的像素作爲KNSGA的初始值。原始的KNSGA提取端元的過程是循環計算單形體(tǐ)體(tǐ)積值，即每增加一(yī)個端元則計算一(yī)次端元構成的單形體(tǐ)體(tǐ)積值，直至找到所有端元爲止；利用改進的Choelsky分(fēn)解的快速實現算法，隻需在所有端元都找到之後進行一(yī)次單形體(tǐ)體(tǐ)積計算。改進後的算法簡化了算法的運算複雜(zá)度，加快了算法的實現過程。
結論：本文研究針對KNSGA的改進加速算法，利用SPPI解決初值問題，利用Cholesky分(fēn)解降低計算時間複雜(zá)度。實驗結果表明，提出的改進算法在算法穩定性和效率上相比原算法都有一(yī)定程度提高。

關鍵詞組：端元提取；改進的Cholesky分(fēn)解；空間像元純度指數；單形體(tǐ)增長算法；核單形體(tǐ)增長算法

Design and simulation of a standing wave oscillator based PLL

Wei Zhang, You-de Hu, Li-rong Zheng

DOI: 10.1631/FITEE.1500210 Downloaded: 2615 Clicked: 6096 Cited: 1 Commented: 0(p.258-264) <Full Text> <PPT> 1822

Chinese summary <26> 基于駐波振蕩器的PLL設計與仿真

目的：基于标準CMOS工(gōng)藝實現頻(pín)率可調節駐波振蕩器結構，研究該結構在高性能微處理器中(zhōng)的應用方式并實現基于該結構的PLL設計。
創新點：分(fēn)析了反型MOS管可變電容在駐波振蕩器中(zhōng)不同分(fēn)布方式對頻(pín)率調節範圍和功耗的影響，根據分(fēn)析結果設計了基于頻(pín)率可調節駐波振蕩器的PLL。該PLL不僅實現了50%的時鍾調節範圍，而且可以作爲時鍾分(fēn)布網絡直接應用于多核處理器結構中(zhōng)。
方法：首先分(fēn)析了不同阈值對反型MOS管可變電容的影響（圖3），提出了基于該可變電容結構的兩類駐波振蕩器頻(pín)率調節方式（圖4），通過仿真對比分(fēn)析了兩者頻(pín)率調節和功耗的差異（圖5、6）。然後基于分(fēn)析結果設計了基于頻(pín)率可調節駐波振蕩器的PLL（圖7），分(fēn)析了該PLL的頻(pín)率鎖定過程（圖9）。最後分(fēn)析了該PLL在高性能微處理器設計中(zhōng)的應用方式（圖11）。
結論：采用反型MOS管可變電容可實現頻(pín)率可調節駐波振蕩器結構，基于該駐波振蕩器可以設計頻(pín)率調節範圍達到50%的PLL，滿足高性能微處理器對時鍾的要求。

關鍵詞組：駐波振蕩器；時鍾分(fēn)布；可變電容；變抗器

Adaptive robust beamformer for multi-pair two-way relay networks with imperfect channel state information

Jin Wang, Feng Shu, Ri-qing Chen, Yu-di Cui, Yu Chen, Jun Li

DOI: 10.1631/FITEE.1500134 Downloaded: 2495 Clicked: 6176 Cited: 1 Commented: 0(p.265-280) <Full Text> <PPT> 2216

Chinese summary <28> 多用戶對雙向中(zhōng)繼系統自适應穩健波束成形

目的：在寬帶多用戶對雙向中(zhōng)繼系統中(zhōng)，中(zhōng)繼的波束成形性能與信道狀态信息（channel state information，CSI）的準确性密切相關。CSI的準确性取決于多普勒擴展、信道估計反饋時延、導頻(pín)符号數目和發射功率等因素。本文将Gaussian-Markov信道估計誤差模型系數建模爲反饋時延、多普勒擴展和信噪比的聯合函數。在估計出的實時CSI誤差系數基礎上，設計一(yī)種基于最大(dà)化信幹噪比和最大(dà)化信洩噪比準則的自适應穩健波束成形算法。該算法能實時跟蹤無線信道CSI估計誤差的變化，提高系統的和速率和誤碼性能。
創新點：建模Gaussian-Markov誤差模型中(zhōng)的信道估計誤差系數爲反饋時延、多普勒擴展和信噪比的聯合函數。在此基礎上，構建一(yī)種基于最大(dà)化信幹噪比和最大(dà)化信洩噪比準則的自适應穩健波束成形算法。
方法：首先，根據Gaussian-Markov信道估計誤差模型，利用統計理論，設計一(yī)種不完全信道狀态信息下(xià)基于最大(dà)化信幹噪比和最大(dà)化信洩噪比準則的波束成形算法。然後，将信道估計誤差模型系數建模爲反饋時延、多普勒擴展和信噪比的聯合函數。通過實時估計CSI時延和信道估計器引起的誤差系數，實時設計匹配于信道變化的穩健波束成形器。最後，通過仿真結果驗證該算法的正确性、穩健性和自适應性。
結論：仿真表明：提出的自适應穩健波束成形算法誤碼率性能明顯優于現有的非自适應算法，并且随着導頻(pín)符号數目的增加，該算法的性能會逐漸趨于理想CSI條件下(xià)的性能。

關鍵詞組：多用戶對雙向中(zhōng)繼；自适應穩健波束成形；信道狀态信息；最大(dà)化信幹噪比；最大(dà)化信洩噪比