فهرست مطالب

نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران
سال هجدهم شماره 2 (پیاپی 56، تابستان 1399)

  • ب-مهندسی برق
  • تاریخ انتشار: 1399/11/28
  • تعداد عناوین: 8
|
  • عباس ابراهیمی مقدم، طاهره بحرینی، مرتضی خادمی*، هادی صدوقی یزدی صفحات 85-104

    حذف نویز از تصاویر فراطیفی گامی اجتناب ناپذیر برای بهبود کیفیت این نوع تصاویر است و روش های بسیاری در این زمینه توسط محققان پیشنهاد شده است. اغلب این روش ها به شباهت های مکانی- طیفی به طور هم زمان توجه ندارند. زمانی که روش حذف نویز، داده را به صورت سراسری بدون در نظر گرفتن شباهت های مکانی- طیفی به کار می برد، معمولا بر روی پیکسل های با سطح پایین نویز تاثیر نامطلوب می گذارد؛ آن هم زمانی که در داده فراطیفی، تعداد زیادی از پیکسل ها نویز کمی دارند و تعداد اندکی از پیکسل ها به وسیله سطح بالای نویز تخریب می شوند. در این مقاله، ابتدا شباهت های مکانی- طیفی موجود در تصاویر با تعریف متغیر پنهان مبتنی بر خوشه بندی استخراج می شود. در ادامه، یک روش تجزیه ماتریس رتبه پایین مبتنی بر این متغیرهای پنهان برای حذف نویز تصاویر فراطیفی و بهبود مقاومت در مقابل انواع نویز (در مقایسه با سایر روش ها) پیشنهاد می شود. کارایی روش پیشنهادی با شش روش جدید بر روی تصاویر واقعی آلوده به نویز به صورت بصری مقایسه شده و برای مقایسه کمی، همان آزمایش ها روی تصاویر بدون نویزی که با شش نوع نویز ترکیب شده و تصاویری نزدیک به داده واقعی ایجاد کرده اند مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که با اعمال متغیر پنهان در چارچوب استنتاج بیزین تغییراتی، عملکرد روش حذف نویز بهبود می یابد و روش پیشنهادی عملکرد بهتری نسبت به سایر روش های مورد مقایسه دارد.

    کلیدواژگان: حذف نویز تصویر، متغیر پنهان، تصاویر فراطیفی، تجزیه ماتریس مرتبه پایین، استنتاج بیزین تغییراتی، نویز ترکیبی
  • مهدی بکرانی * صفحات 105-116

    از چالش های مهم در حذف پژواک آکوستیکی با استفاده از فیلترهای وفقی، تنک بودن پاسخ ضربه مسیرهای آکوستیکی و وابستگی زیاد عملکرد الگوریتم های وفقی به پراکندگی مقادیر ویژه ماتریس همبستگی سیگنال ورودی می باشد که سبب افت کارایی حذف کننده های وفقی پژواک آکوستیکی می شود. در این مقاله به منظور بهبود عملکرد الگوریتم وفقی LMS/Newton در حذف پژواک آکوستیکی، محاسبه معکوس ماتریس همبستگی سیگنال ورودی اصلاح شده است. در این روش از لم معکوس ماتریس به صورتی بهره گیری می شود که در ابتدای همگرایی سهم ماتریس معکوس در به هنگام سازی وزن ها بیشتر بوده و در نتیجه وابستگی به پراکندگی مقادیر ویژه در شروع همگرایی کاهش یابد. همچنین برای تنظیم طول گام از یک روش تناسبی بهبودیافته استفاده می شود، به طوری که نقش وزن های با دامنه بزرگ تر در فرایند وفق در ابتدا بیشتر از سایر وزن ها بوده و به تدریج در طول همگرایی نقش تمامی وزن ها یکسان شود. این روش تناسبی علاوه بر بهبود سرعت همگرایی، سبب بهبود عملکرد حالت دایم الگوریتم وفقی در شناسایی پاسخ ضربه تنک مسیرهای آکوستیکی می گردد. نتایج شبیه سازی با استفاده از سیگنال رنگی دارای طیف شبه- گفتار نشان می دهد خطای عدم انطباق حالت دایم الگوریتم پیشنهادی در مقایسه با الگوریتم LMS/Newton در حدود dB 5/6 پایین تر است. همچنین همگرایی الگوریتم پیشنهادی در مقایسه با الگوریتم NLMS تناسبی، برای رسیدن به خطای عدم انطباقdB 17- حدود 6/3 ثانیه سریع تر است. تحلیل های نظری میزان عدم انطباق الگوریتم در حالت گذرا و حالت دایم نیز ارایه و با نتایج شبیه سازی مقایسه شده است.

    کلیدواژگان: پژواک آکوستیکی، فیلتر وفقی، ماتریس همبستگی، پاسخ ضربه تنک
  • مهدیه سلیمانی باغشاه*، احسان منتهایی صفحات 117-126

    تولید متن یکی از مسایل مهم در حوزه پردازش زبان طبیعی به حساب می آید. روش های پایه ارایه شده در این حوزه، دارای مشکلاتی نظیر ناهمخوانی داده در زمان آموزش و آزمون و همچنین تابع هدف نامناسب هستند. در چند سال اخیر پیشرفت های زیادی در حوزه تولید تصویر به وسیله شبکه های مولد مقابله ای انجام شده است. همین موضوع باعث شده که استفاده از شبکه های مولد مقابله ای در تولید متن نیز به تازگی مورد توجه قرار گیرد. اما به دلیل گسسته بودن جنس دنباله ها، این امر به سادگی میسر نبوده و برای حل آن نیاز به استفاده از راهکار هایی مثل یادگیری تقویتی و استفاده از تقریب وجود دارد. به علاوه ناپایداری شبکه های مولد مقابله ای باعث ایجاد چالش های جدید و بالارفتن پیچیدگی مساله می شود. در این پژوهش با رویکردی جدید که جمعی و مبتنی بر ایده شبکه های مولد مقابله ای است به ارایه روشی جمعی برای حل مساله تولید متن می پردازیم. اساس روش پیشنهادی تخمین نسبت چگالی احتمال بوده و با این رویکرد روشی بدون مشکل در برابر گسستگی دنباله ها ارایه شده است. راهکار ارایه شده نسبت به روش های شبکه های مولد مقابله ای در حوزه دنباله، آموزشی پایدار تر دارد و همچنین مشکل اریبی مواجهه نیز در روش پیشنهادی وجود ندارد. آزمایش های انجام شده نشان دهنده برتری روش پیشنهادی در مقایسه با روش های پیشین بر روی مجموعه داده های معروف مربوط به تولید متن است.

    کلیدواژگان: تولید متن، مدل مولد، شبکه های GAN، یادگیری جمعی
  • دادمهر رهبری، محسن نیک رای *، پگاه گازری صفحات 127-137

    هم زمان با فراگیرشدن تکنولوژی اینترنت اشیا در سال های اخیر، تعداد دستگاه های هوشمند و به تبع آن حجم داده های جمع آوری شده توسط آنها به سرعت در حال افزایش است. از سوی دیگر، اغلب برنامه های کاربردی اینترنت اشیا نیازمند تحلیل بلادرنگ داده ها و تاخیر اندک در ارایه خدمات هستند. تحت چنین شرایطی، ارسال داده ها به مراکز داده ابری جهت پردازش، پاسخ گوی نیازمندی های برنامه های کاربردی مذکور نیست و مدل رایانش مه، انتخاب مناسب تری محسوب می گردد. با توجه به آن که منابع پردازشی موجود در مدل رایانش مه دارای محدودیت هستند، استفاده موثر از آنها دارای اهمیت ویژه ای است.در این پژوهش به مسئله زمان بندی وظایف برنامه های کاربردی اینترنت اشیا در محیط رایانش مه پرداخته شده است. هدف اصلی در این مسیله، کاهش تاخیر ارایه خدمات است که جهت دستیابی به آن، از رویکرد یادگیری تقویتی عمیق استفاده شده است. روش ارایه شده در این مقاله، تلفیقی از الگوریتم Q-Learning، یادگیری عمیق و تکنیک های بازپخش تجربه و شبکه هدف است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که الگوریتم DQLTS از لحاظ معیار ASD، 76% بهتر از الگوریتم QLTS و 5/6% بهتر از الگوریتم RS عمل می نماید و نسبت به QLTS زمان همگرایی سریع تری دارد.

    کلیدواژگان: اینترنت اشیاء، رایانش مه، زمان بندی وظایف، یادگیری تقویتی عمیق
  • محمد قاسم زاده*، نعیمه محمدکریمی، مهدی یزدیان دهکردی، امین نظارات صفحات 138-144

    در این پژوهش به دنبال ارتقای یکی از الگوریتم های کارامد در یادگیری ماشین، به نام جنگل تصادفی هستیم. برای این منظور از تکنیک های فشرده سازی و موازی سازی بهره می بریم. چالش اساسی مورد توجه در این پژوهش، در رابطه با به کارگیری جنگل تصادفی در پردازش و تحلیل داده های حجیم می باشد. در چنین مواردی، این الگوریتم به دلیل مراجعات پرشمار به حافظه، کارایی معمول و مورد نیاز را ندارد. این پژوهش نشان می دهد که چگونه می توان با به کارگیری یک شیوه فشرده سازی ابتکاری، در کنار تکنیک های موازی سازی به هدف مورد نظر دست یافت. در این رابطه، اجزای مشترک درختان در جنگل تصادفی با یکدیگر به اشتراک گذاشته می شوند. علاوه بر این، روش موازی سازی مبتنی بر دستورات برداری سازی به همراه روش موازی سازی مبتنی بر حافظه اشتراکی در جریان پردازش داده ها به کار می روند. به منظور ارزیابی عملکرد روش پیشنهادی، آن را بر روی مجموعه داده های محک Kaggle که در رقابت های مربوط به الگوریتم های یادگیری به وفور به کار می روند، اجرا نمودیم. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که به کارگیری روش فشرده سازی پیشنهادی، 66 درصد بهبود در سرعت پردازش داده ها به دنبال داشته است. همچنین به کارگیری فشرده سازی به همراه موازی سازی یادشده، 96 درصد بهبود را به همراه داشته است. به طور کلی نتایج آزمایشی و تحلیل ها دلالت بر این دارند که راهکارهای پیشنهادی، قدمی موثر در راستای رسیدن به رایانش سریع برای جنگل تصادفی در اختیار می گذارد.

    کلیدواژگان: یادگیری ماشین، جنگل تصادفی، رایانش سریع، فشرده سازی، موازی سازی، داده حجیم
  • مرتضی قلی پور *، عرفان عباسیان صفحات 145-151

    ترانزیستورهای نانو- نوار گرافینی (GNRFETs) به عنوان یک گزینه امیدوارکننده برای جایگزینی ترانزیستورهای سیلیکونی متداول در تکنولوژی نسل آینده مطرح می باشند. کانال GNRFET در مقیاس چند نانومتر است و از این رو بررسی تاثیر تغییرات فرایند ساخت بر روی عملکرد مدارها بسیار حایز اهمیت خواهد بود. در این مقاله، تاثیر تغییرات فرایند ساخت نظیر ضخامت اکسید، طول کانال و تعداد خطوط دایمر بر روی تاخیر، توان و حاصل ضرب انرژی- تاخیر (EDP) فلیپ فلاپ مبتنی بر SB-GNRFET ارزیابی شده و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. علاوه بر آن شبیه سازی مونت کارلو نیز برای تحلیل آماری این تغییرات انجام شده است. با تغییر ضخامت اکسید از مقدار نامی به nm 15/1، تاخیر انتشار و EDP به ترتیب به میزان 57/31 و 62/60 درصد افزایش می یابد. همچنین تغییر طول کانال کمترین میزان تاثیر را بر روی مشخصه فلیپ فلاپ دارد. با افزایش یک واحد تعداد خطوط دایمر از مقدار نامی، تاخیر انتشار و EDP به ترتیب به میزان 48/315 و 79/204 درصد افزایش می یابد. همچنین نتایج حاصل از شبیه سازی مونت کارلو نشان می دهد که مشخصه فلیپ فلاپ نسبت به تغییر ضخامت اکسید یک توزیع هیستوگرام با میزان گستردگی 46/2، 57/1 و 39/2 برابر نسبت به تغییر خطوط دایمر دارد.

    کلیدواژگان: ترانزیستور نانو-نوار گرافنی (GNRFET)، سد شاتکی، فلیپ فلاپ، پارامترهای زمانی، مونت کارلو
  • سید حسن نبوی، محمد بهدادفر *، محمدرضا نوری فرد صفحات 152-158

    یکی از راهکارهای نوین که می تواند سهم بسزایی در بهبود کیفیت تحویل محتوای چندرسانه ای داشته باشد، به کارگیری شبکه های مبتنی بر ابر است. در این مقاله به منظور بهبود کیفیت تجربه کاربران (QOE) در سرویس های جویبارسازی تطبیقی ویدیو به بررسی یک روش مبتنی بر ابر پرداخته خواهد شد. در راهکار پیشنهادی، الگوریتم پنجره پیش بینی بهبودیافته در سمت فرستنده و الگوریتم ارسال درخواست های HTTP در سمت گیرنده اعمال شده اند. با اعمال هم زمان این دو الگوریتم در دو سمت فرستنده و گیرنده از ظرفیت های هر دو طرف استفاده می شود و از رخ دادن پاریز و در نتیجه ایجاد وقفه در پخش ویدیو جلوگیری می شود.نتایج شبیه سازی های انجام شده نشان می دهد که روش پیشنهادی نسبت به روش های مقایسه شده دیگر تاثیر بیشتری در بهبود کیفیت تجربه کاربران برای ویدیوی تطبیقی جویبارسازی شده در بستر ابر دارد.

    کلیدواژگان: جویبارسازی تطبیقی ویدئو، مدیریت بافر، کیفیت تجربه کاربران، پنجره پیش بینی
  • مهدی یزدیان دهکردی*، زهرا عابدی، نسیم خانی صفحات 159-164

    در سال های اخیر تشخیص فعالیت فیزیکی انسان از روی داده های گرفته شده توسط سنسورهای ژیروسکوب و شتاب سنج در گوشی هوشمند، مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. در این مقاله با به کارگیری روش تحلیل مولفه های اساسی، ویژگی هایی با بعد پایین و مناسب استخراج شده و کارایی چند طبقه بندی کننده مختلف شامل ماشین بردار پشتیبان، رگرسیون منطقی، ادابوست و شبکه عصبی کانولوشن برای طبقه بندی فعالیت ها بررسی و یک سیستم کارا برای این منظور پیشنهاد شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که سیستم پیشنهادی توانسته است دقت تشخیص را نسبت به کارهای اخیر بهبود دهد. یکی از چالش هایی که لازم است در خصوص سیستم های تشخیص فعالیت مورد توجه قرار گیرد، میزان پایداری این سیستم ها نسبت به مدل های مختلف از گوشی های هوشمند است. با توجه به این که کیفیت سنسورها و نویز مرتبط با آنها از یک مدل گوشی به مدل دیگر متفاوت است، بنابراین بررسی میزان پایداری الگوریتم شناسایی فعالیت در نویزهای مختلف حایز اهمیت خواهد بود. در این مقاله کارایی و میزان پایداری طبقه بندی کننده ها در سطوح مختلف نویز نیز بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که ماشین بردار پشتیبان با میانگین دقت 34/96% پایداری بهتری نسبت به نویز در مقایسه با سایر طبقه بندی کننده ها داشته است.

    کلیدواژگان: ژیروسکوپ، شتاب سنج، شناسایی فعالیت فیزیکی انسان، کیفیت سنسور، گوشی هوشمند، نویز سنسور
|
  • T. Bahraini, M. Khademi*, Abass Ebrahimi moghadam, H. Sadoghi Yazdi Pages 85-104

    Removing noise from hyperspectral images is an inevitable step to improve the quality of these types of images. Many methods have been proposed by researchers in this field. Most of these methods do not address simultaneous spatial-spectral similarities. When the noise removal method applies data globally without regard to spatial-spectral similarities, it usually has a negative effect on low-level pixels; when in the spectral data, a large number of pixels have little noise and a small number of pixels are destroyed by the high level of noise. In this paper, we first extract spatial-spectral similarities in images by defining cluster-based latent variables. In the following, a low-rank matrix factorization method based on these latent variables is proposed to eliminate the noise of hyperspectral images and to improve the resistance to noise (as compared to other methods). The performance of the proposed method is compared visually with six new methods on real noise-contaminated images. For quantitative comparison, the same experiments are done on clean images combined with six types of simulated noise. The simulation results show that by applying latent variables in the Bayesian inference framework, the performance of the noise removal method is improved and the proposed method performs better than the other methods.

    Keywords: Image noise removal, latent variable, hyperspectral images, low-rank matrix factorization, variational Bayesian inference, mixture noise
  • Mehdi Bekrani * Pages 105-116

    Some of important issues in acoustic echo cancellation (AEC) using adaptive filters are the sparseness of the acoustic path impulse responses and strong dependency of the convergence performance of adaptive algorithm to the eigenvalue spread of the input signal correlation matrix. These issues result in a performance degradation of the adaptive AEC systems. In this paper, to improve the performance of the LMS/Newton adaptive algorithm in AEC, the matrix inverse computation is modified. To this end, the matrix inversion lemma is employed such that the contribution of the matrix inverse in the weight update is initially high and as a result, the dependency of the adaptive algorithm to the eigenvalue spread is low during the initial convergence. In addition, for the step-size adjustment, an improved proportionate method is applied such that during the convergence, the contribution of those weights having higher amplitudes in the adaptation process is gradually varied to become identical at the end of convergence. The proposed adaptive proportionate method, results in both convergence rate and steady-state performance improvement for identification of sparse acoustic impulse responses. Simulation results using a colored speech-like signal shows the steady-state misalignment of the proposed algorithm is typically 6.5 dB lower than that of the LMS/Newton algorithm. Moreover, the convergence of the proposed algorithm is typically 3.6 sec faster than that of the PNLMS algorithm, to achieve a misalignment of -17 dB. Theoretical misalignment analyses in the transient and steady state are presented and verified with simulation results.

    Keywords: Acoustic echo, adaptive filter, correlation matrix, sparse impulse response
  • Ehsan Montahaie, Mahdieh Soleymani Baghshah * Pages 117-126

    Text generation is one of the important problems in Natural Language Processing field. The former methods for text generation that are based on language modeling by the teacher forcing approach encounter the problem of discrepancy between the training and test phases and also employing an inappropriate objective (i.e., Maximum Likelihood estimation) for generation. In the past years, Generative Adversarial Networks (GANs) have achieved much popularity due to their capabilities in image generation. These networks have also attracted attention for sequence generation in the last few years. However, since text sequences are discrete, GANs cannot be easily employed for text generation, and new approaches like Reinforcement Learning and approximation have been utilized for this purpose. Furthermore, the instability problem of GANs training causes new challenges. In this paper, a new GAN-based ensemble method is proposed for sequence generation problem. The idea of the proposed method is based on the ratio estimation which enables the model to overcome the problem of discreteness in data. Also, the proposed method is more stable than the other GAN-based methods. It also should be noted that the exposure bias problem of teacher forcing approach does not exist in the proposed method. Experiments show the superiority of the proposed method to previous GAN-based methods for text generation.

    Keywords: Text generation, generative model, GANs, ensemble learning
  • Pegah Gazori, Dadmehr Rahbari, Mohsen Nickray * Pages 127-137

    With the advent and development of IoT applications in recent years, the number of smart devices and consequently the volume of data collected by them are rapidly increasing. On the other hand, most of the IoT applications require real-time data analysis and low latency in service delivery. Under these circumstances, sending the huge volume of various data to the cloud data centers for processing and analytical purposes is impractical and the fog computing paradigm seems a better choice. Because of limited computational resources in fog nodes, efficient utilization of them is of great importance. In this paper, the scheduling of IoT application tasks in the fog computing paradigm has been considered. The main goal of this study is to reduce the latency of service delivery, in which we have used the deep reinforcement learning approach to meet it. The proposed method of this paper is a combination of the Q-Learning algorithm, deep learning, experience replay, and target network techniques. According to experiment results, The DQLTS algorithm has improved the ASD metric by 76% in comparison to QLTS and 6.5% compared to the RS algorithm. Moreover, it has been reached to faster convergence time than QLTS.

    Keywords: Internet of Things, Fog computing, Task Scheduling, Deep reinforcement learning
  • Naeimeh Mohammad Karimi, Mahdi Yazdian Dehkordi, Amin Nezarat Pages 138-144

    This research seeks to promote one of the widely being used algorithms in machine learning, known as the random forest algorithm. For this purpose, we use compression and parallelization techniques. The main challenge we address in this research is about application of the random forest algorithm in processing and analyzing big data. In such cases, this algorithm does not show the usual and required performance, due to the needed large number of memory access. This research demonstrates how we can achieve the desired goal by using an innovative compression method, along with parallelization techniques. In this regard, the same components of the trees in the random forest are combined and shared. Also, a vectorization-based parallelization approach, along with a shared-memory-based parallelization method, are used in the processing phase. In order to evaluate its performance, we run it on the Kaggle benchmarks, which are being used widely in machine learning competitions. The experimental results show that contribution of the proposed compression method, could reduce 61% of the required processing time; meanwhile, application of the compression along with the named parallelization methods could lead to about 95% of improvement. Overall, this research implies that the proposed solution can provide an effective step toward high performance computing.

    Keywords: Machine learning, Random forest, High Performance Computing, Compression, Parallelization, Big Data
  • Erfan Abbasian, Morteza Gholipour * Pages 145-151

    Graphene nanoribbon field-effect transistors (GNRFETs) have emerged as encouraging replacement candidate for traditional silicon-based transistor in next-generation technology. Since GNRFETs’ channel is about a few nanometers, impact of manufacturing process variations on circuits’ performance is very large. In this paper, impact of manufacturing process variations such as oxide thickness, channel length, and number of dimer lines on schottky-barrier-type GNRFETs (SB-GNRFETs)-based static flip-flop characteristics such as delay, power, and energy-delay-product (EDP) is evaluated and analyzed. Furthermore, Monte-Carlo (MC) simulations have been performed for statistical analysis of these variations. With change in the oxide thickness from its nominal value to 1.15 nm, the propagation delay and EDP are increased by 31.57% and 60.62%, respectively. Also, the channel length variation has the least effect on flip-flop characteristic. The propagation delay and EDP are increased by 315.48 % and 204.79%, respectively, when the number of dimer lines increases by one from its nominal value. The results obtained from MC simulations show that the oxide thickness variations lead to spread of 2.46, 1.57 and 2.39 times higher than the number of dimer lines variations in histogram distribution of flip-flop characteristic.

    Keywords: Graphene nanoribbon field-effect transistors (GNRFETs), schottky-barrier, flip-flip, timing parameters, Monte-Carlo
  • seyed hassan nabavi, mohammad behdadfar *, MohammadReza noorifard Pages 152-158

    One of the new solutions playing an important role in improving multimedia delivery quality, is applying cloud based networks. In this paper, a new cloud based scheme is proposed for improving user quality of experience in video adaptive streaming services over HTTP. In proposed solution, a server side look ahead window algorithm and a client side HTTP-GET request transmission algorithm are applied. Using both algorithms concurrently at server side and client side, results in reducing buffer overflow probability which leads to prevent playout stall.

    Keywords: Adaptive video streaming, buffer management, quality of users experience, look ahead window
  • Mahdi Yazdian Dehkordi *, Zahra Abedi, Nasim Khani Pages 159-164

    Human physical activity recognition using gyroscope and accelerometer sensors of smartphones has attracted many researches in recent years. In this paper, the performance of principle component analysis feature extraction method and several classifiers including support vector machine, logestic regression, Adaboost and convolutional neural network are evaluated to propose an efficient system for human activity recognition. The proposed system can improve the classification accuracy in comparison with the state of the art researches in this field. The performance of a physical activity recognition system is expected to be robust on different smartphone platforms. The quality of smartphone sensors and their corresponding noises vary considerably between different smartphone models and sometimes within the same model. Therefore, it is beneficial to study the effect of noise on the efficiency of the human activity recognition system. In this paper, the robustness of the investigated classifiers are also studied in various level of sensor noises to find the best robust solution for this purpose. The experimental results, which is provided on a well-known human activity recognition dataset, show that the support vector machine with averaged accuracy of 96.34% perform more robust than the other classifiers on different level of sensor noises.

    Keywords: Smartphone, Gyroscope, Accelerometer, Human physical activity recognition, Sensor quality, Sensor noise