2014年, 第40卷, 第4期 刊出日期：2014-04-15
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计算机工程. 2014, 40(4): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.001借助ASIC系统的高效性和软件的可编程性，可重构概念使计算机的性能获得了进一步的提升空间。但在云计算应用背景下，需要一个文件系统对互联网上的海量小文件进行高效处理。为此，阐述和分析现有的小文件系统，设计一个基于现场可编程门阵列(FPGA)的小文件系统(FPGASmallFS)。该系统通过简化文件系统结构和动态划分磁盘卷，提高文件系统的速度和磁盘空间利用率，同时借助FPGA的并行加速实现文件系统挂载过程的加速，从而提高磁盘空间利用率。测试结果表明，与ReiserFS和Ext2系统相比，FPGASmallFS具有更好的系统性能。
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计算机工程. 2014, 40(4): 7-13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.002拜占庭失效或恶意攻击会降低云服务供应商的云存储服务可靠性，为此，提出一种基于云计算的安全可靠数据存储方案。通过LT编码增加分布式云服务器的数据冗余度，在保证性能全局准最优的同时，提升数据用户在数据检索阶段的解码效率。利用支持公共数据完整性检查和准确数据修复，避免数据拥有者长期保持在线状态，并设计数据修复解决方案，使服务运行期间无需产生元数据也能进行数据修复。实验结果表明，与基于网络编码和基于RS码的云存储方案相比，该方案的通信成本只增加了15%，但数据检索效率却提高了约1倍。
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计算机工程. 2014, 40(4): 14-18. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.003
针对目前交通拥堵致使出行打车难的问题，设计并实现一种基于云计算的手机智能出租车呼叫系统。该系统由云服务器和Android手机客户端组成，服务器利用云计算环境下的Map-Reduce并行编程模型对K-means聚类算法实施并行化，提高推送信息的质量和效率；客户端分别利用LocationClient、MapView和MKOfflineMap接口实现定位服务、图层展示更新和百度离线地图服务功能，通过Android智能手机平台为用户提供及时、准确的信息服务。在客户端和服务器之间，利用RPC服务推送Protocol Buffer协议序列化的信息。实验结果表明，与滴滴打车软件相比，该系统的搜索推荐效率提高了20%左右，离线地图展示及定位流量比在线方法减少了90%以上，快速响应性能较好。
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计算机工程. 2014, 40(4): 19-25,31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.004
在传统的多投影显示系统中，各类媒体资源文件都散乱地存放在本地，并且占用较大的存储空间，使用本地存储设备难以对所有项目的文件进行管理与存放。针对该问题，提出基于云计算的多投影显示系统在线项目管理解决方案。通过Amazon云计算平台实现多投影项目的在线管理，注册并创建项目与进度信息，利用云平台海量存储空间以及可伸缩计算能力，导出与项目相关的工程文件、图像、视频等资源文件，并打包上传到云端对应的项目中。测试结果表明，该方案能正确建立项目与文件的对应关系，方便用户对项目进行管理与维护，缓解本地存储的压力。
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计算机工程. 2014, 40(4): 26-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.005针对当前恶意程序种类繁多、分析工作量大的问题，利用VMware vSphere虚拟化技术，设计并实现云环境下的恶意程序自动检测平台。该平台通过轮询机制获得服务器虚拟机资源的负载情况，将收集的可疑样本分类预处理，调用相应的服务器资源进行检测，可为用户终端节点提供多样化的虚拟环境，实现恶意程序文件、注册表、进程以及网络4类主机行为的自动分析，并自动生成分析报告。在真实样本上的实验结果表明，与金山火眼、Threat Expert平台相比，该平台能够更准确地反映恶意程序的特点及危害性。
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计算机工程. 2014, 40(4): 32-36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.006为更好地实践云计算为用户提供廉价按需服务的宗旨，满足服务请求者的个性化需求，提出一种面向个性化云服务的动态信任模型。基于细粒度服务思想定义个性化云服务，通过引入时间衰减因子和建立高效激励机制修正直接信任值，以灰色系统理论为基础计算实体间的评价相似度，并将评价相似度和推荐者的推荐可信度作为合成推荐信任值的重要因素，同时提出一种基于评价相似度的自信因子赋值方法，以提高合成综合信任值的准确性。实验结果表明，与GM-Trust模型及CCIDTM模型相比，该模型的交互成功率分别平均提高了4%和11%。
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计算机工程. 2014, 40(4): 37-41,47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.007异构系统间难以实现计算资源的灵活共享，制约分布式信息系统性能的提升，基于面向服务架构的Web服务技术，为异构系统计算资源共享提供了有效手段。为此，针对Web服务组合在集中式发布架构下单点故障和性能瓶颈问题，提出一种基于业务抽象规划的分布式动态服务组合算法。该算法根据组合规划结果对业务抽象规划库进行动态扩充，快速组合出满足需求的服务，逐步提高服务组合响应率。仿真结果表明，该算法在分布式环境下可减少服务请求过程中交互的信息量，降低请求响应时间，提高服务组合效率。
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计算机工程. 2014, 40(4): 42-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.008针对仅含纯周期任务集合、符合ARINC653多分区构架航电系统两级调度模型的可调度性判定问题，提出一种基于分区的航电系统调度分析工具。通过设定时钟变量模拟航电系统各分区中任务集调度过程，依据纯周期任务集及分区航电系统时间片分派特性确定仿真区间，设计优化的调度分析算法，判定航电系统分区级时间片分派的正确性及各分区中任务集的可调度性。测试及实例分析结果表明，该工具能自动、准确、快速地判定航电系统分区以及任务级调度模型的可调度性，并能以甘特图的方式绘制系统调度过程，较现有工具更为直观、高效。
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计算机工程. 2014, 40(4): 48-52,56. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.009为阻止针对Android系统内核的攻击，保护Android系统内核不被破坏，设计一种基于ARM平台轻量级的hypervisor监控器架构。该架构利用ARM硬件虚拟化扩展技术，对不信任模块进行隔离，阻止模块中恶意代码对内核的破坏，保护关键对象不被篡改，并基于hypervisor、利用交叉视图检测rootkit。实验结果表明，该架构能及时阻止对被监控对象的修改，快速检测出rootkit威胁，减少系统被攻击后带来的损失。
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计算机工程. 2014, 40(4): 53-56. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.010针对分布式同步系统Zookeeper在大规模计算机集群上运行效率低下的问题，在研究手动设定响应节点方法的基础上，提出一种基于成员节点选举的自动设定响应节点算法。在一个大规模Zookeeper系统中，采用选举因子可配置的选举算法(包括计算能力、磁盘读写速度、请求率、失效率和网络延迟的测试)，挑选出适合完成Zookeeper响应工作的一个或数个节点，进行数据更新请求的应答，降低系统的响应时间，提高系统的性能。实验结果证明，与目前手动设定响应节点相比，自动选举算法能够选举出最合适的节点，并且效率高，性能稳定。在对系统访问延迟的测试中，自动选举算法比手动设定响应节点的平均值减少了11%，且比手动设定响应节点的最大值减少了17%。
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计算机工程. 2014, 40(4): 57-63,70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.011在大型强子对撞机上的紧凑繆子螺线管探测器实验，具有数据量大(PB级规模)、数据类型复杂与数据地理上全球分布的特点。记录上述数据的元数据达到TB级的规模，并且以不同的格式保存在不同的关系和非关系数据源中，通过在这些异构数据源上添加一个缓存层的方法，实现一个提供精确的关键词查询的数据聚集系统。根据多重映射和聚集的方式支持用户的查询，并利用有效的缓存管理策略来提升查询的命中率。实验结果表明，该系统能够通过缓存的方式响应超过70%的用户查询，具有良好的查询性能。
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计算机工程. 2014, 40(4): 64-70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.012针对现有无线传感器网络中数据收集延迟较大的问题，提出一种优化的网络拓扑构造算法用于实现数据收集。从给定网络全连通图中找到符合条件的k个顶点的子图，使得k个顶点间的距离平方和最小化，采用Hungarian方法进行边的约简，直到得到一棵生成树，构造分布式的网络拓扑以提高适应性，从而降低控制开销。理论分析和仿真结果表明，该算法在数据收集延迟以及网络生命周期等方面均优于传统的单链、单簇2跳，以及最小生成树等数据收集算法。
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计算机工程. 2014, 40(4): 71-75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.013针对片上网络典型路由器的缓冲资源利用率不高、大容量缓存设计受限等问题，在不增加缓存和虚通道的情况下，提出一种新的面向片上网络缓冲资源争用的路由器设计方案。在该路由器中，当某个输入端繁忙发生资源争用情况时，将阻塞数据包分配到其他拥有空闲缓存资源的输入端口，解决缓冲资源的争用问题，从而提高网络整体性能。SystemC仿真结果表明，相对于基本路由器，该路由器在热点模式和均衡模式下均具有较高的网络饱和率和吞吐量，尤其在热点模式下提高了约11.4%的饱和率。FPGA实现结果表明，该路由器的面积开销较小，能较好满足片上网络的应用需求。
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计算机工程. 2014, 40(4): 76-80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.014现有基于发送端的误码丢包原因识别方法存在通信开销大、识别准确度不高等问题，通过理论分析发现当无线传输出现冲突丢包时，数据包在接收端的误差向量幅度(EVM)通常比弱信号丢包时大，从而验证了EVM对丢包原因的区分效果。在此基础上，提出一种基于接收端的无线局域网误码丢包原因识别方法。该方法在接收端直接读取接收信号强度及EVM值，使用贝叶斯分类方法进行冲突丢包和弱信号丢包的识别。实验结果表明，与COLLIE识别方法相比，该方法不产生任何额外的通信开销，具有较高的识别准确率、较低的误报率和漏报率。
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计算机工程. 2014, 40(4): 81-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.015传统的双门限协作频谱感知算法忽略了两门限之间认知用户的本地感知信息，而利用这部分信息可以进一步提高认知无线电系统的感知性能。为此，在等增益合并的基础上，提出一种顺序自适应分步合并算法。两门限之间的认知用户根据接收信噪比分步上传本地感知信息，融合中心自适应地调整参与协作的认知用户数，以减小系统的上传数据开销。推导在Rayleigh衰落信道条件下，认知用户上传数据的平均比特数以及全局检测概率的闭式表达式。理论分析和仿真结果表明，该算法能以较小的数据开销获得较优的协作感知性能。
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计算机工程. 2014, 40(4): 87-90.95. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.016定位技术是无线传感器网络(WSN)应用的关键技术之一。针对WSN中的定位问题，提出一种基于接收信号强度指示 (RSSI)测距的二维对数分布式搜索定位算法。采用改进的RSSI测距模型测量节点之间的距离，利用质心定位算法结果作为搜索起点，设计一种基于最小加权距离误差和的目标函数，对于每个节点通过二维对数搜索的方法，搜索具有最小加权距离误差和的点作为定位位置。仿真实验比较了质心定位算法、不带权值的二维对数搜索定位算法、基于RSSI的二维对数搜索定位算法在不同条件下的定位性能，结果表明基于RSSI的二维对数搜索定位算法的定位精度远优于质心定位算法，相比不带权值的二维对数搜索定位算法约提高了0.02R。
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计算机工程. 2014, 40(4): 91-95. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.017随着超高频(UHF)频段射频识别(RFID)技术的广泛使用，使得RFID系统的研究者越来越关注对RFID物理层和MAC层特性的研究，以提高标签信息读取准确率、缩短读取时隙并增强协议安全性。但其前提是需要侦测及了解现有RFID协议通信过程及通信信息，获取底层数据，然而RFID阅读器只给用户提供上层结果。为解决RFID系统底层信息的获取问题，利用通用软件无线电外设被动侦测RFID系统无线通信信号，运用数字信号处理技术，设计并实现信息侦测平台。测试结果表明，该平台具有高接收灵敏度和解析准确度，UHF频段被动侦测距离最远可达8 m，优于已有侦测平台，并且对于被侦测信号的灵敏度为?115 dBm，侦测反应时间仅0.068 s，可抵抗常见无线信号干扰。
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计算机工程. 2014, 40(4): 96-102,107. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.018对于有损链接无线网络，机会路由的性能优于传统单播路由，然而由于无线传感器网络具有很强的占空比特性，使得现有的机会路由协议不适用于无线传感器网络。为此，提出一种基于占空比唤醒估计值(EDC)的机会路由协议，将EDC度量的关键特性作为路由度量，以支持分布式计算，从而生成无回路路由拓扑。通过理论分析表明EDC度量可以近似得出报文转发需要的占空比唤醒真实值。Twist和Motelab测试床上的实验结果证明，与基于预期传输次数的机会路由协议相比，该协议在无线电占空比值、时延和转发节点数量等方面性能更优。
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计算机工程. 2014, 40(4): 103-107. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.019在分析IEEE 802.15.4网络中为时延敏感应用提供的保护时隙(GTS)分配策略后，指出GTS分配中信道利用率低等不足。为此，对IEEE 802.15.4中的GTS进行改进。将GTS时隙再次划分为微时隙，与标准GTS申请命令不同，节点无须指定所需的GTS长度，而是提供需要发送的数据数量和数据长度，通过协调节点来决定所分配的GTS长度。仿真实验结果表明，改进后协议能提高信道利用率和网络吞吐量。
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计算机工程. 2014, 40(4): 108-111,115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.020命名数据网络(NDN)是一种以内容为中心的新型网络架构，可有效提高网络资源的共享利用率。但与传统的IPv4、IPv6相比，NDN命名的长度更长且具有可变性，因此实现NDN中命名的快速检索对提高网络性能具有重要作用。为此，提出一种基于Hash映射的分治命名检索方法，将命名分解为组件并进行CRC32映射后分别存储在相应的Hash表中，对Hash表中的数据进行快速排序后使用二分查找定位Hash值，并利用排序后Hash表的递增数据结构进行Hash冲突的快速检测，通过对Hash值添加标志位的方法解决冲突问题。实验结果表明，相比建立命名前缀树的检索方法，该分治命名检索方法可将NDN命名的存储空间压缩近65%，并且大幅提升了检索速度。
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计算机工程. 2014, 40(4): 112-115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.021针对以往频偏估计不能兼顾估计范围和估计精度的问题，在分析和比较已有算法的基础上，提出一种基于自相关函数的频偏估计算法。将接收到的信号与辅助数据的共轭进行相关计算，然后对得到信号的自相关函数进行邻位符号相除来展开相位，得到相位差分序列，利用该序列对频偏进行估计，再对频偏结果进行加权平均，理论估计范围可达到符号速率的50%。仿真结果表明，该算法在信噪比SNR≥?5 dB的条件下，能够实现估计方差接近克拉美罗界，解决了估计范围和估计精度相矛盾的问题。
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计算机工程. 2014, 40(4): 116-119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.022在基于直方图平移的可逆信息隐藏算法中，应用二叉树算法向接收方传送峰值像素和零值像素对，通过三角向后预测算子和错误能量估计可以提高负载和图像质量。但鉴于三角向后预测算子的预测准确度不高，提出一种基于邻域预测差值直方图平移的可逆信息隐藏算法。采用领域均值预测代替三角向后预测，并对错误能量估计和提取秘密信息算法进行相应的改进。实验结果表明，在常用的7张实验图像中，与双二叉树错误能量估计算法相比，该可逆信息隐藏算法的满负载量平均提高8.7%，在某些相同参数条件下负载提高达到300%，其预测更加准确、负载量更高，并且能有效提高破译难度。
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计算机工程. 2014, 40(4): 120-123,129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.023针对层次密钥管理问题，提出一个高效的可验证层次秘密共享方案。对参与者集合进行划分，每一部分作为一个隔间。隔间内部的参与者共享次主密钥，整个参与者集合(所有隔间的并集)共享主秘密。每个参与者都只须持有一个较短的秘密份额即可重构长度较大的主秘密。采用双变量单向函数实现可验证性，以防止不诚实参与者的欺诈行为，动态地添加参与者、调整门限值、更新秘密和共享。分析结果表明，该方案用于密钥的层次管理，具有较高的信息率和安全性。
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计算机工程. 2014, 40(4): 124-129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.024针对P2P网络中存在密钥泄露和大量数据加密传输困难的问题，采用密钥隔离机制和消息分组链接加密的方法，提出一种具有消息链接性的基于身份密钥隔离加密方案。在随机预言机模型下给出形式化证明，该方案在双线性Deffie-Hellman假设成立的条件下，满足适应性选择消息攻击不可区分性，且该方案具有非限定时间周期以及随机存取密钥更新的性质。性能分析结果表明，该方案的密文长度仅为基本密钥隔离加密方案的一半，适用于P2P网络中传输大量的加密数据。
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计算机工程. 2014, 40(4): 130-135,140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.025Schnorr身份认证方案是密码学中的经典方案，可以推广到很多其他数学问题(如离散对数问题)上，从而构造出在标准模式中安全的身份认证方案，并且可以通过Fiat-Shamir转换工具，将其转换为在随机谕示模式中安全的数字签名方案。但将上述转换方法用于基于格的密码学中时会出现一些特殊现象(如方案中止现象)。为此，通过矩阵表示方法分析Schnorr方案的构造方法，得出其构造方法成立的充要条件，从而使其可在更大范围内构造出安全的类Schnorr方案。根据类Schnorr方案，分析基于格的身份认证方案中的方案中止现象，并通过数学方法证明，对于某些身份认证方案(如∑-身份认证方案)，其中的方案中止现象不可避免，该结论为深入研究基于格的密码学提供了参考依据。
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计算机工程. 2014, 40(4): 136-140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.026现有大部分属性加密方案中的用户属性都是静态的，不利于实际应用。针对该问题，基于条件加密的思想，利用双线性映射的技术，设计一个基于动态属性的加密方案。在用户满足某属性后，由认证方给用户提供数字签名，并让用户自行计算其属性密钥和密文。对该方案的安全性进行讨论，证明在选择集合模型下给定2个等长明文的加密，方案攻击者无法在计算上分清其密文。
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计算机工程. 2014, 40(4): 141-145,150. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.027LEX算法是入选欧洲序列密码工程eSTREAM第三阶段的候选流密码算法之一，在分组密码算法AES的基础上进行设计。为此，针对LEX算法进行基于猜测决定方法的相关密钥攻击，在已知一对相关密钥各产生239.5个字节密钥流序列的条件下，借助差分分析的思想和分组密码算法AES轮变换的性质，通过穷举2个字节密钥值和中间状态的8个字节差分恢复出所有候选密钥，利用加密检验筛选出正确的密钥。分析结果表明，该密钥攻击的计算复杂度为2100.3轮AES加密、成功率为1。
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计算机工程. 2014, 40(4): 146-150. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.028传统的基于网格的数据流聚类算法在同一粒度的网格上进行聚类，虽然提高了处理速度，但聚类准确性较低。针对此问题，提出一种新的基于双层网格和密度的数据流聚类算法DBG-Stream。在2种粒度的网格上对数据流进行聚类，并借鉴CluStream算法的思想，将聚类过程分为2个阶段。在线过程中利用粗粒度的网格单元形成初始聚类，离线过程中在细粒度网格单元上，对位于簇边界的网格单元进行二次聚类以提高聚类精度，并实现了关键参数的自动设置，通过删格策略提高算法效率。实验结果表明，DBG-Stream算法的聚类精确度较D-Stream算法有较大提高，有效解决了传统基于网格聚类算法的聚类精度较低的问题。
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计算机工程. 2014, 40(4): 151-153,158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.029根据人眼的视觉特性，提出一种基于曲线拟合的视频稳像方法。使用图像背景特征点对摄像机的全局运动进行估计，利用曲线拟合的方法计算出摄像机的抖动分量，并将曲线拟合的结果作为摄像机的主观运动方向，对其摄像机的抖动运动分量进行补偿，使图像位移矢量达到最小，以有效减少运动补偿后引起的图像信息丢失。对抖动角度在20°内移动摄像机拍摄的视频进行稳像处理，实验结果表明，该方法稳像后视频的抖动角度小于2°，视频图像信息的损失小于5%，具有较好的稳像效果，并且在稳像后保证了视频帧内容的完整性。
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计算机工程. 2014, 40(4): 154-158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.030在使用地标进行遥感图像导航与配准时，以海陆边界为特征进行匹配操作是一种常用的方法，尤其适合昼夜图像灰度值变化剧烈的红外通道遥感图像。将海陆边界模板图像作为匹配标准，其精确性对于导航与配准的精度具有决定性的作用。针对静止卫星图像配准过程的特点，对海陆边界模板的生成方法进行研究，提出一种静止卫星图像配准中海陆边界模板的生成方法，将生成过程分为目标网格生成、全球海岸线数据库选取及查找算法3个部分，通过不断挖掘数据特点给出3种查找算法，并对各算法的精度和效率进行分析。实验结果表明，该方法生成的海陆边界模板与主流工具的生成结果有90%以上的匹配度，且算法效率较高，具有良好的应用价值。
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计算机工程. 2014, 40(4): 159-163,169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.031随着新技术及社会网络的发展与普及，微博用户数据量剧增，与此相关的研究引起了学术界和工业界的关注。针对中文微博语句特点，通过对比多种特征选取方法，提出一种新的特征统计方法。根据构建的词语字典与词性字典，分析支持向量机、朴素贝叶斯、K最近邻等分类模型，并利用证据理论结合多分类器对中文微博观点句进行识别。采用中国计算机学会自然语言处理与中文计算会议(NLP&CC 2012)提供的数据，运用该方法得到的准确率、召回率和F值分别为70.6%、89.2%、78.9%，而NLP&CC 2012公布的评测结果相应平均值分别为72.7%、61.5%、64.7%，该方法在召回率和F值2个指标上超过其平均值，而F值比NLP&CC 2012评测结果的最好值高出0.5%。
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计算机工程. 2014, 40(4): 164-169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.032人脸语义检索在识别技术中有着重要的作用，如表情检索、性别判断、年龄估计等，上述识别技术通过捉捕人脸语义信息来实现。研究将人脸语义信息融入到人脸检索中，提出一种基于稀疏学习的人脸语义子空间提取方法。语义子空间学习被分为字典构建和稀疏学习2个部分。在字典构建的过程中，给出语义差的方法来对互斥语义进行计算，使提取的某类语义不受其他类语义干扰语义子空间，并对不同语义环境和不同语义差组合进行测试。在稀疏学习部分，使用Lasso算法对其进行改进。实验结果表明，与传统Fisher方法相比，该方法撇除其他语义干扰的子空间稳定性更强，且有一定的降维效果。
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计算机工程. 2014, 40(4): 170-174,181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.033在基于压缩域的实时跟踪算法中，判别函数对目标外观考虑不足易造成跟踪精度较低。为此，提出一种改进的基于压缩域的实时跟踪算法。利用稀疏测量矩阵提取候选目标的低维多尺度特征，并根据在线更新的特征概率分布，采用朴素贝叶斯分类器判别目标与背景，实现粗跟踪。通过视频帧间候选目标内部区域所具有的相似性，在粗跟踪的基础上实施基于动态目标外观模型的二次跟踪，在线寻找目标的最佳跟踪位置。对多种跟踪视频库的测试结果表明，该算法在不过量增加计算负荷的情况下能有效提高跟踪精度。
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计算机工程. 2014, 40(4): 175-181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.034变阶马尔可夫模型是对事件序列建模的一种简单且有效的模型，但经典变阶马尔可夫模型只考虑转移概率，未关注子序列本身出现的频率。为此，提出一种加权的变阶马尔可夫模型，在经典变阶马尔可夫模型基础上根据子序列的频率构建一棵加权概率后缀树。给出一种剪枝策略，在构建后缀树时根据结点相似程度剪除树枝，以提高模型的泛化能力，并在线性时间内完成加权概率后缀树的构建。通过将加权的模型应用于事件序列分类进行实验验证，结果表明，该模型可以对不同领域的实际序列数据进行有效分类。
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计算机工程. 2014, 40(4): 182-186,191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.035针对人脸识别中人脸图像光照预处理的问题，提出一种基于图像引导滤波的人脸光照预处理算法。根据自定义光照标准函数对引导图像和输入图像进行分类，经指数或对数非线性变换调整后进行直方图均衡化处理。采用图像引导滤波对图像细节进行增强，使变换后的图像更清晰。利用空域高通滤波来抑制局部锐化现象。在YaleB人脸数据库上进行验证，结果表明，该算法在识别性能上明显优于经典的主成分分析法，识别率可以提高2%~8%。
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计算机工程. 2014, 40(4): 187-191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.036针对BP神经网络存在易陷入局部极小值、收敛速度慢等问题，提出用遗传算法优化BP神经网络并用于房价预测。采用BP神经网络建立房价预测模型。利用遗传算法对BP神经网络的初始权值和阈值进行优化。选取1998年-2011年贵阳市的房价及其主要影响因素作为实验数据，分别对传统的BP神经网络和经过遗传算法优化后的BP神经网络进行训练和仿真实验，结果表明，与传统的BP神经网络预测模型相比，经过遗传算法优化后的BP神经网络预测模型能加快网络的收敛速度，提高房价的预测精度。
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计算机工程. 2014, 40(4): 192-197,202. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.037为有效识别手语字母，提出一种手语视觉单词(SLVW)的识别方法。采用Kinect获取手语字母视频及其深度信息，在深度图像中，通过计算获得手语手势的主轴方向角和质心位置以调整搜索窗口，利用基于深度图像信息的DI_CamShift方法对手势进行跟踪，进而使用基于深度积分图像的Ostu方法分割手势，并提取其尺度不变特征变换数据。将局部特征描述子表示的图像小区域量化生成SLVW，统计一幅手语图像中的视觉单词频率，用词包模型表示手语字母，并用支持向量机进行识别。实验结果表明，该方法不受颜色、光照和阴影的干扰，具有较高的识别准确性和鲁棒性，对复杂背景手语视频中的30个手语字母的平均识别率达到96.21%。
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计算机工程. 2014, 40(4): 198-202. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.038为描述颜色光谱所需的基本因子数量，从颜色光谱中提取颜色空间的结构，提出不同于传统线性降维的研究方法。从流形学习的视角出发，假设高维的颜色光谱数据位于一个低维的流形中，将颜色光谱分析中的基本因子数量问题和提取颜色空间结构问题，转化为光谱颜色空间内嵌流形的本征维数估计和流形结构分析问题。采用5种不同的流形本征维度估计算法和6种经典的流形学习算法，对蒙赛尔标准颜色样片光谱进行分析。实验结果表明，在光谱蒙赛尔颜色空间中存在三维的嵌入流形，这一流形的几何结构近似圆锥体，与蒙赛尔颜色系统的原始理论一致。
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计算机工程. 2014, 40(4): 203-208,213. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.039针对目前大多数视频异常检测方案在局部异常检测上的不足，提出一种基于局部时空特征的视频异常检测方案。该方案先提取运动描述符，再量化拆分，对每个特征描述符使用不同标度的时间-空间滤波器，获得各时间-空间区域的平滑估计，为训练和测试视频计算出各区域的局部K最邻近(KNN)距离，根据上述局部KNN距离，得出测试和训练视频的总体分值。对总体分值排名，确定异常。将该方案在公共数据集(UCSD数据集、人群异常UMN数据集、U型转弯数据集)上进行测试，结果表明，该方案的误差率、曲线下面积等性能指标优于现有的视频异常检测算法。
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计算机工程. 2014, 40(4): 209-213. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.040考虑到信息在传递过程中普遍存在模糊性的特点，结合经典元胞自动机理论和模糊推理算法，设计网络舆情传播的元胞自动机结构，定义环境适应度k和偏好度h 2个输入变量，建立网络舆情传播的模糊元胞自动机模型。对网络舆情传播中个体观点的演化过程进行Matlab仿真与分析，结果表明，在经过交流与讨论(对应于元胞进行足够多次数的迭代和演化)后，群体的观点和意见会出现归一的现象，归一不是归于处在2个极端的赞成或反对，而是向中间聚拢，最后形成一个折中的意见。该模型可以更好地描述网络舆情的实际传播过程。
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计算机工程. 2014, 40(4): 214-217. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.041为提高局部保持投影(LPP)在人脸图像超分辨率中的适用性，在LPP中引入典型相关分析(CCA)，提出一种相关性增强的局部保持投影方法(CELPP)。CELPP用于提取高分辨率图像与低分辨率图像特征，根据关系学习建立低分辨率图像特征与高分辨率图像特征之间的映射变换，输入低分辨率图像，通过CELPP特征提取和关系映射，得到高分辨率图像，并将其用于人脸识别。对人脸库ORL和Yale进行的实验结果表明，该方法同时考虑了高分辨率图像与低分辨率图像的相似性及同类图像的局部结构性，在基于人脸识别的超分辨率应用中优于LPP和CCA。
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计算机工程. 2014, 40(4): 218-222. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.042现有基于视觉的交叉路口车辆排队长度测量方法，不能给出实际排队长度，且摄像机标定复杂。为此，提出基于连通区域的车辆排队长度检测算法及以停车线为参照物的摄像机快速标定方法。在停车线后设定停车检测区域，并利用相邻帧差法判断是否存在车辆停车。在排队检测区域内用最大类间方差法自动设定阈值并分割图像，以检测车辆存在。利用连通区域各种参数确定车辆所在的连通域并检测出队尾。运用针孔成像模型论证以停车线为参照物的摄像机标定方法。实验结果证明，该方法可以准确检测出队首和队尾像素，计算出实际长度，可满足实时性要求。
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计算机工程. 2014, 40(4): 223-227. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.043融合关键词形式的属性层知识可有效提高文本聚类的聚类质量，但融合关键词的簇中心初始化仍是一个开放性问题。为此，提出一种融合语义资源和关键词的文本聚类方法。通过Wikipedia语义识别文本集的主题，采用基于资源分配的网络推断策略，通过文献协同关系发现潜在语义相关性，以选择最能代表各主题的重要文档(初始簇中心)，并利用软约束与测度学习相结合的策略融合关键词辅助文本聚类。在20Newsgourp文本集上的实验结果表明，与k-means和仅融合关键词的文本聚类方法相比，该方法可有效提升聚类质量，尤其在News_Different_3数据集上标准互信息最多可提升约20%。
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计算机工程. 2014, 40(4): 228-232. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.044基于梯度场的图像融合算法只适用于尺度差异不大于1∶4的多光谱图像与全色图像。针对尺度差异为1∶8的北京一号卫星多光谱图像及高分辨率全色图像的融合问题，提出一种结合小波变换的梯度场图像尺度渐进融合算法。利用小波变换方法将多光谱图像与高分辨率全色图像尺度差异倍数缩小，得到基于小波变换的初级融合，再进行基于梯度场的Poisson图像融合。实验结果表明，渐进融合图像与多光谱图像的平均颜色差异值为23.5，与高分辨率全色图像的平均梯度差异值为2.1，多尺度纹理特征值差异值分别为3.98、10.2、18.9，渐进融合图像与高分辨率全色图像的空间细节和纹理细节吻合程度更好。
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计算机工程. 2014, 40(4): 233-236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.045随着数字医学图像数据量的日益增大，有必要采取一定的图像压缩技术进行压缩存储。为此，提出基于快速稀疏表示的医学图像压缩方法。使用K-奇异值分解算法构造医学图像过完备字典，采用批量正交匹配追踪(Batch-OMP)算法进行稀疏编码。该方法只需要存储稀疏编码非零位置的系数信息，利用过完备字典即可实现原始医学图像的重构。实验结果表明，该方法可提高图像稀疏编码的速度，与正交匹配追踪(OMP)算法相比可提速40%左右，并且图像重构效果优于联合图像专家组(JPEG)算法和多级树集合分裂(SPIHT)算法的压缩效果，相对JPEG压缩的图像峰值信噪比平均提高18%，相对SPIHT算法平均提高50%。
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计算机工程. 2014, 40(4): 237-241,246. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.046随着高分辨率遥感卫星发射数量的增多，高分辨率遥感图像数据应用需求也日益增强，而遥感数据的质量直接影响到其数据应用的可靠性和精确性。为此，对高分辨率遥感图像数据进行图像复原是非常有必要的。针对资源三号卫星电荷耦合装置相机遥感图像高空间分辨率的特点，分析在仅有图像信息的情况下系统调制传递函数(MTF)的在轨测量方法，验证双边缘法的可行性。探讨双边缘线状地物选取方法，同时推导证明二维MTF矩阵的构建方法，并借助二维MTF矩阵对原图像进行修正反转滤波实现图像复原。试验结果表明，复原后的图像质量明显提高。
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计算机工程. 2014, 40(4): 242-246. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.047以光线追踪为基础研究尺度变化对图像属性的影响。通过选取地物模型和构建实验场景，实现多分辨率序列图像的模拟仿真。对图像的信息熵、自相关系数、地物覆盖率进行计算和分析，得到以下结论：地物的颜色属性与尺度无关；当图像分辨率降低到一定程度后，图像将会发生失真现象，而当图像分辨率提高到一定程度后，图像的属性将只有很少变化；在不失真范围内，随着图像分辨率的降低，地物覆盖率也随之降低。该结论与传统方法分析的结果趋势相同，但传统方法产生的图像会在更高分辨率时发生失真现象，表明该方法可有效避免图像重采样误差的干扰。
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计算机工程. 2014, 40(4): 247-251,257. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.048传统二维卡通绘制的专业性和复杂性导致普通用户参与性较低。为此，提出一种基于冲击滤波器的视频图像卡通化算法。应用改进的冲击滤波器对彩色视频图像进行颜色聚类和噪声消除，对冲击滤波后的图像使用高斯差分算子进行边缘检测，并做颜色量化处理，融合边缘曲线和量化图像生成个性化的卡通图像。实验结果表明，与基于双边滤波器、Osher冲击滤波器、Alvarez冲击滤波器以及改进Osher冲击滤波器的图像卡通化算法相比，该算法能够获得更清晰、完整、光滑和连续的边缘曲线，风格化图像的视觉显著性更强，保真度更高，并能通过系列图像的风格化转换自动生成个性化的卡通视频。
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计算机工程. 2014, 40(4): 252-257. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.049视频标注是指利用语义索引信息标注视频内容，其目的是方便检索视频。现有视频标注工作使用的视觉底层特征，较难直接用来标注体育视频中的人体专业动作。针对此问题，使用视频图像序列中二维人体关节点特征，建立专业动作知识库来标注体育视频中的专业动作。采用动态规划算法比较视频之间的人体动作差异，并融入协同训练学习算法进行体育视频的半自动标注。以网球比赛视频为测试数据进行实验，结果表明，该算法的动作标注正确率达到81.4%，与现有算法的专业动作标注相比，提高了30.5%。
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计算机工程. 2014, 40(4): 258-261,268. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.050针对随机缺陷会降低多项目晶圆实际产出的问题，提出一种新的多项目晶圆布图规划算法。通过在布图规划中引入缺陷率模型的方法，增加芯片产量的裕量，降低因随机缺陷造成的产量损失。同时优化模拟退火流程，使得在布图尺寸约束条件下，布图规划过程能够跳出局部最优解陷阱。对工业实例进行布图规划的结果表明，该算法能够接受不满足布图尺寸约束条件的中间结果，从而遍历解空间，得到全局最优的布图，并且相对已有算法，使用相同数量晶圆进行切割时，算法的布图结果增加了137%的芯片产量的总裕量，同时，降低了25%的工作芯片所需要生产的晶圆数量。
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计算机工程. 2014, 40(4): 262-268. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.051全数字延时锁定环在现代超大规模系统芯片集成中具有重要的作用，用于解决时钟偏差和时钟生成问题。传统的全数字逐次逼近寄存器延时锁定环存在谐波锁定、死锁和锁定时间比理论时间长的问题。为此，通过改进逐次逼近寄存器的电路结构，采用可复位数控延时线，设计一种改进型宽范围全数字逐次逼近延时锁定环，以解决谐波锁定和死锁问题。基于中芯国际0.18 μm CMOS数字工艺，实现一个6位全数字逐次逼近寄存器延时锁定环。仿真结果表明，最长锁定时间为6个输入时钟周期，验证了所提方法的正确性。
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计算机工程. 2014, 40(4): 269-272,276. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.052在高效视频编码(HEVC)标准中，为降低编码单元和预测单元算法的计算复杂度，提出一种基于编码单元纹理和预测单元模式决策的快速帧内预测算法。通过统计编码单元的纹理复杂度，分析编码单元纹理的相关性，设定合理的纹理阈值，快速地决策当前编码单元的大小。改进预测单元模式决策算法，利用三步搜索方法，减少候选模式数量和帧内模式预测时间。算法结合了编码单元和预测单元的特点，仿真结果表明，与HEVC 参考软件HM8.0相比，在增加较少码率，降低较少峰值信噪比的情况下，该算法的编码时间平均缩减40.9%，降低了编码复杂度。
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计算机工程. 2014, 40(4): 273-276. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.053在协同过滤技术的实际应用中，提出一种数据迁移和聚类相结合的方法来解决新系统冷启动问题。采用斯皮尔曼秩相关公式度量用户之间的相似度，使用期望最大化聚类算法对原数据集用户进行聚类。对于不同的簇，选取平均打分最高的N个项目作为推荐内容，针对目标数据集的用户，计算用户所属的簇以及对簇的隶属度，按照隶属度比例给用户推荐其所属簇的推荐列表。与TAM算法和CF算法的实验对比结果表明，该算法在解决新系统冷启动问题方面有较好的效果。
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计算机工程. 2014, 40(4): 277-280,286. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.054现有的流统计信息主要侧重于流抽样而忽视全流统计。为此，提出一种使用优化设计的计数型Bloom过滤器流统计方法。针对计数型Bloom过滤器数据增长带来的计数器溢出和假阳性错误率增高的问题，分别设计动态统计和多个计数器协同统计的方案。概要化的存储结构可方便查询，而且其计数型Bloom过滤器简单的数据结构也易于硬件实现。实验结果表明，与传统哈希方法相比，计数型Bloom过滤器流统计方法的时间复杂度更低，可用于网络应用中的快速全流统计。
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计算机工程. 2014, 40(4): 281-286. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.055为满足嵌入式多核数控系统高速、高精的应用需求，针对现有多核通信延迟过高、通信数据量过小等不足，研究基于ARM与DSP双核架构嵌入式数控系统，设计并实现一种基于该数控系统平台的多核数据通信机制。该通信机制基于共享内存实现，包括硬件驱动实现、内存划分、通信同步、共享缓存池建立以及通信协议搭建等关键部分。针对双核间数据传输延迟和数据传输量 2个影响系统性能的重要参数开展实验测试，并于实际数控系统环境进行应用测试，结果表明，该通信方法可满足ARM与DSP双核架构的嵌入式数控系统2 MB数据通信量与20 ms通信延迟的性能需求。
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计算机工程. 2014, 40(4): 287-290,294. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.056为快速稳健地检测镜头边界，提出基于互信息量的镜头边界检测算法。采用基于HSV空间不均匀分块直方图求取的帧间互信息量作为视频帧间差异度量，结合相应的阈值策略与时域窗策略，实现对镜头的切变，以及常见渐变与计算机特效技术制作的镜头变换检测。对包括广告、综艺节目、新闻等多类视频数据进行实验，结果证明，该算法对切变检测的综合效果比经典基于直方图的双阈值法平均提高11.9%，渐变检测的综合效果平均提高7.6%，能有效减弱摄像机运动与光照变化对镜头检测的影响，对不同类型视频镜头检测效果稳定，具有较高的查全率与查准率。
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计算机工程. 2014, 40(4): 291-294. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.057复杂电力网络中存在的一些随机扰动可能带来大规模停电，给国民经济造成巨大损失。为此，根据复杂电力网络的非线性特性，设计一种新的非线性控制器，达到复杂电力网络的稳定控制目的。应用复杂网络控制理论，对电力网络的鲁棒控制进行研究，使用符号函数和绝对值函数设计一种新型的非线性反馈控制器，根据Lyapunov稳定性理论，证明该控制器能够有效地保证带有随机扰动的复杂电力网络的鲁棒控制。仿真实验采用Lorenz系统，结果表明，该网络结构满足无标度特性，在非线性控制器下能够有效地实现鲁棒同步。
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计算机工程. 2014, 40(4): 295-300,304. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.058运动估计是视频编码过程中最为复杂和耗时的阶段。为分析和优化其性能，从多个流行的开源视频编码器中提取出单独的运动估计算法模块，根据视频分辨率和视频内容的不同建立程序输入集，从而构成一套完整的测试程序集合。利用性能分析工具对算法性能和微体系结构性能进行量化分析，给出这些算法在当今主流处理器体系结构上的性能差异。实验结果表明，复杂视频和高分辨率视频下的运动估计算法耗时最长，且大部分算法的指令级并行性没有太大差异。算法最后一级高速缓存的缺失率和分支误预测率都较低，分别在0.01%和7%以下。
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计算机工程. 2014, 40(4): 301-304. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.059针对硬磁干扰和软磁干扰条件下的磁罗盘误差补偿问题，对传统的误差椭圆假设模型进行改进，提出一种基于椭圆旋转的磁传感器误差补偿算法。分析磁罗盘误差产生的因素，并建立椭圆旋转数学模型。采用非线性最小二乘拟合算法推导出误差补偿参数公式。利用Honeywell双轴磁阻传感器的测量值和椭圆旋转拟合的算法，对两轴磁传感器进行测试标定与误差补偿。实验结果表明，椭圆旋转算法能够有效补偿外部磁场产生的硬磁干扰和软磁干扰，与传统的椭圆模型补偿算法相比，该算法测得的航向角最大误差从2.0°减小到0.4°。
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计算机工程. 2014, 40(4): 305-308. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.060大规模的数据存取是制约数字信号处理器系统效率的主要因素之一。在传像光纤束成像系统中，为提高出端光纤束在光纤中心定位过程中数据存取的效率，提出DM642平台下的光纤中心定位优化方法。在存储器配置方面，设置二级储存器缓存与片内随机存储器的模式，预取部分片外数据到片内随机存储器。在数据传输方面，设计数据存储动态偏移量，自适应迭代，避免重复读入。实验结果表明，优化后的算法实现了光纤中心的定位，时间开销降低了1/4，提高了系统的运行效率。
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计算机工程. 2014, 40(4): 309-312. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.061LT码的BP译码算法复杂度较高，在译码时由于Tanner图短环的出现易产生震荡效应。为此，提出一种软比特域迭代译码算法。将双曲正切函数进行变换和量化处理，得到( 1,1)区间的软比特域，并将变量节点信息更新算法变换到软比特域中进行计算。为解决LT码中短环的存在导致某些变量节点的外信息出现震荡效应的问题，给出一种新的震荡判断准则，只有当变量节点在连续2次迭代时符号发生反转，且软比特域值均高于阈值时判定为出现震荡。仿真结果表明，简化软比特域震荡迭代译码算法约比传统BP算法降低75%的运算量，并在误码率性能上逼近BP算法。
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计算机工程. 2014, 40(4): 313-317. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.062在多通道余度系统的研究和应用中，同步问题是整个余度系统正确运行的基本保证。基于多交叉通道模型和同步时间的静态分配策略，提出动态时间容错方法。针对该方法，设计基于时间容错的动态表决控制算法，实现多通道系统中的动态同步。给出动态同步表决控制逻辑，用于控制表决时间并监测表决数据。理论分析和实验结果表明，时间容错的动态表决控制算法扩展了任务处理的时间窗口，与静态同步算法相比，可有效降低通道故障率，提高对瞬时干扰的抵御能力以及余度系统的可靠性。
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计算机工程. 2014, 40(4): 318-320. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.04.063针对中英文混合文本的匹配准确性及大规模数据文本的匹配效率等问题，基于经典的线索化完全哈希特里树算法，提出一种并行化的中英文混合多模式文本匹配算法。采用拆分文本降低多模式匹配算法的串行度，进而在拆分出的小文本上并行地执行文本匹配。通过并行化预处理过程，设计新的存储结构。实验结果表明，该算法在保证结果正确的前提下，执行效率高于经典的串行匹配算法，当数据规模达到226个字符时，可以获得8倍以上的加速比。
2024
第50卷 第10期
第50卷 第10期
(1975年创刊 月刊)
主管：中国电子科技集团公司
主办：华东计算技术研究所
上海市计算机学会
主编：江波
执行主编：胡冰
电话：021-67092217(费用/发票)
（稿件问题请直接联系栏目编辑） E-mail: ecice06@ecict.com.cn
国内刊号：CN 31-1289/TP
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