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    2018年 第46卷 第5期    刊出日期:2018-05-25
    计算机科学与技术
    胡永健 龚文斌 刘琲贝 刘烁炜 朱美能
    2018, 46(5):  1-8.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.05.001
    摘要 ( 298 )   PDF (2327KB) ( 424 )  
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    传统的视频信息隐藏方法大多通过修改视频的帧内预测模式、运动向量或预测 残差系数来实现. 然而,高效视频编码( HEVC) 标准的高级运动向量预测( AMVP) 技术同 时利用相邻块的空域运动向量和时域运动向量来预测当前块的运动向量,通过在码流中 保存预测运动向量的标志值来标识所使用的预测运动向量. 基于这一特点,文中创新性地 提出通过修改标志值来嵌入秘密信息. 为了保证嵌密视频的质量,文中分析了标志值、预 测运动向量以及运动向量残差之间的关系,然后对运动向量残差进行匹配修改,以此确保 嵌密前后预测块的运动向量不变. 实验结果表明,文中方法具有较大的嵌入容量和较小的 比特率增加,且嵌密视频的质量与原始视频完全相同. 
    王丽娜 王博 翟黎明 徐一波
    2018, 46(5):  9-15.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.05.002
    摘要 ( 290 )   PDF (573KB) ( 317 )  
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    基于 JPEG 图像的隐写方法通常利用原始图像的边信息来提高隐写安全性. 然而 现有的 JPEG 图像隐写方法在使用边信息时需要提前获取未压缩的原始图像,当原始图 像不可获得时,往往不能把边信息用于设计隐写方法. 文中提出了一种在不具有未压缩的 原始图像的情况下,通过估计图像的边信息来提高 JPEG 图像隐写安全性的方法. 首先, 使用卷积神经网络对 JPEG 载体图像进行恢复,得到估计的原始图像; 其次,通过得到的 估计图像计算取整误差;然后利用取整误差来控制嵌入过程中离散余弦变换( DCT) 系数 的修改方向;最后结合 DCT 系数的失真代价和 STC 编码来实现隐写嵌入. 文中提出的边 信息估计方法能够应用于现有的 JPEG 图像自适应隐写方法,如 JC-UED 和 J-UNIWARD. 实验结果表明,该方法能较好地恢复图像的边信息,并能显著提高现有 JPEG 图像自适应 隐写方法的安全性. 
    吴昊天 唐洪祥 王建明
    2018, 46(5):  16-21.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.05.003
    摘要 ( 291 )   PDF (1976KB) ( 273 )  
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    可逆视觉变换是一种新兴的图像处理技术,能够在改变图像视觉内容后无失真 地恢复原始图像,用于秘密图像加密传输等场景. 文中首次提出了一种基于 JPEG 压缩的 图像可逆视觉变换算法,具有适用性强、计算复杂度低等特点. 由于 JPEG 格式是当前应 用较多的图像类型之一,研究 JPEG 图像中的数据隐藏和可逆视觉变换技术具有重要实 用价值. 算法通过改变 DCT 系数矩阵中最后 4 位系数以嵌入图像子块位置索引信息,能 够根据提取的数据无失真地还原出原始图像. 实验结果表明,文中算法能改变秘密图像的 视觉内容,并实现可逆的图像视觉变换,无需额外信息即可完全恢复原始的 JPEG 图像. 
    任延珍 柳登凯 杨婧 王丽娜
    2018, 46(5):  22-31.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.05.004
    摘要 ( 261 )   PDF (1859KB) ( 355 )  
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    AMR作为移动互联网的语音压缩编码标准被广泛应用,同时也为隐写提供了新的载体。由于基音延迟参数所存在的预测不准确性,现有隐写算法通过对基音延迟参数进行微量调整以隐藏信息。本文对AMR编码算法的基音延迟预测编码特征进行分析,发现了AMR帧内各子帧基音延迟之间相关性的差异,提出基于子帧组内一阶Markov转移概率的隐写分析特征,并与基音延迟二阶差分Markov转移概率特征组合,构建新的隐写分析算法。实验结果表明,在混合训练的环境中,本文算法较现有算法的检测正确率有明显提升,尤其是在低嵌入率情况下,性能提升显著。在10%相对嵌入率的情况下,隐写样本的检测正确率较现有算法提升1%~10%。
    吴建斌 贾炎柯 刘逸雯
    2018, 46(5):  32-38.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.05.005
    摘要 ( 228 )   PDF (1251KB) ( 305 )  
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    为提高隐秘通信的安全性和效率,将图像编码和图像拼接相结合,提出了一种基 于图像编码及拼接的无载体信息隐藏算法. 在对图像编码时,首先对图像进行分块,求取 每一子块的信息熵,形成熵矩阵并对其进行量化编码,构建图像与随机数间的映射关系; 在进行图像拼接时,对要表示的随机数进行分组,从完备图像库中选出对应的图像,并按 一定的位置关系进行拼接,将拼接后的图像作为含密载体进行传递,以提高单次通信效 率;为减少通信中的误码率,算法还对秘密消息进行 CRC 循环编码. 实验结果表明,文中 算法具有良好的抗检测分析性能、良好的抗压缩攻击和抗椒盐噪声攻击能力,在安全级别 高、隐藏容量不大的隐秘通信中具有重要的应用价值. 
    谭舜泉 刘光庆 曾吉申 李斌
    2018, 46(5):  39-46.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.05.006
    摘要 ( 266 )   PDF (1381KB) ( 326 )  
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    传统的隐写分析技术采用富模型特征,通过集成分类器获得了较高的检测性能. 深度学习框架在隐写分析领域展现出了比传统方法更强大的检测性能. 已有研究表明,深 度残差网络类似于集成分类器. 为确认基于深度残差网络的隐写分析器徐氏网络是否具 有上述特性,考虑到徐氏网络不足够深,文中采用瓶颈架构和组件复制两种方式分别对徐 氏网络进行拓展,得到了4 个变种———瓶颈网络、 30 层网络、 40 层网络和50 层网络,并进 行了3 组实验———第1 组实验通过训练徐氏网络及其4 个变种网络,获得最优的模型,发 现更深的网络并没有比徐氏网络的性能更好;第2 组实验通过删除个别组件,证明了残差 网络中的路径并不依赖于彼此;第3 组实验通过置乱一些组件,发现残差网络在一定程度 上可以重新配置. 实验结果表明,徐氏网络也类似于集成分类器. 
    徐争光
    2018, 46(5):  47-52.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.05.007
    摘要 ( 321 )   PDF (366KB) ( 740 )  
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    物理层认证技术是近年来兴起的新型身份认证方式,它将身份认证信息包含在 物理层的无线通信信号中,从而在物理层实现身份认证. 该技术一方面能够实现身份认证 对上层协议的透明化,降低上层协议的开销;另一方面能避开针对上层协议的身份认证攻 击,提高系统的安全性. 文中介绍了物理层认证的两项关键技术———射频指纹和射频水 印,为现有文献中提出的技术方案建立了一个统一的分类体系,讨论了现有方案的优缺 点,最后探讨了该领域未来的发展方向. 
    蒋翠玲 庞毅林 林家骏 康周茂
    2018, 46(5):  53-59.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.05.008
    摘要 ( 357 )   PDF (2098KB) ( 388 )  
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    提出了一种基于深度卷积神经网络的图像哈希认证方法. 首先构建深度卷积神 经网络 AlexNet 模型,训练该网络得到预定的网络性能; 然后由训练好的卷积神经网络提 取图像的特征,最后生成图像哈希序列用于图像内容的篡改认证. 实验结果表明,相比同 类方法,文中提出的图像哈希认证方法具有较高的区分性,同时对随机攻击、 JPEG 压缩、 加性高斯噪声等具有可接受的鲁棒性. ROC 曲线表明,文中提出的方法实现了区分性与 鲁棒性的均衡. 
    李猛 胡永健 刘琲贝 刘海永 廖广军
    2018, 46(5):  60-67,99.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.05.009
    摘要 ( 286 )   PDF (1906KB) ( 367 )  
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    针对监控视频帧复制篡改,提出一种基于时空域特征的篡改检测算法. 受空域局 部二值模式( LBP) 算子设计的启发,设计一种时域 TCS-LBP 算子,反映当前视频帧与其 前后若干帧在同一空间位置像素之间的关系; 然后在当前图像上逐点计算 TCS-LBP 特征 值,构造能同时反映当前视频帧时域和空域特征的特征图像; 利用特征图像,逐帧检测是 否存在帧复制;对于初步检测到的篡改区域,再进行虚警和漏检的修正以及篡改边界的精 确定位. 实验结果表明,文中算法具有良好的性能,与现有的2 种同类算法相比,性能明显 提升
    尹帮旭 陈帆 和红杰
    2018, 46(5):  68-77.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.05.010
    摘要 ( 367 )   PDF (2006KB) ( 365 )  
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    综合考虑文件大小、篡改检测性能和恢复质量,提出了一种适用于电子发票凭据 真实性认证的 GIF 图像水印算法. 该算法根据电子发票特性将图像块划分为重要块和非 重要块两类,对所有图像块结合内容和类型码生成认证水印并嵌入自身的最低有效位,然 后对重要块生成变长恢复水印,并基于密钥和重要块比例自适应选择多个非重要块携带 水印信息,以使含水印图像的质量和文件大小最优. 通过认证水印、类型码和恢复水印三 层比较实现了对图像块的真实性认证. 图像块分类仅对重要块生成变长恢复水印,能有效 降低水印嵌入容量,不仅提高了含水印图像的质量,而且使含水印电子发票的GIF 图像文 件较小,同时三层比较检测还提高了算法的篡改检测性能. 与现有同类认证水印算法相 比,文中算法可在不降低篡改检测与恢复性能的基础上,使含水印电子发票图像的GIF 文 件减小1/2. 
    梅园 叶登攀 刘昌瑞
    2018, 46(5):  78-86.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.05.011
    摘要 ( 264 )   PDF (859KB) ( 480 )  
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    公共云存储服务为企业或个人海量多媒体数据提供了廉价的存储空间和多种多 样的访问方法. 为了保护数据的安全,多媒体数据上传到云端之前的加密处理是一种最简 单也最直接的手段. 因此,在当前的各种应用服务下,如何有效地管理和检索密文数据成 为一个具有挑战性的问题. 针对该问题,文中首先给出了加密域图像检索的系统架构,总 结分析了加密域图像检索算法的几种关键技术,包括加密技术、图像特征提取技术、安全 索引技术等,然后分析、比较了几种具有代表性的加密域图像检索算法及其发展方向,最 后对加密域图像检索技术进行了展望. 
    能源与动力工程
    马晓茜 曾祥浩 唐玉婷 代民权
    2018, 46(5):  87-92.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.05.012
    摘要 ( 251 )   PDF (1653KB) ( 375 )  
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    在管式炉实验平台上研究 O2 /CO2 气氛下反应温度、吸收剂种类、气氛、钙氯比以 及燃料混合比等因素对木屑与 PVC 混烧过程中脱氯效率的影响,结果表明: 随温度的升 高,脱氯效率先增大后减小,在 700℃时获得最高的脱氯效率( 71. 4%) ; 添加剂比例及种 类也会对脱氯产生一定的影响,改性 CaCO3 的孔隙结构更加丰富,比表面积相对增大,在 高温下具有较高的脱氯率;随着混合物中木屑比例的上升,脱氯率有所增大; O2 /CO2 气氛 下的脱氯率大于 O2 /N2 气氛下的脱氯率. 对吸附剂和燃烧产物进行的 BET 和 SEM/EDS 分析表明:产物颗粒表面覆盖着一层致密的 CaCl2,阻止了 HCl 穿透颗粒表面进入脱氯剂 内部的充分反应,使脱氯效率降低. 
    欧阳森 马文杰
    2018, 46(5):  93-99.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.05.013
    摘要 ( 338 )   PDF (1626KB) ( 254 )  
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    为提高基于 Boost 电路的两级式光伏逆变器的低电压穿越( LVRT) 能力,设计了 以基于 Boost 的直流母线电压控制环为核心的兼顾有功、无功电流协调控制的 LVRT 策 略. 首先分析了两级式光伏逆变器的常规 Boost 电压控制模式和输出电流控制策略; 在电 网电压跌落时,通过引入基于故障前光伏阵列最大功率点电压前馈的母线电压控制外环 改变 Boost 电压控制模式来快速调节光伏阵列的输出功率,以稳定直流母线电压和防止 逆变器过流;同时,根据电压跌落深度,按比例减小有功电流 id,在保证逆变器不过流的前 提下输出无功电流 iq,为电网提供无功支撑,以帮助电网故障恢复. 最后,利用 PSCAD/ EMTDC 仿真软件搭建 100 kW 两级式光伏逆变器模型进行控制策略验证,结果表明该策 略不仅在电压发生深度跌落时仍能快速、有效地抑制直流母线电压升高,使光伏逆变器安 全地实现低电压穿越,而且提高了其在电网故障期间的无功支撑能力. 
    董萍 孙兴鲁 王雅平 林赟
    2018, 46(5):  100-108,116.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.05.014
    摘要 ( 254 )   PDF (1525KB) ( 432 )  
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    为应对分布式电源出力的随机性对主动配电网运行的影响,提出了一种自适应 鲁棒优化方法来对系统进行有功 -无功联合优化,以提高系统性能. 首先,综合考虑各种 离散和连续可调装置,建立基于 Distflow 潮流模型的主动配电网运行优化模型. 然后,计 及光伏出力随机性,采用自适应鲁棒优化方法处理该模型,并通过列与限制生成算法对此 模型进行求解;为解决对偶问题中双线性项的非凸性,提出了一种改进的外近似算法. 此 外,将电池能量存储系统作为实时可控装置,应用于自适应鲁棒优化方法的第2 阶段. 最 后,采用扩展的 IEEE33 节点和 PG&E69 节点系统进行仿真计算,并与确定性及储能只作 为第1 阶段可控装置的方法进行对比分析,验证了文中方法在提高系统运行能力方面的 有效性和可靠性. 
    胡毕华 康龙云 程建材 王则沣 吴璟玥
    2018, 46(5):  109-116.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.05.015
    摘要 ( 375 )   PDF (2316KB) ( 485 )  
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    为了避免三电平逆变器的上下桥臂直通,开关切换过程中会引入死区. 死区会提 高逆变器的输出电流谐波,降低逆变器的输出电压和电流. 文中分析了死区在开关管换流 过程中的作用,并在此基础上提出一种死区消除与补偿相结合的方法来消除其对逆变器 的不利影响. 当相电流足够大时,可以根据电流的方向输入不同的驱动信号,达到在没有 死区的情况下防止开关管短路的目的. 当相电流接近零点时,由于电流纹波的影响,死区 消除方法并不适用,只能通过引入死区来提高逆变器的稳定性,然后通过死区补偿来消除 其不利影响. 实验结果证明,文中方法可以有效地解决死区问题. 
    机械工程
    李旻 谭孟 上官文斌 李志超 刘杰 尤黎民
    2018, 46(5):  117-124.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.05.016
    摘要 ( 211 )   PDF (1339KB) ( 467 )  
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    轿车窗台外侧密封条起防水、隔声和美观装饰等作用,装配性能和压缩变形特性 是评价其设计效果的重要指标. 文中提出了窗台外侧密封条装配性能的计算方法,计算了 其装配性能指标,并进行了密封条样品装配性能测试,结果证实了计算方法的正确性. 文 中还以夹持齿的长度、厚度及干涉量等因素为设计变量,建立了窗台外侧密封条的优化模 型. 基于响应面模型和多目标粒子群算法,给出了窗台外侧密封条装配性能的优化方法和 最大改善选解法. 
    柴博森 项玥 刘勇 王志豪 张雅超 刘思远
    2018, 46(5):  125-134.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.05.017
    摘要 ( 207 )   PDF (4892KB) ( 255 )  
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    为揭示水介质液力偶合器涡轮流场的特征及演化规律,基于计算流体动力学 ( CFD) 技术,采用4 种湍流模型( DES、 DDES、 IDDES、 LES) 仿真制动和牵引工况下的涡轮 流场结构. 通过粒子图像测速( PIV) 试验,采用静态、动态图像标定方法实测涡轮流场图 像. 通过 PIV 流场试验结果与 CFD 仿真结果的对比评价4 种湍流模型的适用性. 结果表 明:制动工况下, LES 模型对主流区域多尺度漩涡流场结构的仿真结果趋于真实,流速为 3. 52 ~3. 81m/s,涡量为480 ~540s -1; IDDES 模型对叶片近壁面区域流速场的仿真表现 卓越,流速为 3. 14 ~3. 51 m/s,而 DES 模型对该区域内涡量场的仿真较好,涡量为 500 ~ 570s -1. 牵引工况下, DDES 和 IDDES 模型的仿真结果失真; DES 模型对主流区域漩涡流 场结构的仿真效果不如 LES 模型,但是能够体现多尺度涡旋沿圆周方向运动的基本趋 势; LES 模型的仿真结果与 PIV 试验结果吻合,能够体现沿圆周方向运动的多尺度涡旋之 间的相互混合作用,流速为1. 40 ~3. 60m/s,涡量为 30 ~130 s -1. 研究结果可为精确仿真 液力偶合器涡轮流场提供一定的技术指导. 
    韩雷刚 范文艳 王国河 王振民
    2018, 46(5):  135-140.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.05.018
    摘要 ( 240 )   PDF (2040KB) ( 276 )  
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    针对核乏燃料池水下机器人熔化极气体保护焊接修复需求,研制了一种轻量化 全密封送丝装置. 采用铝合金外壳、玻璃钢面板等实现装置整体轻量化; 采用双驱滚轮送 丝机构,并通过焊丝盘等部件的优化布局实现装置的小型化;通过气管外接压缩气体实现 装置内部压力随水深变化的调节;设计了基于 ARM 的数字化驱动控制系统,采用电枢电 压负反馈控制和高频斩波技术补偿送丝速度的变化;利用基于 CAN 的数字化通信接口电 路实现与水下机器人的数字化集成. 20 m 深水下焊接试验结果表明: 该送丝装置的壳体 强度高,送丝稳定均匀,响应快速灵敏,工艺适应性好,可满足水下焊接修复要求. 
    张小帆 李礼夫
    2018, 46(5):  141-146.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.05.019
    摘要 ( 359 )   PDF (1017KB) ( 260 )  
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    针对常用的电动汽车动力电池容量衰减循环充放电检测方法由于忽略了电池在充放电过程中所发生的“伴随有电荷转移的化学反应”的特点,而导致其难以正确、非破坏性地检测其动力电池容量及其衰减状况的难题,根据电池电化学和计算机层析图像测量原理,以电动汽车车用磷酸铁锂动力电池容量衰减为研究对象,研究了处于电化学反应过程中的动力电池电性能参数与其内部活性物质结构形态之间的关系,提出了电动汽车动力电池容量衰减层析图像检测方法,在此基础上,建立了动力电池容量衰减检测实验系统,并以此对某款典型的纯电动汽车车用磷酸铁锂动力电池容量衰减进行了实验验证,结果表明,该方法具有实用、正确和非破坏性地检测动力电池容量衰减的特点。
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