2024年第4期论文速览

图像与视觉

基于跨视角一致约束的单视角三维人脸重建

作者: 钟易澄, 裴玉茹, 李培鑫

单位: 北京大学机器感知与智能教育部重点实验室

摘要:  基于深度神经网络的无监督单视角三维人脸重建已取得显著成功, 其依赖光度渲染以及对称正则化从二维单视角图像进行训练, 但是单视角图像由于自遮挡与光照影响缺乏可信的人脸几何与纹理约束. 因此, 提出了一种基于跨视角一致约束的两阶段的单视角三维人脸重建框架. 首先, 局部网络并行地估计多个视角的局部人脸纹理与 UV位置图, 利用低维统计人脸模型3DMM对自遮挡造成的缺失区域几何与纹理进行填充; 在第2阶段中, 补全网络对各视角的局部纹理与 UV 位置图进行补全并改进, 重建具有细节的完整三维人脸几何与纹理. 设计了关于光度渲染、人脸纹理、与UV位置图的跨视角一致约束函数, 以无监督学习机制从多视角人脸图像数据优化端到端模型. 实验结果表明, 所提方法可有效地从单视角图像估计人脸姿态, 对遮挡区域中人脸几何与纹理合理补全, 重建带有几何与纹理细节的高质量三维人脸. 特别地, 在MICC Florence数据集上, 所提方法较对比算法重建人脸的均方根误差降低了6.36%.

关键词: 三维人脸重建; 跨视角一致约束; UV位置图

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https://www.jcad.cn/cn/article/doi/10.3724/SP.J.1089.2024.19772

伪时空图卷积网络修复姿态引导的Transformer行人视频修复方法

作者: 唐福梅, 聂勇伟, 余嘉祺, 张青, 李桂清

单位: 华南理工大学计算机科学与工程学院; 中山大学计算机学院

摘要:  为解决监控视频中被遮挡行人的修复问题, 提出了一种基于人体姿态的行人视频修复方法, 即先修复视频中残缺的行人姿态序列, 然后在修补后的姿势序列的引导下修复视频帧中人体的缺失部分. 该方法采用OpenPose从视频中提取被遮挡的人体姿态序列, 针对其因存在遮挡情况导致未识别出和未准确识别部分关节点的问题, 提出了一种伪时空图卷积网络模型对缺失姿态进行修复, 得到一个相对准确的姿态序列; 基于修复后的姿态, 提出了基于姿态序列引导的 Transformer 行人视频修复模型. 在 Human3.6M 数据集上进行了测试, 所提出的方法在 4 个指标 PSNR, RMSE, SSIM, LPIPS 上均比对比方法有提升, 特别是RMSE指标提升了9.50%, LPIPS指标提升了21.67%. 

关键词: 深度学习; 图卷积神经网络; Transformer; 人体姿态补全; 视频修复 

面向复杂光照的舞台演员检测

作者: 赵国庆, 董天阳, 童程凯, 沈冰雁

单位: 浙江工业大学计算机学院

摘要:  复杂舞台场景存在多个光源产生的偏色和光照不均匀问题, 严重影响了演员检测的精度. 针对上述问题, 提出一种基于伪多模态融合的演员检测方法. 首先随机选取一种光照处理方法构建增强图像, 与原图像构成伪多模态图像对; 然后在增强图像中以演员关键点建立候选集合, 从集合中随机选取部分关键点所在的区域构建增强补丁集合, 并将补丁替换到原始图像中进行训练; 最后在传统特征金字塔网络的基础上借鉴Transformer编码器的构建形 式, 利用视觉注意力模块构建视觉注意力编码器, 强化多尺度特征的交互逻辑. 在自建4543幅包含舞台演员的图像 数据集上与3个模型进行组合, 舞台演员检测的均值平均精度分别提升0.4%~2.9%, 表明所提方法能够较好地降低偏色和不均匀光照的影响.

关键词: 目标检测; 光照处理; 行人检测; 数据增强; 特征金字塔网络

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https://www.jcad.cn/cn/article/doi/10.3724/SP.J.1089.2024.19838

VLSL设计与测试及的电子设计自动化

面向三重版图曝光约束的详细布线算法

作者: 梁小宇, 孙若涵, 徐宁, 张亚东

单位: 杭武汉理工大学信息工程学院; 北京华大九天科技股份有限公司

摘要:  在进一步缩小特征尺寸的问题上, 三重版图曝光技术(triple patterning lithography, TPL)发挥着重要的作用. 针对TPL中的版图分解问题, 提出了一种基于TPL约束的详细布线算法. 将版图分解问题转化为满足同色间距约束和最小间距约束的详细布线问题, 使用网格编码的方法来满足2种间距约束; 利用与2种间距约束相结合的Hannan 网格来提升布线资源的利用率以及布线的速度; 结合多源迪杰斯特拉算法进行多端线网的最短路径搜索; 最后将布线结果进行版图分解, 实现最小化冲突数量和缝合点数量的目标. 算法在 2.20 GHz CPU 和 32 GB 内存的 Ubuntu 20.04 环境下运行, 使用 2018 年 ISPD 详细布线比赛的测试集. 实验结果表明, 与普通详细布线相比, 可降低约60% 的冲突数量以及70%的缝合点数量. 

关键词: 三重版图曝光; 版图分解; 详细布线; 缝合点

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https://www.jcad.cn/cn/article/doi/10.3724/SP.J.1089.2024.20072

电磁脉冲攻击下片上配电网络IR Drop分析方法

作者: 刘强, 张培然

单位: 天津大学微电子学院;  天津市成像与感知微电子技术重点实验室

摘要:  电磁脉冲攻击对集成电路的安全具有很强的威胁性. 为了有效地抵御电磁脉冲攻击, 针对片上配电网络易受电磁脉冲影响的问题, 提出了一种电磁脉冲攻击下片上配电网络IR drop分布的分析方法. 首先, 在集成电路布局 规划阶段, 基于有限元仿真构建片上配电网络模型和电磁脉冲攻击模型, 仿真获得电磁脉冲下配电网络上感应电流密度的分布并计算感应电流, 然后将感应电流加载到配电网络模型上, 使用 IR 分析工具分析 IR drop 分布. 基于TSMC 180 nm工艺版图的IR drop分析结果显示, 电磁脉冲攻击能够在电源和地网络中引入2.3 V以上的IR drop. 与现有基 于电流分布理论值的分析方法相比, 该分析方法能够更准确地获取电磁脉冲下配电网络中的IR drop分布. 该分析方法可用于指导改进配电网络的设计, 提升抗电磁脉冲攻击能力. 实验结果显示, 增加一组供电端口后, 电源和地网络中的最大IR drop分别降低了28%和24%.

关键词: 集成电路; 片上配电网络; 电磁脉冲攻击; 电压降 

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https://www.jcad.cn/cn/article/doi/10.3724/SP.J.1089.2024.20107

多重掩模场景详细布线算法

作者: 武洁, 吴皓莹, 徐宁, 张亚东

单位: 武汉理工大学信息工程学院; 北京华大九天科技股份有限公司

摘要:  为了在多重掩模自动布线场景中取得缝线数目较少、总线长较小的布线效果, 提出一种基于虚拟格点(virtual-vertex, V-V)模型的满足多重掩模约束的详细布线算法. 首先在均匀网格下构建可以支持同色及异色间距的 V-V 模型, V-V的规模由工艺文件中定义的布线层的掩模数决定; 然后为每个多端线网生成考虑多重掩模约束的最短路径拓扑结构, 并将多端线网分解为多个双端线网; 最后基于提出的 V-V 模型结合搜索算法, 以最短路径拓扑结构作为指导, 对每个双端线网完成自动布线, 并通过代价函数严格控制缝线的引入, 保证了以最小缝线数完成线网的连接. 在详细布线比赛的基准测试集及其衍生测例进行实验的结果表明, 与布线完成后再进行掩模分配的技术方案相比, 所提算法可以减少约26%的缝线数.

关键词:  多重掩模; 集成电路自动布线; V-V模型

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https://www.jcad.cn/cn/article/doi/10.3724/SP.J.1089.2024.20074

多模态高精度非线性激活函数协处理器设计

作者: 欧文辉, 王峥, 吴卓宇, 王伟伦, 甘志银 

单位: 华中科技大学武汉光电国家研究中心; 中国科学院深圳先进技术研究院异构智能计算中心; 中科元物芯科技有限公司; Department of Engineering, Durham University

摘要: 针对片上部署非线性激活函数产生的精度损失以及硬件资源开销大的问题, 提出一种基于三分法指数方法 的多模态高精度非线性激活函数协处理器设计. 首先分析激活函数在不同拟合参数下的近似误差以及运算量, 为设计提供指导; 然后设计一种模块化的硬件框架, 通过复用指数、对数、sigmoid 模块并结合浮点计算单元, 能够以较低的面积开销部署多种激活函数. 在Xilinx的Vertix 系列FPGA上完成原型测试, 实验结果表明, 在仅增加32个查找表的情况下, 所提设计tanh和sigmoid的近似误差仅为2项拆分指数方法的65.02%和69.00%, 同时拟合范围扩大60%; 与高精度分段线性逼近方法相比, 该设计在仅用4%的查找表数量的情况下, 将近似误差缩小82%.

关键词: 非线性激活函数; 神经网络; 数学拟合; FPGA

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https://www.jcad.cn/cn/article/doi/10.3724/SP.J.1089.2024.19959

基于多阶段优化的高质量总体布线算法

作者: 刘耿耿, 裴镇宇, 徐宁

单位: 福州大学计算机与大数据学院；中国科学院计算机体系结构国家重点实验室; 武汉理工大学信息工程学院

摘要: 总体布线是 VLSI 物理设计中关键的一个环节. 针对现有总体布线算法的布线容量利用率低和布线结果容 易陷入局部最优的问题, 提出一种基于多阶段优化的高质量总体布线算法. 首先在预连接阶段和全局考量下的布线重组阶段中引入虚拟容量动态调整策略, 提高布线容量利用率; 然后在布线重组阶段引入布线子区域自适应扩展策略, 缩小算法全局搜索的空间, 提高算法的布线效率; 最后采用A*算法启发式搜索并结合粒子群算法全局搜索的能 力, 避免算法在布线过程中单一地选择最短路径, 陷入局部最优. 与现有总体布线算法在ISPD基准电路上的实验结果表明, 所提算法的布线结果取得了6.0%~22.8%的线长优化.

关键词: 超大规模集成电路; 总体布线; 多阶段优化; 动态调整策略; A*算法 

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https://www.jcad.cn/cn/article/doi/10.3724/SP.J.1089.2024.19956

多级混合极性Reed-Muller逻辑电路功耗优化

作者: 赵子豪, 储著飞, 王伦耀, 夏银水

单位: 宁波大学信息科学与工程学院

摘要: 针对多级混合极性 Reed-Muller(MPRM)电路功耗优化问题, 提出一种基于列表法和onset 法的多级 MPRM 功耗优化算法. 对于电路的各个割集, 结合列表法和多输入AND/XOR 门低功耗分解模型, 遍历所有极性下的二级 MPRM 最优功耗函数; 然后在二级MPRM 函数的基础上, 通过 onset 法得到多级 MPRM 函数, 对其中的多输入 AND/XOR门进行低功耗分解. 在MCNC和EPFL测试集上的实验结果表明, 与原电路相比, 所提算法的平均功耗优化率达到49.90%和27.87%; 与二级 MPRM 功耗优化算法相比, 该算法的平均面积优化率为20.52%, 平均功耗优化率达到21.24%. 

关键词: 多级混合极性Reed-Muller; 功耗优化; 逻辑综合    

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https://www.jcad.cn/cn/article/doi/10.3724/SP.J.1089.2024.19951

先进制程下基于多策略融合的时延优化层分配算法

作者: 刘耿耿, 江列湫, 李泽鹏, 吴若昕, 徐宁

单位: 福州大学计算机与大数据学院; 中国科学院计算机体系结构国家重点实验室; 福州大学梅努斯国际工程学院; 武汉理工大学信息工程学院

摘要: 引入层分配算法能够有效地优化物理设计过程中的时延和通孔数等指标, 提高电路性能. 为此, 提出一种同时考虑非默认规则线和耦合效应的基于多策略融合的时延优化层分配算法. 首先针对现有工作对线网差异性考虑不细致的问题, 提出线网异化策略; 然后针对网格边拥塞情况评估不够合理的问题, 提出段分级策略; 再对非法线网进行拆线重绕时更注重考虑拥塞约束而导致时延过高的问题, 提出重绕调整策略; 最后提出多目标驱动排序策略, 对布线顺序不够合理的问题设计多种新颖的确定布线顺序的方法. 在2.60 GHz CPU和 64 GB内存的Linux环境下, 使用DAC12基准电路得到的实验结果表明, 在保证不发生溢出的情况下, 所提算法能够有效地优化时延和通孔数.

关键词: 层分配; 时延; 拥塞; 通孔; 拆线重绕    

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https://www.jcad.cn/cn/article/doi/10.3724/SP.J.1089.2024.19948

HEVC自适应去方块滤波器的VLSI设计与实现

作者: 陈焯淼, 陈志峰, 陈建, 汪家华

单位: 福州大学物理与信息工程学院

摘要: 去方块滤波是高效视频编码(HEVC)的重要组成部分, 能够有效地改善编码图像的主观质量, 是提升视频整体编码性能的重要手段之一. 针对HEVC硬件编码器中去方块滤波技术复杂度较高的问题, 为了在节省资源消耗的同时减少处理周期, 改善滤波效率, 提出HEVC自适应去方块滤波的硬件算法和VLSI架构. 首先基于HEVC编码结构的边界规则, 提出一种无需递归循环计算的快速边界判断算法, 降低硬件实现的复杂度; 然后基于上述边界判断结果, 提出一种可自主选择滤波边界进行去方块滤波的4级流水结构, 减少滤波处理周期; 最后将亮度和色度并行滤波, 设计一种高度并行且兼容共享的存储架构, 改善滤波效率且节约存储资源消耗. 实验结果表明, 在 TSMC90 nm 工艺下, 所设计的去方块滤波结构的硬件面积比已有结构减少60%左右, 并且最高能达到250 MHz的工作频率, 可满足8K@60 帧/s的超高清视频的实时编码.

关键词: 高效视频编码; 去方块滤波; 边界判断; 硬件设计    

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https://www.jcad.cn/cn/article/doi/10.3724/SP.J.1089.2024.19925

2023年第3期论文速览