JPH03127581A - 動き補償予測フレーム間符号化装置 - Google Patents

動き補償予測フレーム間符号化装置

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JPH03127581A
JPH03127581A JP1266478A JP26647889A JPH03127581A JP H03127581 A JPH03127581 A JP H03127581A JP 1266478 A JP1266478 A JP 1266478A JP 26647889 A JP26647889 A JP 26647889A JP H03127581 A JPH03127581 A JP H03127581A
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松家 哲之
Akiyoshi Tanaka
章喜 田中
Ikuo Inoue
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Wataru Fujikawa
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はテレビジョン信号の動き補償予測フレーム間符
号化装置に関する。
従来の技術 近年、動画像符号化技術の発達にともない、テレビ電話
、テレビ会議システム、CD−ROM、ディジタルVT
R等で用いられるカラー動画像の高能率符号化装置とし
て動き補償予測フレーム間符号化装置が開発されている
。例えば、吹抜敬彦著rTV画像の多次元信号処理J(
1988年11月15日発行、日刊工業新聞社刊、第7
章 高能率符号化、pp 2f3− Pp 291 )
に記載された動き補償予測フレーム間符号化装置が知ら
れている。
動き補償予測フレーム間符号化装置では、一定のフレー
ムレートで映像符号化が実現できるように、発生符号量
が多い場合には予測誤差の量子化ステップサイズを大き
くして発生する符号量を制限している。従来の量子化ス
テンプサイズの決定方式として、シー・シー・アイ・テ
ィ・ティの「ティスクリプション アールエム8 J 
1989.9゜9 (c、c、r、’r、T’、5Gx
v文書# 525 ” title : Discri
ption of Ref、 Model B  (R
M 8)、  5ource : WorkingPa
rty XV / 45pecialist Grou
p On Coding for Visual Te
1ephony、 version: June、 9
.1989” )に記載された動き補償予測フレーム間
符号化装置が知られている。
以下、第2図を参照して従来の動き補償予測フレーム間
符号化装置について説明する。第2図において、41は
入力テレビジョン信号が入力する入力端子、43は現フ
レームの符号化ブロックの画信号と前フレームの再生画
信号を比較して符号化ブロックの動ベクトルを算出する
動ベクトル算出部、44は現フレームと前フレームの再
生画信号を蓄積する画像メモリ部、48は前フレームの
再生画信号に対して動き補償する動き補償部、5oは動
き補償信号に対して2次元ローパスフィルタ処理するル
ープ内フィルタ部、52は符号化ブロックの原画信号と
予測信号の差分演算を行ない予測誤差を算出する予測誤
差算出部、54は予測誤差信号を直交変換する直交変換
部、56は直交変換係数を量子化する量子化部、59は
量子化ステップサイズを算出する量子化ステップサイズ
算出部、60は伝送フレームを一時蓄積する符号メモリ
部、62は量子化した直交変換係数を逆直交変換する逆
直交変換部、64は現フレームの再生画像を算出する再
生画像算出部、66は予測誤差を通信路符号化する予測
誤差符号化部、68は動ベクトルを通信路符号化する動
ベクトル符号化部、70は予測符号と動ベクトル符号よ
り伝送フレームを構成するマルチプレクサ部、73は伝
送信号を出力する出力端子である。
以上のよう々構成に於て、以下その動作について説明す
る。図示されていないアナログ・ディジタル変換回路で
ディジタル信号に変換され、水平方向M画撫、垂直方向
Nラインのブロックに分割されたテレビジョン信号は、
入力端子41より入力テレビジョン信号42として人力
される。
動ベクトル算出部43は、入力テレビジョン信号42と
画像メモリ部偶に蓄積されている前フレームの再生テレ
ビジョン信号45を比較し、符号化ブロックの動きを動
ベクトルとして算出し、動ベクトル信号46として出力
する。同時に動ベクトル算出部43は、動ベクトル算出
時の評価値を用いて、符号化ブロックについて動き補償
の有効・無効を判定し、その結果を動き補償制御信号と
して動ベクトル信号46を出力する。従って、動ベクト
ル信号46には、動ベクトルと動き補償信号が重畳され
ている。
動き補償部48は、(1)動き補償制御信号が動き補償
の有効を指示している場合には前フレームの再生テレビ
ジョン信号45を動ベクトルで動き補償し、(2)動き
補償制御信号が動き補償の無効を指示している場合には
前フレームの再生テレビジョン信号45をそのままで、
動き補償信号49として出力する。
ループ内フィルタ部50は動ベクトルを用いて動き補償
した符号化ブロックに対して、2次元ローパスフィルタ
処理を行ない、予測信号51を算出する。
予測誤差算出部52は、符号化ブロックの入力テレビジ
ョン信号42と予測信号51の差分演算を行ない、その
結果を予測誤差信号53として出力する。
直交変換部54は、予測誤差信号53に対して直交変換
を行ない、予測誤差信号53の近傍画素間が持つ高い相
関性を除去して、予測誤差直交変換係数55を算出する
。直交変換方式としては、多くの場合、高い変換効率を
持ち、ハードウェア化について実現性のある離散コサイ
ン変換が用いられる。
量子化部56は、量子化ステノブサイズ57を用いて、
予測誤差直交変換係数55を量子化し、予測誤差直交変
換量子化係数58を算出する。
量子化ステップサイズ算出部59は、以下に示した方式
により、符号メモリ部60内の残留符号量61より量子
化ステノブサイズ57を算出する。
以下に、本従来例における量子化ステノブサイズ57の
算出方法について記述する。
入力テレビジョン信号は第3図に示すように、水平方向
352画素、垂直方向288ラインの大きさを有し、水
平方向16画素、垂直方向16ラインの領域(本従来例
では、「マクロブロック(Macr。
Block) Jと呼んでいる。)に分割されている。
量子化ステップサイズQbは、nマクロブロック周期で
、量子化開始時に第(1〉式に示した式より算出する。
Qb= 2 x INT (Bcont÷200q、)
 + 2    ・・・−(1)但し、第(1)式に於
て以下のように定義する。
(alINT(本)は、小数点以下を切り捨てる関数と
する。
例:INT(1,5)=1、INT(1,33=1、I
NT(1,6) = 1 (bl Bcontは、符号メモリ部60の残留符号量
を示す。
(C)qは、符号化速度パラメータであり、符号化速度
Pと第(2)式の関係がある。
p = q x 54 kbit/ sec     
     −−(2)例: p = 64kbit/ 
SeCの時、CI=Lと起る。
第(1)式より明らか紅ように、残留符号量Bcont
が多く紅ると、量子化ステップサイズQbが大きくなり
発生符号量が制限され、一定フレームレートの映像信号
符号化が実現できる。例えば、量子化ステ、ブサイズQ
bの算出時に、残留符号量B cont700bitの
時は、量子化ステノブサイズQb=8となり、残留符号
量13cont= 6100bitの時は、量子化ステ
ノブサイズQb=62となる。
ただし、第1マクロブロツクから第(n−1)マクロブ
ロックまでは予め定めた量子化ステップサイズQbで量
子化を行なう。
例えば、p =54kbit/sec (q= 1 )
の場合、Qb=32とする。
本従来例では、量子化ステップサイズQbの算出周期n
は、n=12としている。
逆直交変換部62は、予測誤差直交変換量子化係数58
を逆直交変換し、量子化誤差を含んだ予測誤差信号63
を算出する。再生画像算出部64は量子化誤差を含んだ
予測誤差信号63と予測信号51を加算し、符号化ブロ
ックの再生画像65を算出する。
画像メモリ部44は現フレームの再生画像信号65を蓄
積し、前フレームの再生画像信号45を出力する。予測
誤差符号部66は予測誤差直交変換量子化係数58、量
子化ステップサイズ57を符号化し、予測誤差符号67
を算出する。量子化ステップサイズ57の符号化は、量
子化ステップサイズ57の値が変化したとき、つまりn
マクロブロックに1回のみとする。
動ベクトル符号化部68は動ベクトル46を符号化し、
動ベクトル符号69を算出する。マルチプレクサ部70
は予測誤差符号67と動ベクトル符号69より、所定の
形式の伝送フレーム71を算出する。符号メモリ部60
は伝送フレーム71を、−旦蓄積し、図示していない外
部より入力するのクロック信号に同期して、伝送符号7
2として出力端子73より出力する。同時に、符号メモ
リ部60はメモリ内に残留している符号量を残量符号量
61として算出する。
発明が解決しようとする課題 しかし、以上のような構成では量子化ステノブサイズQ
bが、量子化ステップサイズを算出するフロック周期間
(従来例では、nマクロブロック周期間)は固定される
ために、連続したnブロック間は入力テレビジョン信号
の持つ特徴に関わらず同一の量子化ステップサイズQb
で予測誤差が量子化される。つまり、同一の量子化ステ
ップサイズ周期に属する連続したブロック内では、精微
なパターンを持つブロックが、他のブロックと同じ量子
化ステップサイズQbで量子化されるために、精微なパ
ターンを持つブロックの画質が劣化するという課題があ
った。すなわち、精微なノくターンを持つブロックより
発生する予測誤差を、大きな量子化ステップサイズで量
子化する事により、精微ttが失われ、平坦なブロック
となる「ブロック歪」が発生し、視覚的に大きな画質劣
化として認識されていた。一方、量子化ステップサイズ
を符号化して発生する符号量を削減するために、同一の
量子化ステップサイズで量子化する連続したブロック数
は一定値以上f、ければ紅らf、い(従来例では、nマ
クロブロック)ので、毎ブロックごとに量子化ステップ
サイズを算出し、変更することはできない。
本発明は、以上のような課題に鑑み、発生符号量より算
出した基準となる第1の量子化ステップサイズで量子化
される連続したブロックで、個々のブロックの持つ画像
的な精微性に比例して、ブロックごとに第1の量子化ス
テップサイズから、ブロック毎に第2の量子化ステップ
サイズを算出し、第2の量子化ステップサイズを用いて
、予測誤差信号を量子化することにより、画質の向上を
図ることを目的とする。つまり、各ブロックで精微性が
高いブロックは量子化ステンブサイズを第1の量子化ス
テップサイズより小さくする事で、発生符号量は制限し
つつ、精微性を保持し、その結果としてブロックの画質
を向上させ、画像全体の画質向上が達成できる。
課題を解決するための手段 テレビジョン信号をアナログ/ディジタル変換するアナ
ログ/ディジタル手段と、ディジタル化した入力テレビ
ジョン信号の1フレームまたは1フィールドを定められ
た大きさのブロックに分割するブロック分割手段と、個
々のブロックについてテレビジョン画像の動きである動
ベクトルを算出する動ベクトル算出手段と、個々のブロ
ックについて前記動ベクトルを用いて動き補償するか判
定する動き補償判定手段と、動き補償するブロックに対
して、前フレームの再生画像を動ベクトルで動き補償し
、予測画素値を算出する予測画素値算出手段と、符号化
ブロックの画素値と予測画素値との差分な予測誤差値と
して算出する予測誤差値算出手段と、予測誤差値を直交
変換し、直交変換係数を算出する直交変換係数算出手段
と、発生符号量より第1の量子化ステップサイズを算出
する第1の量子化ステップサイズ算出手段と、入力テレ
ビジョン信号のブロック毎の画素値の分散を算出する分
散算出手段と、分散よりブロックをクラス分けし、各ク
ラス毎に第1の量子化ステップサイズより第2の量子化
ステップサイズを算出する第2の量子化ステップサイズ
算出手段と、第2の量子化ステップサイズを用いて、直
交変換係数を量子化し、量子化した直交変換係数を算出
する直交変換係数算出手段と、第1の量子化ステンプサ
イズと量子化のクラス分けに関する情報と量子化した直
交変換係数を符号化する直交変換係数符号化手段と、量
子化した直交変換係数を逆直交変換し、量子化した予測
誤差を算出する量子化予測誤差算出手段と、量子化した
予測誤差と予測信号より再生画像を算出する再生画像算
出手段と、再生画像を蓄積する蓄積手段と、動ベクトル
とを符号化する動ベクトル符号化手段とを設けることに
より、上記目的を達成するものである。
作用 入力テレビジョン信号の持つブロック毎の精微性は、ブ
ロン、り内の画素値の分散σ2で測定できると考えられ
る。例えば、精微なパターンを持つブロックの分散σ1
は、急峻な画素値の変化を持つ「粗い」ブロックの分散
σ2に比べ小さいと考えられる。また、精微性の高いブ
ロックはど前記分散σ2が小さくなると考えられる。
従って、本発明は上記構成により、入力テレビジョン信
号の持つブロック毎の精微性を前記分散σ!で測定し、
同一の基準となる第1の量子化ステップサイズで量子化
する連続したブロックで、精微な画像を有するブロック
については前記第1の量子化ステップサイズを、各ブロ
ックの持つ精微性に比例して、小さくした第2の量子化
ステップサイズで予測誤差を量子化することにより、発
生符号量を制限しつつ、精微々画像を有するブロックの
画質を向上することができるようにしたものである。
実施例 以下、第1図を参照しながら本発明の第1の実施例につ
いて説明する。第1図は本発明の第1の実施例における
動き補償フレーム間符号化装置のブロック結線図である
。第1図において、1は入力テレビジョン信号が入力さ
れる入力端子、3は現フレームの符号化ブロックの画信
号と前フレームの再生画信号を比較して符号化ブロック
の動ベクトルと動き補償制御信号を算出する動ベクトル
算出部、4は現フレームと前フレームの再生画信号を蓄
積する画像メモリ部、7は前フレームの再生画信号に対
して動き補償する動き補償部、9は動き補償信号に対し
て2次元ローパスフィルタ処理するループ内フィルタ部
、11は符号化ブロックの原画信号と予測信号の差分演
算を行ない予測誤差を算出する予測誤差算出部、13は
予測誤差信号を直交変換する直交変換部、15は直交変
換係数を量子化する量子化部、16は入力テレビジョン
信号の分散を算出する分散値算出部、18は第2の量子
化ステップサイズを算出する第2量子化ステップサイズ
算出部、22は第1の量子化ステップサイズを算出する
第1量子化サイズ算出部、23は伝送フレームを一時蓄
積する符号メモリ部、26は量子化した直交変換係数を
逆直交変換する逆直交変換部、28は現フレームの再生
画像を算出する再生画像算出部、30は予測誤差、第1
量子化ステンブサイズ、量子化クラス情報を通信路符号
化する予測誤差符号化部、32は動ベクトルを通信路符
号化する動ベクトル符号化部、34は予測符号と動ベク
トル符号より伝送フレームを構成するマルチプレクサ部
、37は伝送信号を出力する出力端子である。
以上のような構成において、以下その動作を説明する。
テレビジョン信号は第1図に図示されていない信号処理
部でアナログ/ディジタル変換され、水平方向M画素、
垂直方向Nラインのブロックに分割され、入力端子1よ
り入力テレビジョン信号2として入力される。次に、動
ベクトル算出部3は入力テレビジョン信号2と、画像メ
モリ部4より読みだした前フレームの再生画像5を比較
し、動ベクトルを算出し、動ベクトル信号6として出力
される。同時に、動ベクトル算出部3は動ベクトル算出
時の評価値を用いて、符号化ブロックに対する動き補償
が有効か無効かを判定し、その結果を動き補償制御情報
として動ベクトル信号6として出力される。
動き補償部7は、符号化ブロックと同一位置の前フレー
ムの再生画像5に対し動ベクトル信号6により動き補償
する場合は動ベクトルで動き補償し、動き補償しない場
合は何もせずに、動き補償信号8として出力する。ルー
プ内フィルタ部9ば、動き補償信号8に対し、符号化ブ
ロックが動き補償するブロックであるは2次元ローパス
フィルタ処理であるループ内フィルタ処理を行い、その
他の場合はループ内フィルタ処理しないで、予測信号1
0として出力する。
予測誤差算出部11は、符号化ブロックの入力テレビジ
ョン信号2と予測信号1oの差分演算を行ない、その結
果を予測誤差信号12として出力する。
直交変換部13は予測誤差信号12に対して直交変換を
行々い、予測誤差信号12の近傍画素間が持つ高い相関
性を除去して、予測誤差直交変換係数14を算出する。
直交変換方式としては、多くの場合、高い変換効率を持
ち、ハードウェア化について実現性のある離散コサイン
変換が用いられる。
次に、量子化部15で、予測誤差直交変換係数14を量
子化するのに用いる第2の量子化ステップサイズ20の
算出方法について記述する。
分散値算出部16は、符号化ブロックの入力テレビジョ
ン信号2の画素値の分散σ2を第(3)式により算出し
分散信号17として出力する。分散σ2は、入力画信号
2の精微性が高いブロックでは小さい値となり、入力画
信号2の精微性が低いブロックでは大きい値と八る。
但し、第(3)式において以下のように定義する。
(al、Mはブロックの水平方向画素数を示す。
(b)、Nはブロックの垂直方向ライン数を示¥。
(C)、p(i、j)はブロック内アドレス(]。
J)の画素値を示す。
(d)、Pはブロックの平均画素値を示す。(第(4)
式参照) 第2量子化ステップサイズ算出部18は、符号化ブロッ
クの分散信号17と第1の量子化ステップサイズ19よ
り、第2の量子化ステップサイズ20と量子化クラス情
報21を算出する。第1の量子化ステップサイズ19は
、第1量子化ステップサイズ算出部22で、符号メモリ
部23内の符号残留量24より、前記の従来例で記述し
た方式により求める。
第2量子化ステップサイズ算出部18は、以下に示すよ
うに、分散信号17と予め定めた3閾値thl。
th2  th3を比較し、各ブロックを4つの量子化
クラスに分け、量子化クラスにより第1の量子化ステッ
プサイズ19より第2の量子化ステンプサイズ20を算
出する。但し、第一の量子化ステップサイズなQbとし
、第2の量子化ステップサイズをQstepとする。
■ O≦σ”<thlの場合 Q 5tep C1ass = 1 ■ th1≦σ”<th2の場合 Q 5tep C1ass = 2 Q 5tep   = −’Qb ■ th2≦σ’<th3の場合 Q 5tep C1ass = 3 Q 5tep   = L Qb ■ th3≦σ2の場合 Q 5tep C1ass = 4 Qstep     = Qb 以上のようにすることにより、第2の量子化ステップサ
イズ20は、入力画信号2の精微性が高いブロックに対
しては、第1の量子化ステップサイズ19より小さくな
る。
量子化部15は、予測誤差直交変換係数14を第2の量
子化ステップサイズ20で量子化し、予測誤差直交変換
量子化係数25を算出する。逆直交変換部26は、予測
誤差直交変換量子化係数25を逆直交変換し、量子化誤
差を含んだ予測誤差信号27を算出する。再生画像算出
部28は量子化誤差を含んだ予測誤差信号27と予測信
号10を加算し、符号化ブロックの再生画像29を算出
する。画像メモリ部4は現フレームの再生画像信号29
を蓄積し、前フレームの再生画像信号5を出力する。予
測誤差符号化部30は、第1の量子化ステノプサイズエ
9、量子化クラス情報21.予測誤差直交変換量子化係
数25を符号化し、予測誤差符号31を算出する。動ベ
クトル符号化部32は動き補償したブロックの動ベクト
ル信号6を符号化し、動ベクトル符号33を算出する。
マルチプレクサ部34は予測誤差符号31と動ベクトル
符号33より、所定の形式の伝送フレーム35を算出す
る。符号メモリ部23は伝送フレーム35を、−旦蓄積
し、図示していない外部より入力するクロック信号に同
期して、伝送符号36として出力端子37より、出力す
る。同時に、符号メモリ部23はメモリ内に残留してい
る符号量を残留符号量24として算出する。
以上の説明から明らかなように本実施例によれば、同一
の量子化ステップサイズに属する連続したブロック郡に
おいて、各ブロックの精微性に比例して、基準と々る第
1の量子化ステノブサイズヨ1’)、ブロック毎の第2
の量子化ステップサイズを算出し、第2の量子化ステッ
プサイズを用いて予測誤差信号を量子化するので、画像
の精微性を損にわず、画像全体の画質向上が達成できる
なお、以上の説明では分散値算出部16で算出する分散
値17を第(3)式で定義したが、入力テレビジョン信
号2の精細性を測定できる分散であれば、他の測定尺度
でもよい。例えば、一般にブロックの大きさ(水平方向
画素数:M、垂直方向ライン数二N)は固定値であるが
ら、計算処理が簡単な尺度として第(5)式に示した数
値りがある。ただし、p(+、j)はブロック内アドレ
ス(i、  j)の画素値、Pはブロックの平均画素値
を示す。
D=Σ  Σ 1p(i、  j)−PI     ・
・・・・・(5)−IJ−1 また、以上の説明では量子化ステップサイズのり4 ラス分けを4クラスとしたが、他のクラス分は数でもよ
い。
さらに、以上の説明ではクラス分は毎に基準となる第1
の量子化ステップサイズを等分し、第2の量子化ステッ
プサイズを決定したが、分散が小さいブロックに対して
第2の量子化ステップサイズが小さく々るように算出さ
れれば、他の方法でもよい。
発明の効果 以上のように、本発明の効果としては、入力テレビジョ
ン信号の持つ精微性に関する特徴をブロック単位に測定
し、同一の量子化ステップサイズで量子化する連続した
ブロック郡内で、精微な絵柄を持つブロックに対しては
前記量子化ステップサイズを小さくすることにより、発
生符号量は制限しつつ、原画像の持つ精微性を損なう事
なく動画像符号化が行える為に、画質向上が図られ、そ
の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における動き補償予測フレー
ム間符号化装置のブロック結線図、第2図は従来の動き
補償予測フレーム間符号化装置のブロック結線図、第3
図は従来例における画像とマクロブロックの関係を示し
た概念図である。 1・・・入力端子、3・・・動ベクトル算出部、4・・
・画像メモリ部、7・・・動き補償部、9・・・ループ
内フィルタ部、11・・・予測誤差算出部、13・・・
直交変換部、15・・・量子化部、16・・・分散値算
出部、18・・・第2量子化ステップ算出部、22・・
・第2量子化ステップ算出部、26・・・逆直交変換部
、28・・・再生画像算出部、30・・・予測誤差符号
化部、32・・・動ベクトル符号化部、34・・・マル
チプレクサ部、23・・・符号メモリ部、37出力端子

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. テレビジョン信号をアナログ/ディジタル変換するアナ
    ログ/ディジタル手段と、ディジタル化した入力テレビ
    ジョン信号の1フレームまたは1フィールドを定められ
    た大きさのブロックに分割するブロック分割手段と、個
    々のブロックについてテレビジョン画像の動きである動
    ベクトルを算出する動ベクトル算出手段と、個々のブロ
    ックについて前記動ベクトルを用いて動き補償するか判
    定する動き補償判定手段と、動き補償するブロックに対
    して、前フレームの再生画像を動ベクトルで動き補償し
    、予測画素値を算出する予測画素値算出手段と、符号化
    ブロックの画素値と予測画素値との差分を予測誤差とし
    て算出する予測誤差値算出手段と、予測誤差値を直交変
    換し、直交変換係数を算出する直交変換係数算出手段と
    、発生符号量より第1の量子化ステップサイズを算出す
    る第1の量子化ステップサイズ算出手段と、入力テレビ
    ジョン信号のブロック毎の画素値の分散を算出する分散
    算出手段と、分散よりブロックをクラス分けし、各クラ
    ス毎に第1の量子化ステップサイズより第2の量子化ス
    テップサイズを算出する第2の量子化ステップサイズ算
    出手段と、第2の量子化ステップサイズを用いて、直交
    変換係数を量子化し、量子化した直交変換係数を算出す
    る直交変換係数算出手段と、第1の量子化ステップサイ
    ズと量子化のクラス分けに関する情報と量子化した直交
    変換係数を符号化する直交変換係数符号化手段と、量子
    化した直交変換係数を逆直交変換し、量子化した予測誤
    差を算出する量子化予測誤差算出手段と、量子化した予
    測誤差と予測信号より再生画像を算出する再生画像算出
    手段と、再生画像を蓄積する蓄積手段と、動ベクトルと
    を符号化する動ベクトル符号化手段とを具備した動き補
    償予測フレーム間符号化装置。
JP1266478A 1989-10-13 1989-10-13 動き補償予測フレーム間符号化装置 Expired - Lifetime JPH0761153B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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