基于可逆函数复杂性的正反控制门可逆网络综合

提出了基于可逆函数复杂性的正反控制(PNC, Positive/Negative ControD门可逆网络综合方法。该方法根据可逆函数的输出排列,逐次交换输出向量,在交换过程中减少函数的复杂性,直至复杂性为零。每一次向量的交换对应一个独立的PNC门。利用该方法综合部分可逆函数,并将实验结果与国际上代表性文献采用的实验用例进行比较。结果表明,构造的可逆网络在可逆门数上有一定程度的改善。     

基于正反控制门的可逆网络化简

提出并证明正反控制(PNC)门级联电路中的合并、移动和分解规则,利用此规则给出基于PNC门的可逆网络的化简算法。根据移动规则对门序列进行正向和反向双向扫描,寻找符合化简条件的两门,直到可逆网络不发生变化为止。所有3变量可逆函数上的实验结果表明,该算法能减少PNC门级联网络的门数和控制位数,降低可逆网络的代价。     

基于带权有向图的可逆逻辑综合改进算法

为减少可逆逻辑综合中使用的可逆门,通过对基于带权有向图的可逆逻辑综合算法的分析,针对函数转换过程中过渡门数较多及电路优化算法简单的问题,提出了有效的等复杂度基本输出变换的概念,扩充并证明了Toffoli门序列的移动和化简规则,给出了改进的基于带权有向图的可逆逻辑综合算法。实验结果表明,该算法不仅减少了可逆电路构成时所使用的可逆门,而且对构建的可逆电路实现了有效化简,大幅度减少了门数和控制位数,降低了可逆电路代价。     

基于规则的可逆Toffoli电路优化算法

可逆电路的优化是可逆逻辑综合的关键问题之一.为了解决可逆Toffoli电路优化问题中算法复杂度高和电路规模可扩充性差的问题,分析归纳了相邻Toffoli门的关系,提出并证明了可逆Toffoli电路中子序列的移动和化简规则,并基于这些规则给出了可逆Toffoli电路的优化算法.根据移动规则对可逆电路进行正向和反向扫描,寻找满足化简规则的子序列进行优化,直到可逆电路不发生变化为止.该优化算法与可逆电路的输入线数无关,无需存储额外信息,适用于各种不同类型的Toffoli电路合成方法,算法复杂度为O(s3),优于通常使用的模板优化的复杂度O(n!t2s3).在具体实例和国际认可的所有3变量可逆函数上的验证结果表明,该优化算法能有效地减少可逆电路的门数和控制位数,降低可逆电路的代价.     

基于正反控制门的可逆逻辑综合

提出一种基于正反控制(PNC)门可逆网络的级联算法,为3位输入/输出函数设计相应的模板,给出级联网络的约简算法。实验结果表明,与Toffoli门级联成的网络相比,使用PNC门的可逆网络中门的数量较少,在降低网络代价方面具有一定优势。     

基于关联选择的可逆逻辑综合算法

可逆逻辑综合是可逆计算的重要内容,为了解决可逆逻辑综合中可逆电路构造和优化问题,提出一种基于关联选择的可逆逻辑综合算法及相应的优化算法.将可逆函数用真值表表示,按真值表从上往下的顺序综合,并若干相关联变量作为综合的目标位,分别计算相对混乱度和绝对混乱度,以最小混乱度原则选取可逆逻辑门.该算法及其优化算法的时间复杂度为O(n2×2n),空间复杂度为O(n×2n),优于最佳算法的空间复杂度O(2n!).通过C++语言实现对3变量全部函数及部分4变量函数的综合,并与其他可逆逻辑综合算法的结果及benchmark范例比较,结果表明平均门数均具有一定优势.     

可逆编程语言R-JAVA及其语言处理系统的设计

为了给基于可逆逻辑综合、可逆电路技术的可逆硬件平台设计可逆软件系统,提出基于JDK的可逆编程语言RJAVA.首先总结可逆编程语言的设计原则,然后为可逆语言R-JAVA设计文法规则和语言处理系统,其语言处理系统提取源程序中的可逆代码段并将其翻译成分别对应正反语义的等价JAVA代码,再将翻译后的JAVA代码交由JDK解释执行.最后通过示例程序表明R-JAVA源程序中的可逆函数既可正向运行,又可反向运行,从软件层次上实现了可逆计算.     

基于汉明距离递减变换的可逆逻辑综合算法

可逆逻辑综合是指对给定的可逆函数自动构造对应的可逆逻辑电路.现有的可逆逻辑综合算法虽然通过后期优化能够得到近似最优解,但是都存在生成的原始电路门数较多的问题,增加了后期优化工作的难度.文中提出一种基于真值表异位数计算的综合方法,根据异位数判定是否需增加逻辑非门达到减少输入和输出向量的汉明距离,从而实现边计算边简化函数,最后采用汉明距离递减变换的方法生成最终的电路.通过实验表明,相比于其他的综合算法,该算法得到的原始电路更接近于最优解或近似最优解,很大程度上减少了算法后续的优化工作量.     

结合因式分解与布尔表达式图的可逆电路综合方法

为降低由布尔表达式图(BED)综合所得可逆电路的成本,提出一种将因式分解与BED表示模型相结合的可逆电路综合方法.给定布尔函数的积之异或和(ESOP)覆盖,首先由ESOP立方体的共享零抑制多输出决策图表示借助代数除法对立方体实施因式分解,并在此基础上构建BED;然后将BED结点映射为可逆门级联.对基准函数的可逆电路综合结果表明,该方法具有较高的时间效率.与现有将有向无环图作为函数表示模型的综合方法相比,该方法在许多情况下能降低综合所得可逆电路的量子成本和量子位数.从平均角度看,与结合变量分组和BED表示模型的综合方法相比,该方法可将量子成本和量子位数分别降低5.01％和5.47％.     

基于Hash表的量子可逆逻辑电路综合的快速算法

量子可逆逻辑电路是构建量子计算机的基本单元,通过量子门的级联与组合构成量子计算机,量子可逆逻辑电路的综合就是根据电路功能,以较小的量子代价自动构造量子可逆逻辑电路.结合可逆逻辑电路综合的多种算法,提出了一种新颖高效的量子电路综合算法,巧妙构造最小完备的Hash函数,可使用多种量子门,采用任意量子代价标准,以极高的效率生成最优的量子可逆逻辑电路.为实现量子电路综合的自动化,首次提出了利用量子线的置换自动构造各种量子门库的通用算法.采用国际同行认可的3变量可逆函数测试标准,该算法不仅能够生成全部最优电路.而且运行速度远远超过其他算法·实验结果表明,该算法按最小长度、最小代价标准综合电路的平均速度分别是目前最好结果的49.15倍、365.13倍.     

结合层次结构和直方图平移的无损数据隐藏

针对现有基于差值直方图方法利用原始图像结构关系上的不足,提出了一种基于层次结构和差值直方图平移的无损数据隐藏方法RDH-HSDHS。RDH-HSDHS利用原始图像数据块中像素的差值形成直方图,充分利用图像中相邻像素间的相关性嵌入数据,为了进一步利用数据块中的参考像素进行数据嵌入,将参考像素组成新的图像进行下一层水印嵌入,直到当前层的嵌入容量小于解码所需的附加信息的长度或隐秘图像质量小于给定阈值。实验仿真结果表明,RDH-HSDHS能较好利用原始图像的全局和局部特性,在嵌入容量和隐秘图像质量之间达到较好的折中,在隐秘图像质量超过30 dB的同时,嵌入容量大于0.75 bit/pixel。另外,与相似方法的性能比较证明了提出方法的优势。该方法能有效应用于高质量需求的图像载体中进行信息隐藏。     

可变车道行驶方向的动态控制方法研究

针对大城市道路双向交通需求不均衡的潮汐交通问题,提出一种根据双向交通运行状态动态控制可变车道行驶方向的交通控制方法.利用可变车道路段双向饱和度分析道路交通运行状态,以此划分为5种交通状态,建立各种交通状态下对应的车道行驶方向优化模型,并使用枚举法对模型求解,最后应用微观仿真软件进行案例分析.结果表明:与传统的定时控制模式相比,本文提出的动态控制方法能够更好地减少潮汐路段的车辆平均延误和提高车辆通行效率,有效缓解潮汐交通需求条件下的道路交通拥堵现状.     

量子可逆逻辑综合的关键技术及其算法

最优化量子可逆逻辑的关键在于用最小的量子代价自动构造量子可逆逻辑.为了提高可逆逻辑自动生成与优化的效率,提出了类模板技术和一种快速算法.模板技术是一个有效的优化工具,类模板技术可以显著提高模板技术的匹配效率;R-M算法是可逆逻辑综合的一种较好的迭代方法,基于R-M算法的原始思想,构造了一个Hash函数,并在此基础上提出了一种可逆逻辑综合的快速算法.实验结果表明,在同等实验环境下使用类模板技术与快速算法,其优化的效果与效率远远优于已知的其他算法.     

Computation in reversible cellular automata

A reversible cellular automaton (RCA) is a subclass of a CA such that its global function is injective. It is considered as an abstract spatiotemporal model of a reversible physical system. In spite of the strong constraint of reversibility, an RCA has a high ability of information processing. In this survey, we overview the past studies on RCAs, and discuss how computing is performed in them. We can see even very simple RCAs have computation-universality.     

Optimization of Quantum Cost for Low Energy Reversible Signed/Unsigned Multiplier Using Urdhva-Tiryakbhyam Sutra

One of the elementary operations in computing systems is multiplication. Therefore, high-speed and low-power multipliers design is mandatory for efficient computing systems. In designing low-energy dissipation circuits, reversible logic is more efficient than irreversible logic circuits but at the cost of higher complexity. This paper introduces an efficient signed/unsigned 4 × 4 reversible Vedic multiplier with minimum quantum cost. The Vedic multiplier is considered fast as it generates all partial product and their sum in one step. This paper proposes two reversible Vedic multipliers with optimized quantum cost and garbage output. First, the unsigned Vedic multiplier is designed based on the Urdhava Tiryakbhyam (UT) Sutra. This multiplier consists of bitwise multiplication and adder compressors. Compared with Vedic multipliers in the literature, the proposed design has a quantum cost of 111 with a reduction of 94% compared to the previous design. It has a garbage output of 30 with optimization of the best-compared design. Second, the proposed unsigned multiplier is expanded to allow the multiplication of signed numbers as well as unsigned numbers. Two signed Vedic multipliers are presented with the aim of obtaining more optimization in performance parameters. DesignI has separate binary two’s complement (B2C) and MUX circuits, while DesignII combines binary two’s complement and MUX circuits in one circuit. DesignI shows the lowest quantum cost, 231, regarding state-of-the-art. DesignII has a quantum cost of 199, reducing to 86.14% of DesignI. The functionality of the proposed multiplier is simulated and verified using XILINX ISE 14.2.     

基于直方图修改的图像可逆信息隐藏算法

提出了一种基于直方图修改的可逆信息隐藏算法,并给出了算法的详细实现方案.该算法利用了图像直方图中的一组零点(或者是最小点)和最大值点,通过修改图像像素的灰度值来隐藏信息,利用直方图隐藏信息的一般算法是利用每一个最大点隐藏一位信息,而提出的算法是利用每一个最大点进行多位信息隐藏,其位数可以根据原图像和隐藏信息后的峰值信噪比进行自适应确定,实验结果表明,该方法不仅可以进行较大容量的信息隐藏,而且相对原始图像能够达到满意的峰值信噪比,具有良好的性能.     

基于扫描D触发器的可逆电路测试综合方法

为了实现可逆逻辑电路的可测性设计,充分利用可逆逻辑电路中存在的输出引脚,提出一种可逆逻辑电路测试综合方法.通过定义可逆逻辑门的可观性值和可控性值的计算方法,对可逆逻辑电路的可测性进行建模;通过插入观察点,制定了可逆组合逻辑电路可测性实现方案;通过对现有的D触发器进行改造并构建全新的扫描D触发器,制定了可逆时序电路的可测性逻辑实现方案;最后分析了扫描D触发器的工作特点,规范了测试步骤,建立一种可逆逻辑电路的测试综合方法.实验结果表明,与现有方法相比,文中方法插入观察点代价平均增加不到1%,但电路的可观性平均能得到24%的改善.     

基于线性空间隐藏模型的可逆图像水印算法

提出一种基于线性空间隐藏模型的可逆图像水印算法.通 过对原始图像载体互不重叠的划分形成图像块序列,对其进行整数小波变换,获取待嵌水印子带.根据0/1水印序列和线性空间隐藏模型,将水印不可感知地嵌入到图像的小波域中,提高水印鲁棒性和不可见性. 只需判断奇偶性提取水印,并且通过简单逆向平移恢复原始.线性空间隐藏模型的提出实现了水印间相互独立,从而 使该算法能扩展到多著作权的无损水印领域.投票原则的使用又进一步提高水印的 鲁棒性和降低了误检率.在无外界干扰的条件下,拥有密 钥和其他秘密参数的用户能够无损恢复原始图像.仿真实验表明,与相关工作比较该算 法能应对一定程度的有损压缩和高斯噪声攻击,表现出 较高的鲁棒性、安全性和不可见性.