JP2527350B2 - ベクトル量子化による画像デ―タの圧縮および再構成装置 - Google Patents
ベクトル量子化による画像デ―タの圧縮および再構成装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は画像データの圧縮および再構成装置、特に詳
細にはベクトル量子化による画像データの圧縮および再
構成装置に関するものである。
細にはベクトル量子化による画像データの圧縮および再
構成装置に関するものである。
(従来の技術) 例えばTV信号等、中間調画像を担持する画像信号は膨
大な情報量を有しているので、その伝送には広帯域の伝
送路が必要である。そこで従来より、このような画像信
号は冗長性が大きいことに着目し、この冗長性を抑圧す
ることによって画像データを圧縮する試みが種々なされ
ている。また最近では、例えば光ディスクや磁気ディス
ク等に中間調画像を記録することが広く行なわれてお
り、この場合には記録媒体に効率良く画像信号を記録す
ることを目的として画像データ圧縮が広く適用されてい
る。
大な情報量を有しているので、その伝送には広帯域の伝
送路が必要である。そこで従来より、このような画像信
号は冗長性が大きいことに着目し、この冗長性を抑圧す
ることによって画像データを圧縮する試みが種々なされ
ている。また最近では、例えば光ディスクや磁気ディス
ク等に中間調画像を記録することが広く行なわれてお
り、この場合には記録媒体に効率良く画像信号を記録す
ることを目的として画像データ圧縮が広く適用されてい
る。
このような画像データ圧縮方法の一つとして、ベクト
ル量子化を利用する方法が知られている。この方法は、
2次元画像データを標本数K個のブロックに分割し、予
めK個のベクトル要素を規定して作成した相異なる複数
のベクトルから成るコードブックの中で、上記ブロック
の各々内の画像データの組と最小歪にて対応するベクト
ルをそれぞれ選択し、この選択されたベクトルを示す情
報を各ブロックと対応させて符号化するようにしたもの
である。
ル量子化を利用する方法が知られている。この方法は、
2次元画像データを標本数K個のブロックに分割し、予
めK個のベクトル要素を規定して作成した相異なる複数
のベクトルから成るコードブックの中で、上記ブロック
の各々内の画像データの組と最小歪にて対応するベクト
ルをそれぞれ選択し、この選択されたベクトルを示す情
報を各ブロックと対応させて符号化するようにしたもの
である。
上述のようなブロック内の画像データは互いに高い相
関性を有しているので、各ブロック内の画像データを、
比較的少数だけ用意したベクトルのうちの1つを用いて
かなり正確に示すことが可能となる。したがって、画像
データの伝送あるいは記録は、実際のデータの代わりに
このベクトルを示す符号を伝送あるいは記憶することに
よってなし得るから、データ圧縮が実現されるのであ
る。例えば256レベル(=8bit)の濃度スケールの中間
調画像における64画素についての画像データ量は、8×
64=512bitとなるが、この64画素を1ブロックとして該
ブロック内の各画像データを64要素からなるベクトルで
表わし、このようなベクトルを256通り用意したコード
ブックを作成するものとすれば、1ブロック当りのデー
タ量はベクトル識別のためのデータ量すなわち8bitとな
り、結局データ量を8/(8×64)=1/64に圧縮可能とな
る。
関性を有しているので、各ブロック内の画像データを、
比較的少数だけ用意したベクトルのうちの1つを用いて
かなり正確に示すことが可能となる。したがって、画像
データの伝送あるいは記録は、実際のデータの代わりに
このベクトルを示す符号を伝送あるいは記憶することに
よってなし得るから、データ圧縮が実現されるのであ
る。例えば256レベル(=8bit)の濃度スケールの中間
調画像における64画素についての画像データ量は、8×
64=512bitとなるが、この64画素を1ブロックとして該
ブロック内の各画像データを64要素からなるベクトルで
表わし、このようなベクトルを256通り用意したコード
ブックを作成するものとすれば、1ブロック当りのデー
タ量はベクトル識別のためのデータ量すなわち8bitとな
り、結局データ量を8/(8×64)=1/64に圧縮可能とな
る。
以上のようにして画像データを圧縮して記録あるいは
伝送した後、ベクトル識別情報が示すベクトルのベクト
ル要素を各ブロック毎の再構成データとし、この再構成
データを用いれば原画像が再現される。
伝送した後、ベクトル識別情報が示すベクトルのベクト
ル要素を各ブロック毎の再構成データとし、この再構成
データを用いれば原画像が再現される。
(発明が解決しようとする課題) ところで、以上述べたようにして画像データを圧縮し
そして再構成する場合、各ベクトルのベクトル要素が、
画像再生装置の分解能よりもより細かいレベルで規定さ
れることもある。すなわち例えば、画像再生装置の濃度
分解能が256レベル(便宜上1〜256とする)であるのに
対し、ベクトル要素の方は25600レベル(便宜上1.00〜2
56.00とする)の数字で規定されるようなことがある。
このような場合において従来は、ベクトル要素の下位桁
部を切上げるか切捨てるようにしていた。つまり上記例
で説明すれば、ベクトル要素が25.65という値をとった
時は、濃度レベルを常に26とするか、ありうは常に25と
するようにしていた。しかしこのような切上げあるいは
切捨てを行なうと、再生画像の画質が損なわれてしま
う。
そして再構成する場合、各ベクトルのベクトル要素が、
画像再生装置の分解能よりもより細かいレベルで規定さ
れることもある。すなわち例えば、画像再生装置の濃度
分解能が256レベル(便宜上1〜256とする)であるのに
対し、ベクトル要素の方は25600レベル(便宜上1.00〜2
56.00とする)の数字で規定されるようなことがある。
このような場合において従来は、ベクトル要素の下位桁
部を切上げるか切捨てるようにしていた。つまり上記例
で説明すれば、ベクトル要素が25.65という値をとった
時は、濃度レベルを常に26とするか、ありうは常に25と
するようにしていた。しかしこのような切上げあるいは
切捨てを行なうと、再生画像の画質が損なわれてしま
う。
そこで本発明は、このような問題を解決できる、ベク
トル量子化による画像データの圧縮および再構成装置を
提供することを目的とするものである。
トル量子化による画像データの圧縮および再構成装置を
提供することを目的とするものである。
(課題を解決するための手段及び作用) 本発明のベクトル量子化による画像データの圧縮およ
び再構成装置は、先に述べたようにベクトル量子化によ
って画像データを圧縮し、そして符号化されたベクトル
識別情報が示すベクトルのベクトル要素を各ブロック毎
の再構成データとするようにした装置において、前述の
ベクトル要素で規定される再構成データが、画像再生に
供せられる2つの画像データa、b(b−a=α、αは
画像再生装置の濃度分解能に対応する最小レベル差)の
間の値をとるとき、 この再構成データを、該データにより近い方の画像デ
ータa、あるいはbに対してより高い確率的重み付けを
与えた上で画像データa、あるいはbに変換するように
構成されたことを特徴とするものである。
び再構成装置は、先に述べたようにベクトル量子化によ
って画像データを圧縮し、そして符号化されたベクトル
識別情報が示すベクトルのベクトル要素を各ブロック毎
の再構成データとするようにした装置において、前述の
ベクトル要素で規定される再構成データが、画像再生に
供せられる2つの画像データa、b(b−a=α、αは
画像再生装置の濃度分解能に対応する最小レベル差)の
間の値をとるとき、 この再構成データを、該データにより近い方の画像デ
ータa、あるいはbに対してより高い確率的重み付けを
与えた上で画像データa、あるいはbに変換するように
構成されたことを特徴とするものである。
上記の確率的な重み付けについて前述の例を引用して
より詳しく説明すると、ベクトル要素から決まる再構成
データが25.65という値をとったとき、この再構成デー
タを例えば65%の確率で26なる画像データに、35%の確
率で25なる画像データに変換する。このようにすること
により、再生画像の画質が向上する。
より詳しく説明すると、ベクトル要素から決まる再構成
データが25.65という値をとったとき、この再構成デー
タを例えば65%の確率で26なる画像データに、35%の確
率で25なる画像データに変換する。このようにすること
により、再生画像の画質が向上する。
(実 施 例) 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説
明する。
明する。
第1図は本発明の一実施例による画像データの圧縮お
よび再構成装置を概略的に示すものである。1枚の連続
調画像を示す原画像データSはまずブロック変換回路10
に通され、M×Nの画素からなる矩形ブロック毎のデー
タxに変換される。このブロック分けの様子を分かりや
すく第2図に示す。この第2図においてFが原画像であ
り、Bが上記ブロックを示す。なお説明を容易にするた
め、以下、上記ブロックBが6×6画素についてのデー
タからなるものとして話を進める。
よび再構成装置を概略的に示すものである。1枚の連続
調画像を示す原画像データSはまずブロック変換回路10
に通され、M×Nの画素からなる矩形ブロック毎のデー
タxに変換される。このブロック分けの様子を分かりや
すく第2図に示す。この第2図においてFが原画像であ
り、Bが上記ブロックを示す。なお説明を容易にするた
め、以下、上記ブロックBが6×6画素についてのデー
タからなるものとして話を進める。
このブロックB毎の原画像データxは、次にベクトル
量子化器11に入力される。このベクトル量子化器11は、
予めメモリ12にコードブックとして記憶されている複数
のベクトルの中から、入力された各ブロック毎の原画像
データxの組(36個のデータからなる)と最小歪にて対
応するベクトルを選択する。すなわち、メモリ12には、
以下に示すようにそれぞれ36のベクトル要素(▲(n) 1
▼,▲(n) 2▼,……▲(n) 36▼)[n=1,2,……,25
6]を規定した一例として256のベクトル(1),
(2),(3)………(256)を示すコードブック
が記憶されている。
量子化器11に入力される。このベクトル量子化器11は、
予めメモリ12にコードブックとして記憶されている複数
のベクトルの中から、入力された各ブロック毎の原画像
データxの組(36個のデータからなる)と最小歪にて対
応するベクトルを選択する。すなわち、メモリ12には、
以下に示すようにそれぞれ36のベクトル要素(▲(n) 1
▼,▲(n) 2▼,……▲(n) 36▼)[n=1,2,……,25
6]を規定した一例として256のベクトル(1),
(2),(3)………(256)を示すコードブック
が記憶されている。
そしてベクトル量子化器11は原画像データxの組
(x1,x2,x3………x36)とベクトル要素(1,2,3,
………36)が歪最小にて対応するベクトル(m)を
求め、このベクトル(m)を示すベクトルの識別番号
mを示す符号化データDmを出力する。上記の歪として
は、例えば 平均2乗誤差 が用いられる(本例ではk=36である)。このような歪
が最小となるベクトル(m)を見つけるには、例えば
すべてのベクトルに関してこの歪を演算してから歪最小
となるベクトル(m)を求めてもよいし(いわゆる全
探索形ベクトル量子化)、あるいは処理時間短縮化のた
めに(歪が完全に最小とはならない場合があるが)2進
木探索形ベクトル量子化を実行してもよい。
(x1,x2,x3………x36)とベクトル要素(1,2,3,
………36)が歪最小にて対応するベクトル(m)を
求め、このベクトル(m)を示すベクトルの識別番号
mを示す符号化データDmを出力する。上記の歪として
は、例えば 平均2乗誤差 が用いられる(本例ではk=36である)。このような歪
が最小となるベクトル(m)を見つけるには、例えば
すべてのベクトルに関してこの歪を演算してから歪最小
となるベクトル(m)を求めてもよいし(いわゆる全
探索形ベクトル量子化)、あるいは処理時間短縮化のた
めに(歪が完全に最小とはならない場合があるが)2進
木探索形ベクトル量子化を実行してもよい。
なお各ベクトル要素(1,2,3,………36)を規
定したベクトルから成る最適のコードブックは、データ
圧縮を行なう画像と同種のトレーニング画像を予め用意
して、このトレーニング画像に基づいて公知の手法によ
って求めることができる。
定したベクトルから成る最適のコードブックは、データ
圧縮を行なう画像と同種のトレーニング画像を予め用意
して、このトレーニング画像に基づいて公知の手法によ
って求めることができる。
前述のベクトル識別データDmは、本例では256のベク
トルが区別できるものであればよいから、8bitで表わせ
る。したがってこの場合、各画像の濃度スケールが256
レベル=8bit)であれば、8bit×36(画素)の画像デー
タが8bitで表わせることになるから、データ圧縮率は1/
36となる。
トルが区別できるものであればよいから、8bitで表わせ
る。したがってこの場合、各画像の濃度スケールが256
レベル=8bit)であれば、8bit×36(画素)の画像デー
タが8bitで表わせることになるから、データ圧縮率は1/
36となる。
以上述べたベクトルの選択、ベクトル識別データDmの
出力は、原画像データSが示す1枚の画像中のすべての
ブロックBについて行なわれる。本例においては、これ
らのベクトル識別データDmが記録再生装置13において例
えば光ディスクや磁気ディスク等の記録媒体(画像ファ
イル)に記録される。なお原画像データS全体に対する
ブロック分けの順序が所定順序で行なわれるようになっ
ていれば、記録再生装置13に次々と送られる各識別デー
タDmは、各ブロックBと対応をとって記録可能となる。
また、このように各識別データDmと各ブロックBとの対
応をとるために、識別データDmにブロック識別データを
付加して記録するようにしてもよい。前述した通りこれ
らのベクトル識別データDmは、原画像データxよりも極
めて少ないデータ量で表現可能であるから、上記光ディ
スク等の記録媒体には、大量の画像が記録されうるよう
になる。
出力は、原画像データSが示す1枚の画像中のすべての
ブロックBについて行なわれる。本例においては、これ
らのベクトル識別データDmが記録再生装置13において例
えば光ディスクや磁気ディスク等の記録媒体(画像ファ
イル)に記録される。なお原画像データS全体に対する
ブロック分けの順序が所定順序で行なわれるようになっ
ていれば、記録再生装置13に次々と送られる各識別デー
タDmは、各ブロックBと対応をとって記録可能となる。
また、このように各識別データDmと各ブロックBとの対
応をとるために、識別データDmにブロック識別データを
付加して記録するようにしてもよい。前述した通りこれ
らのベクトル識別データDmは、原画像データxよりも極
めて少ないデータ量で表現可能であるから、上記光ディ
スク等の記録媒体には、大量の画像が記録されうるよう
になる。
画像再生に際して、画像データを間接的に示すベクト
ル識別データDmは記録媒体から読み出され、復号器14に
おいて再構成データyに変換される。すなわち復号器14
は、入力されたベクトル識別データDmが示すベクトルを
メモリ12に記憶されているコードブックから読み出し、
そのベクトルに規定されているベクトル要素(1,2,
3,………36)のそれぞれを、1つのブロックBに関
する再構成データyとして出力する。
ル識別データDmは記録媒体から読み出され、復号器14に
おいて再構成データyに変換される。すなわち復号器14
は、入力されたベクトル識別データDmが示すベクトルを
メモリ12に記憶されているコードブックから読み出し、
そのベクトルに規定されているベクトル要素(1,2,
3,………36)のそれぞれを、1つのブロックBに関
する再構成データyとして出力する。
この再構成データyは、変換回路15において後述する
変換処理を受けた後、合成回路16に送られ、そこでブロ
ック単位のデータから1画素ライン毎の時系列データに
変換される。この変換を受けた後の画像データS′は、
原画像データSに対しては僅かな歪を有するだけで、ほ
ぼ等しいものとなっており、最終的に画像再生装置17に
送られる。この画像再生装置17においては、上記画像デ
ータS′に基づいて、原画像データSが担持していた原
画像とほぼ同等の画像が再生される。
変換処理を受けた後、合成回路16に送られ、そこでブロ
ック単位のデータから1画素ライン毎の時系列データに
変換される。この変換を受けた後の画像データS′は、
原画像データSに対しては僅かな歪を有するだけで、ほ
ぼ等しいものとなっており、最終的に画像再生装置17に
送られる。この画像再生装置17においては、上記画像デ
ータS′に基づいて、原画像データSが担持していた原
画像とほぼ同等の画像が再生される。
次に、上記変換回路15において行なわれる本発明特有
の変換処理について説明する。画像再生装置17は256レ
ベルの濃度スケールの連続調画像を再生可能であり、各
濃度レベルに対応した256レベルの画像データ(入力画
像信号)を受ける。この画像データレベルを、便宜上1
〜256として表わす。一方、前述のコードブックで規定
されているベクトル要素(1,2,3,………36)は
それぞれ、上記濃度スケールの100倍の「細かさ」を有
し、25600レベルの値で規定されている。このベクトル
要素の値のレベル、すなわち再構成データyのレベル
を、便宜上1.00〜256.00として表わす。変換回路15は、
例えば1.00なる値の再構成データyは1なる画像データ
y′に、また256.00なる値の再構成データyは256なる
画像データy′に変換する。そしてこの変換回路15は、
各画像データy′(1,2,3……256)の間の値をとる再構
成データyについては、該データyの上下のa、bなる
画像データy′のうちより近い方のデータにより高い確
率的重み付けを与えて、画像データa、あるいはbに変
換する。すなわち例えば再構成データyが25.65なる値
をとったとき、変換回路15は該データyを、65%の確率
で26なる画像データy′に、35%の確率で25なる画像デ
ータy′に変換する。
の変換処理について説明する。画像再生装置17は256レ
ベルの濃度スケールの連続調画像を再生可能であり、各
濃度レベルに対応した256レベルの画像データ(入力画
像信号)を受ける。この画像データレベルを、便宜上1
〜256として表わす。一方、前述のコードブックで規定
されているベクトル要素(1,2,3,………36)は
それぞれ、上記濃度スケールの100倍の「細かさ」を有
し、25600レベルの値で規定されている。このベクトル
要素の値のレベル、すなわち再構成データyのレベル
を、便宜上1.00〜256.00として表わす。変換回路15は、
例えば1.00なる値の再構成データyは1なる画像データ
y′に、また256.00なる値の再構成データyは256なる
画像データy′に変換する。そしてこの変換回路15は、
各画像データy′(1,2,3……256)の間の値をとる再構
成データyについては、該データyの上下のa、bなる
画像データy′のうちより近い方のデータにより高い確
率的重み付けを与えて、画像データa、あるいはbに変
換する。すなわち例えば再構成データyが25.65なる値
をとったとき、変換回路15は該データyを、65%の確率
で26なる画像データy′に、35%の確率で25なる画像デ
ータy′に変換する。
ベクトル要素(1,2,3,………36)が細密に規
定されているほど、ベクトル量子化に際して原画像がよ
り制度良く表わされることになる。そして上述のような
変換を行なうことにより、ベクトル要素の「細かさ」が
再生画像全体の中に反映されることになるから、再生画
像はより原画像に近い高品質のものとなる。
定されているほど、ベクトル量子化に際して原画像がよ
り制度良く表わされることになる。そして上述のような
変換を行なうことにより、ベクトル要素の「細かさ」が
再生画像全体の中に反映されることになるから、再生画
像はより原画像に近い高品質のものとなる。
なお上記の確率的な重み付けは、以上の実施例におけ
るものに限らず、その他前述の例で説明すれば、25.01
〜25.49の間の値をとる再構成データyは70%の確率で2
5、30%の確率で26なる画像データy′に、一方25.50〜
25.99の間の値をとる再構成データyは70%の確率で2
6、30%の確率で25なる画像データy′に変換する等し
ても構わない。
るものに限らず、その他前述の例で説明すれば、25.01
〜25.49の間の値をとる再構成データyは70%の確率で2
5、30%の確率で26なる画像データy′に、一方25.50〜
25.99の間の値をとる再構成データyは70%の確率で2
6、30%の確率で25なる画像データy′に変換する等し
ても構わない。
さらに、上記の実施例ではベクトル量子化に際して2
次元画像データを、隣接するM×N画素からなる矩形範
囲についてのデータ毎にブロック分けしているが、この
ブロック分けのために抽出する画素範囲の形状は矩形に
限らず、例えば第3、4および5図に示すような形状と
してもよい。これらの図において、マス目1つが1画素
を示し、実線で囲まれた部分がブロック分けのために抽
出される画素範囲を示している。なお第5図の例では、
互いに離れた小ブロックz1、z2、z3およびz4をまとめて
1つのブロックとしている。このように本発明において
は、1ブロックとして抽出される画素が必ずしも全部隣
接していなくても、相近接していればよいので、そのよ
うな分け方も本発明では「ブロックに分割する」と称す
ることとする。上記第3、4および5図に示したよう
に、ブロック分けの範囲が互いに入り組むようにする
と、矩形範囲の画素を抽出してブロック分けする場合に
比べて、再構成画像においてブロック歪(ブロック境界
部において濃度段差が生じること)が目立ち難くなると
いう効果が得られる。
次元画像データを、隣接するM×N画素からなる矩形範
囲についてのデータ毎にブロック分けしているが、この
ブロック分けのために抽出する画素範囲の形状は矩形に
限らず、例えば第3、4および5図に示すような形状と
してもよい。これらの図において、マス目1つが1画素
を示し、実線で囲まれた部分がブロック分けのために抽
出される画素範囲を示している。なお第5図の例では、
互いに離れた小ブロックz1、z2、z3およびz4をまとめて
1つのブロックとしている。このように本発明において
は、1ブロックとして抽出される画素が必ずしも全部隣
接していなくても、相近接していればよいので、そのよ
うな分け方も本発明では「ブロックに分割する」と称す
ることとする。上記第3、4および5図に示したよう
に、ブロック分けの範囲が互いに入り組むようにする
と、矩形範囲の画素を抽出してブロック分けする場合に
比べて、再構成画像においてブロック歪(ブロック境界
部において濃度段差が生じること)が目立ち難くなると
いう効果が得られる。
(発明の効果) 以上詳細に説明した通り本発明のベクトル量子化によ
る画像データの圧縮および再構成装置によれば、ベクト
ル量子化によるデータ圧縮を経てから再構成される画像
の画質を高めることができるので、ベクトル量子化によ
るデータ圧縮の適用範囲を高品位画像が求められる分野
にまで拡大し、その上データ圧縮率を従来に比べて一段
と高くすることも可能となる。
る画像データの圧縮および再構成装置によれば、ベクト
ル量子化によるデータ圧縮を経てから再構成される画像
の画質を高めることができるので、ベクトル量子化によ
るデータ圧縮の適用範囲を高品位画像が求められる分野
にまで拡大し、その上データ圧縮率を従来に比べて一段
と高くすることも可能となる。
第1図は本発明の一実施例装置の概略構成を示すブロッ
ク図、 第2図は本発明に係る画像データのブロック分けを説明
する説明図、 第3、4および5図はそれぞれ、本発明における画像デ
ータのブロック分けの別の例を示す説明図である。 10……ブロック変換回路、11……ベクトル量子化器 12……メモリ(コードブック)、13……記録再生装置 14……復号器、15……変換回路 16……合成回路、17……画像再生装置 Dm……ベクトル識別データ x……原画像データ、y……再構成データ y′……変換された画像データ
ク図、 第2図は本発明に係る画像データのブロック分けを説明
する説明図、 第3、4および5図はそれぞれ、本発明における画像デ
ータのブロック分けの別の例を示す説明図である。 10……ブロック変換回路、11……ベクトル量子化器 12……メモリ(コードブック)、13……記録再生装置 14……復号器、15……変換回路 16……合成回路、17……画像再生装置 Dm……ベクトル識別データ x……原画像データ、y……再構成データ y′……変換された画像データ
Claims (2)
- 【請求項1】2次元画像データを標本数Kのブロックに
分割し、 予めK個のベクトル要素を規定して作成した相異なる複
数のベクトルから成るコードブックの中で、前記ブロッ
クの各々内の画像データの組に対し最小歪にて対応する
ベクトルを選択し、 この選択されたベクトルを示す情報を各ブロックと対応
させて符号化した後、 符号化された前記情報が示すベクトルのベクトル要素を
各ブロック毎の再構成データとするようにしたベクトル
量子化による画像データの圧縮および再構成装置におい
て、 前記再構成データが、画像再生に供せされる2つの画像
データa、b(b−a=α、αは画像再生装置の濃度分
解能に対応する最小レベル差)の間の値をとるとき、 この再構成データを、該データにより近い方の画像デー
タaあるいはbに対してより高い確率的重み付けを与え
た上で画像データa、あるいはbに変換するように構成
されたことを特徴とするベクトル量子化による画像デー
タの圧縮および再構成装置。 - 【請求項2】前記再構成データをyとして該データy
を、確率(b−y)/αで画像データaに、確率(y−
a)/αで画像データbに変換するように構成されたこ
とを特徴とする請求項1記載のベクトル量子化による画
像データの圧縮および再構成装置。
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