1 南京工程学院 计算机工程学院江苏南京267
2 西安交通大学 信息与通信工程学院陕西西安710049
通过分析和研究视频内容特征、编解码失真特征和传输时延特征对视频质量评价的影响，结合人眼视觉特性及其数学模型，提出了一种综合考虑传输和编解码失真的基于内容感知的无参考视频质量评价方法，并构建其数学模型。在该方法中，首先采用视频帧图像纹理复杂性特征、图像的局部对比度、时域信息及其视觉感知来描述视频内容，构建其内容感知模型，并以此探讨视频内容及其视觉感知对视频质量的影响；然后，探讨比特率与视频质量之间的关系，构建其模型，研究视频比特率对其质量的影响；接着，结合视频传输时延特征，构建了由于传输时延失真而产生的视频质量下降的质量评价模型；最后，采用凸优化方法综合3个方面的模型，提出了一种综合考虑视频内容、编解码失真、传输时延失真和视觉特性的无参考视频质量评价模型。并采用多个建立的视频数据库和开源数据库中的数据和视频进行了测试验证，并与17种现有视频质量评价模型进行了性能对比；结果表明，所提模型的精度Pearson相关系数和Spearman秩序相关系数值最小分别能够达到0.877 3和0.833 6，最大可以实现0.938 3和0.943 8，表现出了较好的泛化性能，且复杂度比较低。综合模型精度、泛化性能、复杂性3个方面的性能参数表明，所提模型是一个性能比较优异的视频质量评价模型。
视频质量评价 人类视觉特性 视频内容 亮度和色度 传输时延 Video Quality Assessment（VQA） human visual system characteristics video contents luminance and chrominance transmission delay 光学 精密工程
2022, 30(22): 2923
沈阳工业大学 信息科学与工程学院, 沈阳 110870
随着互联网的发展, 网络数据流量极速增长, 全光网(AON)概念的提出有利于解决可用带宽受限、信号传输速率较低等问题。其中, 全光逻辑信号处理为AON的重要组成部分。根据周期性极化铌酸锂(PPLN)波导的二阶非线性效应原理, 将产生的输出信号连续送入不同的PPLN波导进行叠加处理, 设计出全光2线-4线译码器的波导级联结构, 通过数值计算仿真得到了波形图和眼图, 分析了全光2线-4线译码器输出信号的半高全宽(FWHM)、峰值功率、延迟时间和消光比。仿真结果表明: 采用PPLN波导级联的方式实现了2线-4线译码器在光域中的逻辑功能, 同时保证了光信号的传输质量, 为PPLN波导的全光信号处理提供了新的器件类型。
光逻辑器件 全光2线-4线译码器 波导级联 周期性极化铌酸锂波导 全光信号处理 optical logic devices all-optical 2-4 line decoder waveguide cascade periodically poled lithium niobate waveguide all-optical signal processing
沈阳工业大学 信息科学与工程学院, 沈阳 110870
为了研究光差分相移键控(DPSK)调制格式在光纤高速传输系统中的色散补偿, 利用色散补偿光纤(DCF)的色散补偿原理, 对40Gbit/s光纤传输系统进行色散补偿, 分析了40Gbit/s单通道光纤传输系统中3种DPSK调制格式信号的频谱特性; 仿真了3种码型的色散容忍度以及3种调制格式在考虑光纤的非线性下的色散补偿方案。结果表明, 光非归零码差分相移键控(NRZ-DPSK)信号具有最好的色散容忍度, 但其受非线性的影响比较大; 33%归零码差分相移键控(33%RZ-DPSK)信号的色散容忍度差, 但其色散补偿后的效果优于NRZ-DPSK; 而载波抑制归零码差分相移键控信号对色散和非线性效应都有较好的抑制; 3种DPSK调制格式均在对称补偿2方案中色散补偿的效果最佳。此仿真研究对光DPSK信号在光纤中的色散补偿具有参考意义。
光通信 色散补偿 差分相移键控 色散补偿光纤 色散容忍度 optical communication dispersion compensation differential phase shift keying dispersion compensation fiber dispersion tolerance
沈阳工业大学信息科学与工程学院, 辽宁 沈阳 110870
在高速的光通信网络中,现有的光网络交换能力与传输能力相比严重失衡,建立全光网络(AON)成为解决该问题的一种有效途径。但是由于全光逻辑器件的不完善,使得全光分组交换技术无法达到实用阶段。基于周期性极化铌酸锂(PPLN)波导的和频+差频效应(SFG+DFG),在准相位匹配条件下,采用波导级联的方式设计并实现了全光2选1数据选择器。通过数值计算和仿真得到波形图和眼图,并利用脉冲宽度、消光比以及峰值功率延迟时间等参数分析数据选择器的性能。结果表明,采用PPLN波导级联的方法对信号光进行处理,不仅可以完成相应的逻辑功能,而且可以保证信号的传输质量,还扩展了PPLN波导在全光逻辑信号处理方面的能力。
光学器件 全光信号处理 全光数据选择器 级联周期性极化铌酸锂波导 准相位匹配 和频效应 差频效应 激光与光电子学进展
2018, 55(5): 052301
陕西理工大学 数学与计算机科学学院, 陕西 汉中 723000
利用人眼对比敏感度视觉特性和图像的纹理特征，提出了一种彩色图像的水印算法。算法首先依据图像的纹理特征，将图像进行分割；再将水印嵌入到图像纹理复杂的部分，并利用人眼对比敏感阈值控制水印的嵌入量，从而实现水印的嵌入；最后利用逆过程实现水印的提取。同时对3幅不同复杂纹理的图像进行仿真实验，并对3幅含水印图进行5种方式的攻击测试，且与近些年国内外报道的8种水印算法进行对比分析。结果表明，在中间剪切1/4区域、质量因子为20%的压缩和旋转90°较强的攻击下，提取水印的NC值和含水印图的SSIM值均仍能达到0.8以上，且比8种水印算法具有更好的鲁棒性。综合结果表明，在水印嵌入过程中，提出的算法能够有效解决水印容量与视觉透明性、鲁棒性之间的平衡，是一种行之有效的图像水印算法。
图像水印 视觉特性 纹理特征 峰值信噪比 image watermark visual characteristics texture features peak signal to noise ratio
沈阳工业大学 信息科学与工程学院，沈阳 110870
全光逻辑信号处理是光通信网络中的关键技术，对于实现全光网络具有重要意义。基于周期性极化铌酸锂(PPLN)波导的和频效应+差频效应，在准相位匹配条件下，采用波导级联的方式设计并实现了全光数值比较器。通过数值计算和仿真得到波形图，并通过讨论眼图、脉冲宽度、消光比以及峰值功率延迟时间等指标分析了全光数值比较器的性能。结果表明，采用波导级联的方法对信号光进行处理，不仅可以完成相应的逻辑功能，而且可以保证信号的传输质量，还扩展了PPLN波导在全光逻辑信号处理方面的应用。
全光数值比较器 级联周期性极化铌酸锂波导 准相位匹配 和频效应 差频效应 all-optical numeric comparator cascaded PPLN waveguides quasi-phase matching SFG DFG
1 陕西理工学院 物理与电信工程学院, 陕西 汉中 723000
2 陕西理工学院 数学与计算机科学学院, 陕西 汉中 723000
根据LCD显示器亮度的均匀性和显示光栅对比度的稳定性实验分析，提出了一种采用LCD显示器显示光栅测量人眼对比度敏感视觉特性的实验方法，并测量了48位青年对象对3种平均亮度光栅的对比度视觉特性，且与目前有代表性的测量方法和结果进行了对比分析。结果表明该测量方法是一种有效、实用和简便易行的人眼对比度敏感视觉特性测量方法。
人眼视觉系统 LCD显示器 对比度敏感 空间频率 human visual system liquid crystal display contrast sensitivity spatial frequency
1 陕西理工学院 数学与计算机科学学院, 陕西 汉中 723000
2 云南师范大学 物理与电子信息学院, 昆明 650092
3 陕西理工学院 物理与电信工程学院, 陕西 汉中 723000
结合人眼对比度敏感视觉特性和图像变换域特征, 提出了一种新的人眼感知图像误差阈值的计算方法; 结合计算的阈值, 提出了一种新的彩色图像水印方案, 并进行了仿真实验和攻击测试; 实验结果表明, 含水印图像经攻击后提取的水印信息仍清晰可见, 其相似度值在压缩质量因子为50%的压缩攻击下仍能达到0.7371以上, 表明提出的水印方案具有较好的透明性和较高的鲁棒性; 并且在水印嵌入和提取过程中将原始彩色图像变换到与设备无关的CIELAB颜色空间, 从而更好的提高了水印的鲁棒性。综合结果表明提出的水印方案是一种行之有效的水印嵌入和提取方案。
数字水印 彩色图像 人眼视觉特性 相似度归一化系数 颜色空间 digital watermark color image human visual characteristics normalized coefficient color space
1 陕西理工学院 物理与电信工程学院, 陕西 汉中723000
2 陕西理工学院 数学与计算机科学学院, 陕西 汉中723000
结合阴极射线管显示器的显色特性, 设计了用显示器显示目标光栅测量人眼红-绿和蓝-黄对立色对比度敏感的实验方案, 测量了11位观察者的人眼彩色对比度敏感视觉特性的数据, 并对测量数据进行了拟合, 通过理论分析和结合前人的经验, 提出了一种人眼彩色视觉特性的CSF数学模型, 且与国外拟合结果做了对比。结果表明, 基于显示器测量、拟合和理论分析提出的CSF模型能够较好地反映人眼空间视觉特性, 是一个具有一定科学性的人眼视觉特性数学模型。
阴极射线管显示器 人眼视觉特性 颜色空间 数学模型 cathode ray tube display human vision system color space mathematical model
陕西理工学院 计算机科学与技术系, 陕西 汉中 723000
结合人眼对比度敏感视觉特性和图像特征，提出一种基于人眼视觉特性的频谱图的不同频率下最小可觉察误差阈值的计算方法，利用阈值来决定水印的嵌入和提取，设计水印方案并通过实验进行验证和攻击测试。结果表明，在JPEG压缩质量因子大于30%时，峰值信噪比均大于30 dB，隐蔽性较好; 相似度在压缩质量因子为20%的情况下还能达到0.653 9，且从直观上看，提取的水印仍能清晰可见。
水印 数字图像 人眼视觉特性 最小可觉察误差阈值 傅立叶变换 watermarking digital image human vision characteristics just noticeable diffe-rence threshold Fourier transform
