2007年 第33卷 第12期
2007, 33(12): 1233-1241.
doi: 10.1360/aas-007-1233
摘要:
简要回顾了视频转码技术的研究发展状况, 系统地归纳了各种转码方法, 分析了相关的转码算法的特点. 针对最新压缩标准 H.264 的出现, 文中特别介绍总结了最新出现的转码方面的研究成果. 最后, 分析了转码研究未来的发展和可能存在的难点和问题.
简要回顾了视频转码技术的研究发展状况, 系统地归纳了各种转码方法, 分析了相关的转码算法的特点. 针对最新压缩标准 H.264 的出现, 文中特别介绍总结了最新出现的转码方面的研究成果. 最后, 分析了转码研究未来的发展和可能存在的难点和问题.
2007, 33(12): 1242-1246.
doi: 10.1360/aas-007-1242
摘要:
适合处理大类数的仿射传播聚类有两个尚未解决的问题: 一是很难确定偏向参数取何值能够使算法产生最优的聚类结果; 另一个是当震荡发生后算法不能自动消除震荡并收敛. 为了解决这两个问题, 提出了自适应仿射传播聚类方法, 具体技术包括: 自适应扫描偏向参数空间来搜索聚类个数空间以寻找最优聚类结果、自适应调整阻尼因子来消除震荡以及当调整阻尼因子方法失效时的自适应逃离震荡技术. 与原算法相比, 自适应仿射传播聚类方法性能更优, 能够自动消除震荡和寻找最优聚类结果. 对模拟和真实数据集的实验结果表明, 自适应仿射传播聚类方法十分有效, 其聚类质量优于或不低于原算法.
适合处理大类数的仿射传播聚类有两个尚未解决的问题: 一是很难确定偏向参数取何值能够使算法产生最优的聚类结果; 另一个是当震荡发生后算法不能自动消除震荡并收敛. 为了解决这两个问题, 提出了自适应仿射传播聚类方法, 具体技术包括: 自适应扫描偏向参数空间来搜索聚类个数空间以寻找最优聚类结果、自适应调整阻尼因子来消除震荡以及当调整阻尼因子方法失效时的自适应逃离震荡技术. 与原算法相比, 自适应仿射传播聚类方法性能更优, 能够自动消除震荡和寻找最优聚类结果. 对模拟和真实数据集的实验结果表明, 自适应仿射传播聚类方法十分有效, 其聚类质量优于或不低于原算法.
2007, 33(12): 1247-1251.
doi: 10.1360/aas-007-1247
摘要:
训练集中通常含有大量相似的样本, 会增加网络的训练时间并影响学习效果. 针对这一问题, 本文将最近邻法 (Nearest neighbor, NN) 简单快捷和神经网络高精度的特点相结合, 提出了一种基于最近邻规则的神经网络训练样本选择方法. 该方法考虑到训练样本对于神经网络性能的重要影响, 利用改进的最近邻规则选择最具有代表性的样本作为 神经网络的训练集. 实验结果表明, 所提出的方法能够有效去除训练集中的冗余信息, 以少量的样本获得更高的识别率, 减少网络的训练时间, 增强网络的泛化能力.
训练集中通常含有大量相似的样本, 会增加网络的训练时间并影响学习效果. 针对这一问题, 本文将最近邻法 (Nearest neighbor, NN) 简单快捷和神经网络高精度的特点相结合, 提出了一种基于最近邻规则的神经网络训练样本选择方法. 该方法考虑到训练样本对于神经网络性能的重要影响, 利用改进的最近邻规则选择最具有代表性的样本作为 神经网络的训练集. 实验结果表明, 所提出的方法能够有效去除训练集中的冗余信息, 以少量的样本获得更高的识别率, 减少网络的训练时间, 增强网络的泛化能力.
2007, 33(12): 1252-1258.
doi: 10.1360/aas-007-1252
摘要:
视频目标分割是视频监视与视频目标跟踪、视频目标识别以及视频编辑的基础. 本文提出了一种基于隐条件随机场 (Hidden conditional random fields, HCRF) 的自适应视频分割算法, 利用 HCRF 模型对视频序列中的时空邻域关系建模. 使用在线学习的方式对相应的参数进行调整, 实现对时空邻域约束关系的权重调整, 提高视频目标分割细节上的效果. 大量的数据测试表明, 与高斯混合模型 (Gaussian mixture model, GMM) 和联合时空的马尔可夫随机场 (Markov random fields, MRF) 等算法相比, 该算法的分割错误率分别降低了23\%和19\%.
视频目标分割是视频监视与视频目标跟踪、视频目标识别以及视频编辑的基础. 本文提出了一种基于隐条件随机场 (Hidden conditional random fields, HCRF) 的自适应视频分割算法, 利用 HCRF 模型对视频序列中的时空邻域关系建模. 使用在线学习的方式对相应的参数进行调整, 实现对时空邻域约束关系的权重调整, 提高视频目标分割细节上的效果. 大量的数据测试表明, 与高斯混合模型 (Gaussian mixture model, GMM) 和联合时空的马尔可夫随机场 (Markov random fields, MRF) 等算法相比, 该算法的分割错误率分别降低了23\%和19\%.
2007, 33(12): 1259-1262.
doi: 10.1360/aas-007-1259
摘要:
为了快速的分割和去噪, 经典的 Mumford-Shah 模型需要增强惩罚项的作用, 即增大惩罚项系数, 但是将使目标逐渐的消失. 本文工作提出一个改进的 Mumford-Shah 模型避免了如此现象, 并结合逐段常数水平集方法和梯度下降法求解极小化问题. 并用仿真实验证明了新模型和运算的有效性.
为了快速的分割和去噪, 经典的 Mumford-Shah 模型需要增强惩罚项的作用, 即增大惩罚项系数, 但是将使目标逐渐的消失. 本文工作提出一个改进的 Mumford-Shah 模型避免了如此现象, 并结合逐段常数水平集方法和梯度下降法求解极小化问题. 并用仿真实验证明了新模型和运算的有效性.
2007, 33(12): 1263-1268.
doi: 10.1360/aas-007-1263
摘要:
分析了粒子群优化算法 (PSO) 的全局收敛性. 在已有文献的假设前提下和随机系统理论基础上, 对 PSO 进行算法分析推导, 给出了其动力学系统依均方收敛的一个充分条件, 从而有效地避免了已有文献基于线性时变离散系统研究 PSO 收敛性的不足. 通过对所得的粒子运行轨迹图和已有文献相比较, 得到了更好的结果和判据. 通过仿真实验分析研究, 验证了该结论的有效性.
分析了粒子群优化算法 (PSO) 的全局收敛性. 在已有文献的假设前提下和随机系统理论基础上, 对 PSO 进行算法分析推导, 给出了其动力学系统依均方收敛的一个充分条件, 从而有效地避免了已有文献基于线性时变离散系统研究 PSO 收敛性的不足. 通过对所得的粒子运行轨迹图和已有文献相比较, 得到了更好的结果和判据. 通过仿真实验分析研究, 验证了该结论的有效性.
2007, 33(12): 1269-1275.
doi: 10.1360/aas-007-1269
摘要:
无线传感器网络中, 链路通信质量随时空变化很大, 并且有5\%到15\%的非对称链路存在. 链路层服务不但可以发现邻居传感器节点, 测量和预测邻居节点间的链路通信质量, 而且还能提供链路数据转发机制减轻单向链路对其他协议的影响. 为了进一步提高路由路径的可靠性和减少能量损耗, 本文利用链路层服务, 采用分布式算法, 为每个传感器节点建立了到汇聚节点的最可靠路由路径, 并理论分析该算法的性能, 最后在无线传感器网络模拟器TOSSIM上进行了模拟. 实验结果表明, 基于链路层服务的最可靠路由路径建立算法, 可充分利用单向链路建立更可靠的路由路径, 有多于17\%的节点建立了更可靠的路由路径, 路由路径的可靠性提高了2\%到51\%.
无线传感器网络中, 链路通信质量随时空变化很大, 并且有5\%到15\%的非对称链路存在. 链路层服务不但可以发现邻居传感器节点, 测量和预测邻居节点间的链路通信质量, 而且还能提供链路数据转发机制减轻单向链路对其他协议的影响. 为了进一步提高路由路径的可靠性和减少能量损耗, 本文利用链路层服务, 采用分布式算法, 为每个传感器节点建立了到汇聚节点的最可靠路由路径, 并理论分析该算法的性能, 最后在无线传感器网络模拟器TOSSIM上进行了模拟. 实验结果表明, 基于链路层服务的最可靠路由路径建立算法, 可充分利用单向链路建立更可靠的路由路径, 有多于17\%的节点建立了更可靠的路由路径, 路由路径的可靠性提高了2\%到51\%.
2007, 33(12): 1276-1282.
doi: 10.1360/aas-007-1276
摘要:
最近 Melnik 提出了一种新的排序层分类器融合思想, 指出在分类器融合过程中既要调节对不同分类器的侧重程度, 又要利用不同序号值提供的置信度信息. 但是在 Melnik 提出的融合方法中, 参数数量随着分类器数量的增加呈指数级增长, 在分类器数目增加时会产生维数灾难问题. 在 Melnik 的思想启发下, 本文提出了一种新的融合方法, 该方法将对序号的变换与分类器的加权组合协调起来, 能够更好地实现 Melnik 提出的目标. 另外, 本文给出了一种用连续可微函数表示的分类错误率表达式, 设计了基于梯度下降的参数调节方法. 在实验中本文设计了融合掌纹图像数据和手指图像数据的多模态身份识别系统, 观察了不同数目分类器条件下的融合效果. 实验结果表明本文方法的分类正确率高于传统方法和 Melnik 的方法.
最近 Melnik 提出了一种新的排序层分类器融合思想, 指出在分类器融合过程中既要调节对不同分类器的侧重程度, 又要利用不同序号值提供的置信度信息. 但是在 Melnik 提出的融合方法中, 参数数量随着分类器数量的增加呈指数级增长, 在分类器数目增加时会产生维数灾难问题. 在 Melnik 的思想启发下, 本文提出了一种新的融合方法, 该方法将对序号的变换与分类器的加权组合协调起来, 能够更好地实现 Melnik 提出的目标. 另外, 本文给出了一种用连续可微函数表示的分类错误率表达式, 设计了基于梯度下降的参数调节方法. 在实验中本文设计了融合掌纹图像数据和手指图像数据的多模态身份识别系统, 观察了不同数目分类器条件下的融合效果. 实验结果表明本文方法的分类正确率高于传统方法和 Melnik 的方法.
2007, 33(12): 1283-1289.
doi: 10.1360/aas-007-1283
摘要:
针对一类具有不确定性参数和参考输入的关联 Lurie 大系统, 研究其参数绝对稳定性的问题, 即同时考虑参数变化引起的平衡点的改变及其稳定性的问题. 首先, 基于分散状态反馈, 研究了当不确定性参数变化和参考输入改变时, 关联 Lurie 大系统参数稳定性存在条件和参数稳定区域. 其次, 给出了在该参数稳定区域中基于矩阵不等式条件的关联大系统稳定性存在的线性矩阵不等式 (LMI) 条件. 最后, 研究了多胞型关联 Lurie 大系统参数绝对稳定性存在的充分条件和求解算法. 仿真例子说明了方法的有效性.
针对一类具有不确定性参数和参考输入的关联 Lurie 大系统, 研究其参数绝对稳定性的问题, 即同时考虑参数变化引起的平衡点的改变及其稳定性的问题. 首先, 基于分散状态反馈, 研究了当不确定性参数变化和参考输入改变时, 关联 Lurie 大系统参数稳定性存在条件和参数稳定区域. 其次, 给出了在该参数稳定区域中基于矩阵不等式条件的关联大系统稳定性存在的线性矩阵不等式 (LMI) 条件. 最后, 研究了多胞型关联 Lurie 大系统参数绝对稳定性存在的充分条件和求解算法. 仿真例子说明了方法的有效性.
2007, 33(12): 1290-1293.
doi: 10.1360/aas-007-1290
摘要:
Based on the discussion about the existence and design method of full-order observer for systems with monotone nonlinearities, a reduced-order observer design method is developed under the assumption that a linear matrix inequality (LMI) has positive definite matrix solution and the reduced-order observer gain matrix is computed by the solution of LMI. By a linear transformation, a reduced-order observer which does not contain the information of the derivative of the system output is provided. A model is simulated and some conclusions are drawn based on the comparison of the results of reduced-order observer to that of full-order observer. The simulation shows that the design method developed by this paper has good performance.
Based on the discussion about the existence and design method of full-order observer for systems with monotone nonlinearities, a reduced-order observer design method is developed under the assumption that a linear matrix inequality (LMI) has positive definite matrix solution and the reduced-order observer gain matrix is computed by the solution of LMI. By a linear transformation, a reduced-order observer which does not contain the information of the derivative of the system output is provided. A model is simulated and some conclusions are drawn based on the comparison of the results of reduced-order observer to that of full-order observer. The simulation shows that the design method developed by this paper has good performance.
2007, 33(12): 1294-1299.
doi: 10.1360/aas-007-1294
摘要:
本文基于一个新型滞后动态系统指数稳定性定理和两个准备引理, 采用 Lyapunov 函数稳定性分析新方法, 建立了线性多时变时滞系统保守性少的稳定性条件. 与文献中已有的一些结果不同, 所建立的稳定性条件不依赖于时变时滞的变化率. 因此, 所建立的结果适用于具有非常快变时滞的系统. 文中给出了一个例子展示所得结果好于直接采用标准的 Razumikhin 型条件所得的结果.
本文基于一个新型滞后动态系统指数稳定性定理和两个准备引理, 采用 Lyapunov 函数稳定性分析新方法, 建立了线性多时变时滞系统保守性少的稳定性条件. 与文献中已有的一些结果不同, 所建立的稳定性条件不依赖于时变时滞的变化率. 因此, 所建立的结果适用于具有非常快变时滞的系统. 文中给出了一个例子展示所得结果好于直接采用标准的 Razumikhin 型条件所得的结果.
2007, 33(12): 1300-1305.
doi: 10.1360/aas-007-1300
摘要:
研究了不确定离散奇异系统的鲁棒H∞控制问题, 控制目标是设计一个状态反馈控制器, 对所有允许的不确定性, 闭环系统正则、因果、稳定且具干扰衰减度γ. 首次提出了该问题的充分必要条件, 并且设计方法归结为求一个严格线性矩阵不等式(LMI)的可行性问题. 最后, 通过一个数值实例证实了该方法的有效性.
研究了不确定离散奇异系统的鲁棒H∞控制问题, 控制目标是设计一个状态反馈控制器, 对所有允许的不确定性, 闭环系统正则、因果、稳定且具干扰衰减度γ. 首次提出了该问题的充分必要条件, 并且设计方法归结为求一个严格线性矩阵不等式(LMI)的可行性问题. 最后, 通过一个数值实例证实了该方法的有效性.
2007, 33(12): 1306-1312.
doi: 10.1360/aas-007-1306
摘要:
研究了一类控制方向未知非线性系统的输出反馈自适应镇定问题. 首先, 通过一线性状态变换, 将未知控制系数集中起来, 从而将原系统变换为适于控制设计的新系统. 然后, 分别引入状态观测器和参数估计器, 并应用积分反推和调节函数方法, 给出了输出反馈稳定控制律的构造性设计过程. 可以证明，所设计的控制器确保原系统状态渐近收敛到原点, 而其它闭环系统状态有界. 仿真结论验证了所提出方法的有效性.
研究了一类控制方向未知非线性系统的输出反馈自适应镇定问题. 首先, 通过一线性状态变换, 将未知控制系数集中起来, 从而将原系统变换为适于控制设计的新系统. 然后, 分别引入状态观测器和参数估计器, 并应用积分反推和调节函数方法, 给出了输出反馈稳定控制律的构造性设计过程. 可以证明，所设计的控制器确保原系统状态渐近收敛到原点, 而其它闭环系统状态有界. 仿真结论验证了所提出方法的有效性.
2007, 33(12): 1313-1320.
doi: 10.1360/aas-007-1313
摘要:
铅锌密闭鼓风烧结过程具有强非线性、时变和时滞等特性. 本文在分析过程热状态的基础上, 通过研究烧结机烟气温度梯度分布, 建立烟气温度分布烧穿点软测量判断模型, 结合烧穿点的动态特性, 运用智能集成建模的思想, 提出采用神经网络方法建立工艺参数预测模型, 采用灰色理论建立烟气温度分布时间序列预测模型, 通过模糊组合器综合与协调两个模型来预测烧穿点位置. 实际运行结果表明, 智能集成预测方法为铅锌烧结过程烧穿点的判断和预测提供了一种可行、有效的解决思路, 为实现过程的状态优化奠定了基础.
铅锌密闭鼓风烧结过程具有强非线性、时变和时滞等特性. 本文在分析过程热状态的基础上, 通过研究烧结机烟气温度梯度分布, 建立烟气温度分布烧穿点软测量判断模型, 结合烧穿点的动态特性, 运用智能集成建模的思想, 提出采用神经网络方法建立工艺参数预测模型, 采用灰色理论建立烟气温度分布时间序列预测模型, 通过模糊组合器综合与协调两个模型来预测烧穿点位置. 实际运行结果表明, 智能集成预测方法为铅锌烧结过程烧穿点的判断和预测提供了一种可行、有效的解决思路, 为实现过程的状态优化奠定了基础.
2007, 33(12): 1321-1325.
doi: 10.1360/aas-007-1321
摘要:
针对含仿射时变不确定参数的多项式非线性系统，提出了基于多项式分解的控制方法. 多项式分解方法主要思想是将多项式系统转化成带自由变量的系数矩阵，从而偶次多项式的非负性验证问题可转化成线性矩阵不等式或双线性矩阵不等式求解问题. 文中多项式系统控制器综合基于 Lyapunov 稳定定理. 构造 Lyapunov 函数以及寻找反馈控制器可由所给的算法通过计算机程序自动完成. 对于多维系统相对高阶的控制器，由多项式全基构造的控制器将有很多项单项式. 为克服这一问题，文中算法给出含最少单项式的简约型控制器设计方法，并提出针对最小代价性能目标优化的增益受约次优控制. 数值仿真例子表明，文中所给的控制方法取得良好性能.
针对含仿射时变不确定参数的多项式非线性系统，提出了基于多项式分解的控制方法. 多项式分解方法主要思想是将多项式系统转化成带自由变量的系数矩阵，从而偶次多项式的非负性验证问题可转化成线性矩阵不等式或双线性矩阵不等式求解问题. 文中多项式系统控制器综合基于 Lyapunov 稳定定理. 构造 Lyapunov 函数以及寻找反馈控制器可由所给的算法通过计算机程序自动完成. 对于多维系统相对高阶的控制器，由多项式全基构造的控制器将有很多项单项式. 为克服这一问题，文中算法给出含最少单项式的简约型控制器设计方法，并提出针对最小代价性能目标优化的增益受约次优控制. 数值仿真例子表明，文中所给的控制方法取得良好性能.
2007, 33(12): 1326-1331.
doi: 10.1360/aas-007-1326
摘要:
研究了一类非线性增长速度依赖于不可测状态且有稳定零动态非线性系统的全局输出反馈渐近稳定控制问题. 因所研究的系统隐含有零动态, 所以首先定义了一系列新的线性变换, 从而成功地分离出原系统的零动态, 得到了便于输出反馈设计的新系统. 然后给出了变换后系统的较为简洁的输出反馈控制设计过程, 并且, 闭环系统的渐近稳定性可由所导出矩阵的正定性来保证. 最后, 仿真算例验证了文中理论结果的正确性.
研究了一类非线性增长速度依赖于不可测状态且有稳定零动态非线性系统的全局输出反馈渐近稳定控制问题. 因所研究的系统隐含有零动态, 所以首先定义了一系列新的线性变换, 从而成功地分离出原系统的零动态, 得到了便于输出反馈设计的新系统. 然后给出了变换后系统的较为简洁的输出反馈控制设计过程, 并且, 闭环系统的渐近稳定性可由所导出矩阵的正定性来保证. 最后, 仿真算例验证了文中理论结果的正确性.
2007, 33(12): 1331-1336.
doi: 10.1360/aas-007-1331
摘要:
针对不可靠生产环境, 在需求不确定并且有可能存在需求大于生产的一般性情况下, 探讨了系统生产与维修的控制问题, 提出了一种考虑追加生产能力的具有较强即时动态特性的复合三阈值控制策略. 通过将有限时域上的问题分解到无限时域上的简化方法, 在给出了相应阈值求解方法的同时, 也建议了一种近似最优的复合单阈值控制策略. 仿真结果说明及验证了各控制策略及方法.
针对不可靠生产环境, 在需求不确定并且有可能存在需求大于生产的一般性情况下, 探讨了系统生产与维修的控制问题, 提出了一种考虑追加生产能力的具有较强即时动态特性的复合三阈值控制策略. 通过将有限时域上的问题分解到无限时域上的简化方法, 在给出了相应阈值求解方法的同时, 也建议了一种近似最优的复合单阈值控制策略. 仿真结果说明及验证了各控制策略及方法.
2007, 33(12): 1337-1340.
doi: 10.1360/aas-007-1337
摘要:
采用拉格朗日方程建立了平面二级倒立摆的非线性动力学模型, 将其在平衡位置线性化, 得到系统在两个正交控制方向解耦的近似模型. 针对每一个方向上由互相耦合的基座小车定位子系统和摆杆镇定子系统所组成的六阶欠驱动系统, 设计了自适应滑模模糊控制器, 实现了基座小车沿圆周行走条件下摆杆的镇定控制, 验证了该控制算法对欠驱动、不稳定、多变量耦合系统的有效性.
采用拉格朗日方程建立了平面二级倒立摆的非线性动力学模型, 将其在平衡位置线性化, 得到系统在两个正交控制方向解耦的近似模型. 针对每一个方向上由互相耦合的基座小车定位子系统和摆杆镇定子系统所组成的六阶欠驱动系统, 设计了自适应滑模模糊控制器, 实现了基座小车沿圆周行走条件下摆杆的镇定控制, 验证了该控制算法对欠驱动、不稳定、多变量耦合系统的有效性.
2007, 33(12): 1341-1344.
doi: 10.1360/aas-007-1341
摘要:
研究一种给定 H∞ 模型参考跟踪特性的非线性系统的 T-S 广义模糊跟踪控制问题. 通过把一般的模糊模型等价变换到广义模糊模型, 引入了松弛变量, 并基于线性矩阵不等式 (LMI) 给出了新的 H∞ 跟踪控制器设计方法. 控制器参数在一组线性矩阵不等式中同时得到求解, 避免了原有方法分步求解的困难, 方法简单易行且具有鲁棒性. 两个算例表明了结论的有效性.
研究一种给定 H∞ 模型参考跟踪特性的非线性系统的 T-S 广义模糊跟踪控制问题. 通过把一般的模糊模型等价变换到广义模糊模型, 引入了松弛变量, 并基于线性矩阵不等式 (LMI) 给出了新的 H∞ 跟踪控制器设计方法. 控制器参数在一组线性矩阵不等式中同时得到求解, 避免了原有方法分步求解的困难, 方法简单易行且具有鲁棒性. 两个算例表明了结论的有效性.
