標清電視圖像轉為高清電視圖像的插值算法

唐立

摘 要：為縮小高清電視圖像與標清電視圖像分辨率上的巨大差異，降低標清電視圖像轉為高清電視圖像的困難，因此本文采用插值散發(fā)對標清電視圖像做了相關銳化處理。實驗證明，本文的方法得到的高清電視圖像比傳統(tǒng)算法得到的高清電視圖像在圖像質量上有了大大改善。

關鍵詞：高清電視圖像；插值算法；圖像銳化

1.電視系統(tǒng)圖像技術發(fā)展現(xiàn)狀

電視系統(tǒng)圖像用戶界面是電視系統(tǒng)應用技術不可缺少的一部分，它將圖像與數(shù)據(jù)相結合，既減少了相關人員的工作量，又可以使人機交互變得簡單，直觀，快捷。到目前為止，電視系統(tǒng)圖像技術的發(fā)展大概經(jīng)歷了三個階段：第一階段是將繪制好的圖像文件事先保存在磁盤中，當使用時再調出。如有改動設計人員必須重新作圖，這是最原始的情況也是工作量最大的。第二階段，隨著計算機的不斷發(fā)展，工作人員可以借助一些通用的繪圖技術像 AutoCAD， Visio 等來完成圖像的繪制工作。這些繪圖技術提供一個圖像輸入，編輯和輸出的功能，具有很強的圖像編輯能力，但這主要借助計算機進行手工繪制。第三階段，伴隨著計算機語言和計算機圖像學的發(fā)展與完善，設計人員可以借助計算機語言（C++，插值算法等），開發(fā)出電視系統(tǒng)圖像專用編輯技術。但這一階段仍舊以人工繪制為主。在可預見的未來，電視系統(tǒng)圖像發(fā)展的趨勢是，將規(guī)范化，符號化的電視元件，根據(jù)相關模型或標準，進行拓撲分析，依據(jù)分析結果，自動生成相應電視圖像，及實現(xiàn)人工化到智能化的轉變。

目前，電視系統(tǒng)圖像的存儲與調用主要以矢量圖為主。在本文中采用 SVG 格式。SVG 是一種基于 XML 語法的用來描述二維圖像的語言標準，直接繼承了 XML 的特性，簡化了異質系統(tǒng)間的信息交流，方便數(shù)據(jù)庫的存取，用 SVG 描述的圖像文件不僅可以表現(xiàn)豐富的圖像內容、控制文件大小，而且可以跨平臺使用，同時便于網(wǎng)絡傳輸。

2011 年，國家電網(wǎng)推出的《電視系統(tǒng)圖像描述規(guī)范》就是在 SVG 格式的基礎上發(fā)展而來。隨著 SVG 技術的不斷成熟，它將在電視圖像系統(tǒng)中具有很好的應用前景。圖像技術的設計著重考慮的是開放性，可擴展性，兼容性和獨立性。設計人員采用靈活的程序設計方法，依靠性能優(yōu)越的計算機語言，就可以開發(fā)出擁有強大功能，寬廣應用范圍，有效兼容和廣泛適用性的電視系統(tǒng)圖像技術。而且未來的電視系統(tǒng)圖像技術更加簡單化，高效化，智能化。

2.基于插值算法的標清電視圖像轉為高清電視圖像研究

系統(tǒng)采用插值算法的設計方案，利用插值算法語言基于 Eclipse 開發(fā)環(huán)境去實現(xiàn)。因為在基于 IEC61850 標準的變電站自動化系統(tǒng)中，采用插值算法的思想對設備建模。這與插值算法 編程思想相近，實現(xiàn)起來相對容易。另外 Eclipse 是一個開放源碼的，基于插值算法的可擴展開發(fā)平臺。

2.1 圖像界面的結構類圖設計

由于圖像界面采用的是 MVC 設計模式，因此在設計實現(xiàn)每個功能的類和對象的時候，要基于這個結構去設想。在插值算法語言中提供了 AWT 和 Swing 兩個工具包來設計界面，首先通過繼承 J Frame 類就可以獲取一個界面，然后再根據(jù)應用的需要在界面上增加不同的組件來實現(xiàn)不同的功能。在框架圖中，SCL Frame 類繼承 J Frame 框架，實現(xiàn)一個繪圖界面，同時它也是各個組件交互的中介者。在繪圖界面上添加有標題欄，菜單欄，工具欄，屬性欄和繪圖區(qū)域等等。工具欄中包含各種工具（Tool）用來實現(xiàn)對界面進行相應操作。界面上也存在一個繪圖區(qū)域，SVG View 類用來實現(xiàn)該功能，SVG View 類主要繼承 J Panel 組件的屬性。Figure Container 是圖元容器，該容器包含一些所需的電視圖元，當Figure Container 發(fā)生變化時，該變化會被傳遞到 SVG View 類，SVG View 就會更新圖像。Figure Handle 類主要用于定義訪問點以及如何與圖元進行交互。

2.2 圖元工具箱的設計與實現(xiàn)

變電站的一次設備通常包括：母線，變壓器，斷路器，隔離開關，電壓互感器，電流互感器，接地裝置等。設計的變電站一次設備工具箱應至少包含這些設備圖元按鈕。另外 LN 工具箱應當包含標準中定義的所有常用 LN。當用戶在工具欄中點擊一個圖元按鈕時，就會觸發(fā)一個事件響應函數(shù) Mouse Click，將工具選擇變量 get Current Tools 設置為剛才點擊的按鈕所代表的的圖元，然后在畫板中點擊左鍵，就會繪制出相應的圖像。

最后我們可根據(jù)需要對圖元進行拾取、移動、刪除、復制、粘貼、修改顏色、修改線型、放大、縮小、圖元參數(shù)配置等相應操作。在這個過程中，要對鼠標和鼠標的操作進行監(jiān)聽，即程序要實現(xiàn) Mouse Listener 和Mouse Motion Listener 接口。Mouse Listener 提供對鼠標的五個事件處理方法，它包括：mouse Clicked，mouse Pressed，mouse Released，mouse Entered 和 mouse Exited。通過對鼠標的監(jiān)聽可以獲取當前鼠標的位置坐標，進而當用戶點擊左鍵時，程序可以依據(jù)該坐標確定當前鼠標的位置是否在某個圖元的矩形選擇方框內，最終決定 Canvas 上圖元的拾取。另外，用戶也可以利用 Mouse Motion Listener 接口通過在 Canvas 上利用鼠標拖動出一個矩形框來選取圖元，只要畫板上某個圖元矩形區(qū)域有任何一部分被包含在矩形框中，該圖元就會被拾取。Mouse Dragged 和 mouse Moved 是 Mouse Motion Listener 接口提供的兩個事件處理函數(shù)。

2.3 圖像文件的讀取與存儲

有時候導入來自其他系統(tǒng)的基于 SVG 格式的電視接線圖，往往可以減少我們重復繪圖的工作量。當用戶需要引入外在的 SVG 文件時，通過點擊菜單欄或工具欄中的打開按鈕，就會彈出一個打開對話框，用戶在地址欄中找到所需 SVG 文件，打開即可。如果要實現(xiàn)這個過程，我們需要引入 JFileChooser 這個類，程序通過 JFileChooser 實例獲知哪個文件被選取，然后通過文件的輸入輸出流提取這個文件的 URL，并把它轉換成字符串，最后程序把字符串傳遞到 JSVGCanvas 類的 setURI 方法中去，當畫板獲得文件的地址后，就會在畫布上把文件對應的電視接線圖展現(xiàn)出來。

2.4 圖像界面的運行效果展示

圖1和圖2分別是原始的標清電視圖像和新方法插值后的結果。

3.結語

本章首先設計了圖像界面的總體功能，其次對各主要模塊的功能進行細致設計。包括用戶配置界面的 MVC 設計模式，SCL 文件的驗證和解析方法，參數(shù)配置界面的結構以及SCL文件的生成步驟等。接著在插值算法語言的基礎上，對標清電視圖像轉為高清電視圖像的相關功能進行了實現(xiàn)。最后展示了圖像界面的運行效果。

參考文獻

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