标清电视图像转为高清电视图像的插值算法

唐立

摘 要：为缩小高清电视图像与标清电视图像分辨率上的巨大差异，降低标清电视图像转为高清电视图像的困难，因此本文采用插值散发对标清电视图像做了相关锐化处理。实验证明，本文的方法得到的高清电视图像比传统算法得到的高清电视图像在图像质量上有了大大改善。

关键词：高清电视图像；插值算法；图像锐化

1.电视系统图像技术发展现状

电视系统图像用户界面是电视系统应用技术不可缺少的一部分，它将图像与数据相结合，既减少了相关人员的工作量，又可以使人机交互变得简单，直观，快捷。到目前为止，电视系统图像技术的发展大概经历了三个阶段：第一阶段是将绘制好的图像文件事先保存在磁盘中，当使用时再调出。如有改动设计人员必须重新作图，这是最原始的情况也是工作量最大的。第二阶段，随着计算机的不断发展，工作人员可以借助一些通用的绘图技术像 AutoCAD， Visio 等来完成图像的绘制工作。这些绘图技术提供一个图像输入，编辑和输出的功能，具有很强的图像编辑能力，但这主要借助计算机进行手工绘制。第三阶段，伴随着计算机语言和计算机图像学的发展与完善，设计人员可以借助计算机语言（C++，插值算法等），开发出电视系统图像专用编辑技术。但这一阶段仍旧以人工绘制为主。在可预见的未来，电视系统图像发展的趋势是，将规范化，符号化的电视元件，根据相关模型或标准，进行拓扑分析，依据分析结果，自动生成相应电视图像，及实现人工化到智能化的转变。

目前，电视系统图像的存儲与调用主要以矢量图为主。在本文中采用 SVG 格式。SVG 是一种基于 XML 语法的用来描述二维图像的语言标准，直接继承了 XML 的特性，简化了异质系统间的信息交流，方便数据库的存取，用 SVG 描述的图像文件不仅可以表现丰富的图像内容、控制文件大小，而且可以跨平台使用，同时便于网络传输。

2011 年，国家电网推出的《电视系统图像描述规范》就是在 SVG 格式的基础上发展而来。随着 SVG 技术的不断成熟，它将在电视图像系统中具有很好的应用前景。图像技术的设计着重考虑的是开放性，可扩展性，兼容性和独立性。设计人员采用灵活的程序设计方法，依靠性能优越的计算机语言，就可以开发出拥有强大功能，宽广应用范围，有效兼容和广泛适用性的电视系统图像技术。而且未来的电视系统图像技术更加简单化，高效化，智能化。

2.基于插值算法的标清电视图像转为高清电视图像研究

系统采用插值算法的设计方案，利用插值算法语言基于 Eclipse 开发环境去实现。因为在基于 IEC61850 标准的变电站自动化系统中，采用插值算法的思想对设备建模。这与插值算法 编程思想相近，实现起来相对容易。另外 Eclipse 是一个开放源码的，基于插值算法的可扩展开发平台。

2.1 图像界面的结构类图设计

由于图像界面采用的是 MVC 设计模式，因此在设计实现每个功能的类和对象的时候，要基于这个结构去设想。在插值算法语言中提供了 AWT 和 Swing 两个工具包来设计界面，首先通过继承 J Frame 类就可以获取一个界面，然后再根据应用的需要在界面上增加不同的组件来实现不同的功能。在框架图中，SCL Frame 类继承 J Frame 框架，实现一个绘图界面，同时它也是各个组件交互的中介者。在绘图界面上添加有标题栏，菜单栏，工具栏，属性栏和绘图区域等等。工具栏中包含各种工具（Tool）用来实现对界面进行相应操作。界面上也存在一个绘图区域，SVG View 类用来实现该功能，SVG View 类主要继承 J Panel 组件的属性。Figure Container 是图元容器，该容器包含一些所需的电视图元，当Figure Container 发生变化时，该变化会被传递到 SVG View 类，SVG View 就会更新图像。Figure Handle 类主要用于定义访问点以及如何与图元进行交互。

2.2 图元工具箱的设计与实现

变电站的一次设备通常包括：母线，变压器，断路器，隔离开关，电压互感器，电流互感器，接地装置等。设计的变电站一次设备工具箱应至少包含这些设备图元按钮。另外 LN 工具箱应当包含标准中定义的所有常用 LN。当用户在工具栏中点击一个图元按钮时，就会触发一个事件响应函数 Mouse Click，将工具选择变量 get Current Tools 设置为刚才点击的按钮所代表的的图元，然后在画板中点击左键，就会绘制出相应的图像。

最后我们可根据需要对图元进行拾取、移动、删除、复制、粘贴、修改颜色、修改线型、放大、缩小、图元参数配置等相应操作。在这个过程中，要对鼠标和鼠标的操作进行监听，即程序要实现 Mouse Listener 和Mouse Motion Listener 接口。Mouse Listener 提供对鼠标的五个事件处理方法，它包括：mouse Clicked，mouse Pressed，mouse Released，mouse Entered 和 mouse Exited。通过对鼠标的监听可以获取当前鼠标的位置坐标，进而当用户点击左键时，程序可以依据该坐标确定当前鼠标的位置是否在某个图元的矩形选择方框内，最终决定 Canvas 上图元的拾取。另外，用户也可以利用 Mouse Motion Listener 接口通过在 Canvas 上利用鼠标拖动出一个矩形框来选取图元，只要画板上某个图元矩形区域有任何一部分被包含在矩形框中，该图元就会被拾取。Mouse Dragged 和 mouse Moved 是 Mouse Motion Listener 接口提供的两个事件处理函数。

2.3 图像文件的读取与存储

有时候导入来自其他系统的基于 SVG 格式的电视接线图，往往可以减少我们重复绘图的工作量。当用户需要引入外在的 SVG 文件时，通过点击菜单栏或工具栏中的打开按钮，就会弹出一个打开对话框，用户在地址栏中找到所需 SVG 文件，打开即可。如果要实现这个过程，我们需要引入 JFileChooser 这个类，程序通过 JFileChooser 实例获知哪个文件被选取，然后通过文件的输入输出流提取这个文件的 URL，并把它转换成字符串，最后程序把字符串传递到 JSVGCanvas 类的 setURI 方法中去，当画板获得文件的地址后，就会在画布上把文件对应的电视接线图展现出来。

2.4 图像界面的运行效果展示

图1和图2分别是原始的标清电视图像和新方法插值后的结果。

3.结语

本章首先设计了图像界面的总体功能，其次对各主要模块的功能进行细致设计。包括用户配置界面的 MVC 设计模式，SCL 文件的验证和解析方法，参数配置界面的结构以及SCL文件的生成步骤等。接着在插值算法语言的基础上，对标清电视图像转为高清电视图像的相关功能进行了实现。最后展示了图像界面的运行效果。

参考文献

[1] 仇烈保，李嘉陵.标准清晰度电视[J].现代电视技术，1997，（5）：19-20.

[2] 陈华.从标清清晰度电视到高清晰度电视[J].现代电视技术，2001，（10）：62-64.

[3] 何斌，马天予，王运坚，等.数字图像处理（第2版） [M].北京：人民邮电出版社，2002：199-206.