JP2658896B2 - 同期回路 - Google Patents

同期回路

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JP2658896B2
JP2658896B2 JP6209503A JP20950394A JP2658896B2 JP 2658896 B2 JP2658896 B2 JP 2658896B2 JP 6209503 A JP6209503 A JP 6209503A JP 20950394 A JP20950394 A JP 20950394A JP 2658896 B2 JP2658896 B2 JP 2658896B2
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    • H04N21/00Selective content distribution, e.g. interactive television or video on demand [VOD]
    • H04N21/40Client devices specifically adapted for the reception of or interaction with content, e.g. set-top-box [STB]; Operations thereof
    • H04N21/43Processing of content or additional data, e.g. demultiplexing additional data from a digital video stream; Elementary client operations, e.g. monitoring of home network or synchronising decoder's clock; Client middleware
    • H04N21/4302Content synchronisation processes, e.g. decoder synchronisation
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  • Time-Division Multiplex Systems (AREA)
  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル伝送方式に
おける同期回路に関し、特に伝送レートを平均して一定
に保つためにフレーム内のビット数が周期的に増減し、
かつフレーム内にパディングと呼ばれるビット数情報を
含むビットストリームに対する同期回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来例として、ISO/IEC 111
72−3(以降、MPEG/Audio方式と表す)に
より標準化されているディジタル・オーディオ信号の圧
縮伸長方式に従ったビットストリームのレイヤ1,2に
対する同期回路について説明する。MPEG(Movi
ng Picture Experts Group)
/Audio方式に関しては前記規格に詳細が述べられ
ている。
【0003】MPEG/Audio方式のフレームは、
ヘッダ部とデータ部の2つに大別される。ヘッダ部は同
期パターン、レイヤ、ビットレートBr、サンプリング
周波数Fs、パディング等の情報を含む。同期パターン
は12ビットの連続した1で構成され、レイヤはMPE
G/Audio方式で定義されている3種類の圧縮方式
のどの方式を用いて圧縮されたフレームなのかを表す。
フレームのスロット数はレイヤ、ビットレートBr、サ
ンプリング周波数Fs、パディングにより求められる。
スロット数は通常、数式(Br/N)・(L/Fs)で
表わされる。但し、Nは1スロットに含まれるビット
数、Lはビットストリームの1フレームに含まれるサン
プリング周波数Fsのディジタル信号のサンプル数であ
る。1スロットに含まれるビット数はレイヤ1では32
ビット、レイヤ2,3では8ビットと決められている。
【0004】一例として、レイヤが2、ビットレートB
rが192[kHz]、サンプリング周波数Fsが48
[kHz]の場合の1フレームのビット数を上記の数式
より求めると、 (192×103 )・(1152/48×103 )=4608 となる。なお、1152は1フレームに含まれるディジ
タル・オーディオ信号の1チャンネルのサンプル数であ
る。この場合、1フレームのビット数は整数値になる。
【0005】別の例として、レイヤが2、ビットレート
が192[kHz]、サンプリング周波数が44.1
[kHz]の場合の1フレームのビット数を求めると、 (192×103 )・(1152/44.1×103 )=5015.5102 … となる。この場合、1フレームのビット数は整数とはな
らない。また、MPEG/Audio方式のレイヤ2で
は、1スロットは8ビットと定められているため、1フ
レームに含まれるビット数は8の倍数でなければならな
い。
【0006】そこで、8の倍数である5008または5
016を1フレームのビット数とするフレームを適宜組
み合わせ、平均のビット数が5015.5102…にな
るように処理を行う。この処理は、まず基本フレームを
5008ビットとし、8ビットから成る付加スロットを
定義する。付加スロットを含まないフレームは5008
ビット、付加スロットを含むフレームは5016ビット
となる。前述のパディングが”0”のときは基本フレー
ムを選択し、”1”のときは付加スロットを含むフレー
ムを選択する。パディング値を”0”,”1”に適宜選
択する事により、平均ビット数を5008と5016の
間の値である5015.5102…に近づけることがで
きる。
【0007】これらのスロット数を決定する要素は、連
続したディジタル・オーディオ信号を高能率符号化する
場合、通常、パディング以外は一定値になっている。し
かし、パディングは平均ビットレートをヘッダ部のビッ
トレート値で指定した値に近づけるために、フレーム毎
に変化する。パディング値によってフレームの長さは変
化するので、同期パターンの間隔も変化する事になる。
【0008】また、同期パターンである連続した12ビ
ットの”1”はフレーム中に唯一ではなく、データ部に
も存在する可能性がある。
【0009】従って、このようなビットストリームの同
期パターンを検出するのは容易ではなく、専用に設計さ
れた同期検出回路が用いられる。
【0010】図7は、このようなビットストリームに同
期し、圧縮した信号を伸長するための回路の例である。
入力されたビットストリーム10から同期検出器42′
が同期ビット列を検出すると、伸長処理器41に対して
スタート信号11を出力する。スタート信号11を受け
ると、伸長処理器41はクロック信号12にもとづいて
ビットストリーム10に対する伸長処理を行い、PCM
信号13を出力する。同期検出器42′は1フレーム毎
にスタート信号11を出力し、伸長処理器41は、この
スタート信号11毎に1フレームの処理を行う。この中
で、本発明に関係の深い同期検出器42′について詳し
く説明する。
【0011】図8に同期検出器42′の内部構成を示
す。リセット信号14により、フレームカウンタ42−
5の値は0になり、シリアル・パラレル変換器42−1
の出力信号であるパラレルデータ27は0になり、ヘッ
ダ更新許可信号20はセットされる。
【0012】ビットストリーム10はクロック信号12
に同期してシリアルデータとして入力され、シリアル・
パラレル変換器42−1によってパラレルデータ27に
変換され、同期パターン検出器42−2に出力される。
同期パターン検出器42−2は、MPEG/Audio
方式で定義されている同期パターンを含むヘッダを構成
するデータとして整合性のとれている値が入力される
と、同期パターン検出信号26を出力する。セレクタ4
2−3は、ヘッダ更新許可信号20により、スタート信
号11と同期パターン検出信号26の一方を選択する。
すなわち、ヘッダ更新許可信号20がセットされている
ならば同期パターン検出信号26を選択し、リセットさ
れているならばスタート信号11を選択する。初期状態
ではヘッダ更新許可信号20はセットされているので同
期パターン検出信号26を選択し、ヘッダレジスタ42
−4にラッチ信号21として出力する。ラッチ信号21
により、ヘッダレジスタ42−4にシリアル・パラレル
変換器42−1が出力しているフレーム長を決める値で
あるレイヤ、ビットレート、サンプリング周波数、パデ
ィングを記憶する。
【0013】また、ラッチ信号21によりフレームカウ
ンタ42−5をリセットし、クロック信号12のクロッ
ク数の計数を開始し、また、同期パターン検出信号26
によりヘッダ更新条件記憶器42−6は、ヘッダ更新許
可信号20をリセットする。ヘッダ更新許可信号20が
リセットされたことにより、以後、ヘッダレジスタ42
−4が出力するフレーム長を決定するのに必要な情報で
あるレイヤ22、ビットレート23、サンプリング周波
数28はスタート信号11が出力される毎に更新され
る。
【0014】フレームカウンタ42−5は、ヘッダレジ
スタ42−4から出力されるレイヤ22、ビットレート
23、サンプリング周波数28、パディング24より、
そのフレームのビット数を求め、計数値がこのビット数
に達するまでクロック信号12の計数を行う。
【0015】なお、サンプリング周波数が32kHz,
48kHzの場合は、フレーム長は常に一定値で付加ス
ロットは無いため、パディング値の伝送誤りによりフレ
ームカウンタ42−5の計数終了値が影響を受けないよ
うに、パディング値を無視する。フレームカウンタ42
−5が1フレームの計数処理を終了すると、計数終了信
号25を出力する。計数終了信号25と同期パターン検
出信号26とが同時に同期判断器42−7に対して出力
されると、同期判断器42−7はスタート信号11を出
力する。3フレーム以降も同様の処理を行い、同期パタ
ーンがビットストリームとして入力されると同時に、計
数終了信号25が出力されたらスタート信号を出力す
る。
【0016】データ領域に偶然12ビットの連続した
“1”が存在し、これを誤って同期パターンとして検出
した場合は、フレームカウンタ42−5にフレーム長と
は異なる無意味な数値が代入される。そして、計数終了
信号25が発生する時刻に再び偶然に12ビットの
“1”が入力される確立は非常に低い。計数終了信号2
5と同時に同期パターン検出信号26が出力されない場
合、非同期判断器42−8より非同期検出信号29が出
力され、ヘッダ更新条件記憶器42−6の出力するヘッ
ダ更新許可信号20はセットされ、初期状態に戻る。つ
まり、上記のように誤った同期パターンを検出した場
合、一旦、同期がはずれ、再度、同期パターンを検出し
直す。
【0017】このように、誤った同期パターンに同期し
た場合には、一旦、同期がはずれて初期化され、正しく
同期した場合には同期検出信号26をフレーム毎に確認
するように構成されている。
【0018】ところが、このような従来の同期検出回路
で同期確立後にビットストリーム10に伝送誤りが発生
し、計数終了信号25と同時に同期パターン検出信号2
6が出力されない場合、誤った同期パターンを検出した
場合と同様に、初期状態に戻るので同期がはずれてしま
う。このように、計数終了信号25と同時に同期パター
ン検出信号26が出力されない場合に、非同期状態にな
ったと判断している。
【0019】ここで、上述のような伝送誤りによる同期
はずれを少なくするために、一般的な同期はずれ回避策
として、2回以上連続して計数終了信号25と同時に同
期パターン検出信号26が出力されない場合に、非同期
状態と判断する構成も考えられる。この方法では同期パ
ターンが誤りにより検出されない場合でも、後のフレー
ムで誤りなく検出されれば同期状態は維持される。
【0020】しかし、フレーム長を決定するために必要
なヘッダ値に誤りがあった場合はフレームカウンタ42
−5がフレーム長とは異なる値で計数終了信号25を出
力するので、計数終了信号25が次のフレーム先頭時刻
とは異なる時刻に発生し、同期がずれてしまう。すなわ
ち、上述の対策を施したとしても、1回の伝送誤りによ
り同期がはずれる場合がある。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の同期回
路においては、ビットストリームが受信回路に送られて
来るまでの伝送媒体上で、フレーム長を決定するために
必要な情報であるパディング値に誤りが発生した場合、
1フレームのビット数またはスロット数を誤って認識す
るために、計数終了信号25の出力タイミングが同期パ
ターン検出信号26とずれ、同期がはずれるという欠点
がある。
【0022】それ故、本発明の課題は、パディングの誤
り発生時にも同期が外れないような機能を持たせた同期
回路を提供することにある。
【0023】
【課題を解決するための手段】本発明の同期回路は、サ
ンプリング周波数Fsのディジタル信号を高能率符号化
により圧縮した、複数の情報単位であるスロットから成
るフレームにより構成されるビットレートBrのビット
ストリームに含まれる同期パターンを検出する同期パタ
ーン検出器と、フレーム内に含まれるフレーム長情報に
より次フレームの同期パターン位置までのスロット数ま
たはビット数を計数するカウンタとを含む同期検出器を
備えた同期回路において、前記ビットストリームは、以
下の式で表されるS′が整数値の場合は1フレーム内の
スロット数Sは、S′に等しくし、 S′=(Br/N)・(L/Fs) (但し、N:1スロットに含まれるビット数、L:ビッ
トストリームの1フレームに含まれるサンプリング周波
数Fsのディジタル信号のサンプル数) S′が整数値でない場合は、S′の整数部S″をスロッ
ト数としたフレームと1スロットの付加スロットを加え
た(S″+1)をスロット数としたフレームとを組み合
わせる事により、ビットストリームの平均ビットレート
をビットレートBrに漸近させる処理を施されたビット
ストリームのフレーム毎に、スロット数がS″または、
(S″+1)のいずれなのかを識別するためのパディン
グを含ませ、前記同期回路は、前記パディングの変化周
期に同期したパディングを生成して生成パディングとし
て出力するパディングビット生成器を有し、前記カウン
タは前記パディングビット生成器の生成した生成パディ
ングに基づいて次フレームの同期パターン位置までのス
ロット数またはビット数を計数するようにしたことを特
徴とする。
【0024】
【実施例】図1は本発明の第1の実施例を示すブロック
図である。本発明は、処理中のフレームのパディングビ
ットを、過去に受信した複数フレームのパディングビッ
ト列から生成するパディングビット生成器44を備えた
ことを特徴としている。
【0025】同期検出器42が入力されたビットストリ
ーム10から同期ビット列を検出すると、伸長処理器4
1とパディングビット生成器44に対してスタート信号
11を出力すると共に、パディングビット生成器44に
対してレイヤ22、ビットレート23、パディング24
を出力する。パディングビット生成器44はパディング
30を同期検出器42に出力する。伸長処理器41はス
タート信号11により伸長処理を開始し、PCM信号1
3を出力する。同期検出器42は、1フレーム毎にスタ
ート信号11を出力し、伸長処理器41は、このスター
ト信号11毎に1フレームの処理を行う。
【0026】図2に同期検出器42の内部構成を示す。
図2において、図8と同じ部分には同一番号を付してい
る。図8で説明したように、リセット信号14により、
フレームカウンタ42−5は計数値が0になると共に、
パラレルデータ27が0になり、ヘッダ更新許可信号2
0はセットされる。
【0027】ビットストリーム10はクロック信号12
に同期してシリアルデータとして入力され、シリアル・
パラレル変換器42−1によってパラレルデータ27に
変換され、同期パターン検出器42−2に出力される。
同期パターン検出器42−2は、MPEG/Audio
方式で定義されている同期パターンを含むヘッダを構成
するデータとして整合性のとれているビット列が入力さ
れると、同期パターン検出信号26を出力する。セレク
タ42−3は、ヘッダ更新許可信号20がセットされて
いるならば同期パターン検出信号26をラッチ信号31
としてヘッダレジスタ42−4aに、ラッチ信号32と
してヘッダレジスタ42−4bにそれぞれ出力する。ヘ
ッダ更新許可信号20がリセットされているならば、セ
レクタ42−3はスタート信号11をラッチ信号32と
してヘッダレジスタ42−4bに出力し、ラッチ信号3
1は出力しない。
【0028】このラッチ信号31とラッチ信号32によ
り、シリアル・パラレル変換器42−1の出力するフレ
ーム長を決める値であるレイヤ、ビットレート、サンプ
リング周波数、パディングをヘッダレジスタ42−4a
とヘッダレジスタ42−4bに記憶すると共に、フレー
ムカウンタ42−5をリセットしてクロック信号12の
クロック数の計数を開始させる。同時に、ヘッダ更新許
可信号20が同期パターン検出信号26によりリセット
される。
【0029】ヘッダ更新許可信号20がリセットされた
ことにより、セレクタ42−3からラッチ信号31がヘ
ッダレジスタ42−4aに出力されなくなるので、以
後、ヘッダレジスタ42−4aの出力するフレーム長を
決定するのに必要な情報であるレイヤ22、ビットレー
ト23、サンプリング周波数28は更新されない。ただ
し、パディング24はフレーム毎に異なる可能性がある
ので、スタート信号11が出力される毎にセレクタ42
−3からラッチ信号32が出力され、値を更新する。
【0030】フレームカウンタ42−5は、ヘッダレジ
スタ42−4aの出力するレイヤ22、ビットレート2
3、サンプリング周波数28と、パディングビット生成
器44の出力するパディング30とにより、このフレー
ムのビット数にフレームカウンタ42−5の計数値が達
するまでクロック信号12の計数を行う。フレームカウ
ンタ42−5が1フレームの計数処理を終了すると、計
数終了信号25を出力する。これと同時に、同期パター
ン検出信号26が同期判断器42−7に対して出力され
ると、同期判断器42−7はスタート信号11を出力す
る。
【0031】図3にパディングビット生成器44の構成
図を示す。スタート信号11により、シリアル・パラレ
ル変換器44−3は同期検出器42から出力されている
パディング24の値を取り込む。シリアル・パラレル変
換器44−3は、後述するように、最長のパディングビ
ットの周期に合わせて147ビット幅のデータを出力す
る。セレクタ44−4は、パディング同期確立信号34
がリセットされているならば、同期検出器42の出力す
るパディング24を選択し、セットされているならばパ
ラレル・シリアル変換器44−2の出力するパディング
31を選択してパディング30(生成パディング)とし
て出力する。
【0032】パディングは、図4に示すように、レイ
ヤ、ビットレート、サンプリング周波数により決まる周
期性を持っている。MPEG/Audio方式ではサン
プリング周波数44.1kHz以外ではパディングは常
に0なので、図4ではサンプリング周波数44.1kH
zの例のみを示した。一例として、レイヤ2、ビットレ
ート192kbps、サンプリング周波数44.1kH
zでのパディングビット列を図5に示す。
【0033】パディングビット列生成器44−1は、同
期検出器42からのレイヤ22とビットレート23とに
より、147ビット幅のパディングビット列32を出力
する。パディングは、前述したように周期性を持ってい
るが、その周期には7,21,49,147の4種類が
あり、いずれも147フレーム周期のビット列として表
せる。よって、レイヤが2、ビットレートが192kb
ps、サンプリング周波数が44.1kHzの場合は4
9ビット周期なので、パディングビット列生成器44−
1は3周期のビット列を147ビット幅で出力する。
【0034】パディング同期判断器44−5は、スター
ト信号11が147回入力された後、パディングビット
列生成器44−1の出力であるパディング・ビット列3
2とシリアル・パラレル変換器44−3の出力するパデ
ィングビット列33とが一致しているならば、パディン
グ同期確立信号34を出力する。不一致ならば、次のス
タート信号11が入力された以後、同様の比較処理を続
ける。パディングビット列33は最大147フレーム周
期の値なので294回目のスタート信号11が出力され
た時にはパディングビット列33の値は147回目のス
タート信号11が出力された時と同じ値になる。よっ
て、293回目のスタート信号11が出力されるまでに
は、パディング同期確立信号34が出力される。
【0035】パディング同期確立信号34により、パラ
レル・シリアル変換器44−2はパディングビット列生
成器44−1の出力値を取り込む。パラレル・シリアル
変換器44−2は、取り込んだデータの最下位ビットか
ら順にスタート信号11毎に出力し、出力したデータは
最上位ビットに入れることにより、データを最下位ビッ
ト方向に回転させる。パディング同期確立信号34の出
力後、セレクタ44−4はパラレル・シリアル変換器4
4−2の出力値をパディング30として同期検出器42
に出力する。
【0036】パディング同期判断器44−5の内部構成
を図6に示す。パディング同期判断器44−5は、カウ
ンタ51によりスタート信号11の入力回数を計数し、
スタート信号11が147回入力されたら計数終了信号
35を出力する。この信号はリセット信号14が入力さ
れるまで出力し続ける。計数終了信号35の出力後、パ
ディングビット列比較器52はシリアル・パラレル変換
器44−3の出力するパディングビット列33とパディ
ングビット列生成器44−1の出力であるパディングビ
ット列32とが一致したらパディング同期確立信号34
をセットする。この信号はリセット信号14が入力され
たらリセットされる。
【0037】次に、ビットストリーム10のフレーム長
を決定する数値に伝送誤りが発生した場合の動作につい
て説明する。パディング24に伝送誤りが発生した場
合、パディング同期確立信号34が出力された後はフレ
ームカウンタ42−5に対して出力されるパディング値
はパディングビット生成器44で作られた値であるの
で、伝送誤りの影響は受けない。従って、誤りがない場
合と同じ時刻に計数終了信号25が発生し同期状態が維
持される。
【0038】また、サンプリング周波数28、ビットレ
ート23、レイヤ22に誤りが発生した場合、同期確立
後はヘッダ更新許可信号20がリセットされているため
ラッチ信号31は出力されないので、ヘッダレジスタ4
2−4aの出力値であるサンプリング周波数28、ビッ
トレート23、レイヤ22は更新されないため、伝送誤
りの影響を受けず、やはり同期状態が維持される。
【0039】
【発明の効果】以上、説明したように本発明は、受信回
路に最低147フレーム、最大293フレームが入力さ
れる間に、パディングビット列に同期し、受信回路でパ
ディングビットを生成することにより、伝送媒体におい
てパディング情報に誤りが発生しても、フレームに対す
る同期は外れない。
【0040】また、フレームに対する同期確立後に、パ
ディング以外のフレーム長を決定する要素であるレイ
ヤ、ビットレート、サンプリング周波数に、伝送媒体で
誤りが発生しても、フレームに対する同期は外れない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図2】図1に示された同期検出器を示すブロック図で
ある。
【図3】図1に示されたパディングビット生成器のブロ
ック図である。
【図4】パディングの周期を表した図である。
【図5】MPEG/Audio方式のレイヤ2、ビット
レート192kbps、サンプリング周波数44.1k
Hzのパディングの周期を表した図である。
【図6】図3に示されたパディング同期判断器のブロッ
ク図である。
【図7】従来例を示すブロック図である。
【図8】図7に示された同期検出器のブロック図であ
る。
【符号の説明】
41 伸長処理器 42 同期検出器 44 パディングビット生成器

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 サンプリング周波数Fsのディジタル信
    号を高能率符号化により圧縮した、複数の情報単位(以
    下、スロットと表す)から成るフレームにより構成され
    るビットレートBrのディジタル信号(以後、ビットス
    トリームと表す)に含まれる同期パターンを検出する同
    期パターン検出器と、フレーム内に含まれるフレーム長
    情報により次フレームの同期パターン位置までのスロッ
    ト数またはビット数を計数するカウンタとを含む同期検
    出器を備えた同期回路において、 前記ビットストリームは、以下の式で表されるS′が整
    数値の場合は1フレーム内のスロット数Sは、S′に等
    しくし、 S′=(Br/N)・(L/Fs) (但し、N:1スロットに含まれるビット数、L:ビッ
    トストリームの1フレームに含まれるサンプリング周波
    数Fsのディジタル信号のサンプル数) S′が整数値でない場合は、S′の整数部S″をスロッ
    ト数としたフレームと1スロットの付加スロットを加え
    た(S″+1)をスロット数としたフレームとを組み合
    わせる事により、ビットストリームの平均ビットレート
    をビットレートBrに漸近させる処理を施されたビット
    ストリームのフレーム毎に、スロット数がS″または、
    (S″+1)のいずれなのかを識別するための情報(以
    後、パディングと表す)を含ませ、 前記同期回路は、前記パディングの変化周期に同期した
    パディングを生成して生成パディングとして出力するパ
    ディングビット生成手段を有し、 前記カウンタは前記パディングビット生成手段が生成し
    た生成パディングに基づいて次フレームの同期パターン
    位置までのスロット数またはビット数を計数するように
    したことを特徴とする同期回路。
  2. 【請求項2】 前記同期検出器は、前記フレームのフレ
    ーム長に関する情報を最初の同期パターン受信時のみに
    記憶するヘッダレジスタを備えたことを特徴とする請求
    項1記載の同期回路。
  3. 【請求項3】 前記パディングビット生成手段は、前記
    同期検出器から出力されるスタート信号により前記同期
    検出器から出力されたパディングを取り込み、最長のパ
    ディングビットの周期に合わせて所定幅のパディングビ
    ット列を出力するシリアル・パラレル変換器と、 前記同期検出器から出力されたレイヤ、ビットレートと
    により所定幅のパディングビット列を出力するパディン
    グビット列生成器と、 前記シリアル・パラレル変換器からのパディングビット
    列と前記パディングビット列生成器からのパディングビ
    ット列とが一致するかどうかの比較を行い、一致してい
    るとパディング同期確立信号を出力するパディング同期
    判断器と、 前記パディング同期確立信号によりパディングビット列
    生成器の出力を取り込み、パディングデータを出力する
    パラレル・シリアル変換器と、 前記パディング同期確立信号がセットされている時は前
    記パラレル・シリアル変換器のパディングデータを、リ
    セットされている時は前記同期検出器から出力されたパ
    ディングを選択して前記生成パディングとして前記同期
    検出器に出力するセレクタとを含むことを特徴とする請
    求項1あるいは2記載の同期回路。
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