JPH08512188A - ビデオ・ブロックをイントラ・コーディングするかどうかを判定する方法 - Google Patents
ビデオ・ブロックをイントラ・コーディングするかどうかを判定する方法Info
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Abstract
(57)【要約】
着信ビデオ・フレームのカレント・ビデオ・ブロックを符号化する、すなわち、イントラ・コーディングであるか、あるいは着信ビデオ・フレームのカレント・ビデオ・ブロックと前回格納されたビデオ・フレームからの最良整合ビデオ・ブロックとの間の差を符号化する、すなわち非イントラ・コーディングであるかを、ビデオ圧縮システム100において判定する。まず、カレント・ビデオ・ブロックはサブ・ブロックの所定のセットに分割される(301)。次に、各サブ・ブロックについて平均ピクセル値が算出され(302)、これはサブ・ブロックの個別ピクセル値とともに用いられて、サブ・ブロック偏差を判定する(303)。サブ・ブロック偏差は、カレント・ビデオ・ブロック偏差を算出するために用いられる(304)。次に、カレント・ビデオ・ブロック偏差は、カレント・ビデオ・ピクセル値と最良整合ビデオ・ブロック・ピクセル値とに基づいて算出された誤差偏差(305)と比較される(306)。この比較が好適な場合、カレント・ビデオ・ブロックと最良整合ビデオ・ブロックとの間の差が符号化される。比較が非好適な場合、カレント・ビデオ・ブロックが符号化される。
Description
【発明の詳細な説明】
ビデオ・ブロックをイントラ・コーディングするかどうかを判定する方法
本発明は、一般に、ビデオ圧縮の分野に関し、さらに詳しくは、ビデオ・ブロ
ックを符号化するかどうか、あるいはビデオ・ブロックと前回格納されたビデオ
・ブロックとの間の差を符号化するかどうかを判定することに関する。
発明の背景
ビデオ・システムは、複数の通信装置と、通信装置の通信媒体となる通信チャ
ネルとを含むことが知られる。例えば、通信チャネルは、有線接続でもRF周波
数キャリアでもよい。ビデオ・システムの効率を向上させるため、通信する必要
のあるビデオはデジタル圧縮される。デジタル圧縮は、ビデオの知覚的品質を維
持しつつ、ビデオを表すために必要なビット数を低減する。ビットの低減により
、チャネル帯域幅のより効率的な利用が可能になり、格納条件を節減する。デジ
タル・ビデオ圧縮を達成するため、各通信装置は符号器および復号器を含むこと
ができる。符号器は、通信チャネル上で送信する前に、通信装置がビデオを圧縮
することを可能にする。復号器は、通信装置が通信チ
ャネルから圧縮ビデオを受信し、これを視聴可能にする。デジタル・ビデオ圧縮
を利用できる通信装置には、高精細テレビ送信機および受信機,ケーブル・テレ
ビ送信機および受信機,ビデオ電話,コンピュータおよび携帯無線装置が含まれ
る。
ITU(International Telecommunications Union)−T勧告H.261,IS
O/IEC(International Standards Organization/International Electrotec
hnical Committee)11172−2国際規格(MPEG−1)および来るISO
/IEC13818−2規格(MPEG−2)を含め、いくつかのデジタル・ビ
デオ圧縮規格が出現した。これらの規格は、ビデオにおける空間的および時間的
冗長性(temporal redundancy)を活用し、かつ人間の目の知覚的品質を利用する
ことにより、ビデオのフレーム・シーケンスを効率的に表すことを意図する。時
間的冗長性は、フレーム・シーケンスにおけるモーションを推定することにより
活用できる。
ブロック整合アルゴリズム(block matching algorithm)は、ビデオ・シーケン
ス内のモーションを推定する既知の方法である。ビデオ・シーケンスの各フレー
ムは、ピクセルのブロックに分割される。ブロック整合アルゴリズムは、1フレ
ーム内で符号化されるカレント・ブロックを、ビデオー・シーケンスの前回また
は以降のフレー
ム内の同じサイズのブロックと比較する。前回符号化されたフレーム内に整合ブ
ロックが見つかると、カレント・ブロックを独立して符号化すべきかどうか、あ
るいは整合ブロックの位置およびカレント・ブロックと整合ブロックとの間の差
を符号化すべきかどうかを判定しなければならない。この判定は、一般にイント
ラ/非イントラ判定(intra/non-intra decision)と一般に呼ばれる。カレント・
ブロックが独立して符号化される場合、イントラ・コーディングが選択される。
整合ブロックの位置およびカレント・ブロックと整合ブロックとの間の差が符号
化される場合、非イントラ・コーディングが選択される。位置および差情報のみ
を符号化することにより、より効率的な符号化方法が提供される。
イントラ/非イントラ判定は、カレント・ブロックまたはカレント・ブロック
と整合ブロックとの間の差のうち符号化するのに効率的なのはいずれかを判定す
ることを試みる。ビット数、すなわち符号化効率を実際に決定する、イントラ/
非イントラ判定以外のいくつかのステップがあるので、この判定は複雑である。
どの符号化方法が最も効率的であるかを最も正確に予測するため、イントラ・コ
ーディングおよび非イントラ・コーデイングブロックの両方を符号化して、その
結果生じるビット数の比較を行う必要がある。しかし、この解決方法では、両方
の符号化モードを同時に行うため重複するハードウェアを必要とする。これ
は非実際的である。
イントラ・コーディングまたは非イントラ・コーディングするかどうかを判定
する別の方法として、カレント・ブロック内の各ピクセルについて、平均ピクセ
ル値とカレント・ブロック内の各ピクセル値との間の差の絶対値を算出して、こ
れらの値を加算する方法がある。この和は、カレント・ブロックの絶対差の和(
SOAD:sum of absolute differences)と呼ばれる。同様に、整合ブロック
内の各ピクセルとカレント・ブロック内の各ピクセルとの間の差の絶対値の和が
計算される。この和は、差ブロックの絶対差の和(SOAD)と呼ばれる。差ブ
ロックのSOADがある閾値よりも小さいか等しい場合、非イントラ・コーディ
ングが選択される。それ以外では、差ブロックのSOADが閾値よりも大きく、
かつカレント・ブロックのSOADよりも大きい場合、イントラ・コーデイング
が選択される。カレント・ブロックのSOAD計算は、16ピクセル×16ピク
セル(16×16)ビデオ・ブロックで、約1024オペレーションを必要とす
る。1フレーム当たり396ブロックの一般的なビデオ・シーケンスおよび毎秒
30フレームについて、カレント・ブロック単独のSOADのコストは、毎秒1
200万オペレーション以上である。このコストは極めて高い。しかし、イント
ラ・コーディングまたは非イントラ・コーディングをすべきかを慎重に判定しな
ければ、ビデオの品質は犠牲になる。
従って、ビデオ・ブロックをイントラ・コーディングするか、あるいは非イン
トラ・コーディングするかを判定するために必要なオペレーションの回数を低減
し、しかも適切なビデオ品質を提供する必要がある。
図面の簡単な説明
第1図は、本発明によりビデオ・ブロックをイントラ・コーディングするか非
イントラ・コーディングするかを判定するビデオ圧縮システムを示す。
第2図は、本発明により実施されるビデオ圧縮システムの入力として機能する
一例としてのビデオ・ソースを示す。
第3図は、本発明によりビデオ・ブロックをイントラ・コーディングするか非
イントラ・コーディングするかを判定するフロー図を示す。
第4図は、本発明によりビデオ・ブロックをイントラ・コーデイングするか非
イントラ・コーディングするかを判定する判定曲線を示す。
好適な実施例の説明
本発明は、着信ビデオ・フレームのカレント・ビデオ・ブロックを符号化する
か、あるいはカレント・ビデオ・ブロックと前回格納されたビデオ・フレームの
最良整合ビデ
オ・ブロック(best match video block)との間の差を符号化するかどうかを判定
することにより、効率的なビデオ圧縮方法を提供する。これは、カレント・ビデ
オ・ブロックをサブ・ブロックの所定のセットに分割し、次に各サブ・ブロック
について平均ピクセル値を算出することによって達成される。各サブ・ブロック
の平均ピクセル値および実ピクセル値は、サブ・ブロック偏差(sub block devia
tion)を求めるために用いられる。次に、サブ・ブロック偏差からカレント・ビ
デオ・ブロック偏差が求められる。さらに、カレント・ビデオ・ブロックのピク
セルを最良整合ビデオ・ブロックのピクセルと比較することにより、誤差偏差も
算出される。誤差偏差と現在ブロック偏差との間の比較が行われ、カレント・ビ
デオ・ブロックまたはカレント・ビデオ・ブロックと最良整合ビデオ・ブロック
との間の差を符号化すべきかどうかを判定する。
本発明について、第1図ないし第4図を参照してさらに詳しく説明する。第1
図は、本発明によりビデオ・ブロックをイントラ・コーディングまたは非イント
ラ・コーディングするかどうかを判定するビデオ圧縮システム100を示す。ビ
デオ・ソース111は、ビデオ圧縮システム100によって受信される。ビデオ
・ソース111内の各カレント・ビデオ・ブロックについて、モーション推定器
(motion estimator)110は、1つまたはそれ以上の基準画像を保持する直前フ
レーム格納素子(previous frame
storage element)108を探して、最良整合ビデオ・ブロックを見つける。最
良整合ビデオ・ブロックを判定する好適な方法については、本出願と同じ譲受人
に譲渡された米国同時係属出願である文書番号CR0005Mにおいて開示される。
モーション推定器110は、モーション・ベクトル(MV:motion vector)を
生成し、このモーション・ベクトルは、カレント・ビデオ・ブロックに対する最
良整合ビデオ・ブロックの位置を記述する。モーション補償器(motion compensa
tor)109はMVを利用して、直前フレーム格納素子108から最良整合ビデオ
・ブロックを抽出する。次に、最良整合ビデオ・ブロックは、減算器(subtracto
r)101によってカレント・ビデオ・ブロックから減算され、残留ビデオ・ブロ
ックを生成する。イントラ/非イントラ判定器(intra/non-intra determiner)1
13は、本明細書で説明する発明の原理に従ってイントラ・コーディングと非イ
ントラ・コーディングとの間で選択する。イントラ・コーディングが選択される
場合には、カレント・ビデオブロックはDCT(discrete cosine transformer)
102に送出され符号化され、それ以外の場合には、残留ビデオ・ブロックはD
CT102に送出され符号化される。DCT102は、受信したビデオ・ブロク
の空間領域値(spatial domain values)を周波数領域値(frequency domain value
s)に変換する。次に、周波数領域値は、量子化器(quantizer)103によってス
ケ
ーリングされ、切り捨てられ(truncate)、圧縮システム100に量子化誤差を発
生する。許容される量子化誤差の量は、レート・コントローラ(rate controller
)114によって制御され、このレート・コントローラ114は、本発明により
イントラ/非イントラ判定器と演算処理を共用する。量子化器103からの量子
化値は、可変長符号器(VLC:variable length coder)によって効率的にロ
スレス符号化(lossless encoding)される。さらに、MVもVLC104によっ
て効率的にロスレス符号化される。VLC104の出力は、解凍システム(decom
pression system)に格納または送信可能な圧縮ビデオ112である。逆量子化器
(inverse quantizer)105,逆DCT(inverse DCT)106,加算器107,直
前フレーム格納素子108およびモーション補償器109からなるフィードバッ
ク・ループは、解凍システムが画像を直前フレーム格納素子108に復元・格納
する同じ画像を復元する。逆量子化器105と、それに続く逆DCT106は、
量子化器103によって発生された誤差を含む空間領域値を復元する。イントラ
/非イントラ判定器113によって非イントラ・コーディングが選択された場合
、モーション補償器109からの最良整合ビデオ・ブロックが加算器107によ
って逆DCT106の出力に加算される。それ以外の場合には、加算器107に
よってゼロが逆DCT106の出力に加算される。次に、加算器107の出力は
、直前フレ
ーム格納素子108に格納される。ビデオ圧縮システム100は、1つまたはそ
れ以上のデジタル信号プロセッサまたは汎用マイクロプロセッサ上で実行するソ
フトウェアで実施できる。
第2図は、一例としてのビデオ・ソース111を示す。ビデオ・ソース111
は、一連のビデオ・フレーム200からなる。各ビデオ・フレーム200は、ピ
クセル202の2次元アレイからなる。ビデオ・フレーム200の共通サイズに
は、標準画像フォーマット(SIF:Standard Image Format)と呼ばれる横35
2ピクセル×縦240ピクセルと、共通インタチェンジ・フォーマット(CIF
:Common Interchange Format)と呼ばれる352×288ピクセルと、1/4
(QCIF:Quarter CIF)と呼ばれる176×144ピクセルが含まれる。ビ
デオ・フレームは、時間的に1/24,1/25または1/29.97秒によっ
て一般に分離される。各ビデオ・フレーム200は領域に分割でき、ここで各領
域はビデオ・ブロック201と呼ばれる。H.261,MPEG−1およびMP
EG−2規格において、ビデオ・ブロック201はマクロブロック(macroblock)
と呼ばれ、16×16の画素アレイからなる。
第3図は、カレント・ビデオ・ブロックを符号化すべきか、カレント・ビデオ
・ブロックと最良整合ビデオ・ブロックとの間の差を符号化すべきかを判定する
ためイントラ
/非イントラ判定器113によって用いられるフロー図を示す。まず、カレント
・ビデオ・ブロックは、着信ビデオ・ソースから受信される(300)。従来技
術とは対照的に、カレント・ビデオ・ブロックは所定の数のサブ・ブロックに分
割される(301)。マクロブロックまたは16×16ビデオ・ブロックが用い
られる場合、サブ・ブロックの好適な数は4であり、各サブ・ブロックは8ピク
セル×8ピクセルである。
各サブ・ブロックについて平均ピクセル値が算出される(302)。平均ピク
セル値は、サブ・ブロック内のすべての個別ピクセル値を加算し、サブ・ブロッ
ク内のピクセルの総数で除することにより求められる。次に、サブ・ブロックの
平均ピクセル値および個別ピクセル値に基づいて、サブ・ブロック偏差が算出さ
れる(303)。好適なサブ・ブロック偏差は、絶対差の和(SOAD)として
算出される。SOADは、サブ・ブロックの個別ピクセル値とサブ・ブロックの
平均ピクセル値との間の差の絶対値を加算することにより求められる。別のサブ
・ブロック偏差は、平均ピクセル値と個別ピクセル値との間の差を二乗し、その
結果を加算することによって算出される。この計算は、平均二乗誤差という。
サブ・ブロック偏差は、好ましくは、レート制御用に用いるためレート・コン
トローラ114に送出してもよい(310)。レート・コントローラは、サブ・
ブロック偏
差をサブ・ブロック内の空間アクティビティ(spatial activity)の尺度として利
用する。イントラ/非イントラ判定器113からのサブ・ブロック偏差を利用す
ることにより、レート・コントローラ114は空間アクティビティ偏差を再計算
する必要がない。空間アクティビティなどに基づいて、量子化器103によって
用いられる量子化レベルが決定される。
各サブ・ブロックについてサブ・ブロック偏差が算出されると(303)、カ
レント・ビデオ・ブロック偏差が計算される(304)。カレント・ビデオ・ブ
ロック偏差は、サブ・ブロック偏差の関数であり、好ましくはサブ・ブロック偏
差の和である。
カレント・ビデオ・ブロックおよび最良整合ビデオ・ブロック305を用いて
、誤差偏差が求められる。誤差偏差は、サブ・ブロック偏差と同じ次数でなけれ
ばならない。サブ・ブロック偏差を求めるためにSOADが用いられる場合、誤
差偏差は、各カレント・ビデオ・ブロック・ピクセルと最良整合ビデオ・ブロッ
ク内の対応するピクセル位置との間の差の絶対値の和として算出される。同様に
、平均ピクセル値と個別ピクセル値との間の差の二乗の和としてサブ・ブロック
偏差が算出される場合、誤差偏差は、カレント・ビデオ・ブロック内の各ピクセ
ルと最良整合ビデオ・ブロック内の各対応するピクセルとの間の差の二乗の和と
して計算される。カレント・ビデオ・ブロック偏差と
は対照的に、誤差偏差計算は、カレント・ビデオ・ブロックがサブ・ブロックに
分割されるか否かにかかわらず、同じ結果を生成する。
カレント・ビデオ・ブロック偏差と誤差偏差との比較が行われる(306)。
この比較が好適かどうか判定が行われる(307)。比較が好適な場合、カレン
ト・ビデオ・ブロックと最良整合ビデオ・ブロックととの間の差がその後符号化
される(309)。比較が非好適な場合、カレント・ビデオ・ブロックが符号化
される(309)。好適または非好適の判定については、第4図を参照して以下
で説明する。
第4図は、誤差偏差とカレント・ビデオ・ブロック偏差の比較306が好適か
どうかを判定するための好適な判定曲線を示す。横軸は誤差偏差402で、縦軸
はカレント・ビデオ・ブロック偏差401である。曲線404によって示される
ように、誤差偏差がカレント・ビデオ・ブロック偏差よりも大きく、かつ誤差偏
差閾値よりも大きい場合、悪い最良整合ビデオ・ブロックがモーション推定器1
10によって見つけられ、比較は非好適であるとみなされる。逆に、誤差偏差が
カレント・ビデオ・ブロック偏差に等しいかそれよりも小さいか、あるいは誤差
偏差閾値403に等しいかそれよりも小さい場合には、良い最良ビデオ・ブロッ
クがモーション推定器110によって見つけられ、比較は好適である。SOAD
を用いてカレント・ビデオ・ブ
ロック偏差および誤差偏差を計算する場合には、誤差偏差閾値403の好適な値
は2048である。
本発明により、効率的なイントラ/非イントラ判定が行われる。レート・コン
トローラ114およびイントラ/非イントラ判定器113はサブ・ブロック偏差
演算を共用できるので、ビデオ・ブロックについてSOADを算出するために従
来技術で用いられる1024個の演算は、4つの加算に低減される。これは、ビ
デオ圧縮システム100にとって演算の大幅な節減である。
─────────────────────────────────────────────────────
【要約の続き】
好適な場合、カレント・ビデオ・ブロックが符号化され
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.ビデオ符号器において、着信ビデオ・フレームについて、前記着信ビデオ・ フレームのカレント・ビデオ・ブロックを符号化するか、あるいは前記カレント ・ビデオ・ブロックと前回格納されたビデオ・フレームの最良整合ビデオ・ブロ ックとの間の差を符号化するかどうかを判定する方法であって: a)前記カレント・ビデオ・ブロックについて、前記カレント・ビデオ・ブロ ックをサブ・ブロックの所定のセットに分割する段階; b)前記サブ・ブロックの所定のセットのうち各サブ・ブロックについて、平 均ピクセル値を算出する段階; c)前記サブ・ブロックの所定のセットのうち各サブ・ブロックについて、前 記平均ピクセル値と前記サブ・ブロックの個別ピクセル値とに基づいて、サブ・ ブロック偏差を算出する段階; d)前記カレント・ビデオ・ブロックについて、前記サブ・ブロックの所定の セット内の各サブ・ブロックの前記サブ・ブロック偏差に基づいて、カレント・ ビデオ・ブロック偏差を算出する段階; e)前記カレント・ビデオ・ブロックと前記最良整合ビデオ・ブロックとの間 の誤差偏差を判定する段階; f)前記カレント・ビデオ・ブロック偏差と前記誤差偏 差との比較が非好適な場合に、前記カレント・ビデオ・ブロックを符号化する段 階;および g)前記カレント・ビデオ・ブロック偏差と前記誤差偏差との比較が好適な場 合に、前記カレント・ビデオ・ブロックと前記最良整合ビデオ・ブロックとの間 の差を符号化する段階; によって構成されることを特徴とする方法。 2.段階(a)は、前記サブ・ブロックの所定のセットを4つのサブ・ブロック として定義することをさらに含んで構成されることを特徴とする請求項1記載の 方法。 3.a)段階(c)は、レート制御のため前記サブ・ブロック偏差を利用するこ とをさらに含んで構成され;および b)段階(c)は、量子化を制御するため前記サブ・ブロック偏差を利用する ことをさらに含んで構成される; 上記(a)および(b)の少なくとも1つであることを特徴とする請求項1記 載の方法。 4.段階(c)は、前記サブ・ブロックの前記平均ピクセル値と個別ピクセル値 との間の絶対差の和として、前記サブ・ブロック偏差を算出することをさらに含 んで構成されることを特徴とする請求項1記載の方法。 5.段階(c)は、前記サブ・ブロックの前記平均ピクセル値と前期個別ピクセ ル値との間の平均二乗誤差として、前記サブ・ブロック偏差を算出することをさ らに含んで構成されることを特徴とする請求項1記載の方法。 6.段階(d)は、前記サブ・ブロックの所定のセット内の前記サブ・ブロック のそれぞれについて前記サブ・ブロック偏差を加算することにより、前記カレン ト・ビデオ・ブロック偏差を算出することをさらに含んで構成されることを特徴 とする請求項1記載の方法。 7.段階(f)は、悪い最良整合ビデオ・ブロックとして非好適を定義すること をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項1記載の方法。 8.段階(g)は、良い最良整合ビデオ・ブロックとして好適を定義することを さらに含んで構成されることを特徴とする請求項1記載の方法。 9.ビデオを圧縮する方法であって: a)複数のビデオ・ブロックを含むビデオ・フレームを受信する段階; 前記複数のビデオ・ブロックの各ビデオ・ブロックについて: b)前記各ビデオ・ブロックと前回格納されたビデオ・フレームからの複数の ビデオ・ブロックとの間の比較から最良整合ビデオ・ブロックを判定する段階; c)前記各ビデオ・ブロックをサブ・ブロックの所定のセットに分割する段階 ; d)前記サブ・ブロックの所定のセットのうち各サブ・ブロックについて、平 均ピクセル値を算出する段階; e)前記サブ・ブロックの所定のセットのうち各サブ・ ブロックについて、前記サブ・ブロックの前記平均ピクセル値と個別ピクセル値 とに基づいて、サブ・ブロック偏差を算出する段階; f)前記サブ・ブロックの所定のセット内の各サブ・ブロックの前記サブ・ブ ロック偏差に基づいて、カレント・ビデオ・ブロック偏差を算出する段階; g)前記各ビデオ・ブロックと前記最良整合ビデオ・ブロックとの間の誤差偏 差を判定する段階; h)前記カレント・ビデオ・ブロック偏差と前記誤差偏差との差が非好適な場 合に、前記各ビデオ・ブロックを符号化する段階;および i)前記カレント・ビデオ・ブロック偏差と前記誤差偏差との差が好適な場合 に、前記各ビデオ・ブロックと前記最良整合ビデオ・ブロックとの間の差を符号 化する段階; によって構成されることを特徴とする方法。 10.ビデオ圧縮システムであって: カレント・ビデオ・ブロックを受信し、これを複数の前回格納されたビデオ・ ブロックと比較して、最良整合ビデオ・ブロックを生成するモーション推定器; および 前記モーション推定器に動作可能に結合されるイントラ/非イントラ判定器で あって、前記カレント・ビデオ・ブロックおよび前記最良整合ビデオ・ブロック を受信し、前記カレント・ビデオ・ブロックを符号化すべきか、あるいは前記最 良整合ビデオ・ブロックと前記カレント・ビデオ・ ブロックとの間の差を符号化すべきかを判定するイントラ/非イントラ判定器で あって: a)前記カレント・ビデオ・ブロックをサブ・ブロックの所定のセットに 分割し; b)前記サブ・ブロックの所定のセットのうち各サブ・ブロックについて 平均ピクセル値を算出し; c)前記サブ・ブロックの所定のセットのうち各サブ・ブロックについて 、前記サブ・ブロックの前記平均ピクセル値と個別ピクセル値とに基づいて、サ ブ・ブロック偏差を算出し; d)前記サブ・ブロックの所定のセット内の各サブ・ブロックの前記サブ ・ブロック偏差に基づいて、カレント・ビデオ・ブロック偏差を算出し; e)前記カレント・ビデオ・ブロックと前記最良整合ビデオ・ブロックと の間の誤差偏差を判定し; f)前記カレント・ビデオ・ブロック偏差を前記誤差偏差と比較して、比 較偏差を生成し; g)前記比較偏差が非好適な場合に、前記カレント・ビデオ・ブロックを 符号化すべきであると判定し;および h)前記比較偏差が好適な場合に、前記カレント・ビデオ・ブロックサブ ・ブロックと前記最良整合ビデオ・ブロックとの間の差を符号化すべきであると 判定する、イントラ/非イントラ判定器; によって構成されることを特徴とするビデオ圧縮システ ム。
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