基于DHT快速插值并行算模的研究

文中所研究的这种快速插值并行算模，是一种基于DHT（Discrete Hartley Transform）的流水型模块式（即把若干个插值模块形序列全部变换为一条“流水线长龙状”序列）算模。这种算模的计算过程既不需要数据记录设施，亦不需要缓冲暂存环节，而且插值运算时间的复杂性同插值模块因子的复杂性独立无关。这种快速插值并行算模的每个计算周期持续时间相当于执行一个累积运算（加法运算和乘法运算）时间，运算简便迅速，因此对于实施高速计算应用非常有用。     

一种基于DHT的实数插值并行新算法

提出了实数插值并行算法:采用一种高效优化的1-D插值替代经典公式插值,实现2-D插值,使得运算简便迅速,其计算模式类似于“流水“运行,不需要数据记录和数据暂存设施;而且插值运算时间的复杂性同插值单元因子的复杂性互不相关;每个插值计算周期持续时间相当于执行一个相应的加法运算和乘法运算时间;这为实现高速计算、存储共享的并行处理硬件设施提供了设计依据。     

并行设计的高性能随机椭圆曲线加密协处理器

为加速椭圆曲线加密的运算,本文提出了一种新的并行设计的椭圆曲线加密处理器结构。该处理器采用的模运算单元的特点是含有两个模乘、一个模加和一个模平方模块。两个模乘可以并行运算,而且在模乘运算的同时可并行完成模加或模平方的运算。Xilinx公司的VirtexE XCV2600 FPGA硬件实现结果表明,完成有限域GF(2163)上任意椭圆曲线上的一次标量乘的全部运算只需3064个时钟,时间消耗为31.17μs,资源消耗为3994个寄存器和15527个查找表,适合高性能椭圆曲线加密应用的要求。     

关于Vandermonde矩阵的串行与并行复杂性

为n+1阶Vandermonde矩阵,简称V阵。 本文首先给出求解相应线性代数方程组(简称V型方程组)的递推算法。算术运算总次数为O(n~2)级,接着进一步利用快速插值算法导出求V阵逆的O(n~2)算法,并分析了这两种算法的并行时间复杂性。     

RSA密码系统有效实现算法

大整数模幂乘运算一直是制约RSA广泛应用的瓶颈,在对传统算法剖析的基础上,提出了一种新的快速模乘算法,借鉴生成Wallace tree的思想,结合查找表和并行乘法运算进行RSA模幂运算。理论分析和试验证明新算法时间复杂度降低到O(logn)。     

基于TBB的Hough变换并行检测直线

Hough变换存在着运算时间长的缺点,用了并行处理这种解决海量数据计算的有效方法来减少其运行时间。该文主要研究了:利用TBB(Threading Building Blocks)这种线程构建模块在多核机上对Hough变换中可并行的部分进行并行化;实验表明这种方法对Hough变换的并行化都有很好的加速效果。     

一种新的RSA的快速算法

传统的算法是对指数m二进制化后进行重复平方运算。文章给出一种新的RSA的快速算法，结合模n和底数a对指数m动态地取最优的幂后进行模幂乘运算，时间复杂性分析表明新算法可以减少加密和解密的计算量。     

模2n加的异或差分概率的快速计算方法

分析模2n加变换的异或差分概率计算算法的计算复杂性,利用以空间换时间的思想,将该算法中的矩阵乘积运算预先计算并予以存储,从而以查表运算替代多个矩阵乘积运算等方法对模2n加变换的异或差分概率计算算法进行改进,改进后算法的计算复杂性小于现有方法计算复杂性的7.7%。     

公开密钥算法芯片的设计与实现

以RSA算法为例,探讨公钥密码处理芯片的设计与优化。首先提出公钥密码芯片实现中的核心问题,即大整数模幂运算算法和大整数模乘运算算法的实现;然后针对RSA算法,提出Montgomery模乘算法的CIOS方法的一种新的快速硬件并行实现方法,其中采用加法与乘法并行运算以及多级流水线技术以提高性能,较大地减少乘法运算时间,显著提高模乘器的运算性能。     

一种新的快速RSA算法

素性检测和模乘运算一直是制约RSA广泛应用的瓶颈,在对传统算法剖析的基础上,提出一种新的快速RSA算法。改进Miller-Rabin素性检测算法,借鉴生成Wallacetree的思想,结合映射表和并行乘法运算改进模乘运算。理论分析和试验证明新的Miller-Rabin算法素性检测概率远远大于（1—1／2（1／4”））,时问复杂度降低到O（n）,新的模乘算法时间复杂度降低到O（logn）。最后,结合RSA算法的安全性用Delphi实现该算法。     

样条插值算法在耦合地球系统模式中的应用

为满足耦合地球系统模式应用的需求, 提出了一种二维样条插值算法, 并将其有效地实现成插值模块封装进地球系统建模框架（earth system modeling framework, ESMF）。该算法基于经典样条算法, 根据地球系统模式特点进行修改, 用两次一维插值扩张成二维插值, 引入极点区域外插处理, 将插值权重生成与插值结果计算两部分分离。实验结果表明, 该算法能获得高精度的插值结果, 模块化的设计使得用户可通过统一的接口来使用插值算法从而完成插值计算。     

基于Hermite插值的视频图像分辨率匹配电路设计

目前常用的图像分辨率匹配算法,存在着缩放效果模糊或硬件消耗过大等问题。综合缩放效果和电路消耗考虑,提出了一种基于三次Hermite插值算法的图像分辨率匹配电路。以基于数字差分分析算法的模块控制插值源像素的选取,以Hermite算法为内核完成插值系数的计算,相对双三次插值算法,保证了较小的硬件消耗。通过均方差、峰值信噪比、灰度梯度模值和傅里叶频谱对Hermite插值算法缩放效果与其余算法缩放效果进行定量分析,表明三次Hermite插值算法比双线性插值算法具有更好的缩放效果。同时通过电路综合结果,表明该电路相对基于双三次插值的电路,硬件消耗更小。     

基于列并行采样CIS的片上ISP颜色插补算法

对单片CMOS图像传感器中的数字图像处理系统(ISP)开展研究,提出一种基于列并行采样模式的实时颜色插补方法和ISP系统架构,以减小片上数据缓冲区,同时保证插补模块的实时性.结合列并行采样的特点对基于光谱相关和空间相关的方法进行修正,保证图像获取部分和处理处理部分紧密结合;使用G通道进行场景光强评价,将自动积分时间调整和插补模块组合实现,有效降低面积和功耗.仿真结果证明该方法的有效性和实时性.     

基于改进的经验模态方法脑电信号分解

针对经验模态分解 (empirical mode decomposition, EMD)过程中存在的包络拟合问题,提出了一种消减欠冲现象的改进算法。该算法通过引入“伪极值点”,增加了极值点的数目,构成了新的极值序列,然后利用新的极值序列插值拟合得到新的包络线。最后通过仿真实验对比本文算法和经典拟合算法包络拟合产生的欠冲点数目。实验结果显示,与经典拟合算法相比,改进的算法产生的欠冲点数目减少了大约77.5%。实验结果表明,此算法可以有效地消减欠冲点的数目,拟合出的包络线更加贴近原始信号,拥有更好的平滑性。     

一种3维动画中间帧非线性插值算法

关键帧动画是3维动画制作的常用模式，中间帧插值又是关键帧动画中最为繁琐的环节。提出了一种针对无骨架3维网格模型的非线性插值算法，用于对网格模型的关键帧姿态进行插补，自动生成中间帧动画序列。该算法首先计算动画角色的网格模型各三角片在相邻关键帧中的仿射变换，并据此生成变形梯度向量，作为3维网格模型的形变信息，这种表示形式体现了变形过程中网格顶点之间的局部互相关关系。随后将各仿射变换分解为旋转成分与拉伸缩放成分，对拉伸缩放成分进行线性插值，而对旋转成分采用四元数插值算法进行非线性插值，合成中间帧姿态的变形梯度向量，并据此计算出中间帧网格模型。当相邻关键帧姿态存在较大差异时，该算法也能快速生成平稳而生动的中间帧动画，可有效减少关键帧的数量，提高动画制作效率。     

基于滑模控制的改进差分进化算法

针对机器人轨迹规划问题,提出了一种基于滑模控制的改进差分进化（IDE）算法.以运行时间和能量损耗为目标函数.利用种群中最好个体和平均水平个体的差分引导变异方向,利用种群中最好个体替换最差个体,加快收敛速度.取消变异因子和交叉因子,降低人工干预,增强了模型稳定性.利用保形分段三次Hermite插值代替三次样条插值,防止拟合过冲,降低了抖振.基于给出的状态空间方程,设计了滑模控制律,通过李亚普诺夫函数方法证明了系统的稳定性.仿真实验和结果分析表明,改进的算法有较强的搜索能力,加快了收敛速度,降低了运动轨迹的抖振.     

基于MPI的并行Kriging空间降水插值

为减少空间降水插值的计算时间,以MPI并行接口为技术手段,采用数据划分建模方法,实现改进Kriging算法的并行算法.在Linux操作系统上搭建并行计算环境,试验数据表明,该并行算法能有效节省计算时间并具有良好的加速比、并行效率和扩展性.为Kriging插值算法的并行化实现和应用提供有意义的参考.     

基于磁共振影像层间插值的超分辨率及多视角融合

针对磁共振（MR）图像切片内分辨率高而切片间分辨率低,导致MR在冠状面和矢状面上缺乏医学诊断意义的问题,提出了一种基于层间插值及多视角融合网络的医学图像处理算法。首先,引入了层间插值模块,用来将MR体数据沿冠状和矢状方向从三维数据切割成二维图像;然后,在分别对冠状面和矢状面进行特征提取之后,通过空间矩阵滤波器动态计算权重用于任意大小的上采样因子放大图像;最后,将冠状图和矢状图在层间插值模块中得到的结果聚合成三维数据后再次沿轴状方向切割成二维图像,对得到的二维图像两两进行融合并通过轴状方向数据进行修正。实验结果表明,所提算法相较于其他超分辨率算法在×2、×3、×4尺度下的峰值信噪比（PSNR）均有1 dB左右的提升,可见所提算法有效提升了图像的重建质量。     

基于SOPC的高精度超声波温度计设计

根据在介质中超声波的传播速度随温度变化而变化的特点为设计原理,以基于Nios II处理器软核的可编程系统级芯片(SOPC)为控制核心,设计了高精度超声波温度计。在SOPC上同时实现了高频信号发生器模块、高速信号电路控制模块、信号自动采集控制模块以及Nios II软核处理器模块,缩小了体积,并降低了成本。传播时间的精确测量采用软件细分插补算法,经过理论分析和实验验证,该方法能够达到ns级超声波传播时间的测量,使设计的超声波温度计能够实现分辨率优于0.001℃的温度测量。     

基于极限动态规划算法的微电网一体化调度与控制

随着电力电子技术的发展,微电网已成为分布式发电的必然趋势.传统的多时间尺度控制策略之间的配合使用已经很难同时满足高品质频率稳定控制和经济调度的要求.为解决此问题,本文提出极限动态规划算法.所提算法以自适应动态规划算法为框架,以极限学习机作为其评价模块、模型模块、执行模块、预测模块的内核.基于所提算法的微电网一体化调控控制器能替代传统模式下"下垂控制+自动发电控制+经济调度"多时间尺度控制组合策略.最后,为验证所提算法的有效性,在5个节点的微电网模型进行仿真,结果验证了所提极限动态规划算法的可行性和有效性.