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        標(biāo)清電視圖像轉(zhuǎn)為高清電視圖像的插值算法

        2014-09-25 18:15:19唐立
        卷宗 2014年8期

        唐立

        摘 要:為縮小高清電視圖像與標(biāo)清電視圖像分辨率上的巨大差異,降低標(biāo)清電視圖像轉(zhuǎn)為高清電視圖像的困難,因此本文采用插值散發(fā)對(duì)標(biāo)清電視圖像做了相關(guān)銳化處理。實(shí)驗(yàn)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(zhì)量上有了大大改善。

        關(guān)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(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

        電視系統(tǒng)圖像用戶界面是電視系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)不可缺少的一部分,它將圖像與數(shù)據(jù)相結(jié)合,既減少了相關(guān)人員的工作量,又可以使人機(jī)交互變得簡單,直觀,快捷。到目前為止,電視系統(tǒng)圖像技術(shù)的發(fā)展大概經(jīng)歷了三個(gè)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(dāng)使用時(shí)再調(diào)出。如有改動(dòng)設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展,工作人員可以借助一些通用的繪圖技術(shù)像 AutoCAD, Visio 等來完成圖像的繪制工作。這些繪圖技術(shù)提供一個(gè)圖像輸入,編輯和輸出的功能,具有很強(qiáng)的圖像編輯能力,但這主要借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行手工繪制。第三階段,伴隨著計(jì)算機(jī)語言和計(jì)算機(jī)圖像學(xué)的發(fā)展與完善,設(shè)計(jì)人員可以借助計(jì)算機(jī)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(shù)。但這一階段仍舊以人工繪制為主。在可預(yù)見的未來,電視系統(tǒng)圖像發(fā)展的趨勢(shì)是,將規(guī)范化,符號(hào)化的電視元件,根據(jù)相關(guān)模型或標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行拓?fù)浞治觯罁?jù)分析結(jié)果,自動(dòng)生成相應(yīng)電視圖像,及實(shí)現(xiàn)人工化到智能化的轉(zhuǎn)變。

        目前,電視系統(tǒng)圖像的存儲(chǔ)與調(diào)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(biāo)準(zhǔn),直接繼承了 XML 的特性,簡化了異質(zhì)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(nèi)容、控制文件大小,而且可以跨平臺(tái)使用,同時(shí)便于網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)上發(fā)展而來。隨著 SVG 技術(shù)的不斷成熟,它將在電視圖像系統(tǒng)中具有很好的應(yīng)用前景。圖像技術(shù)的設(shè)計(jì)著重考慮的是開放性,可擴(kuò)展性,兼容性和獨(dú)立性。設(shè)計(jì)人員采用靈活的程序設(shè)計(jì)方法,依靠性能優(yōu)越的計(jì)算機(jī)語言,就可以開發(fā)出擁有強(qiáng)大功能,寬廣應(yīng)用范圍,有效兼容和廣泛適用性的電視系統(tǒng)圖像技術(shù)。而且未來的電視系統(tǒng)圖像技術(shù)更加簡單化,高效化,智能化。

        2.基于插值算法的標(biāo)清電視圖像轉(zhuǎn)為高清電視圖像研究

        系統(tǒng)采用插值算法的設(shè)計(jì)方案,利用插值算法語言基于 Eclipse 開發(fā)環(huán)境去實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵诨?IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中,采用插值算法的思想對(duì)設(shè)備建模。這與插值算法 編程思想相近,實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)容易。另外 Eclipse 是一個(gè)開放源碼的,基于插值算法的可擴(kuò)展開發(fā)平臺(tái)。

        2.1 圖像界面的結(jié)構(gòu)類圖設(shè)計(jì)

        由于圖像界面采用的是 MVC 設(shè)計(jì)模式,因此在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)每個(gè)功能的類和對(duì)象的時(shí)候,要基于這個(gè)結(jié)構(gòu)去設(shè)想。在插值算法語言中提供了 AWT 和 Swing 兩個(gè)工具包來設(shè)計(jì)界面,首先通過繼承 J Frame 類就可以獲取一個(gè)界面,然后再根據(jù)應(yīng)用的需要在界面上增加不同的組件來實(shí)現(xiàn)不同的功能。在框架圖中,SCL Frame 類繼承 J Frame 框架,實(shí)現(xiàn)一個(gè)繪圖界面,同時(shí)它也是各個(gè)組件交互的中介者。在繪圖界面上添加有標(biāo)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(shí)現(xiàn)對(duì)界面進(jìn)行相應(yīng)操作。界面上也存在一個(gè)繪圖區(qū)域,SVG View 類用來實(shí)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(dāng)Figure Container 發(fā)生變化時(shí),該變化會(huì)被傳遞到 SVG View 類,SVG View 就會(huì)更新圖像。Figure Handle 類主要用于定義訪問點(diǎn)以及如何與圖元進(jìn)行交互。

        2.2 圖元工具箱的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        變電站的一次設(shè)備通常包括:母線,變壓器,斷路器,隔離開關(guān),電壓互感器,電流互感器,接地裝置等。設(shè)計(jì)的變電站一次設(shè)備工具箱應(yīng)至少包含這些設(shè)備圖元按鈕。另外 LN 工具箱應(yīng)當(dāng)包含標(biāo)準(zhǔn)中定義的所有常用 LN。當(dāng)用戶在工具欄中點(diǎn)擊一個(gè)圖元按鈕時(shí),就會(huì)觸發(fā)一個(gè)事件響應(yīng)函數(shù) Mouse Click,將工具選擇變量 get Current Tools 設(shè)置為剛才點(diǎn)擊的按鈕所代表的的圖元,然后在畫板中點(diǎn)擊左鍵,就會(huì)繪制出相應(yīng)的圖像。

        最后我們可根據(jù)需要對(duì)圖元進(jìn)行拾取、移動(dòng)、刪除、復(fù)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(yīng)操作。在這個(gè)過程中,要對(duì)鼠標(biāo)和鼠標(biāo)的操作進(jìn)行監(jiān)聽,即程序要實(shí)現(xiàn) Mouse Listener 和Mouse Motion Listener 接口。Mouse Listener 提供對(duì)鼠標(biāo)的五個(gè)事件處理方法,它包括:mouse Clicked,mouse Pressed,mouse Released,mouse Entered 和 mouse Exited。通過對(duì)鼠標(biāo)的監(jiān)聽可以獲取當(dāng)前鼠標(biāo)的位置坐標(biāo),進(jìn)而當(dāng)用戶點(diǎn)擊左鍵時(shí),程序可以依據(jù)該坐標(biāo)確定當(dāng)前鼠標(biāo)的位置是否在某個(gè)圖元的矩形選擇方框內(nèi),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(biāo)拖動(dòng)出一個(gè)矩形框來選取圖元,只要畫板上某個(gè)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(huì)被拾取。Mouse Dragged 和 mouse Moved 是 Mouse Motion Listener 接口提供的兩個(gè)事件處理函數(shù)。

        2.3 圖像文件的讀取與存儲(chǔ)

        有時(shí)候?qū)雭碜云渌到y(tǒng)的基于 SVG 格式的電視接線圖,往往可以減少我們重復(fù)繪圖的工作量。當(dāng)用戶需要引入外在的 SVG 文件時(shí),通過點(diǎn)擊菜單欄或工具欄中的打開按鈕,就會(huì)彈出一個(gè)打開對(duì)話框,用戶在地址欄中找到所需 SVG 文件,打開即可。如果要實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程,我們需要引入 JFileChooser 這個(gè)類,程序通過 JFileChooser 實(shí)例獲知哪個(gè)文件被選取,然后通過文件的輸入輸出流提取這個(gè)文件的 URL,并把它轉(zhuǎn)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(dāng)畫板獲得文件的地址后,就會(huì)在畫布上把文件對(duì)應(yīng)的電視接線圖展現(xiàn)出來。

        2.4 圖像界面的運(yùn)行效果展示

        圖1和圖2分別是原始的標(biāo)清電視圖像和新方法插值后的結(jié)果。

        3.結(jié)語

        本章首先設(shè)計(jì)了圖像界面的總體功能,其次對(duì)各主要模塊的功能進(jìn)行細(xì)致設(shè)計(jì)。包括用戶配置界面的 MVC 設(shè)計(jì)模式,SCL 文件的驗(yàn)證和解析方法,參數(shù)配置界面的結(jié)構(gòu)以及SCL文件的生成步驟等。接著在插值算法語言的基礎(chǔ)上,對(duì)標(biāo)清電視圖像轉(zhuǎn)為高清電視圖像的相關(guān)功能進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。最后展示了圖像界面的運(yùn)行效果。

        參考文獻(xiàn)

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