(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め決められた持続時間の番組を表す信号を符号化する装置であって、前記信号をディジタルデータに圧縮する圧縮ユニットと、該圧縮ユニットを制御し、前記番組が該番組のために使用しうるデータスペースに収まるように前記ディジタルデータのビットレートを符号化中に決定される前記データスペースの残部と前記持続時間の残部とに依存して制御するシステムコントローラとを具える符号化装置において、前記システムコントローラは、前記圧縮ユニットを実際の番組の番組複雑さに依存して設定するよう構成され、且つ前記システムコントローラは、番組複雑さを番組の先に符号化された部分中の実際のビットレートに依存して決定するよう構成されていることを特徴とする符号化装置。
【請求項２】
前記システムコントローラは、番組複雑さを所定の時間長に亘るビットレートの平均又は番組の先に符号化された部分の全体に亘るビットレートの平均に依存して決定するよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の符号化装置。
【請求項３】
前記システムコントローラは、番組複雑さを番組の先に符号化された部分中の実際のビットレートの変化に依存して決定するよう構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の符号化装置。
【請求項４】
前記システムコントローラは、番組複雑さを番組のタイプに依存して決定するよう構成されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の符号化装置。
【請求項５】
前記システムコントローラは、番組の最後の部分におけるビットレートのピークの平坦化のため及び／又は時間超過する番組のために、前記持続時間を番組の予測持続時間とマージンとに依存して決定するよう構成されていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の符号化装置。
【請求項６】
予め決められた持続時間の番組を表す信号を該番組を記録するために使用しうる空きデータスペースを有する情報担体に記録する装置であって、ディジタルビットストリームを情報担体に記録する手段と、予め決められた持続時間を設定する手段とを具える記録装置において、当該記録装置は請求項１、２、３、４、又は５に記載された符号化装置を具えることを特徴とする記録装置。
【請求項７】
予め決められた持続時間の番組を表す信号を圧縮処理により前記番組が該番組のために使用しうる空きデータスペースに収まるように制御されたビットレートを有するディジタルデータに変換し符号化するにあたり、前記データスペースの残部及び前記持続時間の残部を符号化処理中に決定し、前記ビットレートを前記空きデータスペースの残部及び前記持続時間の残部に依存して前記圧縮処理を設定することにより制御する符号化方法において、前記圧縮処理を実際の番組の番組複雑さに依存して設定すること、及び前記番組複雑さは番組の先に符号化された部分中の実際のビットレートに依存して決定することを特徴とする符号化方法。
【請求項８】
前記番組複雑さは所定の時間長に亘るビットレートの平均又は番組の先に符号化された部分の全体に亘るビットレートの平均に依存して決定することを特徴とする請求項７記載の符号化方法。
【請求項９】
前記番組複雑さは番組の先に符号化された部分中の実際のビットレートの変化に依存して決定することを特徴とする請求項７又は８記載の符号化方法。
【請求項１０】
前記番組複雑さは番組のタイプに依存して決定することを特徴とする請求項７、８又は９記載の符号化方法。
【請求項１１】
前記持続時間は、番組の最後の部分におけるビットレートのピークの平坦化のため及び／又は時間超過する番組のために、番組の予測持続時間とマージンとに依存して決定することを特徴とする請求項７、８、９又は１０記載の符号化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予め決められた持続時間の番組を表す信号を符号化する装置であって、前記信号をディジタルデータに圧縮する圧縮ユニットと、該圧縮ユニットを制御し、前記番組が該番組のために使用しうるデータスペースに収まるように前記ディジタルデータのビットレートを符号化中に決定される前記データスペースの残部と前記持続時間の残部とに依存して制御するシステムコントローラとを具える符号化装置に関するものである。
【０００２】
本発明は、更に、予め決められた持続時間の番組を表す信号を該番組を記録するために使用しうる空きデータスペースを有する情報担体に記録する装置であって、ディジタルビットストリームを情報担体に記録する手段と、予め決められた持続時間を設定する手段とを具える記録装置にも関するものである。
【０００３】
本発明は、更に、予め決められた持続時間の番組を表す信号を圧縮処理により前記番組が該番組のために使用しうるデータスペースに収まるように制御されたビットレートを有するディジタルデータに変換し符号化するにあたり、前記データスペースの残部及び前記持続時間の残部を符号化処理中に決定し、前記ビットレートを前記空きデータスペースの残部及び前記持続時間の残部に依存して前記圧縮処理を設定することにより制御する符号化方法に関するものである。
【０００４】
本発明は、更に、この方法を実行して得られる符号化信号にも関するものである。
【０００５】
【従来の技術】
このような符号化装置、記録装置、符号化方法及び符号化信号はＥＰ−Ａ−０５８４９９１から既知である。これには、フィルムのような既知の持続時間を有するビデオ番組を高密度光ディスク、例えばいわゆるＤＶＤ（ディジタルビデオディスク）のようなディスクに記録するためにビデオ情報をディジタルデータに符号化するシステムが開示されている。この目的のために、このシステムは、ＭＰＥＧにおいて慣例のごとく、動き補償、ＤＣＴ（ディスクリートコサイン変換）、量子化及び可変長符号化用に構成されたＭＰＥＧ形ビデオ圧縮ユニットを具えている。この圧縮ユニットのコントローラは、ビデオ番組の符号化をこの番組がディスク上の使用可能なデータスペース内に収まるように制御するよう構成されている。ディスク上の使用可能なデータスペースを符号化番組のビットレートを使用可能データスペースに適合させることにより満たして高い平均画質を達成している。達成すべき目標ビットレートは、使用可能データスペースと記録すべき時間とから計算される。実際のビットレートをモニタし、実際のビットレートが目標ビットレートからずれるとき圧縮設定値を調整する。大きなアクティビティを有するビデオマテリアルの場合には、供給される設定値はしばしば目標ビットレートより高い実際のビットレートを生じる。このとき圧縮設定値が調整される。しかし、このようなビットマテリアルの場合には記録時間の最初の部分において、データスペースの比例部分以上の部分が満たされる。従って、残りの記録時間中において目標ビットレートの調整が必要となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、供給される信号を、予め決められた持続時間を有する番組の圧縮データの総量が使用可能データスペースをできるだけ多量に満たすとともに圧縮データの圧縮解除による再構成後における番組中の（主観的）品質がほぼ一定になるように圧縮データに直接変換する手段を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的のために、本発明の符号化装置は、システムコントローラが、実際の番組の番組複雑さに依存して前記圧縮ユニットを設定するよう構成されていることを特徴とする。
この目的のために、本発明の記録装置はこのような符号化装置を具えることを特徴とする。
本発明の符号化方法は、圧縮処理を実際の番組の番組複雑さに依存して設定することを特徴とする。
【０００８】
これらの手段を実行することにより、記録時間中の実際のビットレートの変化が小さくなる。これは、ユーザに対する主観的品質がより一定になる利点をもたらす。複雑さを考慮することにより、複雑な番組を符号化する場合に、最初の（第１）部分が使用可能ビットの半分以上を使用し、第２部分を残りのデータスペースに収めるために強く圧縮しなければならなくなることが避けられ、また平均以下の複雑さのビデオマテリアルに対し、逆のこと（第１部分が不必要に圧縮され、第２部分が必要以上の使用可能スペースを使用すること）が避けられる。他の利点は、これらの手段によれば、使用可能データスペースがほぼ完全に使用され、平均以上の圧縮データが各番組の選択品質に対し発生されるため、番組の最後が強く圧縮されることが回避される。
【０００９】
本発明の符号化装置の一実施例では、システムコントローラが、番組複雑さを番組の先に符号化された部分中の実際のビットレートに依存して決定するよう構成されていることを特徴とする。この構成は、番組の複雑さを記録時間の初期部分中の実際の番組特性から決定し、すぐに使用する点で有利である。
【００１０】
本発明の符号化装置の他の実施例では、システムコントローラが、番組複雑さを番組の先に符号化された部分中のビットレートのピーク及び谷又は変化に依存して決定するよう構成されていることを特徴とする。この構成は、複雑さが実際の平均ビットレートからのみならず、他の特性からも決定され、圧縮設定値のもっと精密な予測を与える点で有利である。
【００１１】
本発明の符号化装置の更に他の実施例では、システムコントローラが、番組複雑さを番組のタイプに依存して決定するよう構成されていることを特徴とする。この構成は、このような番組の複雑さが番組のタイプから既知であるので、ビットレートの制御が記録時間の開始時から実行される点で有利である。
【００１２】
本発明の符号化装置の更に他の実施例では、システムコントローラが、番組の最後の部分におけるビットレートのピークの平坦化のため及び／又は時間超過する番組のために、前記持続時間を番組の予測持続時間とマージンとに依存して決定するよう構成されていることを特徴とする。予測持続時間にマージンを付加し、この合計持続時間をビットレートの制御に使用することにより、予測される以上のデータを蓄積するスペースが使用可能になる。これは、例えばビデオ番組の複雑な最後のシーンにおいて、ビットレートを不均衡に限定する必要がなくなり、番組がその時間を僅かに超過する場合でも十分なデータスペースが使用可能のままとなる利点を有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のこれらの特徴及び他の特徴を図１〜図４を参照して以下に説明する。これらの図において、対応する素子は同一の符号で示してある。
【００１４】
図１は、例えばＣＤ−Ｅ（消去可能コンパクトディスク）のような書換え可能形のディスク状情報担体１を示す。この情報担体はらせん巻回パターンに配置された記録用のトラック９を有する。この巻回パターンはらせんの代わりに同心パターンにすることもできる。トラック９は情報担体上に、走査中、例えば予め記録された溝（プリグルーブ）により読出／書込ヘッドをトラック９に追従させることができるサーボパターンで表されている。更に、サーボパターンは、例えばトラックの始点からの時間表示のようなトラックに沿う位置についての情報を含むことができる。情報担体は情報ブロックをマークパターンの形に記録する装置により光学的に又は磁気−光学的に書き込むことができるピックアップ層を具える。ＣＤ−Ｅは、例えば相変化材料のピックアップ層を具える。ＣＤの書込み及び読取りの説明及びトラック及びプリグルーブの使用はBouwhuis等著、"Principles of optical disk systems", ISBN0-85274-785-3,に見られる。
【００１５】
図２は本発明の符号化装置を示す。この装置は入力端子２１を経て供給される信号を符号化信号に変換し出力端子２３に出力する圧縮ユニット２２を具える。圧縮ユニット２２は、例えばＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８−２に従うビデオ信号又はＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８−３に従うオーディオ信号用のＭＰＥＧ−２のような慣例のタイプのものである。符号化信号は制御入力端子２６を介して設定することができるビットレートを有するディジタルデータを含む。更に、この符号化装置は符号化プロセスを制御するシステムコントローラ２５を具える。このシステムコントローラは圧縮ユニット２２の制御入力端子２６に結合され、この制御入力端子を介して圧縮ユニットを所望のビットレートに設定する。符号化すべき番組の持続時間に関する情報が時間入力端子２４からシステムコントローラ２５に得られ、データスペースに関する情報がデータスペース入力端子２７から得られる。時間情報は、例えばユーザによりセットされる番組の開始時間及び終了時間又は番組の持続時間である。システムコントローラはこの情報から、符号化信号に使用可能なデータスペースを計算し、制御入力端子２６を介してビットレートを、番組が使用可能データスペースを完全に満たすものと予測されるように設定する。例えば、使用可能データスペースを時間入力端子を経て供給される時間情報から導出された所要の持続時間で割る。その結果が、使用可能データスペースを符号化すべき番組で完全に満たすビットレート（ビット／秒）となる。このビットレートは、所定の環境の下では、再生時に番組の可能な最良の再構成が実現されるとともに番組中の画質がほぼ一定になる可能な最大平均ビットレートである。システムコントローラは、圧縮ユニットの設定を時間情報及び／又は符号化プロセス中に使用しうるデータスペース情報に応じて調整するよう構成されている。符号化プロセス中に、タイマにより経過時間を測定する、又は入力終了時間と実際のクロック時間との差を測定することにより残り時間を決定する。データスペース入力端子２７からの情報に基づいて、例えば使用可能データスペースの既に使用された部分のアドレス情報に基づいて、システムコントローラが残りのデータスペースを決定する。本発明では、システムコントローラを、番組複雑さを以下に記載するように決定するよう構成する。番組複雑さを圧縮ユニットの設定の制御に使用し、より複雑な番組に対しより高い圧縮を設定する。番組の変更持続時間に関する変更情報又は変更使用可能データスペースに関する変更情報が符号化プロセス中にシステムコントローラに供給される場合には、システムコントローラはビットレートの新しい値を計算し、設定する。これは、例えば番組をテープ記録装置によりテープ状情報担体に記録する必要があり、記録プロセスの開始時に残りの使用可能テープ長の測定が近似的に知りうるのみである場合に起こりうる。記録中に、残りのテープ長はテープ記録装置により一層精密に計算することができ、ビットレートをそれに適合させることができる。また、例えばシステムの使用者が記録中に番組の新しい終了時間を入力することにより番組の持続時間を調整することもできる。
【００１６】
一定のビットレートを有する圧縮ユニットでは、ビットレートを番組の開始時に算定値にセットすることができる。可変ビットレートを有する圧縮ユニットは、データの総量をデータスペースに収める所望の平均ビットレートが得られるようにセットすることができる。可変ビットレート圧縮ユニットを、ビットレートを信号の内容に応じて変化させるように構成する。この構成は、再構成信号の（主観的に）高くほぼ一定の画質が得られる利点を有する。その理由は、圧縮しがたい信号部分に対しかなり圧縮されたデータが発生するが、発生するデータ量が平均して制限されつづけるためである。
【００１７】
図３はＭＰＥＧ−２に慣用されているＩＳＯ／ＩＥＣ−１３８１８−２から既知のビデオ情報用圧縮ユニットの概略図を示す。ディジタルビデオ信号が入力端子２１に供給され、差ユニット３１を経てディスクリートコサイン変換（ＤＣＴ）ユニット３２に導かれる。ＤＣＴユニット３２は画像をマクロブロックに分割し、ディスクリートコサイン変換を実行する。得られた係数を量子化ユニット（Ｑ）３３に導き、可変分割係数で量子化し、この演算において商のビットを処理し、余りを捨てる。商ビットを可変長符号化（ＶＬＣ）ユニット３４に導き、商を可変長符号化する。このようにして、可変ビットレートを有する符号化画像信号が出力端子２３に発生する。平均ビットレートは、コントローラ３９により、例えば量子化ユニットの分割係数を設定することにより制御し、大きな分割係数が低いビットレートを生ずるようにする。慣例の分割係数は２〜１６である。所定の画質に対し必要なビットレートの更なる低減は、独立Ｉピクチャの後に数個の前方向予測Ｐピクチャ又は双方向予測Ｂピクチャのような数個の差画像が続くピクチャグループ（ＧＯＰ）を伝送することにより得られる。コントローラ３９は、供給画像の検出アクティビティに基づいて、どのタイプの画像を発生するか決定する。図３にはコントローラ３９により駆動されるスイッチ３８が線図的に示され、このスイッチはＩピクチャの情報は何も通さず、Ｐピクチャの符号化信号に基づいて再構成された画像の記憶情報を通す。このとき差画像が差ユニット３１において決定される。この差画像に対し動き補償を使用することもできる。再構成画像は、受信装置における再構成と同様に、逆量子化（ＩＱ）ユニット３５及び逆ディスクリートコサイン変換（ＩＤＣＴ）ユニット３６により形成され、画像メモリ３７により記憶される。コントローラ３９はＩ，Ｂ及びＰピクチャの選択によりビットレートを更に制御する。この点に関する適切な基準は、例えばトランスポートチャネルの伝送容量より低くする必要がある最大瞬時ビットレート及び受信装置内のバッファ容量を越えない程度に低く維持する必要がある短期平均ビットレートである。
【００１８】
可変ビットレートを有するこのような圧縮ユニットにおいて、発生データ量を供給される信号の内容に依存させる。発生データの総量を同一にすれば、一定ビットレートを有するシステムの場合より高い平均品質の再構成システムが得られる。本発明では、平均ビットレートをコントローラ３９の制御入力端子２６を介してパラメータを設定することにより制御することができる。長期平均ビットレートがこの制御入力端子２６を介して制御され、例えばこのコントローラが分割係数又はＩ／Ｐ／Ｂピクチャの選択を適合させる。或いは、ノイズフィルタ処理又は空間周波数コンテント低減のような所定の前処理（図３には示されてない）を用い、フィルタパラメータを調整してビットレートを制御することもできる。符号化装置は、長期平均ビットレートを番組が使用可能データスペースを完全に満たすように設定する。可変ビットレート圧縮ユニットの平均ビットレートは制御入力端子２６を介して制御しうるが、実際に発生するビット量は実際の画像内容にも依存する。従って、残りのデータスペースを、例えば周期的に発生データ量を測定し、使用可能な原データスペースをこの量だけ減らすことにより周期的に計算するのが望ましい。このように圧縮ユニットにおいて新しい設定値を定期的に計算する。
【００１９】
可変ビットレート圧縮ユニットのパラメータを設定する際、予め決められた設定に対し予測される平均ビットレートから出発することができる。しかし、符号化プロセス中に、番組の先に符号化された部分中に実際に発生した平均ビットレートを考慮するのが望ましい。この実際のビットレートは番組の複雑さ、即ち画像内容の全体特性に起因し、圧縮ユニットにおいて予め決められた設定で圧縮された実際の番組の平均ビットレートを圧縮解除後に予め決められたレベルの画質を達成するようにする必要がある。確かに、番組の第１部分（最初の部分）においてパラメータの所定の設定で所定のビットレートが既に発生されている場合には、同一の番組の次の部分において予測すべきビットレートは第１部分のビットレートと相関する。信号内容の複雑さは番組中全体的に似ているため、圧縮ユニットの使用設定に対し先に発生したビットレートを考慮することにより番組中の後半の予測ビットレートの良好な予測が可能になる。複雑さの計算は所定の時間長に亘る平均又は先に復号化された部分の全体に亘る平均から導出することができ、またビットレートの変化、即ちビットレートのピーク及び谷又は分散に基づいて導出することもでき、この場合には大きな不規則性の場合に高いビットレートを使用することが可能になる。他の実施例では、番組タイプの複雑さ情報をシステムコントローラ内に、例えばメモリのテーブル内に含める。”スポーツ”（高い複雑さ）又は”トークショウ”（低い複雑さ）のような複数の番組タイプに対する多数の番組に亘る全体的平均ビットレートを前もって、又は前符号化セッション中に決定することができる。番組タイプを符号化すべき番組ソースに対し知ることができ、信号中に示すことができ、またユーザが入力することもできる。システムコントローラはメモリからの複雑さ情報を使用することができ、或いは実際に発生するビットレートとメモリからの複雑さ情報の加重平均値を計算することができる。
【００２０】
図４はディスク状情報担体１を記録する本発明の記録装置を示す。この装置は圧縮ユニット２２と、読取／書込ユニット４１と、情報を情報担体１に記録する読取／書込ヘッド４２とを具える。情報は入力端子２１を経て供給され、圧縮ユニット２２において符号化信号に変換され、次いで読取／書込ユニット４１において書込信号に変換される。情報担体１は駆動手段４４により駆動され回転し、駆動手段４４はシステムコントローラ４５によりモータ信号４３で駆動される。読取／書込ヘッド４２はトラック９をビームで走査し、例えばＣＤのように情報を表すマークパターンを読み書きする。読み取られたデータスペースに関する情報はシステムコントローラ４５に信号バス４６を経て供給される。走査動作中、読取／書込ヘッド４２は慣例のタイプのサーボシステム（図示せず）によりトラック９上に位置決めされる。システムコントローラ４５は駆動手段４４及びサーボシステムを介して情報担体１の走査を検査する。情報担体１を装置に挿入後、システムコントローラ４５が読取／書込ヘッド４２及び読取／書込ユニット４１を介して情報担体から使用可能データスペースを表すディレクトリ情報を読み取る。情報担体の一部分が既に予め記録されている場合には、この部分を維持するか、或いはユーザコマンドで新しい記録用に開放することができる。情報担体の全体が使用可能である場合には、データスペースのサイズは例えば情報担体上の別の位置にバーコードで示されている情報担体のタイプから導出することもできる。また、データスペースに関する情報は製造中に情報担体上に予め導入されるサーボパターンに含めることができ、例えば記録可能ＣＤ上のプリグルーブのウオブル部分に含めることができる。持続時間に関する情報は通常の如く時間入力端子２４から供給し、例えばビデオレコーダでは記録すべき番組の開始時間及び終了時間を入力する。システムコントローラ４５は、番組の最終部分におけるビットレートのピークを平らにするため及び／又は時間超過する番組のために、このように供給される持続時間情報にマージンを付加することができる。予測持続時間にマージンを付加し、この合計持続時間をビットレートの制御に使用することにより、予測される以上のデータを記憶するスペースが使用可能になる。例えば、ビデオ番組の最終部分における複雑な最終シーンでは、平均最終部分のために丁度のスペース以下のスペースが使用可能である場合にはビットレートを不均衡に制限することが必要となる。番組の時間超過は、例えばそれぞれのソースにより、例えばテレビジョン送信機が送信信号と変更開始及び終了時間に関する時間情報を共同送信するＰＤＣ（番組デリバリコード）系を用いて宣言することができる。
【００２１】
本発明は前記のディスクタイプと異なるタイプの書換え可能情報担体、例えば直線的に又はらせん走査により書き込むことができる光学又は磁気テープに適用することができる。本発明を実現するためには、使用可能データスペースを決定しうる必要がある。少なくとも空きスペースの始点及びその長さ又はその終点を記録装置により決定する必要がある。或いは又、ユーザが所定のフリー区域を指示する必要がある。符号化プロセス中に、符号化装置自体が発生データ量を更新することができ、従って残りの空きスペースを知ることができる。ＣＤ又は磁気ハードディスクのような前記ディスク状情報担体ではデータスペースをアドレス情報から取り出すことができる。本発明は、トラックに沿う位置を異なる方法、例えば情報担体に予め記録されたパターン又は補助トラックにより設定している情報担体にも適用することができる。
【００２２】
このタイプの情報担体は、特定のデータ記憶容量を有する記録用の部分を具える。このデータ記憶容量の全部又は一部を番組の記憶のために使用することができる。情報担体にまだ記録しうるデータ量は予め記録されたデータにも依存する（但しこのデータを保存する必要がある場合に限る）。幾つかの情報担体、例えば前記ＣＤ−Ｅでは、総データスペースがタイプごとに既知である。所定の記録システムでは、いわゆるコンテンツテーブル（ＴＯＣ）又はディレクトリ（例えばＩＳＯ９６６０に準じる）が情報担体に記録され、そこにはデータ記憶用にどのようなスペースが残されているか記録されている。テープ状情報担体に対しては、データ記憶用に使用可能なデータスペースは総テープ長及び／又は予め記録された番組の位置から導出することもできる。
【００２３】
直接記録する代わりに、符号化信号をネットワークや衛星放送のような他のメディアを介して分配することができる。この場合にも、本発明の符号化装置を用いて番組の符号化データの総量を予め決められた最大値内に維持することが重要である。この場合、各分配メディアに対し、必要とされる総伝送容量が予め決められた境界値内のままとなる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】書換え可能形の情報担体を示す。
【図２】符号化装置を示す。
【図３】圧縮ユニットを示す。
【図４】記録装置を示す。
【符号の説明】
１  記録担体
９  トラック
２１  入力端子
２２  圧縮ユニット
２３  出力端子
２４  時間入力端子
２５  システムコントローラ
２６  制御入力端子
２７  データスペース入力端子
３１  差ユニット
３２  ディスクリートコサイン変換ユニット
３３  量子化ユニット
３４  可変長符号化ユニット
３５  逆量子化ユニット
３６  逆ディスクリートコサイン変換ユニット
３７  メモリ
３８  スイッチ
３９  コントローラ
４１  読取／書込ユニット
４２  読取／書込ヘッド
４４  駆動手段
４５  システムコントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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