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.電視系統圖像技術發展現狀

電視系統圖像用戶界面是電視系統應用技術不可缺少的一部分，它將圖像與數據相結合，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，電視系統圖像技術的發展大概經歷了三個階段：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），開發出電視系統圖像專用編輯技術。但這一階段仍舊以人工繪制為主。在可預見的未來，電視系統圖像發展的趨勢是，將規范化，符號化的電視元件，根據相關模型或標準，進行拓撲分析，依據分析結果，自動生成相應電視圖像，及實現人工化到智能化的轉變。

目前，電視系統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，簡化了異質系統間的信息交流，方便數據庫的存取，用 SVG 描述的圖像文件不僅可以表現豐富的圖像內容、控制文件大小，而且可以跨平臺使用，同時便于網絡傳輸。

2011 年，國家電網推出的《電視系統圖像描述規范》就是在 SVG 格式的基礎上發展而來。隨著 SVG 技術的不斷成熟，它將在電視圖像系統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，依靠性能優越的計算機語言，就可以開發出擁有強大功能，寬廣應用范圍，有效兼容和廣泛適用性的電視系統圖像技術。而且未來的電視系統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

系統采用插值算法的設計方案，利用插值算法語言基于 Eclipse 開發環境去實現。因為在基于 IEC61850 標準的變電站自動化系統中，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，然后再根據應用的需要在界面上增加不同的組件來實現不同的功能。在框架圖中，SCL Frame 類繼承 J Frame 框架，實現一個繪圖界面，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，屬性欄和繪圖區域等等。工具欄中包含各種工具（Tool）用來實現對界面進行相應操作。界面上也存在一個繪圖區域，SVG View 類用來實現該功能，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

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，就會觸發一個事件響應函數 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聽，即程序要實現 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。

2.3 圖像文件的讀取與存儲

有時候導入來自其他系統的基于 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。最后展示了圖像界面的運行效果。

參考文獻

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