KR0165328B1 - 장시간 기록 재생이 가능한 디지탈 기록 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디지탈 VCR에서 디지탈 비디오 신호를 압축 기록하는 영상 신호 부호화 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 녹화 가능 시간을 연장하도록 디지탈 비디오 신호를 압축하여 기록 하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적을 위하여 압축비율 입력 단자와 장시간 기록 모드 단자에 따라 조절되며, 입력된 신호를 블럭화하는 블럭화기, 장시간 기록 모드 단자에 따라 신호를 분산하는 제1 ,제2스위칭기, 현재 프레임과 이전 프레임과의 차를 구하는 감산기, 신호를 압축 부호화하는 제1,제2부호화기, 압축 부호화된 신호를 복호화하는 복호화기, 압축비율 입력 단자와 장시간 기록 모드 단자에 따라 데이타를 재배치하는 정렬기로 구성된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 장시간의 기록이 필요한 입력 신호에 대하여 일반 녹화의 경우보다 더 오랜 시간 동안의 내용을 같은 용량의 기록 매체에 기록이 가능하다.

Description

장시간 기록 재생이 가능한 디지탈 기록 장치 및 방법
제1도는 디지탈 VCR 신호 기록 장치의 구성을 보이는 블럭도이다.
제2도는 디지탈 VCR 신호 재생 장치의 구성을 보이는 블럭도이다.
제3도는 본 발명에 따른 제1도의 부호화부의 상세 블럭도를 도시한 것이다.
제4도의(a),(b)는 제3도의 제1스위칭기에 대한 구성도를 도시한 것이다.
제5도의(a),(b)는 제3도의 제2스위칭기에 대한 구성도를 도시한 것이다.
제6도는 본 발명의 입력 영상 시퀸스의 구성도를 도시한 것이다.
제7도는 제3도의 제1,제2부호화부의 구성을 보이는 블럭도이다.
제8도의 (a),(b),(c),(d)는 기록 매체에 기록하기 위하여 제3도의 정렬기에 의한 압축된 비디오 데이타의 재배치 형태를 도시한 것이다.
본 발명은 디지탈 비디오 테이프 레코더(이하 DVCR 이라 칭함)에서 디지탈 비디오 신호를 압축 기록하는 영상 신호 부호화 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 녹화 가능 시간을 연장하도록 디지탈 비디오 신호를 압축하여 기록하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
디지탈 VCR의 출현은 비디오테이프의 기록 밀도의 증가와 디지탈 압축 기법의 향상 및 디지탈 회로 기술의 발달로 가능하게 되었다. 현재 디지탈 VCR은 여러번 반복 재생하여도 그 화질에 열화가 없이 원화상의 화질을 유지할 수 있는 등 많은 장점을 가지고 있기 때문에 아날로그 VCR에서 디지탈 VCR로의 변환은 필연적인 요구였다.
한편 입력된 신호를 녹화 할 경우에, 일반 녹화 경우외에 입력되는 신호의 특성상 화질의 중요성 보다 장시간의 녹화를 원 할 경우가 발생하게 된다. 예를 들면 교육 방송등의 녹화나 은행, 공공 건물, 중요 시설등에 설치된 감시용 카메라에 의한 녹화의 경우에 있어서, 녹화 내용의 중요성 외에 장시간의 기록이 가능한 시스템이 요구된다. 즉 같은 용량의 기록 매체를 사용하여 녹화 할 경우 일반 녹화 때 보다 더 장시간의 재생이 가능한 시스템이 요구된다.
따라서 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 요구를 충족시키기 위해 안출된 것으로서, 디지탈 VCR 시스템에 있어서 녹화 가능 시간을 연장하기 위하여 신호를 압축 부호화 함으로서 장시간 기록 재생이 가능한 디지탈 VCR 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 입력되는 디지탈 비디오 신호를 압축 부호화하여 일반 기록 재생 모드 및 장시간 기록 재생 모드에 따라 기록 매체에 신호를 기록하는 디지탈 기록 장치에 있어서,
상기 입력되는 디지탈 비디오 신호를 블럭 단위로 출력하는 블럭화 수단;
상기 블럭화 수단에서 블럭화된 디지탈 데이타를 소정의 압축 비율로 압축 부호화하는 제1부호화 수단;
상기 제1부호화 수단에서 압축 부호화된 데이타를 복호화하는 복호화 수단;
상기 복호화 수단에서 출력되는 현재의 디지탈 비디오 신호와 상기 블럭화 수단에서 출력되는 이전의 디지탈 비디오 신호를 감산해서 디지탈 차영상 신호를 생성하는 감산 수단;
상기 감산 수단에서 출력되는 디지탈 차영상 신호을 소정의 압축 비율로 압축 부호화하는 제2부호화 수단;
상기 장시간 기록 재생 모드시 상기 제1부호화 수단 및 상기 제2부호화 수단에서 출력되는 비디오 데이타를 재배치하여 데이타 량을 조절하는 데이타 정렬 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장시간 기록 재생이 가능한 디지탈 기록 장치이다.
상기의 다른 목적을 달성하기 위한 한개 이상의 화면으로 이루어지는 복수개의 프레임으로 부호화 단위를 구성하여 압축 부호화하는 디지탈 기록 방법에 있어서,
입력되는 비디오 신호를 매 프레임 단위로 압축 부호화하는 제1부호화 단계;
상기 제1부호화 단계에서 출력된 비디오 신호를 프레임 단위로 복호화하는 복호화 단계;
상기 복호화 단계에서의 프레임과 상기 제1부호화 단계로 입력되는 프레임과의 차영상을 갖고 압축 부호화하는 제2부호화 단계;
상기 제1부호화 수단과 상기 제2부호화 수단의 출력 데이타를 재배치하는 데이타 재배치 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 장시간 기록 재생이 가능한 디지탈 기록 방법이다.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
제1도는 디지탈 VCR 신호 기록 장치의 구성을 보이는 블록도이며, 입력 아날로그 신호를 디지탈 데이타로 변환하는 아날로그-디지탈 변환부(110)와, 신호를 부호화하는 부호화부(120)와, 신호를 자기 테이프에 기록하는 기록부(130)으로 구성된다.
제1도의 A/D변환부(110)에서는 아날로그 입력 비디오 신호가 디지털 신호로 변환되며, 부호화부(120)에서는 A/D변환부(110)에서 얻어진 디지탈 비디오 신호를 압축 부호화 한다. 다음 기록부(130)는 에러 정정 부호화(Error Correction Coding) 및 변조(Modulation)과정을 거쳐 자기 테이프에 기록된다.
디지탈 신호를 기록하는 VCR 시스템은 영상 신호에 대한 디지탈 신호량의 방대함 때문에 압축 과정을 거쳐 기록 과정에 들어간다. 한개의 화면은 1초에 30장의 프레임으로 구성되어 있으며, 압축 부호화 과정은 프레임 단위로만 수행되는 인트라(Intra) 부호화 방법과 수개의 프레임을 하나의 단위로 압축 부호화 과정을 수행하는 인터(Inter) 부호화 방법이 있다.
본 발명에서는 한개의 프레임 단위의 압축 부호화 과정과 3개의 프레임으로 이루어진 단위로 압축 부호화하는 과정으로 이루어진다.
정해진 부호화 단위는 압축 부호화 과정을 거쳐 일정수의 비디오 트랙에 기록되는데 이러한 압축 방법으로 직교 변환 과정과 양자화 과정 및 가변장 과정등을 이용하여 디지탈 비디오 신호를 압축해서 기록 매체에 기록하게 된다.
여기서 디지탈 영상 신호가 압축되어 출력되는 데이타의 양은 사용되는 부호화부(120)의 특성 및 입력되는 신호의 정보량에 따라 어떤 경우는 비디오 테이프내의 고정된 영역에 기록 될 수 있고 어떤 경우는 초과 할 수도 있게된다. 따라서 고정된 영역을 많이 초과하거나 부족하게 압축 부호화 하여 기록 할 경우에 그 만큼 재생되는 영상의 화질 저하 및 손상을 가져오게 되므로 양자화 과정의 조정으로 반드시 출력되는 데이타가 고정된 영역의 크기에 근접하게 출력되도록 영상 데이타를 압축하여 기록한다.
제2도는 디지탈 VCR 신호 재생 장치의 구성을 보이는 블록도이며, 자기 테이프의 기록 신호를 검출하는 검출부(230)와, 신호를 복호하는 복호화부(220)와, 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 디지탈-아날로그 변환부(210)으로 구성된다.
제2도는 제1도의 역 과정으로서 비디오 헤드에 의하여 자기 테이프의 내용이 읽혀지면 검출부(230)에서는 싱크(Sync) 단위의 검출이 수행되고 복조(Demodulation) 과정을 통해 출력된 데이타는 에러 정정 복호화기를 통하고, 복호화부(220)에서는 부호화된 데이타를 복호화하여 비디오 신호가 출력된다.
제3도는 본 발명에 따른 제1도의 부호화부(120)의 상세 블럭도를 도시한 것이다. 제3도는 압축비율 입력 단자(360)와 장시간 기록 모드 단자(364)에 따라 조절되며, 입력된 신호를 블럭화하는 블록화기(310), 장시간 기록 모드 단자(364)에 따라 신호를 분산하는 제1 ,제2스위칭기(312,322), 현재 프레임과 이전 프레임과의 차를 구하는 감산기(314), 신호를 압축 부호화하는 제1,제2 부호화기(316,320), 압축 부호화된 신호를 복호화하는 복호화기(318), 압축비율 입력 단자(360)와 장시간 기록 모드 단자(364)에 따라 데이타를 재배치하는 정렬기(324)로 구성된다.
제3도의 동작은 크게 2가지 모드 즉, 일반 기록 재생 및 장시간 기록 재생 모드로 구분된다. 첫째로 일반 기록 재생 모드로 입력된 비디오 신호를 기록 할 경우 그 압축 부호화 과정은 다음과 같다. 먼저 블럭화기(310)에서 블럭화 과정이 수행된다. 이 과정에서 디지탈 비디오 신호로 입력된 신호는 직교 변환 블럭이 수개로 구성된 소블럭과 소블럭이 수개로 구성된 대블럭으로 구획하는 과정을 거친다. 블럭화 과정은 입력된 디지탈 신호 정보의 균등화를 이루어 고능률의 부호화가 가능하게 해준다. 블럭화기(310)에서 출력된 신호는 제1스위칭기(312), 제1부호화기(316), 제2스위칭기(322) 및 정렬기(324)를 거쳐 신호를 출력한다.
둘째로 장시간 기록 재생 모드는 일반 기록 재생 모드의 구성과 함께 감산기(314), 복호화기(318), 제2부호화기(320)에서의 동작 과정이 부가된다. 여기서 제1스위칭기(312)는 장시간 기록 모드 단자(364)에 따라서 블럭화기(310)에서의 출력 신호를 제1부호화기(316)와 감산기(314)로 분산한다. 또한 제1부호화기(316)는 제1스위칭기(312)에서 출력된 신호를 프레임 단위의 압축 부호화 과정을 거친다.
다음 제2스위칭기(322)는 장시간 기록 모드 단자(364)에 따라서 제1부호화기(316)에서의 출력 신호를 정렬기(324)와 복호화기(318)로 분산한다. 복호화기(318)에서는 압축된 비디오 신호를 복호화하며, 감산기(318)는 복호화기(318)에서 출력된 현재 프레임과 제1스위칭기(312)에서 출력된 이전 프레임과의 차 영상 신호(B)를 구하게 된다. 이 차영상은 제1부호화기(316)에 입력되는 신호(A)보다 그 정보량이 적게 되므로 압축 비율을 높게하여 압축 부호화 할 수 있게 된다. 감산기(314)에서 출력된 차영상 신호(B)는 제2부호화기(320)에 입력되어 압축 부호화되며 정렬기(324)에서는 압축비율 입력 단자(360)와 장시간 기록 모드 단자(364)의 선택된 모드에 따라 데이타를 재배치하여 기록 과정으로 출력한다.
제4도의 (a), (b)는 제3도의 제1 스위칭기(312)에 대한 구성도를 도시한 것이다.
제4도의 (a), (b)는 일반 재생시(a) 및 장시간 기록 재생시(b)에 있어서, 접점(A,B,C,D)을 구비하고 장시간 기록 모드 단자(410,420)에 따라서 입력 신호를 선택한다.
제5도의 (a), (b)는 제3도의 제2스위칭기(322)에 대한 구성도를 도시 한 것이다.
제5도의 (a), (b)는 일반 재생시(a) 및 장시간 기록 재생시(b)에 있어서, 접점(A,B,C,D)을 구비하고 장시간 기록 모드 단자(510,520)에 따라서 입력 신호를 선택한다.
제4도 및 제5도에서 일반 기록 재생 모드시(a)에 있어서, 입력된 신호(A)는 출력 단자(B)를 통하여 전달되고, 장시간 기록 재생시(b), 입력된 신호(A)는 출력 단자(B) 및 출력 단자(D)를 통하여 전달된다.
제4도 (a),(b)에서 출력 단자(B)는 제1부호화기(316)로 출력되고 출력 단자(D)는 감산기(314)로 출력된다.
제5도 (a), (b)에서 출력 단자(B)는 정렬기(324)로 출력되고 출력 단자(D)는 복호화기(318)로 출력된다.
제6도는 본 발명의 입력 영상 시퀸스의 구성도이며, 인트라(I) 및 프리딕티브(Predictive)(P) 프레임으로 구성된다.
제6도는 장시간 기록 재생 모드로 녹화 할 경우에 입력되는 영상이 어떤 부호화 방법으로 압축 부호화 되는지를 보여주는 그림이다. 먼저 프레임 단위의 압축 부호화가 일어나는 I(Intra)프레임의 시작으로 차영상을 이용하는 2개의 P(Predictive) 프레임으로 구성되는 하나의 시퀸스(Sequence)로 부호화 단위를 구성하며, 매 프레임마다 I 프레임이 다시 시작된다.
제3도의 제1부호화기(316)에서 출력되는 프레임이 1프레임이 되며 제2부호화기(320)에서 출력되는 프레임이 P프레임으로 된다. 차영상은 이웃하는 두 영상의 감산에 의하여 얻어지며 이러한 프레임은 그 정보량이 원 영상에 비하여 상당히 적기 때문에 압축 비율을 높일 수 있게 된다.
제7도는 제3도의 제1,제2부호화부(316,320)의 구성을 보이는 블럭도이다.
제7도는 입력 신호를 직교 변환 블럭 단위로 직교 변환하는 직교 변환부(722)와, 양자화 스텝 사이즈를 선택하는 양자화 스텝 사이즈 선택부(724)와, 양자화 스텝 사이즈의 선택기간 동안 직교 변환된 계수들을 지연 시키는 버퍼부(726)와, 장시간 기록 모드 단자의 선택에 따라 선택된 양자화 스텝 사이즈로 양자화를 수행하는 양자화부(728)와, 런렝스 부호화를 수행하는 연속장 부호화부(730)와, 연속장 부호를 가변 길이 부호화하는 가변장 부호화부(732)로 구성된다.
제7도에서 블럭화된 디지탈 신호는 직교 변환 부호화부(722)로 입력된다. 직교 변환은 압축 부호화 과정에서 그 효율을 높이기 위하여 공간 영역의 데이타를 주파수 영역으로 변환 시켜주는 역할을 하며 이산 여현 변환(DCT:Discrete Cosine Transform)이 가장 널리 사용되고 있다.
고정된 비디오 테이프에 압축된 데이타를 기록하기 위하여 가로와 세로가 8픽셀로 구성된 직교 변환 블럭이 수개로 구성된 소블럭과 이 소블럭이 수개로 구성된 대블럭을 하나의 독립된 부호화 단위로 하여 압축된 부호 길이가 일정한 크기 이내로 고정되게 부호량을 조절하여 압축 부호화한다. 이러한 과정이 양자화(Quantization) 과정에서 주로 수행되며 이 과정에서 가장 중요한 변수는 양자화 스텝 사이즈 선택부(724)에서 선택되는 양자화 스텝 사이즈가 된다.
양자화부(728)에서 양자화 과정을 거친 직교 변환 블럭 단위의 데이타는 지그-재그(Zig-Zag)식으로 스캐닝 함으로서 발생되는 영(Zero)의 연속을 효율적으로 증가시킨다. 이러한 계수들로부터 연속 길이 부호화부(730)에서 연속 영길이 부호화(RLC : Run Length Coding)를 수행한 뒤에 가변장 부호화부(732)에서 가변장 부호화(VLC: Variable Length Coding)를 수행하여 규정된 포맷대로 재배치되어 기록하게 된다.
연속 길이 부호화부(730)는 직교 변환 블럭 단위로 연속되는 0의 값을 카운트하다 0이 아닌 값을 만날때, 이때의 값과 연속된 0의 값으로 구성되는 심볼을 출력하는 부호화 과정이다. 연속 길이 부호화 과정을 거쳐 출력된 심볼들은 가변장 부호화 과정을 거친다. 이 과정은 연속 길이 부호화부(730)의 출력 심볼의 발생 빈도수의 특성에 의한 부호화 과정으로 에러가 없는 부호화 과정이 된다.
제8도의 (a), (b), (c), (d)는 기록 매체에 기록하기 위하여 제3도의 정렬기(324)에 의한 압축된 비디오 데이타의 재배치 형태를 도시한 것이다.
비디오 테이프에 기록하기 위하여 가변장 부호화부(732)의 출력 데이타와 입력된 장시간 기록 모드 단자의 제어 신호에 의하여 일정한 포맷으로 압축된 데이타를 다시 정렬시키는 과정이 수행되어야 하며 그 구성을 살펴 보면 다음과 같다.
제8도 (a)의 경우는 일반 기록 재생 로드의 경우 I 프레임으로만 압축 부호화되어 기록된 것을 도시한다. 제8도의 (b),(c),(d)는 장시간 기록 재생 모드일 경우의 데이타 배치(IPP 구조)를 나타낸다.
제8도의 (b)는 P프레임의 데이타가 I프레임의 데이타량의 반으로 구성되며 따라서 2개의 I프레임에 해당하는 영역에 3장의 프레임이 기록되므로 1 5배의 기록 시간이 늘어난다. 제8도의 (c) P프레임의 데이타를 I프레임의 데이타 량보다 1/4 줄여서 기록한다. 제8도의 (d)는 I프레임의 데이타도 반으로 줄이고 P프레임의 데이타도 1/4 줄여서 한개와 I프레임에 해당하는 영역에 IPP의 데이타가 모두 채워지도록 데이타 량을 조절하여 기록한다. 이러한 데이타 량의 조절은 장시간 기록 재생 모드의 입력 신호에 따라 제3도의 제1,제2 1부호화기(316,320)의 양자화부에서 출력되는 데이타 량의 조절로 가능하다.
제3도의 압축 비율 단자(360)는 이러한 형태의 기록 포맷중 하나를 선정하는 것으로서 이 입력 값에 따라 제3도의 제1,제21부호화기(316,320)의 양자화 과정의 출력이 조절된다. 한편 장시간 기록 재생 모드 신호와 압축 비율 신호는 I데이타의 첫번째 위치의 워드 자리에 매번 기록된다.
제8도 (a)의 방법으로 입력 데이타를 2시간 짜리 비디오 테이프에 녹화하면 (b)방법은 3시간, (c) 방법은 4시간, (d) 방법은 6시간으로 그 기록 가능 시간이 확장된다.
이와 같이 디디탈 VCR 시스템에서는 이웃하는 두 영상의 차영상을 이용하여 압축의 효율을 높여 주게되며 기록해야 하는 정보의 특성에 따라 기록되는 양을 달리 함으로서 기록 매체의 기록 가능 시간을 확장시킬 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 장시간의 기록이 필요한 입력 신호에 대하여 일반 녹화의 경우보다 더 오랜 시간 동안의 내용을 같은 용량의 기록 매체에 기록이 가능하다. 예를 들어 2시간 짜리 녹화용 비디오 테이프의 경우 녹화 가능 시간이 2배로 늘어날 경우 4 시간 동안 녹화할 수 있게 되므로 사용되는 비디오 테이프의 양이 반으로 절감되는 효과가 있다. 또한 테이프의 반복 녹화 재생시 같은 테이프를 반복 사용하여도 항상 같은 화질을 유지할 수 있다.

Claims (7)

  1. 입력되는 디지탈 비디오 신호를 압축 부호화하여 일반 기록 재생 모드 및 장시간 기록 재생 모드에 따라 기록 매체에 신호를 기록하는 디지탈 기록 장치에 있어서, 상기 입력되는 디지탈 비디오 신호를 블럭 단위로 출력하는 블럭화 수단; 상기 블럭화 수단에서 블럭화된 디지탈 데이타를 소정의 압축 비율로 압축 부호화하는 제1부호화 수단; 상기 제1부호화 수단에서 압축 부호화된 데이타를 복호화하는 복호화 수단; 상기 복호화 수단에서 출력되는 현재의 디지탈 비디오 신호와 상기 블럭화 수단에서 출력되는 이전의 디지탈 비디오 신호를 감산해서 디지탈 차영상 신보를 생성하는 감산 수단; 상기 감산 수단에서 출력되는 디지탈 차영상 신호를 소정의 압축 비율로 압축 부호화하는 제2부호화 수단; 상기 장시간 기록 재생 모드시 상기 제1부호화 수단 및 상기 제2부호화 수단에서 출력되는 비디오 데이타를 재배치하여 데이타 량을 조절하는 데이타 정렬 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장시간 기록 재생이 가능한 디지탈 기록 장치.
  2. 제1항에 있어서 , 상기 제1,제2부호화 수단에서의 소정의 압축 비율은 입력된 압축 비율에 따라 양자화에서의 데이타 조절로 구현되는 것을 특징으로 하는 장시간 기록 재생이 가능한 디지탈 기록 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 블럭화 수단에서 출력되는 디지탈 비디오 신호를 상기 일반 기록 재생 모드시에는 제1부호화 수단으로 출력하고 상기 장시간 기록 재생 모드시에는 제1부호화 수단과 감산 수단으로 동시에 출력하는 제1스위칭 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장시간 기록 재생이 가능한 디지탈 기록 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1부호화 수단에서 출력되는 디지탈 비디오 신호를 상기 일반 기록 재생 모드시에는 데이타 정렬 수단으로 출력하고 상기 장시간 기록 재생 모드시에는 데이타 정렬 수단과 복호화 수단으로 동시에 출력하는 제2 스위칭 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장시간 기록 재생이 가능한 디지탈 기록 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기록 매체는 비디오 테이프, 광 디스크 및 하드 디스크인 것을 특징으로 하는 장시간 기록 재생이 가능한 디지탈 기록장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 데이타 정렬 수단은 입력되는 제어값에 따라 데이타 량을 조절하여 배치하는 것을 특징으로 하는 장시간 기록 재생이 가능한 디지탈 기록 장치.
  7. 한개 이상의 화면으로 이루어지는 복수개의 프레임으로 부호화 단위를 구성하여 압축 부호화하는 디지탈 기록 방법에 있어서, 입력되는 비디오 신호를 매 프레임 단위로 압축 부호화하는 제1부호화 단계; 상기 제1부호화 단계에서 출력된 비디오 신호를 프레임 단위로 복호화하는 복호화 단계; 상기 복호화 단계에서의 프레임과 상기 제1부호화 단계로 입력되는 프레임과의 차영상을 갖고 압축 부호화하는 제2부호화 단계; 상기 제1부호화 수단과 상기 제2부호화 수단의 출력 데이타를 재배치하는 데이타 재배치 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 장시간 기록 재생이 가능한 디지탈 기록 방법.
KR1019950062190A 1995-12-28 1995-12-28 장시간 기록 재생이 가능한 디지탈 기록 장치 및 방법 KR0165328B1 (ko)

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