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: 2757 Clicked: 5087 Cited: 0 Commented: 0(p.185-199) <Full Text> <PPT> 1490

Chinese summary <32> 真实感渲染中的光子映射技术：研究现状和未来挑战

目的：全局光照是照片级真实感渲染的核心部分。光子映射算法用于计算全局照明中的焦散色溢等效果都有其明显优势。通过调查光子映射方法的实现和优缺点，为研究人员全面介绍光子映射方法，并指出该领域未来可能的研究方向，激励进一步研究，以解决现有方法的局限性。
主要内容：回顾了近二十年的光子映射技术的相关研究，按照光子映射方法的架构，将光子映射方法的改进分类为光辉估计、光子松弛、光子追踪、渐近光子映射和并行的方法等几个方面。针对每一类光子映射的改进算法，分析了主流方法的实现原理和主要优缺点。同时提出了光子映射算法优化的三个挑战：平滑表面、特征细节和空间占用。图3是针对不同的改进类型的方法特点总结其在三个挑战方面的总体表现，表2是文章中介绍的主流方法的总结。最后，文章针对各类型的光子映射方法改进，分析了他们进一步的改进的研究方向。

关键词组：全局光照；光子映射；光辉估计；光子追踪；光子松弛；渐近光子映射

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: 2626 Clicked: 7766 Cited: 0 Commented: 0(p.200-211) <Full Text> <PPT> 2001

Chinese summary <113> 基于影子障碍物模型的真实感人群转弯行为模拟

目的：在人群仿真领域中，对行人转弯行为的模拟有待深入研究。现有的模型(如Rojas等)采用预定义曲线的方法模拟行人转弯轨迹，模拟结果缺乏真实感，并不能体现出人群行为的多样性以及行人的心理特征。为了模拟更加具有真实感的人群转弯行为，本文考虑了行人在转弯时扩大视野的安全决策行为，提出了影子障碍物模型和一个完整的、有效的人群模拟框架。
创新点：提出影子障碍物模型，以模拟行人转弯时扩大视野的安全决策行为；提出了集成心理力和物理力的人群模拟框架。
方法：建立影子障碍物相关概念；以行人扩大视野为切入点，制定模拟转弯行为的相关规则，可以判断行人是否处于转弯状态以及如何获得最佳的速度方向。结合全局路径规划、局部行为模拟和物理模拟建立了人群仿真框架。利用该框架进行相关实验，验证模型的准确性和有效性。
结论：本文的模型可以较真实地模拟出行人转弯轨迹（图9）；与Rojas等人的模拟结果相比，本文的模型可以较好地刻画行人的心理特征和人群行为的多样性（图10、15）

关键词组：转弯行为；人群仿真；安全心理；基于规则的模型

Xiao-hu Ma, Meng Yang, Zhao Zhang

DOI: 10.1631/FITEE.1500255 Downloaded: 2091 Clicked: 5993 Cited: 0 Commented: 0(p.212-223) <Full Text> <PPT> 1810

Chinese summary <29> 局部不相关的局部判别嵌入人脸识别算法

目的：统计不相关是一种重要的性质，然而一些人脸识别算法常将这一性质忽略。统计不相关准则目的是使得特征线性不相关，消除提取的判别特征之间的冗余信息。已有的一些算法只是分别考虑数据集的全局统计不相关特征和数据集的局部的不相关特性。为解决这一问题，本文提出一种新的特征提取算法—局部不相关的局部判别嵌入算法（local uncorrelated local discriminant embedding，LULDE），该算法能同时考虑数据集中的同类和异类样本点的局部信息。
创新点：该算法有三点贡献：（1）提出了一种新的局部不相关准则，能同时利用数据集中的同类和异类样本点的局部信息；（2）重新构造局部判别嵌入算法中的本征图G和惩罚图G_P对应的邻接矩阵，使得算法比原有的局部判别嵌入算法具有更强的判别能力；（3）利用一种不同于PCA预处理的方式解决了“小样本”问题。
方法：首先，重新定义本征图的邻接矩阵W和惩罚图的邻接矩阵W_P。然后确定LULDE算法的目标函数。最后，通过求解特征值问题得到最优投影矩阵。
结论：在Yale，ORL，Extended Yale B和FERET四个常用人脸数据库上的大量实验结果表明了本算法的有效性。

关键词组：特征提取；局部判别嵌入；局部不相关准则；人脸识别

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: 4900 Clicked: 8853 Cited: 18 Commented: 0(p.224-236) <Full Text> <PPT> 1911

Chinese summary <31> 基于量子原胞自动机的纳米通信可逆低功耗奇偶生成器与奇偶校验器设计

目的：量子原胞自动机（QCA）是可逆计算领域的新兴方向。QCA可用于设计纳米级别的电路。在纳米通信领域，接收信号差错检测及校正是一个重要环节。同时，器件密度和功率耗散是纳米通信系统的关键问题。本文利用QCA的低器件密度和超低功耗特性，助力低功耗微纳级别可逆奇偶发生与校验器的设计。
创新点：基于QCA，第一次实现了使用费曼门的可逆低功耗奇偶生成器和奇偶校验器设计。
方法：基于本文提出的奇偶生成器和奇偶校验器电路，设计了一种纳米通信系统，并研究了传输中接收信号的差错检测。1.在QCA中设计可逆费曼门；2.在等量子成本的基础上，使用费曼门实现可逆奇偶生成与可逆奇偶校验电路；3.在相同量子成本和无用值的基础上，使用可逆奇偶生成器与校验器设计纳米通信系统；4.首次在QCA中实现可逆奇偶生成器、奇偶校验器与纳米通信电路；5.对可逆电路及其QCA布局进行量子成本分析；6.在面积、延迟和胞元计数等方面比对所述QCA费曼门与现有费曼门电路；7.估算所述设计的能量耗散；8.使用热随机性，观察输出胞元的极性，测量电路的可靠性。
结论：本文所提出的QCA费曼门在面积、原胞计数和延迟方面，超过了现有费曼门的指标水平。通过计算、比对传统可逆电路及其相应的QCA布局，证明QCA电路具有极低的量子成本。通过估计QCA电路的功率耗散，证明QCA微纳器件是可逆电路的可行平台。通过在热随机性下分析QCA电路的可靠性，证明所述电路的工作有效性。通过比对仿真结果与理论值，证明所述电路的精度。所述电路可以用于设计更为复杂的低功率微纳无损耗纳米通信系统（例如微纳发射器和微纳接收器）。

关键词组：量子原胞自动机(QCA)；奇偶生成器；奇偶校验器；费曼门；纳米通信；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: 2609 Clicked: 6677 Cited: 0 Commented: 0(p.237-249) <Full Text> <PPT> 1843

Chinese summary <100> 一种应用于区间2型模糊数环境下的群决策共识模型

目的：针对区间2型模糊数环境下的群决策问题，提出一种新的共识模型，同时针对决策者权重不一致情形，提出一种新的反馈机制。
创新点：提出了一种用于处理区间2型模糊数环境下的群决策问题的共识模型，充分发挥了2型模糊数表示信息的灵活性和广泛性。同时，在整个决策过程中考虑专家权重的影响，根据专家不同权重制定不同的反馈意见。
方法：首先，专家结合自身经验知识，利用区间2型模糊数对问题进行评价赋值。然后，通过计算不同的一致性指标来检测当前专家们的意见是否趋于一致。若是，则转入方案选型阶段；若不是，则转入反馈机制。反馈机制主要是对不同的专家给予一定的修改意见，以指导专家对自身偏好进行调整，提高整体意见的一致性。总的来说，专家自身权值越大，则其需要调整修改的偏好值越少；反之，专家自身权值越小，则其需要调整修改的偏好值越多（图2）。
结论：针对群决策问题，提出了用于处理2型区间模糊数环境下的共识模型，计算高效，结论可信。

关键词组：群决策；区间2型模糊集；反馈机制

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: 2455 Clicked: 5946 Cited: 0 Commented: 0(p.250-257) <Full Text> <PPT> 1813

Chinese summary <29> 基于改进Cholesky分解的快速核单形体体积分析端元提取算法

目的：端元提取是高光谱图像处理中的关键步骤。研究表明，核单形体增长算法（KNSGA）是一种较好的非线性端元提取算法。然而，该算法存在两个主要问题，限制了其性能。第一，随机初始化导致算法结果不稳定；第二，算法中反复计算单形体体积导致算法时间复杂度较高。本文针对这两个问题，提出改进算法，以提高算法稳定性并降低算法时间复杂度。
创新点：本文提出采用空间像元纯度指数（SPPI）来确定KNSGA算法中的初值，提高了算法的稳定性。此外，对于KNSGA中耗时的单形体体积计算，利用改进的Cholesky分解的思想，将求单形体体积最大值转化为寻找矩阵对角元素最大值，进而降低了算法的时间复杂度。
方法：SPPI越小，则像素的纯度越高，因此将具有最小SPPI的像素作为KNSGA的初始值。原始的KNSGA提取端元的过程是循环计算单形体体积值，即每增加一个端元则计算一次端元构成的单形体体积值，直至找到所有端元为止；利用改进的Choelsky分解的快速实现算法，只需在所有端元都找到之后进行一次单形体体积计算。改进后的算法简化了算法的运算复杂度，加快了算法的实现过程。
结论：本文研究针对KNSGA的改进加速算法，利用SPPI解决初值问题，利用Cholesky分解降低计算时间复杂度。实验结果表明，提出的改进算法在算法稳定性和效率上相比原算法都有一定程度提高。

关键词组：端元提取；改进的Cholesky分解；空间像元纯度指数；单形体增长算法；核单形体增长算法

Design and simulation of a standing wave oscillator based PLL

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

DOI: 10.1631/FITEE.1500210 Downloaded: 2595 Clicked: 6008 Cited: 1 Commented: 0(p.258-264) <Full Text> <PPT> 1799

Chinese summary <26> 基于驻波振荡器的PLL设计与仿真

目的：基于标准CMOS工艺实现频率可调节驻波振荡器结构，研究该结构在高性能微处理器中的应用方式并实现基于该结构的PLL设计。
创新点：分析了反型MOS管可变电容在驻波振荡器中不同分布方式对频率调节范围和功耗的影响，根据分析结果设计了基于频率可调节驻波振荡器的PLL。该PLL不仅实现了50%的时钟调节范围，而且可以作为时钟分布网络直接应用于多核处理器结构中。
方法：首先分析了不同阈值对反型MOS管可变电容的影响（图3），提出了基于该可变电容结构的两类驻波振荡器频率调节方式（图4），通过仿真对比分析了两者频率调节和功耗的差异（图5、6）。然后基于分析结果设计了基于频率可调节驻波振荡器的PLL（图7），分析了该PLL的频率锁定过程（图9）。最后分析了该PLL在高性能微处理器设计中的应用方式（图11）。
结论：采用反型MOS管可变电容可实现频率可调节驻波振荡器结构，基于该驻波振荡器可以设计频率调节范围达到50%的PLL，满足高性能微处理器对时钟的要求。

关键词组：驻波振荡器；时钟分布；可变电容；变抗器

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: 2472 Clicked: 6105 Cited: 1 Commented: 0(p.265-280) <Full Text> <PPT> 2197

Chinese summary <28> 多用户对双向中继系统自适应稳健波束成形

目的：在宽带多用户对双向中继系统中，中继的波束成形性能与信道状态信息（channel state information，CSI）的准确性密切相关。CSI的准确性取决于多普勒扩展、信道估计反馈时延、导频符号数目和发射功率等因素。本文将Gaussian-Markov信道估计误差模型系数建模为反馈时延、多普勒扩展和信噪比的联合函数。在估计出的实时CSI误差系数基础上，设计一种基于最大化信干噪比和最大化信泄噪比准则的自适应稳健波束成形算法。该算法能实时跟踪无线信道CSI估计误差的变化，提高系统的和速率和误码性能。
创新点：建模Gaussian-Markov误差模型中的信道估计误差系数为反馈时延、多普勒扩展和信噪比的联合函数。在此基础上，构建一种基于最大化信干噪比和最大化信泄噪比准则的自适应稳健波束成形算法。
方法：首先，根据Gaussian-Markov信道估计误差模型，利用统计理论，设计一种不完全信道状态信息下基于最大化信干噪比和最大化信泄噪比准则的波束成形算法。然后，将信道估计误差模型系数建模为反馈时延、多普勒扩展和信噪比的联合函数。通过实时估计CSI时延和信道估计器引起的误差系数，实时设计匹配于信道变化的稳健波束成形器。最后，通过仿真结果验证该算法的正确性、稳健性和自适应性。
结论：仿真表明：提出的自适应稳健波束成形算法误码率性能明显优于现有的非自适应算法，并且随着导频符号数目的增加，该算法的性能会逐渐趋于理想CSI条件下的性能。

关键词组：多用户对双向中继；自适应稳健波束成形；信道状态信息；最大化信干噪比；最大化信泄噪比