JP2007521725A - 輝度及び色分解 - Google Patents

Abstract

コンポジットカラーテレビ信号ＣＶＢＳから輝度信号Ｙと２つの色信号Ｕ，Ｖを抽出する輝度及び色分離フィルタユニット３００。本フィルタユニットは、第一の画素に対応するコンポジットカラーテレビ信号の第一のサンプルと、第一の画素の近傍にある他の画素に対応するコンポジットカラーテレビ信号の他のサンプルを取得する取得手段３０２、第一のサンプルとそれぞれの他のサンプルとの間の相関を表す第一のセットの相関値を推定する相関推定手段３０４、第一のサンプルとそれぞれの他のサンプルとの間の関係を表す第二のセットのペナルティ値を推定するペナルティ推定手段３０６、第一のセットの相関値と第二のセットのペナルティ値のそれぞれのエレメントを結合することで、第三のセットの結合された値を計算する計算手段３０８、対応する結合された値に基づいて、コンポジットカラーテレビ信号の特定のサンプルを選択する選択手段３１０、及び第一のサンプルと特定のサンプルに基づいて、第一の画素に対応する最後の輝度値と２つの色値を決定する復号化手段３１２を有する。

Description

本発明は、輝度信号の周波数スペクトルの高周波部分に位置される副搬送波で変調されるクロミナンス信号を含む、コンポジットカラーテレビ信号から輝度信号と２つの色信号を抽出するための輝度及び色分解フィルタユニットに関する。

さらに、本発明は、画像処理装置に関し、この画像処理装置は、輝度信号の周波数スペクトルの高周波部分に位置される副搬送波で変調されるクロミナンス信号を含む、コンポジットカラーテレビ信号を受信するための受信手段、コンポジットカラーテレビ信号から輝度信号及び２つの色信号を抽出するための輝度及び色分離フィルタユニットを有している。

さらに、本発明は、輝度信号の周波数スペクトルの高周波部分に配置される副搬送波で変調されるクロミナンス信号を含むコンポジットカラーテレビ信号から輝度信号と２つの色信号を抽出する方法に関する。

さらに、輝度信号の周波数スペクトルの高周波部分に位置される副搬送波で変調されるクロミナンス信号を含むコンポジットカラーテレビ信号から輝度及び２つの色信号を抽出するための命令を含むコンピュータ装置にロードされるコンピュータプログラムプロダクトに関する。

高精細テレビ（ＨＤＴＶ）が多くの市場で容易に利用可能になるにつれて、デジタルテレビは、迅速に普及している。しかし、アナログテレビは、予見し得る将来について最も重要なテレビの規格を保持することが期待される。かなり高い解像度を示す益々大型化するテレビの出現により、復号化されるテレビ信号の継続される品質の改善が望まれる。

アナログテレビジョンに存在し続ける多くのアーチファクトは、コンポジットカラービデオ信号におけるルミナンス及びクロミナンスの不完全な分離により引き起こされる。この分離は、図１に例示されるようにルミナンスの高周波部分、すなわちグレイ値（Ｙ）スペクトルにおいて搬送波でクロミナンス成分を変調することで、このクロミナンス成分（Ｃ）が送信されるという事実により必要とされる。両方の成分は同じ周波数空間を共有するので、受像機側でのそれらの分離は、不完全なものとなる可能性があり、クロスカラー及びクロスルミナンスとして知られるアーチファクトになることがある。

第一のタイプの低コストＰＡＬ及びＮＴＳＣデコーダは、Ｙ／Ｃ分離のための水平バンドパス／ノッチフィルタを使用する。K. Jack. Eagle Rock: LLH Technical Publishing, 2001. ISBN 1-878707-56-6による“Video demystified: a handbook for the digital engineer 3^rd edition”における４２８〜４３３ページを参照されたい。ここでは、輝度経路におけるノッチフィルタは大部分のクロミナンスを抑圧するが、高周波のルミナンスをも減衰させる。同様に、クロミナンス経路におけるバンドパスフィルタは、クロミナンスを通過させるが、高周波ルミナンスをも通過させる。したがって、これらのデコーダは、水平ルミナンス解像度の損失、並びに強いクロスルミナンス及びクロスカラーアーチファクトに苦しむ。

第二のタイプの更に進歩したデコーダは、いわゆる櫛型フィルタを使用することによる改善されたＹ／Ｃ分離を目的としている。たとえば、D. Teichnerによる論文“Three-dimensional pre-and post filtering for PAL TV signals” IEEE Transactions in Consumer Electronics, Vol. 34 (1988), No.1, pp.205-227を参照されたい。このタイプのデコーダは、クロミナンスからルミナンスを分離するために所定の垂直又は時間的に隣接するサンプルの反対の副搬送波の位相を利用する。

基本原理は、任意の位相φで符号化されたコンポジットＰＡＬサンプルＦ₁

及び、同じルミナンス及びクロミナンス値から符号化されたと仮定される、位相１８０°＋φで符号化された第二のサンプルＦ₂

を取ることで説明することができる。

ここで、Ｆ₁及びＦ₂の加算、並びに後続する２での除算により、分離されたルミナンスＹを得ることができ、減算及び後続する２での除算は、変調されたクロミナンスＵｓｉｎ（φ）＋Ｖｃｏｓ（φ）を生じる。このことは、Ｆ₁とＦ₂が高く相関されるＹＵＶ値から確かに符号化された場合に完全なＹ／Ｃ分離が可能であることを意味する。

現在の最新の櫛型フィルタは、最も高く検出された相関の方向に沿ってフィルタリングすることで様々な空間及び時間櫛型フィルタを適応的に結合する。C. Hentschelによる“Video-Signalverarbeitung”Stuttgart: teubner, 1998. ISBN3-519-06250-X pp115-118を参照されたい（図２も参照）。しかし、特に、垂直に詳細及び／又は移動領域では、利用可能な櫛型フィルタの方向は、必要とされる反対の副搬送波の位相のために余りに制限されることがある。かかるように、現代の３次元櫛型フィルタでさえも、クロストークアーチファクト及び解像度の損失に苦しむ。

本発明の目的は、改善された輝度及び色分離をもつ開始節で記載されたタイプのフィルタユニットを提供することにある。

本発明の目的は、フィルタユニットが、第一の画素に対応するコンポジットカラーテレビ信号の第一のサンプルと、第一の画素の近傍における他の画素に対応するコンポジットカラーテレビ信号の他のサンプルを取得する取得手段、コンポジットカラーテレビ信号からルミナンス信号の近似の最初の分離に基づいて、第一のサンプルとそれぞれの他のサンプルとの間の相関を表す相関値の第一のセットを評価する相関評価手段、第一のサンプルとそれぞれの他のサンプルとの間の関係を表すペナルティ値の第二のセットを評価するペナルティ評価手段、第一のセットの相関値と第二のセットのペナルティ値のそれぞれのエレメントを結合することで、第三のセットの結合された値を計算する計算手段、第三のセットの結合された値の更なる結合された値に比較される対応する結合された値に基づいて、コンポジットカラーテレビ信号の特定のサンプルを選択する選択手段、及び、第一のサンプル及び特定のサンプルに基づいて第一の画素に対応する最後の輝度値及び２つの色値を含む値のセットの少なくとも１つの最終値を決定する手段を有している点で達成される。

たとえば櫛型フィルタといった従来のフィルタユニットでは、選択されたデコーディングオプション、すなわち特定のサンプルは、第一のサンプルと特定のサンプルとの間の相関に基づいている。標準的な２つのサンプルフィルタユニットにおける第一のサンプルのＹ／Ｃ分離について、第一のサンプルに比較される予め決定された副搬送波の位相差をもつ更なるサンプルが必要とされる。しかし、その条件を満たすサンプル数は、比較的制限される。その上、たとえば、多くの画像の詳細又は移動のケースでは、第一のサンプルと特定のサンプルとの間の実際の相関は比較的小さい。

本発明に係るフィルタユニットでは、候補となるサンプルの拡張されたセット、すなわちデコーディングオプションを適用することで、より一般的なアプローチが使用される。最も適切なサンプル、すなわち特定のサンプルの選択は、２つの第一のサンプルと特定のサンプル間の相関、及び対応するペナルティ値に基づいている。しがたって、第一のサンプルに対応する画素の予め決定された空間又は時間的な近傍にある画素に対応する第一のサンプルと特定のサンプルは、サンプルフィルタユニットの入力として使用される。本発明に係るフィルタユニットの基本原理は、それらの正確な空間又は時間の方向に関わらず、最も高い対応関係を示すサンプルに関して最も望まれることである。そのことは、たとえば１８０°の差といった厳密な位相要件と相関との間のトレードオフが存在することを意味する。たとえば特定のサンプル及び第一のサンプルは、逆でない副搬送波の位相を有するが、たとえば１７０°の副搬送波の位相差を有する場合がある。そのケースでは、サブキャリアの位相は１７０°であるが、その高い相関値のために特定のサンプルが選択される場合がある。このアプローチは、デコーディングオプションにおける著しい増加を提供し、これにより復号化の品質における増加が約束される。

本発明に係る実施の形態では、相関評価手段は、第一のルミナンス値と第二のルミナンス値の間の差を計算することで相関値の最初の値を計算するために構成され、第一のルミナンス値は、第一の画素に属し、ルミナンス信号の近似である第一のサンプルにより表され、第二のルミナンス値は、第一の画素の近傍における画素のうちの第二の画素に属し、ルミナンス信号の近似である第二のサンプルにより表される。代替的に、クロミナンス値は、相関値の最初の値を評価するために適用される。ルミナンス信号の近似は、最初の分離フィルタにより実行された最初のＹ／Ｃ分離により得られる。この最初の分離フィルタは、たとえば水平バンドパス／ノッチフィルタ又は公知の櫛型フィルタといった先に説明された公知のタイプのＹ／Ｃ分離フィルタに基づく場合がある。

本発明に係る実施の形態では、ペナルティ評価手段は、第一の画素の近傍にある画素の第一の画素と第二の画素との間の距離を計算することでペナルティ値の第一の値を計算するために構成される。画素間の距離は、Ｙ／Ｃ分離のために適用されるべき対応するサンプルの適合性を決定するための適切な手段である。時間又は空間の差が大きくなると、サンプルの適切さが低くなる。

本発明に係る実施の形態では、ペナルティ評価手段は、第一の画素に対応するコンポジットカラーテレビ信号の第一のサンプルの第一の副搬送波と、第一の画素の近傍における他の画素に対応する他のサンプルの最初のサンプルの第二の副搬送波との間の第一の差を計算し、第一の差と第二の差との間の第二の差を計算することで、ペナルティ値の最初の値を計算するために構成されている。

２つのサンプルフィルタユニットについて、予め決定された値は１８０°に対応する。３サンプルのフィルタユニットについて、予め決定された値は１２０°に対応する。後者のケースでは、復号化手段は、第一のサンプル、特定のサンプル、及び第一の画素の近傍における他の画素に対応する他のサンプルの更なるサンプルに基づいて、第一の画素に対応する最後の輝度値及び２つの色値を決定するために構成される。最適な搬送波からの偏差は、Ｙ／Ｃ分離のために適用される対応するサンプルの適合性を判定するための比較的良好な測定値である。最適な副搬送波からの偏差の計算は簡単である。

本発明に係る実施の形態では、第一の画素の近傍における他の画素は、第一の画素の周りに集中される窓に位置され、第一の画素が属する第一のフィールド（場）に位置される。代替的に、第一の画素の近傍における他の画素の第一の部分は、第一の画素の周りに集中される第一の窓に位置され、第一の画素が属する第一のフィールド（場）に位置され、第一の画素の近傍における他の画素の第二の部分は、第二のフィールドに位置される第二の窓に位置される。第二の窓は、所定の画素の周りに集中される。第一のオプションは、第一の画素及びセントラル（中央の）画素が相互に等しい座標を有することである。第二のオプションは、第一の画素とセントラル画素が動きの軌跡にそって位置されることである。それらは、第一の画素の座標とセントラル画素の座標との間の差が、第一のフィールドの部分と第二の部分と部分との間の動きを表す動きベクトルにより決定される。多数のフィールドに対応する多数の窓を適用する利点は、適切な特定のサンプルを選択する可能性が比較的高いことである。

本発明の更なる目的は、改善された輝度及び色分離をもつ開始節で記載されたタイプの画像処理装置を提供することにある。
本発明の目的は、フィルタユニットが、第一の画素に対応するコンポジットカラーテレビ信号の第一のサンプルと、第一の画素の近傍における他の画素に対応するコンポジットカラーテレビ信号の他のサンプルを取得する取得手段、コンポジットカラーテレビ信号からの輝度信号の近似の最初の分離に基づいて、第一のサンプルとそれぞれの他のサンプルとの間の相関を表す相関値の第一のセットを評価する相関評価手段、第一のサンプルとそれぞれの他のサンプルの間の相関を表すペナルティ値の第二のセットを評価するペナルティ評価手段、第一のセットの相関値と第二のセットのペナルティ値のそれぞれのエレメントを結合することで、結合された値の第三のセットを計算する計算手段、計算された値の第三のセットの更なる結合された値に比較される対応する結合された値に基づいて、コンポジットカラーテレビ信号の特定のサンプルを選択する選択手段、第一のサンプル及び特定のサンプルに基づいて、第一の画素に対応する最後のルミナンス値及び２つのカラー値を含む値のセットの少なくとも１つの最後の値を決定する決定手段を有する点で達成される。任意に、画像処理装置は、輝度信号と２つの色信号により表されている画像を表示するための表示装置を有する。画像処理装置は、ＴＶである場合がある。

本発明の更なる目的は、改善された輝度及び色分離が得られる開始節で記載されるタイプの方法を提供することにある。

この本発明の目的は、本方法が、第一の画素に対応するコンポジットカラーテレビ信号の第一のサンプルと、第一の画素の近傍における他の画素に対応するコンポジットカラーテレビ信号の他のサンプルを取得するステップ、コンポジットカラーテレビ信号から輝度信号の近似の最初の分離に基づいて、第一のサンプルとそれぞれの他のサンプルとの間の相関を表す相関値の第一のセットを推定するステップ、第一のサンプルとそれぞれの他のサンプルとの間の関係を表すペナルティ値の第二のセットを推定するステップ、第一のセットの相関値と第二のセットのペナルティ値のそれぞれのエレメントを結合することで、結合された値の第三のセットを計算するステップ、結合された値の第三のセットの更なる結合された値に比較される対応する結合された値に基づいて、コンポジットカラーテレビ信号の特定のサンプルを選択するステップ、第一のサンプルと特定のサンプルに基づいて第一の画素に対応する最後の輝度値及び２つの色値を含む値のセットの少なくとも１つの最後の値を決定するステップを含む点で達成される。

本発明の更なる目的は、改善された輝度及び色分離を生じる開始節に記載されたタイプのコンピュータプログラムプロダクトを提供することである。

この本発明の目的は、コンピュータプログラムプロダクトが、ロードされた後に、第一の画素に対応するコンポジットカラーテレビ信号の第一のサンプルと、第一の画素の近傍における他の画素に対応するコンポジットカラーテレビ信号の他のサンプルを取得するステップ、コンポジットカラーテレビ信号から輝度信号の近似の最初の分離に基づいて、第一のサンプルとそれぞれの他のサンプルとの間の相関を表す相関値の第一のセットを推定するステップ、第一のサンプルとそれぞれの他のサンプルとの間の関係を表すペナルティ値の第二のセットを推定するステップ、第一のセットの相関値と第二のセットのペナルティ値のそれぞれのエレメントを結合することで、結合された値の第三のセットを計算するステップ、結合された値の第三のセットの更なる結合された値に比較される対応する結合された値に基づいて、コンポジットカラーテレビ信号の特定のサンプルを選択するステップ、第一のサンプルと特定のサンプルに基づいて第一の画素に対応する最後の輝度値及び２つの色値を含む値のセットの少なくとも１つの最後の値を決定するステップを実行する機能をもつ処理手段を提供する点で達成される。

フィルタユニットの変更及びフィルタユニットのバリエーションは、記載される方法の変更及びバリエーションに対応する場合がある。
本発明に係る画像処理装置、方法、コンピュータプログラムプロダクトのフィルタユニットのこれらの態様及び他の態様は、以下に記載され、添付図面と共に参照される実現及び実施の形態に関して明らかにされるであろう。同じ参照符号は、図面を通して同じ構成要素を示すために使用される。

図１は、コンポジットＰＡＬビデオ信号のスペクトルを概念的に示す図である。

Ｙ／Ｃ分離に関わる問題を理解するため、ＩＴＵ−Ｒ ＢＴ．４７０に記載されるＰＡＬ、ＮＴＳＣ及びＳＥＣＡＭ規格のようなアナログカラーテレビ信号の伝送用の規格を理解する必要がある。これらの規格について、既存の白黒テレビに対する後方互換性の要件は、クロミナンス（Ｃ）の伝送はグレイスケール（Ｙ）について利用可能な帯域内で行われる必要があることを指示している。

ＰＡＬについて、クロミナンス成分Ｕ及びＶは、直交して４．４３ＭＨｚの搬送波周波数で振幅変調される。コンポジットＰＡＬビデオ信号の結果的に得られる１次元スペクトルは、図１に例示されている。さらに、いわゆるＶスイッチと呼ばれるＶ成分の符号は、位相誤差の影響を低減するため、１ラインおきに反転される。より形式的には、先の内容は式３に記載されており、ここで

（外１）

は所与のフィールドｎでの画素の位置を示しており、Ｆ_scはサブキャリア周波数であり、Ｆは結果的に得られるコンポジットＰＡＬ信号を示している。

ＮＴＳＣについて、幾分異なって定義されるクロミナンス成分Ｉ及びＱは、３．５８ＭＨｚの副搬送波周波数に直交して振幅変調される。交互する符号はクロミナンス成分のいずれにも適用されないので、復号化画像の誤った色相を生じる可能性がある位相誤差に対する増加された感度が存在する。１次元のスペクトルは、利用可能なビデオ帯域幅が近似的に４．２ＭＨｚに制限されることを除いて、ＰＡＬのスペクトルに類似している。式４は、ＮＴＳＣ符号化を形式的に定義する。

この仕様の残りでは、ＰＡＬコンポジットカラービデオ信号のＹ／Ｃ分離を説明する。しかし、ＮＴＳＣ信号のＹ／Ｃ分離は、等しいＶスイッチをもつＰＡＬ信号の記載される分離にほぼ同一である。はじめに、従来のＹ／Ｃ分離フィルタの短い記載が提供される。

テレビ受像機では、Ｙ及びＣの要求される分離は、両方の成分が同じ周波数空間を共有するので不完全である。ＰＡＬ及びＮＴＳＣコンポジットビデオ信号用の初期のデコーダは、コンポジット信号からルミナンス及びクロミナンスを分離するために、２つのシンプルな１次元の水平フィルタを使用している。これらのフィルタは、いわゆるノッチ及びバンドパスフィルタと呼ばれる。

ルミナンス経路では、ノッチフィルタは、水平クロミナンス成分を除去するため、副搬送波周波数近くの周波数を抑圧する。ノッチフィルタの小さな停止帯域のため、水平のカラー遷移で生じるような高周波のクロミナンス成分は、不十分に減衰される。これは、いわゆるクロスルミナンスアーチファクトとなる、クロミナンスからルミナンスへのクロストークを導入する。さらに、ノッチフィルタが停止帯域でルミナンス成分を抑圧するので、ルミナンスの解像度が大幅に低減される。

クロミナンス経路では、バンドパスフィルタは、コンポジット信号から高周波成分を分離する。バンドパスフィルタの通過帯域は大部分にクロミナンス成分を含んでいるが、高周波のルミナンスも存在する。ふたたび、高周波ルミナンスがクロミナンスとして復号化されるときに、クロストークが生じ、いわゆるクロスカラーアーチファクトを生じる。

バンドパス及びノッチフィルタは、周波数スペクトルが副搬送波周波数でＤＣルミナンス成分とクロミナンス成分から構成されるので、水平隣接サンプルのルミナンス及びクロミナンス値が同一である場合に完全なＹ／Ｃ分離を達成することができる。しかし、水平軸に沿った相関が不十分である場合、周波数スペクトルは、高周波ルミナンス及び／クロミナンス成分を含んでいる。水平分離は、ここでは不完全であって、復号化された信号ではクロストークアーチファクトとなる。

水平隣接サンプルが不十分に相関される領域では、その目的のため、いわゆる櫛型フィルタは、垂直又は水平軸に沿ってルミナンス及びクロミナンスを分離するために使用される。それらの基本となる原理は、標準的なデコーダの原理、すなわち所望の周波数成分を通過して、望まれない周波数成分を抑圧することに類似している。

しかし、ルミナンス及びクロミナンスは、高調波ｆ_h、すなわちライン周波数と、ｆ_v、すなわちピクチャ周波数で変調される。ＰＡＬ及びＮＴＳＣの選択された搬送波周波数に沿って、これは、十分な相関が存在する方向において、インタリーブされ、かつオーバラップすることのないルミナンス及びクロミナンス周波数成分となる。たとえば、ピクチャの移動しない領域では、サンプルは、時間軸に沿って高く相関され、かかるように、ルミナンス及びクロミナンス成分は、その軸に沿ってインタリーブされ、かつオーバラップすることがない。したがって、その特定の方向で櫛形状の振幅応答をもつフィルタが使用され、ルミナンス及びクロミナンスを分離する。

典型的な櫛型フィルタの実現は、反対の相対的な位相、すなわちルミナンス及びクロミナンスを分離するために１８０°の位相差を有する位相をもつ２つのサンプルを使用する。式１及び式２を参照されたい。

しかし、改善な分離は、同一のＹ，Ｕ及びＶ値から両方のコンポジットサンプルが符号化された場合にのみ可能である。このケースでは、ルミナンス及びクロミナンス周波数成分の位置は、櫛型フィルタのそれらに対応する。したがって、復号化誤差を防止するため、櫛型フィルタの方向に沿って十分な相関が必要とされる。このことは、水平のパスバンド／ノッチフィルタに類似しており、十分な相関が水平軸に沿って必要とされる。

標準的な櫛型フィルタの固有の問題点は、要求される位相の関係に合致し、空間的及び／又は時間的に隣接する低いサンプルの密度である。この制限されたサンプルのセットのため、隣接するサンプルのいずれもが現在のサンプルに関する十分な相関を示し、これにより復号化ビデオにおけるアーチファクトを生じる状況が生じる。

図２は、連続するフィールド１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂ及び４Ａについて、隣接する３１３、１、３１４、２、３１５及び３において、サンプル２０２、２０４、２０８、２１０、２１４及び２１６の副搬送波を概念的に示している。ここで、矢印は、副搬送波の位相に等しく、たとえば上は０°を示し、右は９０°を示している。その上、標準的な櫛形フィルタ用に使用されるサンプル２０６、２１２及び２１８のペアが示されている。サンプル２０２及び２０４のペア２０６はラインコムフィルタに対応し、サンプル２０８及び２１０のペア２１２はフレームコムフィルタに対応し、サンプル２１４及び２１６のペア２１８は、フィールドコムフィルタに対応する。

図３は、本発明に係るフィルタユニット３００の実施の形態を概念的に示している。特に、図３は、ＰＡＬデコーダを概念的に示している。フィルタユニット３００には、ルミナンス信号の周波数スペクトルの高周波部分に位置される副搬送波で変調されるクロミナンスチャネルを含んだ、コンポジットカラーテレビ信号ＣＶＢＳが提供される。フィルタユニット３００の出力は、ルミナンス信号Ｙ、第一の色信号Ｕ及び第二の色信号Ｖを含んでいる。

フィルタユニット３００は、第一の画素に対応するコンポジットカラーテレビ信号の第一のサンプルと、第一の画素の近傍における他の画素の対応するコンポジットカラーテレビ信号の他のサンプルを取得する取得ユニット３０２、コンポジットカラーテレビ信号からルミナンス信号の近似の最初の分離に基づいて、第一のサンプルとそれぞれ他のサンプルとの間の相関を表す相関値の第一のセットを推定する相関推定ユニット３０４、第一のサンプルとそれぞれの他のサンプルとの間の関係を表すペナルティ値の第二のセットを推定するペナルティ推定ユニット３０６、第一のセットの相関値と第二のセットのペナルティ値のそれぞれのエレメントを結合することで、結合された値の第三のセットを計算する計算ユニット３０８、結合された値の第三のセットを更なる結合された値に比較される対応する結合された値に基づいてコンポジットカラーテレビ信号の特定のサンプルを選択する選択ユニット３１０、第一のサンプル及び特定のサンプルに基づいて第一の画素に対応する最後のルミナンス値及び２つのカラー値を含む値のセットの少なくとも１つの最後の値を決定する、たとえば櫛型フィルタに基づいた公知のタイプのＰＡＬデコーディングフィルタである復号化ユニット３１２、及び最初の分離フィルタ３１４を有する。

サンプル取得ユニット３０２、相関推定ユニット３０４、ペナルティ推定ユニット３０６、計算ユニット３０８、選択ユニット３１０、復号化ユニット３１２、及び初期の分離フィルタ３１４は、１つのプロセッサを使用して実現される場合がある。通常、これらの機能は、ソフトウェアプログラムプロダクトの制御下で実行される。実行の間、通常、ソフトウェアプログラムプロダクトは、ＲＡＭのようなメモリにロードされ、そこから実行される。プログラムは、ＲＯＭ、ハードディスク、又は、磁気及び／又は光ストレージのようなバックグランドメモリからロードされるか、インターネットのようなネットワークを介してロードされる場合がある。任意に、特定用途向け集積回路は、開示された機能を提供する。

本発明に係るフィルタユニット３００の機能が説明される。フィルタユニット３００の重要な態様は、関連されるサンプルの選択である。この選択は、コンポジットカラーテレビ信号ＣＶＢＳの特性に基づいている。このケースでは、選択はサンプル毎に実行される。このことは、復号化されるべき各第一のサンプルについて、最も適切な更なるサンプル、すなわち特定のサンプルが選択されることを意味する。最も適切なサンプルは、不十分に相関されたサンプルが復号化誤差を生じるため、相関推定ユニット３０４により計算される補正値、及び、ペナルティ推定回路３０４により計算されるペナルティ値により決定される。ペナルティは、位相測定値及び任意に距離の測定値に基づいている。空間的及び／又は時間的に隣接するサンプルは、現在のサンプルに対して隣接しないサンプルよりも高い相関を有することが大いに期待される。かかるように、より大きな空間及び／又は時間の距離が回避される。

位相、任意に、利用可能な距離及び相関情報を用いて、簡単なアプローチは、空間的及び／又は時間的に隣接するサンプルに基準を適用することであり、いわゆる取得回路３０２により発生される候補となるセットである。候補となるセット内の選択ユニット３１０により選択されている最適なサンプル又は候補は、復号化ユニット３１２への入力としての役割を果たし、これにより現在のＣＶＢＳサンプルを復号する。

しかし、サンプル間の相関を決定することは、卵が先か鶏が先かという問題をなし、カラーテレビジョン信号ＣＶＢＳを復号化するため、復号化の後で利用可能である、サンプル間の相関を知る必要がある。このサイクルを中断するため、たとえば水平バンドパス／ノッチフィルタの組み合わせに基づいた初期の分離によりフィルタリングが始動される。たとえ、この初期の分離は完全とは離れていたとしても、経験的な確認は、この目的のためのその適切性を示している。

候補の窓の正確なサイズは、式５で示されるような、水平及び垂直の境界ｔ_x及びｔ_yにより決定される。さらに、

（外２）

は、所与のフィールドｎにおける画素の位置

（外３）

でのコンポジットサンプルである。

空間的な候補のみが使用される場合、すなわちｍ＝０である場合、これは式７を導出し、すなわち完全な候補のセットＣＳは、空間的な候補となるセット

（外４）

に等しい。

しかし、ＣＳは時間的な候補であると同様に空間的な候補から構成される場合がある。たとえば、式８及び図５Ａに示される候補となるセットを考え、ここでは、候補は、前のフィールド、現在のフィールド及び次のフィールドにおける候補となる窓から生じる。

現在の空間的な位置の周りに集中される時間窓とは対照的に、動き補償が使用され、動きの軸に沿って候補となる窓を位置合わせすることで時間的な候補の相関を増加することが好ましい。これは、式９及び図５Ｂに例示されており、ここで、

（外５）

は、フィールドｎからフィールドｎ＋１における画素位置

（外６）

でのサンプルの変位を記述している。フィールドｎからフィールドｎ−１への変位は、

（外７）

、すなわち線形移動であると仮定される。

遅延における増加のため、次のフィールドを使用した櫛型フィルタが望まれない場合がある。したがって、前のフィールドのみを使用して、各種のコンフィギュレーションが可能である。式１０には３つの例が例示されており、それぞれフレーム及びフィールド、フィールドのみ、フレームのみの櫛型フィルタが規定されている。

相関及び位相に基づいた結合された値の計算は以下のようである。ＣＳＭＡＸ候補の候補セットＣＳが与えられると、結合された値は、位相の関係及び現在のサンプルに対する相関の両者の関数として、それぞれの候補に割り当てられる。これは、式１１に示されており、ｉ∈｛ｉ,…,ＣＳＭＡＸ｝によりそれぞれの候補ＣＳ_iについて結合された値ε_iが計算される。結合された値は、相関値Ｌ（ＣＳ_i,Ｆ₁）及び位相ペナルティＰ（ＣＳ_i）の積和に等しく、α₁及びα₂は、それぞれの重み付け要素に対応する。

相関値は、式１３に示されるように、最初に分離されたルミナンス値の絶対差として簡単なやり方で計算される。

位相ペナルティの背後の基本的な考えは、相関雑音の増幅とならない位相差が最も低いペナルティを生じるべきである。２サンプルの櫛型フィルタカーネルについて、厳密な位相要件が存在するので、状況が簡略化される。同じＶスイッチのケースでは、２サンプルの櫛型フィルタは、反対の相対位相、すなわち１８０°の位相差を必要とし、同一でないＶスイッチについて、サンプルの絶対値の位相が反対である場合、２サンプルを使用した櫛型フィルタリングのみが可能である。

はじめに、Ｆ₁の副搬送波の位相は、∠（Ｆ₁）として規定される。［０，２π］からの相対的な位相βを正規化された位相差β_nは、以下に従って決定される。

次いで、同一のＶスイッチをもつサンプルの位相ペナルティを定義することができる。

その後、同一でないＶスイッチをもつサンプルの位相ペナルティは以下のように示される。

候補のセットＣＳ内のＣＳＭＡＸ候補のペナルティを決定した後、最適な候補、すなわち最も低い結合された値をもつ候補は、特定のサンプルＦ₂として選択される。Ｆ₁及びＦ₂の両者は、２サンプルの櫛型フィルタカーネル、すなわち復号化ユニット３１２により復号化することができる。

任意に、フィルタユニット３００は、補間によりサンプリンググリッドの増加された密度を達成するために設計されるアップサンプリングユニット３１６を有している。所定の空間的な距離で、オリジナルサンプリンググリッドに比較して、ｋ倍と同じ候補が利用可能であり、ｋはサンプリングファクタである。したがって、候補の数が増加され、増加された空間距離による相関の低下が回避される。

２サンプルに基づいた復号化に加えて、３サンプルに基づいた復号化技術が存在する。この後者のタイプの本発明の係るフィルタユニットは、図４と共に記載される。はじめに、３サンプルに基づいた復号化が説明され、次いで、３つの適切なサンプルを選択する方法が説明される。

図４は、３サンプルの復号化スキームに基づいた本発明に係るフィルタユニットの別の実施の形態を概念的に示している。フィルタユニット４００には、ルミナンス信号の周波数スペクトルの高周波部分に配置される副搬送波で変調されるクロミナンス信号を含むコンポジットカラーテレビ信号ＣＶＢＳが供給される。フィルタユニット４００の出力は、ルミナンス信号Ｙ、第一の色信号Ｕ及び第二の色信号Ｖを含んでいる。フィルタユニット４００は、受信されたコンポジットカラーテレビ信号ＣＶＢＳから第一のサンプルＦ₁、第二のサンプルＦ₂及び第三のサンプルＦ₃を取得し、ビデオデータの符号化のために使用される副搬送波に対応する３つの信号α、β及びγを再生するために構成されるサンプル取得ユニット４０２、第一の中間信号Ｙ_nを計算するための第一の処理ユニット４０４、第二の中間信号Ｕ_nを計算するための第二の処理ユニット４０６、第三の中間信号Ｖ_nを計算するための第三の処理ユニット４０８、第四の中間信号Ｅを計算するための第四の処理ユニット４１０、並びに、中間信号Ｙ_n、Ｕ_n、Ｖ_n及びＥに基づいてルミナンス信号Ｙ、第一の色信号Ｕ及び第二の色信号Ｖを計算するための分割ユニット４１２を有している。

フィルタユニット４００は、コンポジットカラーテレビ信号ＣＶＢＳから導出された第一のサンプルＦ₁、第二のサンプルＦ₂及び第三のサンプルＦ₃に基づいて、特定の出力画素の出力ルミナンス値、特定の出力画素の第一の色値、及び特定の出力画素の第二の色値を計算するために構成され、第一のサンプル、第二のサンプル及び第三のサンプルは、相互に異なる副搬送波の位相を有する。

受信されたコンポジットサンプル

（外８）

は、３つの未知の変数であるＹ、Ｕ及びＶの値、及び１つの既知の値、すなわち局所的に再生された副搬送波の位相ωｔを導入する。基本的な代数は、３つの線形式が与えられると、これら３つの未知の変数を解くことができることを示している。これは、Ｙ、Ｕ及びＶ値から符号化された３つのコンポジットサンプルは、Ｙ、Ｕ及びＶ成分を正確に分離するために使用することができることを意味している。しかし、コンポジットサンプルが同一でないＹ，Ｕ及びＶ値から符号化された状況では、完全な分離は不可能であり、復号化された値における誤差が生じる。

より詳細に反対ではない位相をもつサンプルの復号化を議論するため、３つのコンポジットサンプルのＶスイッチに関する２つの状況が考慮される。全ての３つのサンプルのＶスイッチが同一であるか、又は３つのサンプルのうちの１つは、他のサンプルに関して等しくないＶスイッチを有する。

したがって、同一のＶスイッチをもつサンプルの復号化の間の区別は、同一でないＶスイッチをもつサンプルの復号化が行われる。以下の計算は、ＰＡＬ信号に適用可能であるが、同じ原理は、同じＶスイッチをもつＰＡＬ信号に関してＮＴＳＣ信号にも当てはまる。次いで、クロミナンス成分Ｉ及びＱは、Ｕ及びＶの代わりに使用される。

同一のＶスイッチのケースでは、式１７で示されるような同じＹ、Ｕ及びＶ値から符号化される３つのコンポジットサンプルを考える。３つの独立な式を得るため、位相が等しくなく、すなわちα≠β≠γとなるように選択される。また、全てのＶ成分のＶスイッチは、正であるように選択される。全て負のＶスイッチのケースでは、復号化されたＶ成分の符号の反転を除いて状況は同じである。

Ｙ、Ｕ及びＶ成分のこれら３つの線形式を解くことにより、式１８及び式１９における表現が得られる。ここで、Ｙ、Ｕ及びＶ成分は、３つのオリジナルのコンポジットサンプル及びそれら対応する副搬送波の位相の観点で表現される。

同様の計算は、同一ではないＶスイッチをもつサンプルについて実行される。２つの状況を区別することができる。１つのコンポジットサンプルのＶスイッチは正であり、残りのサンプルは、負のＶスイッチを有するか、又は、１つのコンポジットサンプルのＶスイッチは負であって、残りのサンプルは正のＶスイッチを有している。第一の状況は、式２０に示されており、第二の状況は、復号化されたＶ成分の符号における反転を除いて同一であるのでカバーされない。

Ｙ、Ｕ及びＶ成分についてこれらの式を解くことで、式２１及び式２２に示される表現を得ることができる。

つぎに、３つのサンプルのケースにおけるペナルティ値の計算が規定される。同一のＶスイッチのケースでは、式２３により規定される。

同一でないＶスイッチのケースでは、位相ペナルティ値は、式２５において０＜α＜π／２について規定される。他の３つの４分円、すなわちπ／２、π、３π／２及び２πの間についてのペナルティは、α_nにより第一の４分円にマッピングすることができる。

図６は、復号化されたクロミナンスからルミナンス信号を導出するために構成される本発明に係るフィルタユニットの別の実施の形態を概念的に示している。本発明に係るフィルタユニット６００は、２つの色信号の第一の信号Ｕをフィルタリングする第一の低域通過フィルタ６０２、２つの色信号の第二の信号Ｖをフィルタリングする第二の低域通過フィルタ６０４、第一の低域通過フィルタ６０２及び第二の低域通過フィルタ６０４に接続され、フィルタリングされた２つの色信号の第一の信号Ｕ_LPF及びフィルタリングされた２つの色信号の第二の信号Ｖ_LPFを再変調する変調器６０６、及びコンポジットカラーテレビ信号ＣＶＢＳから変調器６０６の出力を減算して、ルミナンス信号Ｙを得る減算ユニット６０８を有している。

第一の低域通過フィルタ６０２及び第二の低域通過フィルタ６０４は、すなわち１．３ＭＨｚであるＰＡＬエンコーダに適用される低域通過フィルタに整合する特性を有しており、変調器６０６は、ＰＡＬデコーダで適用される副搬送波で変調するために構成される。本発明に係る実施の形態では、２つのフィルタリングされた色信号Ｕ_LPF及びＶ_LPFは、符号化の前にオリジナルの色信号に存在しない周波数成分を含まないか、殆ど含まない。さらに、ルミナンス信号は、ビデオ符号化ユニット、すなわちＰＡＬエンコーダによる符号化の前にオリジナルのルミナンス信号に良好に整合する。

本発明に係るフィルタユニットの更なる改善は、動的な窓のリサイズ（resizing）に基づいている。動的な窓のリサイズは、計算上のコストにおける低減を達成し、誤った初期化による復号化誤差を防止する。平坦な領域、すなわち高く相関されたサンプルのケースでは、候補となる窓のサイズは、初期化により不正確さの誤差を回避するために減少される。詳細の著しい量をもつ領域では、窓のサイズの拡大は、十分に相関付けされた候補が櫛型フィルタにとって利用可能であることを保証するために必要である。

図７は、本発明に係る画像処理装置７００を概念的に示しており、入力画像を表す信号を受信する受信手段３０２、図３及び図４と共に記載されるフィルタユニット７０６、ルミナンス信号及び２つの色信号により表現される画像を表示する表示装置７０４を有する。信号は、アンテナ又はケーブルを介して受信されたブロードキャスト信号であるが、ＶＣＲ（Video Cassette Recorder）又はＤＶＤ（Digital Versatile Disk）のようなストレージ装置からの信号である場合がある。信号は、入力コネクタ７１０で供給される。画像処理装置７００は、たとえばＴＶである場合がある。代替的に、画像処理装置７０４は、光学的表示装置を含まないが、表示装置７０４を含む装置に出力画像を提供する。次いで、画像処理装置７００は、たとえばＶＣＲである場合がある。任意に、画像処理装置７００は、ハードディスクのようなストレージ手段、たとえば光ディスクといった取り外し可能な媒体への記憶のための手段を有している。

先に記載された実施の形態は、本発明を限定するよりはむしろ例示するものであって、当業者は、特許請求の範囲から逸脱することなしに代替的な実施の形態を設計することができる。請求項では、括弧間に配置される参照符号は、請求項を限定するとして解釈されるべきではない。単語「有する“comprising”」は、請求項で列挙されていないエレメント又はステップの存在を排除するものではない。エレメントに先行する単語“ａ”又は“ａｎ”は、複数のかかるエレメントの存在を排除するものではない。本発明は、幾つかの個別のエレメントを有するハードウェア、及び適切にプログラムされたコンピュータにより実現することができる。幾つかの手段を列挙している装置の請求項では、これらの手段の幾つかは、同一のハードウェアアイテムにより実施することができる。

コンポジットＰＡＬビデオ信号のスペクトルを概念的に示す図である。 連続するフィールドについて隣接するビデオラインにおけるサンプルの副搬送波の位相を概念的に示す図である。 本発明に係るフィルタユニットの実施の形態を概念的に示す図である。 ３サンプル復号化スキームに基づいた本発明に係るフィルタユニットの別の実施の形態を概念的に示す図である。 固定された位置での次のフィールド、現在のフィールド及び前のフィールドにおける候補となる窓を概念的に示す図である。 動き補償された位置での次のフィールド、現在のフィールド及び前のフィールドにおける候補となる窓を概念的に示す図である。 復号化されたクロミナンスから輝度信号を導出するために構成される本発明に係るフィルタユニットの別の実施の形態を概念的に示す図である。 本発明に係る画像処理装置を概念的に示す図である。

Claims (15)

1. 輝度信号の周波数スペクトルの高周波部分に位置される副搬送波で変調されるクロミナンス信号を含むコンポジットカラーテレビ信号から輝度信号と２つの色信号を抽出する輝度及び色分離フィルタユニットであって、
   第一の画素に対応するコンポジットカラーテレビ信号の第一のサンプルと、前記第一の画素の近傍にある他の画素に対応するコンポジットカラーテレビ信号の他のサンプルを取得する取得手段と、
   前記コンポジットカラーテレビ信号からの輝度信号の近似の最初の分離に基づいて、第一のサンプルとそれぞれの他のサンプルとの間の相関を表す第一のセットの相関値を推定する相関推定手段と、
   前記第一のサンプルと前記それぞれの他のサンプルとの間の関係を表す第二のセットのペナルティ値を推定するペナルティ推定手段と、
   前記第一のセットの相関値と前記第二のセットのペナルティ値のそれぞれのエレメントを結合することで、第三のセットの結合された値を計算する計算手段と、
   前記第三のセットの結合された値の更なる結合された値に比較される対応する結合された値に基づいて、コンポジットカラーテレビ信号の特定のサンプルを選択する選択手段と、
   前記第一のサンプルと前記特定のサンプルに基づいて、前記第一の画素に対応する最後の輝度値と２つの色値を含む値のセットの少なくとも１つの最後の値を決定する復号化手段と、
   を有することを特徴とする輝度及び色分離フィルタユニット。
2. 前記相関推定手段は、第一の輝度値と第二の輝度値の間の差を計算することで、相関値の最初の値を計算するために構成され、前記第一の輝度値は、前記第一の画素に属し、前記輝度信号の近似の第一のサンプルにより表され、前記第二の輝度値は、前記第一の画素の近傍における画素のうちの第二の画素に属し、前記輝度信号の近似の第二のサンプルにより表される、
   請求項１記載の輝度及び色分離フィルタユニット。
3. 前記ペナルティ推定手段は、前記第一の画素と前記第一の画素の近傍における画素のうちの第二の画素との間の距離を計算することで、ペナルティ値の最初の値を計算するために構成される、
   請求項１記載の輝度及び色分離フィルタユニット。
4. 前記ペナルティ推定手段は、前記第一の画素に対応するコンポジットカラーテレビ信号の第一のサンプルの第一の副搬送波の位相と、前記第一の画素の近傍における他の画素に対応する他のサンプルの第一のサンプルの第二の副搬送波の位相との間の第一の差を計算し、前記第一の差と予め決定された閾値との間で第二の差を計算することで、前記ペナルティ値の最初の値を計算するために構成される、
   請求項１記載の輝度及び色分離フィルタユニット。
5. 前記予め決定された値は１８０°に対応する、
   請求項４記載の輝度及び色分離フィルタユニット。
6. 前記予め決定された値は１２０°に対応し、前記復号化手段は、前記第一のサンプル、前記特定のサンプル、前記第一の画素の近傍にある他の画素に対応する他のサンプルの更なるサンプルに基づいて、前記第一の画素に対応する最後の輝度値と２つの色値を含む値のセットの少なくとも１つの最後の値を決定するために構成される、
   請求項４記載の輝度及び色分解フィルタユニット。
7. 前記第一の画素の近傍における他の画素は、前記第一の画素の周りに集中する窓に位置され、前記第一の画素が属する第一のフィールドに位置される、
   請求項１記載の輝度及び色分離フィルタユニット。
8. 前記第一の画素の近傍にある他の画素の第一の部分は、前記第一の画素の周りに集中され、前記第一の画素が属する第一のフィールドに位置され、前記第一の画素の近傍における他の画素の第二の部分は、第二のフィールドに位置される第二の窓に位置される、
   請求項１記載の輝度及び色分離フィルタユニット。
9. 前記第二の窓は、中央の画素の周りに集中し、前記第一の画素と前記中央の画素は、相互に等しい座標値を有する、
   請求項８記載の輝度及び色分離フィルタユニット。
10. 前記第二の窓は、中央の画素の周りに集中し、第一の画素の座標と中央の画素の座標との間の差は、前記第一及び第二のフィールドの部分の間の動きを表す動きベクトルにより決定される、
    請求項８記載の輝度及び色分離フィルタユニット。
11. 輝度信号の周波数スペクトルの高周波部分に位置される副搬送波で変調されるクロミナンス信号を含むコンポジットカラーテレビ信号を受信する受信手段と、
    前記コンポジットカラーテレビ信号から輝度信号と２つの色信号を抽出する輝度及び色分離フィルタユニットとを有し、
    前記輝度及び色分離ユニットは、
    第一の画素に対応するコンポジットカラーテレビ信号の第一のサンプルと、前記第一の画素の近傍にある他の画素に対応するコンポジットカラーテレビ信号の他のサンプルを取得する取得手段と、
    前記コンポジットカラーテレビ信号からの輝度信号の近似の最初の分離に基づいて、第一のサンプルとそれぞれの他のサンプルとの間の相関を表す第一のセットの相関値を推定する相関推定手段と、
    前記第一のサンプルと前記それぞれの他のサンプルとの間の関係を表す第二のセットのペナルティ値を推定するペナルティ推定手段と、
    前記第一のセットの相関値と前記第二のセットのペナルティ値のそれぞれのエレメントを結合することで、第三のセットの結合された値を計算する計算手段と、
    前記第三のセットの結合された値の更なる結合された値に比較される対応する結合された値に基づいて、コンポジットカラーテレビ信号の特定のサンプルを選択する選択手段と、
    前記第一のサンプルと前記特定のサンプルに基づいて、前記第一の画素に対応する最後の輝度値と２つの色値を含む値のセットの少なくとも１つの最後の値を決定する復号化手段とを含む、
    ことを特徴とする画像処理装置。
12. 前記輝度信号と２つの色信号により表される画像を表示する表示装置を更に有する、
    請求項１１記載の画像処理装置。
13. 請求項１２記載の画像処理装置を有するＴＶ。
14. 輝度信号の周波数スペクトルの高周波部分に位置される副搬送波で変調されるクロミナンス信号を含むコンポジットカラーテレビジョン信号から輝度信号と２つの色信号を抽出する方法であって、
    第一の画素に対応するコンポジットカラーテレビ信号の第一のサンプルと、前記第一の画素の近傍にある他の画素に対応するコンポジットカラーテレビ信号の他のサンプルを取得するステップと、
    前記コンポジットカラーテレビ信号からの輝度信号の近似の最初の分離に基づいて、第一のサンプルとそれぞれの他のサンプルとの間の相関を表す第一のセットの相関値を推定するステップと、
    前記第一のサンプルと前記それぞれの他のサンプルとの間の関係を表す第二のセットのペナルティ値を推定するステップと、
    前記第一のセットの相関値と前記第二のセットのペナルティ値のそれぞれのエレメントを結合することで、第三のセットの結合された値を計算するステップと、
    前記第三のセットの結合された値の更なる結合された値に比較される対応する結合された値に基づいて、コンポジットカラーテレビ信号の特定のサンプルを選択するステップと、
    前記第一のサンプルと前記特定のサンプルに基づいて、前記第一の画素に対応する最後の輝度値と２つの色値を含む値のセットの少なくとも１つの最後の値を決定するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
15. 輝度信号の周波数スペクトルの高周波部分に位置される副搬送波で変調されるクロミナンス信号を含むコンポジットカラーテレビジョン信号から輝度信号と２つの色信号を抽出するための命令を含むコンピュータ装置によりロードされるコンピュータプログラムプロダクトであって、
    前記コンピュータ装置は、処理手段、メモリ、及びロードされた後に、
    第一の画素に対応するコンポジットカラーテレビ信号の第一のサンプルと、前記第一の画素の近傍にある他の画素に対応するコンポジットカラーテレビ信号の他のサンプルを取得するステップと、
    前記コンポジットカラーテレビ信号からの輝度信号の近似の最初の分離に基づいて、第一のサンプルとそれぞれの他のサンプルとの間の相関を表す第一のセットの相関値を推定するステップと、
    前記第一のサンプルと前記それぞれの他のサンプルとの間の関係を表す第二のセットのペナルティ値を推定するステップと、
    前記第一のセットの相関値と前記第二のセットのペナルティ値のそれぞれのエレメントを結合することで、第三のセットの結合された値を計算するステップと、
    前記第三のセットの結合された値の更なる結合された値に比較される対応する結合された値に基づいて、コンポジットカラーテレビ信号の特定のサンプルを選択するステップと、
    前記第一のサンプルと前記特定のサンプルに基づいて、前記第一の画素に対応する最後の輝度値と２つの色値を含む値のセットの少なくとも１つの最後の値を決定するステップと、
    を実行するための機能を処理手段に提供する前記コンピュータプログラムプロダクトを有することを特徴とするコンピュータプログラムプロダクト。
    
    

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