KR102422711B1 - 비디오 복호화에서의 분할 블록 복호화 방법 - Google Patents

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Abstract

일 실시예는 인코딩된 비디오 데이터의 시퀀스를 수신하는 단계, 여기서 상기 비디오 데이터의 시퀀스는 코딩 유닛 블록들을 포함하고; 상기 코딩 유닛 블록들은 제 1 서브 코딩 유닛들로 분할되고, 상기 제 1 서브 코딩 유닛들 중 적어도 일부는 상기 제 2 서브 코딩 유닛으로 분할되고, 상기 분할된 제 1 서브 코딩 유닛들 또는 상기 제 2 서브 코딩 유닛들 중 선택된 서브 코딩 유닛에 대한 인코딩 모드를 얻는 단계; 상기 얻은 인코딩 모드에 기초하여 상기 선택된 서브 코딩 유닛에 대한 인트라 프리딕션(intra prediction) 또는 인터 프리딕션(inter prediction)을 수행하는 단계; 및 상기 선택된 서브 코딩 유닛의 레지듀얼 데이터에 대한 변환을 수행하는 단계, 여기서, 상기 선택된 서브 코딩 유닝에 가변 크기의 변환 커널들을 선택적으로 적용하고, 여기서 상기 가변 크기의 변환 커널들은 상기 선택된 서브 코딩 유닝의 크기에 기초하는;를 포함하는, 비디오 복호화에서의 분할 블록 복호화 방법을 제공한다.

Description

비디오 복호화에서의 분할 블록 복호화 방법 {Method for decoding partitioned block in video decoding}
본 발명은 비디오 부호화 및 복호화에서 입력화면을 블록단위로 나누고 분할된 블록을 화면내 및 화면간 예측 부호화를 동시에 사용하여 부호화할 수 있는 방법과 복호화할 수 있는 방법에 관한 것으로, 특히 부호화 효율을 향상 향상시킬 수 있으며, 분할 블록의 크기에 따라 정방형(squared) 변환 또는 비정방형(non-squared) 변환을 이용하여 블록 영상 신호를 부호화함으로써 부호화 효율을 더욱 향상 시킬 수 있도록 한 비디오 부호화에서 화면간 및 화면내 예측을 통한 분할 블록 부호화 및 복호화 방법에 관한 것이다.
ISO/IEC와 ITU-T에서 공동으로 표준화한 비디오 압축 부호화에 기술인 ISO/IEC 14496-10(MPEG-4 Part 10 Advanced Video Coding) 또는 H.264 및 ISO/IEC 14496-10 어멘드먼트(Amendment) 3(MPEG-4 Scalable Video Coding) 규격, SMPTE 표준인 VC-1, 이밖에 오디오 비디오 코딩 표준(Audio Video coding Standrad, AVS) 규격 등은 비디오 데이터 압축 효율에 있어 많은 전진을 이루었다.
이렇게 비디오 압축 효율의 향상 요인은 여러 가지가 있을 수 있으나, 특히 기존의 비디오 부호화 표준들(MPEG-1 Video, MPEG-2 Video, MPEG-4 Part 2 Visual, H.261, H.263 등)이 부호화하고자 하는 화면의 크기를 매크로 블록(16×16 픽셀) 단위로 분할한 후 이를 예측 부호화 하는 것과는 달리, 매크로 블록을 16×16, 16×8, 8×16, 8×8, 8×4, 4×8, 4×4 단위로 더욱 세분화하여 분할하고 이들 하위 블록에 대해 예측 부호화를 수행하고 율-왜곡 비용의 관점에서 비용 최소화를 발생시키는 블록을 최적의 블록모드로 하여 부호화한다.
이렇게 함으로써 미세한 움직임이나 복잡한 영상의 움직임 예측을 보다 효과적으로 수행하며, 발생되는 잔차 신호를 크게 줄임으로써 압축 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 H.264|AVC 부호화기에서 부호화를 위한 16×16 매크로블록 단위 블록의 분할 블록 타입을 도시한 도면으로서, H.264에서 사용되는 7가지의 움직임 예측 블록 분할 타입이 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 통상적으로 블록기반 예측 부호화 방식은 입력 영상을 16×16 크기의 매크로 블록 단위로 분할하여 부호화한다. 특히, ISO/IEC 14496-10(MPEG-4 Advanced Video Coding) 또는 H.264 규격에서는 도 1와 같이 매크로 블록을 7가지의 하위 블록으로 분할하여 율-왜곡 비용을 최소화하는 블록을 최종 선택하여 예측 부호화를 수행한다.
부호화하고자 하는 16×16 매크로 블록에 대해 분할된 하위블록들은 화면내 부호화를 수행할 경우, 매크로 블록은 16×16 픽셀 단위 하나의 크기로 화면내 예측 부호화가 수행되거나, 하위블록으로 분할되어 4개의 8×8 블록의 화면내 예측 부호화 수행, 또는 16개의 4×4 블록의 화면내 예측 부호화를 수행한다.
일반적으로 저해상도의 비디오 부호화에서는 이러한 화면내 예측 부호화 기법이 여러 블록 모드의 경우의 수를 줄이는 측면에서 부호화 효율이 있으나, 고해상도(HD: High Definition)나 초고해상도(UHD: Ultra High Definition) 비디오 부호화에 있어서는 문제가 있다. 즉, 부호화 단위 블록인 16×16 매크로블록을 확장한 32×32 또는 그 이상의 크기를 갖는 수퍼 매크로 블록의 경우에는 기존의 방법과 같이 수퍼 매크로블록 내의 분할된 모든 블록의 모드를 16×16, 8×8, 또는 4×4 블록 기반의 동일한 화면내 예측을 적용하면 부호화 효율을 떨어뜨리는 결과를 초래한다.
다시 말하면, 종래 분할 블록기반 예측 부호화 방법에서 주목할 것은 분할된 블록이 모두 화면내 또는 화면간 예측 부호화를 통해서만 부호화된다는 것이다. 즉, 분할 블록 화면내 예측 부호화와 화면간 예측 부호화를 모두 적용하지 않고, 어느 하나의 방식만 선택하여 적용하고 있다는 것이다. 이는 화면내 또는 화면간 부호화 중 하나만을 적용함으로서 블록 부호화 모드를 표현하는 신택스의 단순화로 인해 HD 해상도 이하의 이미지 또는 비디오 압축에 있어는 부호화 효율의 이득이 있을 수 있으나, 부호화 단위가 매크로블록 이상의 수퍼 매크로 블록일 경우에는 부호화 효율을 떨어뜨리는 요인으로 작용할 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 비디오 부호화 시에 분할된 블록의 하위 분할블록들에 대해 화면내 또는 화면간 예측부호화 선택 방식을 확장하여 화면내 및 화면간 예측 부호화 모드를 모두 선택 가능하도록 확장하며 분할된 블록의 움직임 보상 후의 잔차신호에 대해 블록 크기에 따른 정방형 또는 비정방형 변환 커널을 선택적으로 적용하여 부호화를 수행하여 보다 효과적인 예측 부호화방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 방법이 구현된 컴퓨터에서 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력화면을 부호화 단위 블록으로 분할하고, 상기 부호화 단위 블록을 하위 블록으로 분할하고, 상기 각 하위 분할 블록을 화면내 예측 부호화 또는 화면간 예측 부호화 중에서 하나를 선택하여 부호화한다.
일 실시예는 인코딩된 비디오 데이터의 시퀀스를 수신하는 단계, 여기서 상기 비디오 데이터의 시퀀스는 코딩 유닛 블록들을 포함하고; 상기 코딩 유닛 블록들은 제 1 서브 코딩 유닛들로 분할되고, 상기 제 1 서브 코딩 유닛들 중 적어도 일부는 상기 제 2 서브 코딩 유닛으로 분할되고, 상기 분할된 제 1 서브 코딩 유닛들 또는 상기 제 2 서브 코딩 유닛들 중 선택된 서브 코딩 유닛에 대한 인코딩 모드를 얻는 단계; 상기 얻은 인코딩 모드에 기초하여 상기 선택된 서브 코딩 유닛에 대한 인트라 프리딕션(intra prediction) 또는 인터 프리딕션(inter prediction)을 수행하는 단계; 및 상기 선택된 서브 코딩 유닛의 레지듀얼 데이터에 대한 변환을 수행하는 단계, 여기서, 상기 선택된 서브 코딩 유닝에 가변 크기의 변환 커널들을 선택적으로 적용하고, 여기서 상기 가변 크기의 변환 커널들은 상기 선택된 서브 코딩 유닝의 크기에 기초하는;를 포함하는, 비디오 복호화에서의 분할 블록 복호화 방법을 제공한다.
본 발명은 비디오 부호화에서 부호화 단위 블록 화소값을 부호화함에 있어서, 분할된 하위 블록 또는 그 하위 분할 블록들에 대해 화면내 예측 부호화와 화면간 예측 부호화를 하나 이상 적용하여 부호화함으로써 분할된 하위 블록들이 화면내 또는 화면간 예측 부호화 모드로 부호화 될 수 있도록 하여 부호화 단위 블록 또는 그 하위 분할 블록이 화면내 및 화면간 예측이 모두 사용되어 예측 부호화 되게 함으로써 부호화 모드 선택의 유연성이 증대되어 부호화 효율이 증가 되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에서는 분할 블록 기반 예측 부호화에 있어, 각 분할 블록이 하부의 세부 분할 블록들에 대해 화면내 예측과 화면간 예측을 모두 적용할 수 있도록 하고 분할된 블록의 크기에 따라 선택적으로 가변 변환 커널(variable block-size transform kernel) 크기를 적용하여 부호화를 수행함으로써 부호화 효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 H.264|AVC 부호화기에서 부호화를 위한 16×16 매크로블록 단위 블록의 분할 블록 타입을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화기에서 화면내 또는 화면간 예측 부호화를 위한 수퍼 매크로블록 단위 블록 및 분할 블록 타입을 예시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 부호화에서의 분할 블록 부호화 방법을 도시한 흐름도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오의 분할 블록 방법으로 부호화된 비트스트림을 복호화 하는 방법을 도시한 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부호화기에서 화면내 또는 화면간 예측 부호화를 위한 수퍼 매크로블록 단위 블록 및 분할 블록 타입을 예시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에서 적용된 16×16 픽셀단위 매크로 블록 크기 이상의 수퍼 매크로 블록 및 블록 분할 타입의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2에서 보는 바와 같이, 수퍼 매크로 블록을 하위 블록으로 분할하고 각 분할된 블록에 화면내 또는 화면간 예측 부호화 과정이 수행되어 수퍼매크로 블록은 최종 부호화 모드가 화면내 또는 화면간 예측 부호화 모드가 혼용될 수 있도록 부호화가 수행되게 함으로써 영상의 부호화 효율을 매우 효과적으로 증가 시킬 수 있다. 실제 부호화시에 수학식 1에서와 같이 율-왜곡 비용을 최소화 하는 블록 모드(Mode)를 선택하여 부호화 할 수 있다.
Figure 112021059171358-pat00001
여기서, JMODE는 블록 부호화 모드에 대한 율-왜곡 함수이며, s는 부호화 하고자 하는 원 블록 픽셀 입력이며, r은 참조 영상 픽셀 입력이며, QP는 양자화 파라미터이고,
Figure 112021059171358-pat00002
는 모드에 의존적인 라그랑지안 승수이고, MODE는 분할 블록 모드 타입을 나타낸다.
뿐만 아니라 크기가 증가된 수퍼 매크로 블록의 잔차 신호에 대해 변환 부호화(transform coding)를 적용할 경우 기존의 4x4와 8x8 보다 큰 16x16 또는 그 이상 크기의 정방형 변환 커널, 또는 비정방형 변환을 위한 16x8, 또는 8x16, 또는 그 이상 크기의 비정방형 변환 커널을 분할 블록의 크기에 따라 선택적으로 적용하여 부호화 효율을 증가 시킬 수 있다.
수퍼매크로 블록에 16x16 또는 그 이상 크기의 정방형 변환 커널을 적용할 경우, 수학식 2와 같이 계산할 수 있다.
Figure 112021059171358-pat00003
여기서 X는 NxN 입력 영상 신호 매트릭스를 나타내고, A는 NxN 정방형 변환 커널 매트릭스를, Y는 변환 계수 매트릭스를 나타낸다. 만약 분할된 하위 블록이 비정방형 블록일 경우, 수학식 3과 같이 변환을 수행한다.
Figure 112021059171358-pat00004
여기서, 입력 영상 신호 X가 Mx(M/2) 매트릭스일 경우 A1는 MxM 정방형 변환 커널 매트릭스를, A2는 (M/2)x(M/2) 정방형 변환 커널 매트릭스를 나타내며, Y는 변환 계수 매트릭스를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에서 정방형 또는 비정방형 커널 변환을 적용할 경우 분할 블록의 가로 또는 세로 화소수 둘 중 작은 화소수와 비교하여 크기가 같거나 작은 커널을 적용하여 변환 부호화를 수행하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오 부호화에서의 분할 블록 부호화 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 먼저, 부호화를 위한 화면(i) 순서를 초기화(i=0)한다(S101). 그리고, 부호화를 위해 순서에 맞게 화면(i)을 입력한다(S102).
다음, 입력된 화면(i)을 부호화 단위 블록으로 분할한다(S103). 본 발명의 일 실시예에서 부호화 단위 블록은 매크로 블록 또는 수퍼 매크로 블록이 될 수 있다.
다음, 현재의 화면(i)이 화면간 예측부호화를 수행할 것인지를 확인한다(S104). 현재의 화면(i)이 화면간 예측이 아닌 경우 화면내 예측 부호화를 수행하고(S105), 그렇지 않고 현재의 화면(i)이 화면간 예측인 경우에는 한 화면(i)내에서 부호화되는 부호화 단위 블록(j)의 순서를 초기화(j=0)한다(S106).
이후에, 부호화하고자 하는 단위 블록(j)에 대해 하위 블록으로 분할한다(S107). 그리고 하위 블록 모드(k)의 순서를 초기화(k=0)한다(S108). 하위 블록 모드(k) 중에서 하나의 블록 모드를 선택한다(S109).
부호화 단위 블록에서 부호화되는 하위 블록 모드에 대해 화면내 및 화면간 예측 수행 여부를 확인한다(S110). 화면간 및 화면내 예측을 수행할 경우 화면내 및 화면간 부호화를 수행하고(S111), 그렇지 않은 경우에는 화면간 예측 부호화만을 수행한다(S112). 그리고, 부호화 수행 결과인 예측 부호화 결과 및 율-왜곡 비용값을 저장한다(S113).
하위 블록 모드(k)가 최종 블록모드인지 확인한다(S114). 하위 블록 모드(k)가 최종 블록모드가 아니면 다음 블록 모드에 대하여 S109 내지 S113 단계를 반복한다. 반면, 하위 블록 모드(k)가 최종 블록 모드이면 최적의 분할 블록 모드를 결정하고 해당 부호화 결과를 최종 선택한다(S115).
그리고, 현재 부호화 단위 블록(j)이 현재 화면(i)에서 최종 블록인지를 판별한다(S116). 현재 부호화 단위 블록(j)이 최종 블록이 아니면 다음 부호화 단위블록을 입력하여 S107 내지 S115 단계를 반복한다.
S116 단계에서 부호화 단위 블록(j)이 현재 화면(i)에서 최종 블록이면 현재 화면(i)이 최종 화면인지 확인한다(S117). 현재 화면(i)이 최종화면이면 알고리즘을 종료하고, 그렇지 않으면 S102 단계로 회귀하여 다음 화면을 입력하고 S102 내지 S116 단계를 반복한다.
도 4는 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 따른 비디오의 분할 블록 방법으로 부호화된 비트스트림을 복호화 하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 먼저, 복호화를 위한 화면(i) 순서를 초기화(i=0)한다(S201). 그리고, 복호화를 위해 순서에 맞게 화면부호화 비트스트림(i)을 입력한다(S202).
다음, 입력된 화면 비트스트림(i)이 화면간 예측 부호화인지를 확인한다(S203). 현재의 화면 비트스트림(i)이 화면간 예측 부호화가 아닌 경우 화면내 예측 복호화를 수행하고(S207), 그렇지 않고 현재의 입력 화면 비트스트림(i)이 화면간 예측인 부호화인 경우에는 한 화면(i)내에서 복호화되는 슬라이스(j)의 순서를 초기화(j=0)한다(S204).
다음, 입력 화면 비트스트림에 대해 슬라이스 정보를 해석한다(S205). 한 화면(i)내에서 각 슬라이스 내에서 복호화되는 단위 복호화 블록(j)의 순서를 초기화(k=0)한다(S206). 본 발명의 일 실시예에서 복호화 단위 블록은 매크로 블록 또는 수퍼 매크로 블록이 될 수 있다.
다음, 각 단위 부호화 블록 정보를 해석한 후(S208), 단위 부호화 블록 내의 하위 분할 블록의 순서를 초기화(m=0)한다 (S209). 이후, 단위 부호화 블록 내의 하위 분할 블록의 부호화 모드를 복호화 한다(S210). 하위 분할 블록이 화면간 예측 부호화 블록인지 확인 한 후(S211), 화면간 예측 부호화 블록이면 화면간 예측 복호화를 수행하고(S213), 화면내 예측 부호화 블록이면 모드이면 화면내 예측 부호화를 수행한다(S212).
이후, 하위 분할 블록 복호화 결과를 이용하여 하위 분할 블록 화소값을 복원한다 (S214). 이후, 현재 하위 분할블록(m)이 최종 블록인지를 확인한 후(S215), 최종 하위 분할 블록이면 단위 복호화 블록 화소값을 구성하고(S216), 그렇지 않으면 다음 하위 분할 블록에 대한 복호화를 위해 S210 단계로 회귀하여 S210 단계 내지 S214 단계를 수행한다.
이후, 현재 단위 부호화 블록(k)이 최종 단위 부호화 블록인지를 확인한 후(S217), 최종 단위부호화 블록이면 슬라이스 화소를 구성하고(S218), 그렇지 않으면 S208 단계로 회귀하여 S208단계 내지 S216 단계를 수행한다. 이후, 현재 슬라이스(j)가 최종 슬라이스 인지 확인한 후(S219), 최종 슬라이스이면 화면 화소를 구성하고(S220), 그렇지 않으면, S205 내지 S218단계를 수행한다. 이후, 현재 화면(i)이 최종 화면인지 판정 한 후(S221), 최종 화면이면 종료하고 그렇지 않으면 S202 단계로 회귀하여 다음 화면 비트스트림을 입력하고 S202 단계 내지 S220 단계를 수행한다.
본 발명의 실시예에 따른 비디오 부호화에서 입력영상을 부호화 단위 블록으로 분할하고, 부호화 단위 블록을 다시 하위 블록으로 분할 한 후, 각 하위 분할 블록을 부호화함에 있어 화면내 예측과 화면간 예측 중 하나 이상을 선택적으로 사용하여 부호화를 수행한다.
이렇게 함으로써 부호화 단위 블록의 부호화 모드가 화면간 예측과 화면내 예측 하위 분할 블록 모드로 혼용하여 부호화 할 수 있고, 동시에 분할 블록에 따라 가변 커널 변환을 선택적으로 적용함으로써 부호화 효율을 향상 시킬 수 있다.
뿐만 아니라 본 발명의 실시예에 따른 비디오 복호화는 부호화 과정의 역과정을 수행함으로써 향상된 부호화 효율을 갖는 압축 비트스트림의 복호화를 수행 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로서, 이상에서 설명한 비디오 부호화에서의 하위 분할 블록 부호화 방법을 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로써 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
예컨대, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 롬(ROM), 램(RAM), 시디-롬(CD-ROM), 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 이동식 저장장치, 비휘발성 메모리(Flash Memory), 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함된다.
또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 비디오 부호화에서 화면내 예측 부호화 방법 및/또는 화면간 예측 부호화 방법에 대한 바람직한 실시예에 대한 설명과 이의 역과정인 복호화 방법에 대해여 설명하였지만, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (2)

  1. 인코딩된 비디오 데이터의 시퀀스를 수신하는 단계,
    여기서 상기 비디오 데이터의 시퀀스는 코딩 유닛 블록들을 포함하고;
    상기 코딩 유닛 블록들은 제 1 서브 코딩 유닛들로 분할되고,
    상기 제 1 서브 코딩 유닛들 중 적어도 일부는 상기 제 2 서브 코딩 유닛으로 분할되고,
    상기 분할된 제 1 서브 코딩 유닛들 또는 상기 제 2 서브 코딩 유닛들 중 선택된 서브 코딩 유닛에 대한 인코딩 모드를 얻는 단계;
    상기 얻은 인코딩 모드에 기초하여 상기 선택된 서브 코딩 유닛에 대한 인트라 프리딕션(intra prediction) 또는 인터 프리딕션(inter prediction)을 수행하는 단계; 및
    상기 선택된 서브 코딩 유닛의 레지듀얼 데이터(residual data)에 대한 변환을 수행하는 단계,
    여기서, 상기 선택된 서브 코딩 유닛에 가변 크기의 변환 커널들을 선택적으로 적용하고,
    여기서 상기 가변 크기의 변환 커널들은 상기 선택된 서브 코딩 유닛의 크기에 기초하고, 및
    여기서, 상기 코딩 유닛 블록들 중 어느 하나는 서로 다른 프리딕션이 수행되는 서브 코딩 유닛들을 포함하고;를 포함하는,
    비디오 복호화에서의 분할 블록 복호화 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 선택된 서브 코딩 유닛에 가변 크기의 변환 커널들을 적용할 경우, 상기 선택된 서브 코딩 유닛은 서로 다른 제 1 변환 커널과 제 2 변환 커널을 이용하여 변환되는;비디오 복호화에서의 분할 블록 복호화 방법.
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