DE2309444C3 - System zur digitalen Bildübertragung mittels Differenz-Pulscodemodulation (DPCM) - Google Patents
System zur digitalen Bildübertragung mittels Differenz-Pulscodemodulation (DPCM)Info
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- H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
- H04N19/50—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding
- H04N19/593—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding involving spatial prediction techniques
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Description
Die Erfindung wird nun anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausfühningsbeispiels näher
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild der Sendeseite;
F ϊ g. 2 ein Blockschaltbild der Empfaiigsseite;
Fi g. 3 einen Ausschnitt aus einem Fernsehbild;
F i g. 4 die Lage von Abtastpunkten und Zeilen für ein Fernsehbild der deutschen Norm und
Fi g. 5 die Darstellung einer Rampenfunktion.
In diesen Figuren sind die erfindungsgemäßen Ergänzungen gegenüber dem bekannten DPCM-System
stärker ausgezogen.
Es wird zuerst kurz das Prinzip des bekannten DPCM-Systemi beschrieben. Die Abtastwerte eines
Bildes werden über den Eingang Ei der Sendeseite
(Fi g. 1) an einen Differenzbildner Döfangelegt, in dem
der Differenzwert zu dem vorhergehenden Abtastwert ermittelt wird. Dieser Differenzwert wird dann in einem
Quantisierer Qu quantisiert und anschließend in einem
Coder Cod in einen 3 oder 4 Bit-Code codiert. Aus dem
Eingangssignal werden in einer Auswerteschaltung Au yie Synchronisierimpulse abgetrennt Bei dem Auftreten
eines Synchronisierimpulses wird dann ein Generator G angestoßen, der ein entsprechendes Codewort für jeden
Synchronisierimpuls erzeugt Die Codeworte für die Synchronisierimpulse und die vom Coder abgegebenen
Codeworte für die Differenz der Abtastwerte werden in einem Sendekreis Sk zusammengefaßt und über den
Ausgang A 1 zur Empfangsseite übertragen.
Die quantisierten Differenzwerte werden außerdem in einem Summenbildner Su 1 zu dem vorhergehenden
Abtastwert addiert und dann in einer nachfolgenden Verzögerungsschaltung Vi um die Dauer einer
Abtastperiode verzögert Dieser verzögerte Abtastwert wird dann wieder an den Differenzbildner Diff und an
den Summierer Su 1 angelegt
Auf der Empfangsseite (Fig.2) werden die über den
Eingang E2 einlaufenden Codeworte an einen Decoder Dec und an einen Detektor Det für Synchronisationsworte angelegt
Die decodierten Differenzwerte werden in einem Summenbildner Su 2 zu dem vorhergehenden Abtastwert
addiert und diese neuen Abtastwerte werden dann in einem Ausgangskreis AK mit den Synchronisierzeichen
zusammengefaßt und stehen am Ausgang A 2 als wiederhergestelltes Videosignal mit Synchronisierzeichen
an. Das Ausgangssignal des Summenbildners Su 2 wird in einer Verzögerungsschaltung V2 um die Dauer
einer Absiastperiode verzögert und wird dann an einen Eingang des Summenbildners Su 2 angelegt
Um die Wiedergabe von starken Helligkeitsänderungen zu verbessern, sind erfindungsgemäß auf der Sende-
und der Empfangsseite die stark ausgezogenen Einrichtungen und Verbindungen hinzugefügt Für das Ausführungsbeispiel
ist dabei angenommen, daß ein Vergleich mit der vorhergehenden Zeile vorgenommen wird.
Da die Einrichtungen auf der Sende- und Empfangsseite identisch sind, werden die gleichen Bezugszeichen
verwendet
Die Differenzwerte we- ', ,■» vor dem Eingang des
Summenbildners Su in analoger Form abgegriffen und an einen Schwellwertkreis Swangelegt
Wenn der Differen^wert eine vorgegebene Größe überschreitet, wird vofi diesem Kreis eine Torschaltung
Tfreigegeben, über di£ die Amplitude des Abtastwertes
vom Ausgang des Sur^menbildners Su und die Stellung
eines Zählers Zä an efte Vergleichs- und Absuchschaltung
VA weitergegebtfh werden. Ein Überschreiten der
vorgegebenen Differenz erfolgt immer bei Konturpunkten, d. h. an Punkten einer Kante oder Kontur.
Der Zähler Zä wird jeweils durch ein Codewort für die Zeilensynchronisierung gestartet und dann im Takt
der Abtastimpulse weitergeschaltet
In der Vergleichs- und Absuchschaltung VA wird die Lage des gerade abgetasteten Konturpunktes, dessen
Amplitudendifferenz zum vorhergehenden Abtastwert den vorgegebenen Schwellwert überschreitet, mit
entsprechenden Konturpunkten der vorhergehenden Zeile verglichen, die in einem Speicher Sp gespeichert
sind, und es wird geprüft, ob aus den Konturpunkten ein entsprechender Konturpunkt für die nächste Zeile
vorhergesagt werden kann. Bei dieser Auswertung wird auch die Amplitude mit herangezogen.
Gleichzeitig werden die Lage und die Amplitude des Konturpunktes in den Speicher eingeschrieben. Auch
ein für die nächste Zeile vorhergesagter Konturpunkt wird in diesen Speicher mit einem zusätzlichen
Kennzeichen eingeschrieben. Die Grundlagen für die Arbeit der Vergleichs- und Absuchschaltung werden
weiter unten noch ausführlicher beschrieben.
Wegen der Speicherung ist es zweckmäßig, die Amplituden der Konturpunkte in nicht dargestellter
Weise zu codieren und nach der Ausspeicherung wieder zu decodieren. Die Lage kann vom Zähler digital
abgegriffen und weiterverarbeitet werden.
Während der Abtastung einer Zeile wird laufend die Stellung des Zählers Zä an einen Positionsvergleicher
VP angelegt, der den Inhalt des Speichers Sp daraufhin überprüft, ob zu dem gerade abgetasteten Punkt ein
vorhergesagter Konturpunkt eingespeichert ist Sobald ein derartiger Konturpunkt vorliegt, wird der Wert der
Amplitude ausgelesen und vom Positionsvergleicher VP abgegeben. Gleichzeitig wird ein Steuerkreis St betätigt,
der den Kontakt u umschaltet. Durch das Umschalten des Kontaktes u wird statt des am Ausgang der
Verzögerungsschaltung V erscheinenden vorhergehenden Abtastwertes die vorhergesagte Amplitude des
Konturpunktes als Bezugswert angelegt. Auf der Sendeseite wird in diesem Fall die Differenz zwischen
der vorhergesagten Amplitude des Konturpunktes und der wirklichen Amplitude ermittelt und auf der
Empfangsseite wird der übertragene Differenzwert zu der vorhergesagten Amplitude addiert.
Dadurch, daß das Auftreten einer Kontur und der entsprechende Bezugswert auf der Sende- und der
Empfangsseite auf die gleiche Weise aus dem bisher angelaufenen Bildinhalt ermittelt wird, muß bei dem
neuen System keine zusätzliche Information übertragen werden.
Die Arbeitsweise der Vergleichs- und Absuchschaltung beruht auf folgenden Grundlagen.
Große Differenzen, die in dem bekannten System die eingangs erwähnten Schwierigkeiten bereiten, treten in
einem Bild an den Berandungslinien von Flächen, & h. bei Konturen, auf. Wenn das Auftreten einer Kontur
und der neue Abtastwert genügend genau vorausgesagt werden, so kann man diesen Wert und nicht wie bisher
üblich den vorhergehenden Abtastwert als Bezugswert zur Differenzbildung verwenden und hat damit einen
wesentlich kleineren Differenzwert zu codieren.
F i g. 3 zeigt das Prinzip der Vorhersage. Eine Kontur verlaufe durch einen Teil des Bildes in der gezeigten
Weise. Die Abtastpunkte sind durch Punkte, die Bildzeilen durch waagerechte Geraden gekennzeichnet
In den Zeilen ;-2 und Al sollen die Punkte k-2 bzw. Ar-I
als Konturpunkte aufgrund der Tatsache, daß die
Differenz zum vorhergehenden Abtastwert einen bestimmten Wert überschritt, erkannt worden sein.
Unter der Voraussetzung, daß die Krümmung der Kontur nicht zu groß ist, läßt sich ihr weiterer Verlauf
durch Fortsetzung der Geraden durch die beiden in den vorhergegangenen Zeilen gefundenen Konturpunkte
mit guter Näherung voraussagen. Der zugehörige Amplitudenwert wird ebenfalls durch lineare Extrapolation
aus den Amplitudenwerten der beiden Konturpunkte vorausgesagt. Von diesem Amplitudenwert kann
man bei der Übertragung des Punktes Jtin der Zeile /als
Bezugswert für die Differenzcodierung ausgehen und erhält damit einen wesentlich geringeren zu codierenden
Differenzwert.
Für ein Fernsehbild mit 5 MHz Bandbreite ergeben sich bei Abtastung mit 10 MHz bei einer Zeilendauer
von 52 \isec in einer Zeile 520 Abtastpunkte. Wenn man
diese Zahl geringfügig auf 29=512 verringert (etwa durch geringfügige Erniedrigung der Abtastfrequenz
oder Einengung der Bildbreite), so kann man jeden Bildpunkt der Zeile durch eine Positionsangabe mit 9 Bit
kennzeichnen. Um eine Kontur vorhersagen zu können, müssen zwei auf der gleichen Konturlinie liegende
15
20 Punkte in zwei aufeinanderfolgenden Zeilen gefunden werden (vgL F i g. 3). Dazu werden nach links und nach
rechts von einem Konturpunkt der gerade abgetasteten Zeile jeweils sieben gespeicherte Konturpunkte der
vorhergehenden Zeile daraufhin geprüft, ob sie zusammen mit diesem Konturpunkt eine Konturlinie
bilden. Eine Zuordnung zu einem Konturpunkt der vorhergehenden Zeile wird dann vorgenommen, wenn
beide Konturpunkte ungefähr den gleichen Amplitudenwert haben. Wenn der Amplitudenwert der Konturpunkte
mit 8 Bit codiert wird, ist die Zuordnung ausreichend sicher. Sind zwei zueinander gehörende
Konturpunkte gefunden, so kann damit die Vorhersage für einen Konturpunkt der nächsten Zeile bezüglich
Position und Amplitude gemacht werden. Diese Vorhersage wird dann gespeichert Ein zusätzliches Bit
zeigt an, daß es sich um einen vorhergesagten Konturpunkt handelt, der in der nächsten Zeile als
Bezugspunkt benutzt werden kann, wenn die Position des zu codierenden Bildpunktes mit der Position des
vorhergesagten Konturpunkies übcrcinsürümi. Ein
Konturpunkt kann etwa in der folgenden Weise gespeichert werden.
LOLOOL 0 0 L
9 Bit
Positionsangabe
Positionsangabe
OLLOLOLL
8 Bit Amplituden wert
I Bit
Angabe, ob vorhergesagter Wert
Angabe, ob vorhergesagter Wert
Damit ergeben sich pro Konturpunkt 18 Bit Speicherplatzbedarf. Nimmt man an, daß bei den etwa
500 Bildpunkten pro Zeile etwa 500 Bildpunkten pro Zeile etwa 50 Konturen auftreten, was einem sehr
detailreichen Bild entspräche, so sind etwa 900 Bit Speicherplatzbedarf nötig.
Wenn eine noch genauere Vorhersage der Kontur gewünscht wird, kann die Positionsangabe noch
verfeinert werden.
F i g. 4 zeigt für ein Fernsehbild der deutschen Norm die Lage von Abtastpunkten und Zeilen. Da mit dem
Zeilensprungverfahren gearbeitet wird, stehen pro Halbbild jeweils nur die halbe Anzahl von Zeilen zur
Verfügung. Das Verhältnis Zeilenabstand im Halbbild zu Bildpunktabstand ist 13:1. Aus der Figur ist zu
entnehmen, daß durch Verbindung zweier Punkte übereinanderliegender Zeilen nicht sämtliche Neigungswinkel
d einer Kontur erfaßbar sind. Insbesondere ist
die Auflösung nahezu vertikal verlaufender Konturen nur grob. Die Lage eines Konturpunktes zwischen zwei
Abtastpunkten wird durch Einfügen von zwei oder drei Stützpunkten genauer festgelegt Ein Spannungssprung,
wie er beim zeilenweisen Zerlegen des Bildes bei einer Kante auftritt wird infolge der Bandbegrenzung auf den
Frequenzbereich 0... 4 vor der Abtastung verschliffen.
Dies ist in F i g. 5 schematisch durch eine Rampenfunktion der Anstiegszeit -^7- dargestellt Bei der nachfolgenden
Abtastung im Abstand -^7- ergeben sich die
z Jg
Differenzwerte Δ\ bzw. Δ2 zwischen den Abtastwerten 0
und 1 bzw. 1 und 2. Nimmt man der Einfachheit halber den skizzierten rampenförmigen Verlauf der bandbegrenzten
Spannung an, so ergibt sich die Entfernung des Konturpunktes (mit din Fig.5 gekennzeichnet) vom
Punkt 1 aufgrund einer lineraren Interpolation zu
I1 + I2 2/, ·
Durch Bestimmung zweier aufeinanderfolgender Differenzen Δι und Δ2 ist somit eine feinere Ermittlung
der Konturpunkte möglich.
In diesem Fall sind noch 2 Bit für die Feinposition zu
speichern, was drei zusätzlichen Zwischen-Punkten für die Lage entspricht
Wenn anstelle der Vorhersage eines Konturpunktes aufgrund von Bildpunkten der vorhergehenden Zeile
eine solche aufgrund von Bildpunkten des vorhergehenden Bildes durchgeführt werden soll, ist es nur
erforderlich, eine weitere Zähleinrichtung vorzusehen,
die durch den Bild-Synchronimpuls gestartet und mit den Zeilensynchronimpulsen weitergeschaltet wird. Zur
Festlegung eines Abtastpunktes werden dann die Stellungen beider Zähler herangezogen. Der Speicher
ist entsprechend zu vergrößern. Eine derartige Vorhersage von Bud zu Bud ist dann von Vorteil, wenn schnelle
Bewegungen auftreten.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. System zur Übertragung von Bildern, insbesondere Fernsehbildern, mit Differenz-Pulscodemodulation
(DPCM), in dessen Sendeeinrichtung jeweils die Differenzwerte zwischen den Abtastwerten und
Bezugswerten aus vorhergehenden Bildpunkten gebildet und in PCM-Form übertragen werden und
in dessen Empfangseinrichtung die Differenzwerte zu Bezugswerten addiert werden, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Sendeeinrichtung (Fig. 1) und in der Empfangseinrichtung (Fig.2)
eine Überwachungseinrichtung (SW) vorgesehen ist, die die Differenzwerte auf ihre Größe überwacht
und veranlaßt, daß beim Überschreiten einer vorgegebenen Größe eines Differenzwertes der
zugehörige Abtastwert zusammen mit der Lage der Abtastpunktes innerhalb der Zeile oder des Bildes
gespeichert wird, daß eine weitere Einrichtung (VA, SP) vorgesehen ist, die diese Werte mit entsprechenden
gespeicherten Werten der vorhergehenden Zeile oder des vorhergehenden Bildes vergleicht und
aus zwei entsprechenden Punkten die voraussichtliche Lage und den Abtastwert eines entsprechenden
Punktes für die nächste Zeile oder das nächste Bild berechnet und speichert, und daß bei der Abtastung
der nächsten Zeile oder des nächsten Bildes an der berechneten Lage sendeseitig und empfangsseitig
der berechnete Abtastwert statt des vorhergehenden Abtastwertes als Bezugswert verwendet wird.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sende- und empfangsseitig zur Feststellung
der Lage eines Abtastpunktes in einer Zeile eine Zählvorrichtung (Zä) vorgesehen ist, die bei jedem
Zeilensynchronimpuls gestartet wird und im Takt der Abtastung einer Zeile weiterschaltet, und daß
beim Auftreten eines Abstastpunktes, bei dem der Differenzwert zum vorhergehenden Abtastpunkt
eine vorgegebene Größe überschreitet, die äugenblickliche Stellung der Zählervorrichtung abgegriffen
und zur Weiterverarbeitung weitergeleitet wird.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sende- und empfangsseitig zur Feststellung
der Lage eines Abtastpunktes in einem Bild eine weitere Zählvorrichtung vorgesehen ist, die bei
jedem Bildsynchronimpuls gestartet wird und im Takt der Zeilensynchronimpulse weitergeschaltet
und daß beim Auftreten eines interessierenden Abtastpunktes die augenblicklichen Stellungen beider
Zählvorrichtungen zur Weiterverarbeitung abgegriffen werden.
4. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die augenblickliche Stellung
der Zählvorrichtung (en) laufend abgegriffen und in einer Prüfschaltung (VP) mit den Werten eingespeicherter
Abtastpunkte (Sp) verglichen wird und daß bei Übereinstimmung der augenblicklichen Stellung
mit der Lage eines berechneten Abtastwertes dieser über eine Schaltvorrichtung (u) als Bezugswert
sendeseitig an den einen Eingang des Differenzbildners (Diff) und an den einen Eingang eines
Summenbildners (Su 1) und empfangsseitig an den einen Eingang des Summenbildners (Su 2) angelegt
wird.
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein System zur Übertragung von Bildern, insbesondere Fernsehbildern, mit Differenz-Pulscodemodulation
(DPCM), in dessen Sendeeinrichtung jeweils die Differenzwerte zwischen den Abtastwerten und Bezugswerten aus vorhergehenden
Bildpunkten gebildet und in PCM-Form übertragen werden und in dessen Empfangseinrichtung die
Differenzwerte zu Bezugswerten addiert werden.
Ein derartiges System ist beispielsweise bekannt aus der Zeitschrift »The Bell System Technical Journal«,
Mai/Juni 1966, Seiten 689 - 721.
Der Bezugswert, dort »Prädiktionswert« genannt, der
sendeseitig vom Abtastwert subtrahiert und empfangsseitig zum Differenzwert addiert wird, ist bei solchen
Systemen im einfachsten Falle der vorhergehende Abtastwert.
Da bei natürlichen Bildern benachbarte Bildpunkte sich sehr oft nur wenig unterscheiden, benötigt man zur
Kodierung der Differenz zweier Abtastwerte eine geringere Bitzahl als zur Kodierung jedes einzelnen
Abtastwertes und kann somit durch Anwendung der DPCM die Bitrate auf der Übertragungsstrecke
reduzieren.
Schwierigkeiten ergeben sich bei der DPCM, wenn die Differenz zweier aufeinanderfolgender Abtastwerte
groß wird (scharfer Übergang bei Kanten). Sind die Quantisierungsstufen für die DPCM klein gewählt, wie
es zur Wiedergabe von Flächen mit sich wenig ändernder Leuchtdichte wünschenswert ist, so ist es
nicht möglich, mit diesen kleinen Stufen einem scharfen Übergang zu folgen (slope overload). Wählt man die
Quantisierungsstufen gröber, so werden Flächen infolge des auftretenden Quantisierungsrauschens schlecht
wiedergegeben (granular noise), außerdem kann Kantenunruhe (egde business) auftreten, wenn die quantisierten
Abtastwerte an einer Kante zwischen aufeinanderfolgenden Bildern um eine Quantisierungsstufe
schwanken.
Aus der DE-OS 21 40 561 ist eine Vorrichtung zur Konturbestimmung bekannt, bei der der mittlere Pegel
des Videosignals der einen Zeile gespeichert und zur Pegeländerung in der nächsten Zeile verwendet wird.
Aus der »Nachrichtentechnischen Zeitschrift«, Heft 11,1971, S. 564 bis 568, insbesondere aus dem Abschnitt
3.3 auf S. 566 ist es bekannt, ein Bild nur nach den Helligkeitswerten »schwarz« oder »weiß« abzutasten
und dabei durch eine Differenzbildung aufeinanderfolgender binärer Abtastwerte Konturpunkte zu ermitteln.
Übertragen wird ausgehend von einem ersten Konturpunkt jeweils die Richtung zum nächsten ermittelten
Konturpunkt. Die Qualität der Bildübertragung ist bei einem derart redundanzreduzierten System längst nicht
so gut wie die des erstgenannten Systems, bei dem empfangsseitig die Helligkeitswerte punktweise in
einem vorgegebenen Raster wiedergegeben werden.
Aufgabe
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein System der erstgenannten Art anzugeben, das hinsichtlich seiner
durch die aufgezeigten Schwierigkeiten leicht beeinträchtigten Bildübertragungsqualität verbessert ist.
Lösung
Die Aufgabe wird mit den im Patantanspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst. Weiterbildungen ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2309444A DE2309444C3 (de) | 1973-02-26 | 1973-02-26 | System zur digitalen Bildübertragung mittels Differenz-Pulscodemodulation (DPCM) |
GB694574A GB1457556A (en) | 1973-02-26 | 1974-02-15 | Coil arrangement for relay |
AU65839/74A AU484435B2 (en) | 1973-02-26 | 1974-02-20 | Picture transmission and reception |
JP49022022A JPS5250097B2 (de) | 1973-02-26 | 1974-02-26 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2309444A DE2309444C3 (de) | 1973-02-26 | 1973-02-26 | System zur digitalen Bildübertragung mittels Differenz-Pulscodemodulation (DPCM) |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2309444A1 DE2309444A1 (de) | 1974-08-29 |
DE2309444B2 DE2309444B2 (de) | 1979-09-20 |
DE2309444C3 true DE2309444C3 (de) | 1980-06-04 |
Family
ID=5873085
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2309444A Expired DE2309444C3 (de) | 1973-02-26 | 1973-02-26 | System zur digitalen Bildübertragung mittels Differenz-Pulscodemodulation (DPCM) |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5250097B2 (de) |
DE (1) | DE2309444C3 (de) |
GB (1) | GB1457556A (de) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2460580A1 (fr) * | 1979-06-29 | 1981-01-23 | France Etat | Dispositif pour le suivi et l'estimation recursive de l'etat local des contours d'images et application a la prediction adaptative en codage differentiel de signaux de television |
JPS58179897A (ja) * | 1982-04-14 | 1983-10-21 | 日本電気株式会社 | 適応予測形adpcmの符号化方法及び装置 |
DE3310824A1 (de) * | 1983-03-24 | 1984-09-27 | Zdzislaw Toronto Ontario Gulczynski | Videoprozessor |
US5883976A (en) * | 1994-12-28 | 1999-03-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Selectively utilizing multiple encoding methods |
US5850207A (en) * | 1995-11-22 | 1998-12-15 | Cirrus Logic, Inc. | Method and apparatus for minimizing effects of slope overload condition when using differential pulse code modulation scheme |
-
1973
- 1973-02-26 DE DE2309444A patent/DE2309444C3/de not_active Expired
-
1974
- 1974-02-15 GB GB694574A patent/GB1457556A/en not_active Expired
- 1974-02-26 JP JP49022022A patent/JPS5250097B2/ja not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB1457556A (en) | 1976-12-08 |
JPS502413A (de) | 1975-01-11 |
JPS5250097B2 (de) | 1977-12-22 |
DE2309444B2 (de) | 1979-09-20 |
DE2309444A1 (de) | 1974-08-29 |
AU6583974A (en) | 1975-08-21 |
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