KR20150021821A - 영상 데이터 메모리 관리 방법 및 영상 데이터 메모리 장치 - Google Patents

영상 데이터 메모리 관리 방법 및 영상 데이터 메모리 장치 Download PDF

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Abstract

영상 데이터를 메모리에 저장하는 관리 방법 및 영상 데이터 메모리 장치가 개시된다. 영상 데이터 메모리 장치는 픽셀 데이터를 상위 비트들과 하위 비트들로 분리하고, 픽셀 데이터의 상위 비트들만을 제 1 메모리에 저장하고 하위 비트들만을 제 2 메모리에 저장한다. 움직임 예측 과정에서 제 1 메모리에 저장된 픽셀데이터의 상위 비트들만이 이용될 수 있다. 움직임 보상 과정에서 제 1 메모리 및 제 2 메모리에 저장된 상위 비트들 및 하위 비트들이 모두 이용된다.

Description

영상 데이터 메모리 관리 방법 및 영상 데이터 메모리 장치{Image data memory device and method for administering image data memory}
본 발명은 영상 데이터를 저장하는 메모리 장치 및 영상 메모리 장치에 영상 데이터를 기록하거나 영상 메모리 장치로부터 데이터를 독출하는 메모리 관리 방법에 관한 것이다.
MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, H.264/MPEG-4 AVC(Advanced Video Coding)와 같은 영상 압축 방식에서는 영상을 부호화하기 위해서 하나의 픽처를 블록으로 나눈다. 그리고, 인터 예측 및 인트라 예측에서 이용가능한 모든 부호화 모드에서 각각의 블록을 부호화한 다음, 블록의 부호화에 소요되는 비트율과 원 블록과 복호화된 블록과의 왜곡 정도에 따라서 부호화 모드를 선택하여 블록을 부호화한다.
인터 예측은 적어도 하나의 참조 픽처를 이용하여 현재 블록과 유사한 참조 픽처의 영역을 검색하여 움직임 벡터를 생성하고, 생성된 움직임 벡터를 이용한 움직임 보상을 수행하여 얻어지는 예측 블록과 현재 블록 사이의 차분을 부호화하는 것을 말한다.
참조 픽처는 메모리 장치에 저장된 후, 움직임 예측 및 보상시 메모리 장치로부터 독출된다. 움직임 예측 및 보상 과정은 전체 부호화 과정의 70~80%를 차지할 만큼 많은 연산이 요구된다. 움직임 예측 및 보상 과정에서 필요한 참조 픽처의 데이터를 획득하기 위하여 메모리 장치로의 액세스 횟수가 크기 때문에, 움직임 예측 및 연산 과정시 메모리 장치에서 소비되는 전력이 많다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 참조 픽처의 데이터를 효율적으로 저장하여, 움직임 예측 및 보상 과정에서 참조 픽처의 독출을 위해 메모리 액세스로 액세스하는 횟수를 감소시키고, 메모리 액세스에 소비되는 전력을 감소시키기 위한 것이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 영상 데이터 메모리 관리 방법은 픽처를 구성하는 픽셀 데이터를 상위 비트들로 구성된 제 1 데이터와 상기 상위 비트들을 제외한 나머지 하위 비트들로 구성된 제 2 데이터로 분리하는 단계; 및 상기 제 1 데이터는 제 1 참조 메모리에 저장하고, 상기 제 2 데이터는 제 2 참조 메모리에 저장하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 영상 데이터 메모리 장치는 픽처를 구성하는 픽셀 데이터를 상위 비트들로 구성된 제 1 데이터와 상기 상위 비트들을 제외한 나머지 하위 비트들로 구성된 제 2 데이터로 분리하는 픽셀 데이터 분리부; 상기 제 1 데이터를 저장하는 제 1 참조 메모리; 상기 제 2 데이터를 저장하는 제 2 참조 메모리; 및 상기 제 1 참조 메모리 및 제 2 참조 메모리의 입력 및 출력을 제어하는 메모리 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 참조 픽처의 독출을 위해 메모리 액세스로 액세스하는 횟수를 감소시키고, 메모리 액세스에 소비되는 전력을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2 및 도 3은 일 실시예에 따른 움직임 예측 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 비트 감축 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일반적인 참조 픽처의 데이터 저장 방식을 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 영상 데이터 메모리 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 영상 데이터 메모리 장치에서 참조 픽처의 데이터를 저장하는 방식을 나타낸 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따라서 움직임 예측 및 움직임 보상에서 참조 메모리 액세스 구조를 나타낸다.
도 9는 일 실시예에 따른 영상 데이터 메모리 관리 방법의 플로우 차트이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치를 나타낸 블록도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 부호화 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1을 참조하면, 영상 부호화 장치(100)는 감산부(110), 변환 및 양자화부(120), 엔트로피 부호화부(130), 역양자화 및 역변환부(140), 가산부(150), 저장부(160), 움직임 예측 및 보상부(170) 및 인트라 예측부(180)를 포함한다.
인트라 예측부(180)는 입력 영상을 소정 크기의 블록들로 분할하고, 분할된 각 블록에 대하여 인트라 예측을 수행하여 각 블록의 예측값을 획득한다. 블록은 매크로 블록, 매크로 블록을 분할한 파티션, 또는 HEVC(High Efficiency Video Coding)에서 이용되는 부호화 단위 중 하나를 나타낼 수 있다
움직임 예측 및 보상부(170)는 분할된 각 블록에 대하여 움직임 예측을 수행하여 각 블록의 움직임 벡터를 획득한다. 또한, 움직임 예측 및 보상부(170)는 각 블록의 움직임 벡터가 가리키는 참조 픽처의 데이터를 저장부(160)로부터 독출한다.
감산부(110)는 블록 또는 병합 블록의 예측값과 입력값 사이의 차이값인 레지듀얼을 출력한다. 레지듀얼 데이터는 변환 및 양자화부(120)를 거쳐 양자화된 변환 계수로 출력된다. 양자화된 변환 계수는 역양자화 및 역변환부(140)를 통해 레지듀얼 데이터로 복원된다. 가산부(150)는 복원된 레지듀얼 데이터와 예측값을 가산하여 복원 영상을 생성하고, 복원 영상은 저장부(160)에 저장되어 다음 픽처의 참조 픽처로 이용된다. 양자화된 변환 계수는 엔트로피 부호화부(130)를 거쳐 비트스트림으로 출력될 수 있다.
참조 픽처를 저장하는 저장부(160)로서 일 실시예에 따른 영상 데이터 메모리 장치가 이용될 수 있다. 후술되는 바와 같이, 일 실시예에 따른 영상 데이터 메모리 장치는 참조 픽처의 픽셀 데이터의 상위 비트들만을 저장하는 제 1 메모리와 픽셀 데이터의 하위 비트들만을 저장하는 제 2 메모리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 픽셀 데이터가 8bit로 구성된 경우, 제 1 메모리에는 상위의 4bit의 데이터가 저장되고, 제 2 메모리에는 하위의 4bit 데이터가 저장된다.
움직임 예측 및 보상부(170)는 고속 움직임 예측 및 전력 절감을 위해 픽셀 데이터의 비트수를 감소시키는 비트 감축(bit reduction)을 통해서 픽셀 데이터의 상위 비트들만을 이용하여 움직임 예측을 수행할 수 있다. 예를 들어, 움직임 예측 및 보상부(170)는 현재 블록의 각 픽셀의 상위 4bit와 제 1 메모리로부터 독출된 참조 픽처의 각 픽셀의 상위 4bit의 데이터를 이용하여 움직임 예측을 수행할 수 있다. 즉, 움직임 예측 및 보상부(170)는 저장부(160)의 제 1 메모리에 저장된 상위 비트들만을 독출하여 움직임 예측을 수행할 수 있다.
움직임 예측 및 보상부(170)는 움직임 보상을 위해서 저장부(160)의 제 1 메모리 및 제 2 메모리에 저장된 상위 비트들 및 하위 비트들을 결합하여 픽셀 데이터를 복원하고 복원된 픽셀 데이터를 이용하여 현재 블록의 예측값을 획득할 수 있다.
도 2 및 도 3은 일 실시예에 따른 움직임 예측 과정을 설명하기 위한 참조도이다.
도 2를 참조하면, 움직임 예측은 참조 픽처(250)의 탐색 범위(270)에서 현재 블록(210)과 가장 유사한 대응 영역을 결정하고, 현재 블록(210)과 대응 영역 사이의 위치 차이를 나타내는 움직임 벡터를 획득하는 과정이다. 탐색 범위(270)은 현재 픽처(200)의 현재 블록(210)과 동일한 위치의 참조 픽처(250)의 대응 영역(260)을 가로 및 세로 방향으로 소정 픽셀 범위만큼 확장시킴으로써 결정될 수 있다.
현재 블록(210)과 가장 유사한 대응 영역을 결정하기 위하여, 현재 블록(210)과 탐색 범위(270)에 포함된 픽셀들 사이의 SAD(Sum of Absolute Difference)가 계산되고, 가장 작은 SAD의 값을 갖는 대응 영역이 현재 블록(210)의 예측값으로 이용된다.
도 3을 참조하면, 현재 블록(310)에 포함된 픽셀을 P0, P1, P2, P3라고 하고, 현재 블록(310)과 동일한 크기를 갖는 탐색 범위의 소정 영역(320)에 포함된 픽셀들을 R0, R1, R2, R3라고 한다. 움직임 예측 및 보상부(170)는 다음의 수학식;
Figure pat00001
을 통해 현재 블록(310)과 가장 유사한 차이값을 갖는 대응 영역을 결정한다. 그리고, 움직임 예측 및 보상부(170)는 현재 블록(310)과 가장 유사한 대응 영역의 사이의 위치 차이를 움직임 벡터로 결정한다.
전술한 바와 같이, 움직임 예측 과정을 고속화하고 소비되는 전력을 줄이기 위하여, 픽셀 데이터 중 상위의 비트들만을 이용하여 움직임 예측이 수행된다.
도 4는 일 실시예에 따른 비트 감축 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 하나의 픽셀 데이터가 b7, b6, b5, b4, b3, b2, b1, b0의 8비트로 구성되었다고 가정한다. b7은 MSB(Most Significant Bit)이며, b0는 LSB(Least Significant Bit)이다. 비트 감축(bit reduction)은 상대적으로 중요한 데이터인 MSB에 가까운 상위 비트들(410) 및 하위 비트들(420)을 분리하여 상위 비트들만을 이용하는 것이다.도 4에 도시된 바와 같이, 8비트의 픽셀 데이터 중 상위의 4비트들(430)만이 분리되어, 움직임 예측 과정에 이용될 수 있다.
도 5는 일반적인 참조 픽처의 데이터 저장 방식을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 일반적으로 참조 픽처에 포함된 하나의 픽셀 데이터는 메모리(500)의 하나의 어드레스에 저장된다. 도 5에서 R0 데이터, R1 데이터, R2 데이터, R3 데이터는 각각 하나의 픽셀 데이터에 대응된다. 전술한 도 4와 같이, 움직임 예측시 픽셀 데이터의 상위 비트들만을 이용하는 경우 하나의 어드레스로부터 움직임 에측에 이용되지 않는 하위의 비트들까지 독출되므로 비효율적이다. 만약, 움직임 예측을 위해 R0 데이터, R1 데이터, R2 데이터, R3 데이터의 총 4개의 참조 픽처의 픽셀 데이터가 필요하다면, 메모리(500)에 4번 액세스하여야 한다.
도 6은 일 실시예에 따른 영상 데이터 메모리 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6을 참조하면, 영상 데이터 메모리 장치(600)는 픽처를 구성하는 픽셀 데이터를 상위 비트들로 구성된 제 1 데이터와 상위 비트들을 제외한 나머지 하위 비트들로 구성된 제 2 데이터로 분리하는 픽셀 데이터 분리부(610), 제 1 데이터를 저장하는 제 1 참조 메모리(630), 제 2 데이터를 저장하는 제 2 참조 메모리(640) 및 제 1 참조 메모리(630) 및 제 2 참조 메모리의 입력 및 출력을 제어하는 메모리 제어부(620)를 포함한다.
도 7은 일 실시예에 따른 영상 데이터 메모리 장치에서 참조 픽처의 데이터를 저장하는 방식을 나타낸 도면이다. 픽셀 데이터 분리부(610)는 참조 픽처의 각 픽셀 데이터를 상위 비트들로 구성된 제 1 데이터 및 하위 비트들로 구성된 제 2 데이터로 분리한다. 그리고, 메모리 제어부(620)는 제 1 참조 메모리(630)에 제 1 데이터를 기록하거나, 제 1 참조 메모리(630)로부터 제 1 데이터가 독출되도록 기록/출력 동작을 제어한다. 또한, 메모리 제어부(620)는 제 2 참조 메모리(640)에 제 2 데이터를 기록하거나, 제 2 참조 메모리(640)로부터 제 1 데이터가 독출되도록 기록/출력 동작을 제어한다.
도 7을 참조하면, 제 1 참조 메모리(710)에는 참조 픽처의 픽셀 데이터의 상위 비트들만이 저장된다. 그리고, 제 2 참조 메모리(720)에는 참조 픽처의 픽셀 데이터의 하위 비트들만이 저장된다.
따라서, 움직임 예측 및 보상부(170)는 비트 감축을 이용한 움직임 예측시에 제 1 참조 메모리(710)로부터만 참조 픽처의 픽셀 데이터를 독출하면 된다. 전술한 도 5와 비교할 때, R0~R3의 상위 비트들을 독출하기 위하여 일반적인 경우에는 4번의 메모리 액세스가 필요하지만, 일 실시예에 따르면 2번의 메모리 액세스만 필요하다. 따라서, 일 실시예에 따르면 메모리 액세스 횟수를 감소시켜 전력 소모를 줄일 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따라서 움직임 예측 및 움직임 보상에서 참조 메모리 액세스 구조를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 전술한 바와 같이 비트 감축을 이용한 움직임 예측(810)을 수행할 때, 픽셀 데이터의 상위 비트들만이 필요하므로 제 1 참조 메모리(831)에만 액세스하면 되고, 제 2 참조 메모리(832)에는 액세스할 필요가 없다. 움직임 보상(820)을 위해서는 제 1 참조 메모리(831)에 저장된 픽셀 데이터의 상위 비트들과 제 2 참조 메모리(832)에 저장된 픽셀 데이터의 하위 비트들이 모두 필요하므로, 움직임 보상(820) 시에는 제 1 참조 메모리(831) 및 제 2 참조 메모리(832)에 모두 액세스된다. 움직임 보상(820)시 제 1 참조 메모리(831) 및 제 2 참조 메모리(832)로부터 독출된 픽셀 데이터의 상위 비트들과 하위 비트들을 결합하여 참조 블록의 픽셀 데이터가 복원된다.
도 9는 일 실시예에 따른 영상 데이터 메모리 관리 방법의 플로우 차트이다.
도 9를 참조하면, 단계 910에서 픽셀 데이터 분리부(610)는 픽처를 구성하는 픽셀 데이터를 상위 비트들로 구성된 제 1 데이터와 상위 비트들을 제외한 나머지 하위 비트들로 구성된 제 2 데이터로 분리한다.
단계 920에서, 메모리 제어부(620)는 제 1 데이터는 제 1 참조 메모리(630)에 저장하고, 제 2 데이터는 제 2 참조 메모리(640)에 저장한다.
움직임 예측 과정에서, 메모리 제어부(620)는 제 1 참조 메모리(630)에 저장된 제 1 데이터만이 출력되도록 액세스 과정을 제어할 수 있다. 또한, 움직임 보상 과정에서, 메모리 제어부(620)는 제 1 참조 메모리(630) 및 제 2 참조 메모리(640)에 저장된 제 1 데이터와 제 2 데이터가 출력되도록 액세스 과정을 제어한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복호화 장치를 나타낸 블록도이다.
도 10을 참조하면, 영상 복호화 장치(1000)는 엔트로피 복호화부(1010), 역양자화 및 역변화부(1020), 복원부(1030), 움직임 보상부(1040), 인트라 예측부(1045) 및 저장부(1050)를 포함한다.
엔트로피 복호화부(1010)는 수신된 비트스트림을 엔트로피 복호화하고, 비트스트림으로부터 복호화되는 현재 블록의 예측 모드 정보 및 영상 데이터를 추출한다. 역양자화 및 역변환부(1020)는 엔트로피 복호화된 레지듀얼 데이터를 역양자화 및 역변환하여 출력한다. 움직임 보상부(1040)는 인터 예측된 블록의 움직임 벡터를 이용하여 움직임 보상을 수행하여 블록의 예측값을 획득한다. 인트라 에측부(1045)는 인트라 예측된 블록에 대해서 이전에 복원된 주변 픽셀을 이용하여 예측값을 획득한다.
복원부(1030)는 복원된 레지듀얼 데이터와 예측값을 가산하여 영상을 복원한다. 저장부(1050)는 다음 영상의 복호화를 위한 참조 픽처로 이용하기 위하여 복원된 영상을 저장한다. 전술한 바와 같이, 참조 픽처를 저장하는 저장부(1050)로서 일 실시예에 따른 영상 데이터 메모리 장치가 이용될 수 있다. 움직임 보상부(1040)에서 참조 픽처의 데이터에 대한 요청이 있는 경우, 저장부(1050)는 제 1 메모리로부터 픽셀 데이터의 상위 비트들을 획득하고, 제 2 메모리로부터 픽셀 데이터의 하위 비트들을 획득한다. 그리고 저장부(1050)는 상위 비트들 및 하위 비트들을 결합하여 픽셀 데이터를 복원하고 복원된 픽셀 데이터를 출력한다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장 장치 등이 포함된다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 움직임 예측 및 보상을 위한 영상 데이터 메모리 관리 방법에 있어서,
    픽처를 구성하는 픽셀 데이터를 상위 비트들로 구성된 제 1 데이터와 상기 상위 비트들을 제외한 나머지 하위 비트들로 구성된 제 2 데이터로 분리하는 단계; 및
    상기 제 1 데이터는 제 1 참조 메모리에 저장하고, 상기 제 2 데이터는 제 2 참조 메모리에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 메모리 관리 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 움직임 예측을 위해 상기 픽셀 데이터에 대한 요청이 있는 경우, 상기 제 1 참조 메모리에 저장된 제 1 데이터를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 메모리 관리 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 움직임 예측은 예측될 현재 블록에 포함된 픽셀들의 상위 비트들로 구성된 감소된 픽셀 데이터와 상기 제 1 참조 메모리로부터 출력된 제 1 데이터를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 메모리 관리 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 움직임 보상을 위해 상기 픽셀 데이터에 대한 요청이 있는 경우, 상기 제 1 참조 메모리에 저장된 제 1 데이터 및 상기 제 2 참조 메모리에 저장된 제 2 데이터를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 메모리 관리 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 움직임 보상은
    상기 제 1 참조 메모리에 저장된 상기 제 1 데이터와 상기 제 2 참조 메모리에 저장된 상기 제 2 데이터를 결합하여 현재 블록의 움직임 벡터가 가리키는 참조 블록에 포함된 픽셀 데이터를 복원하고, 상기 복원된 참조 블록의 픽셀 데이터를 상기 현재 블록의 예측값을 이용하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 메모리 관리 방법.
  6. 움직임 예측 및 보상을 위한 영상 데이터 메모리 장치에 있어서,
    픽처를 구성하는 픽셀 데이터를 상위 비트들로 구성된 제 1 데이터와 상기 상위 비트들을 제외한 나머지 하위 비트들로 구성된 제 2 데이터로 분리하는 픽셀 데이터 분리부;
    상기 제 1 데이터를 저장하는 제 1 참조 메모리;
    상기 제 2 데이터를 저장하는 제 2 참조 메모리; 및
    상기 제 1 참조 메모리 및 제 2 참조 메모리의 입력 및 출력을 제어하는 메모리 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 메모리 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 움직임 예측을 위해 상기 픽셀 데이터에 대한 요청이 있는 경우, 상기 제 1 참조 메모리에 저장된 제 1 데이터가 출력되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 메모리 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 움직임 예측은 예측될 현재 블록에 포함된 픽셀들의 상위 비트들로 구성된 감소된 픽셀 데이터와 상기 제 1 참조 메모리로부터 출력된 제 1 데이터를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 메모리 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 움직임 보상을 위해 상기 픽셀 데이터에 대한 요청이 있는 경우, 상기 제 1 참조 메모리에 저장된 제 1 데이터 및 상기 제 2 참조 메모리에 저장된 제 2 데이터가 출력되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 메모리 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 움직임 보상은
    상기 제 1 참조 메모리에 저장된 상기 제 1 데이터와 상기 제 2 참조 메모리에 저장된 상기 제 2 데이터를 결합하여 현재 블록의 움직임 벡터가 가리키는 참조 블록에 포함된 픽셀 데이터를 복원하고, 상기 복원된 참조 블록의 픽셀 데이터를 상기 현재 블록의 예측값으로 이용하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 메모리 장치.
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