JPS6017500A - 音声符号化装置 - Google Patents

音声符号化装置

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JPS6017500A
JPS6017500A JP58124479A JP12447983A JPS6017500A JP S6017500 A JPS6017500 A JP S6017500A JP 58124479 A JP58124479 A JP 58124479A JP 12447983 A JP12447983 A JP 12447983A JP S6017500 A JPS6017500 A JP S6017500A
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audio signal
source pulse
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 なるような符号化装置に関する。
占 音声信号を10椿ビ、ト/秒程度以下の伝送情報量で符
号化するための効果的な方法として、音声信号の駆動音
源信号系列を、それを用いて再生した信号と入力信号と
の誤差最小を条件として、・短時間毎に探索する方法が
知られている。米国ベル電話研究所のビー・ニス・アタ
ール(B、S。
ATAL)氏らによる、駆動音源信号系列を複数個のパ
ルスで表わし、その振幅1位相を短時間毎に符号器側で
A −b −S (Analysis−by−8ynt
hesis )法によりめる方式は有効である。これに
対する説明ii:、1982年度のアイ・シー・ニー・
ニス・ニス・ピー(ICASSP)の予稿集614〜6
17貢(文献1)に掲載されているのでここでは説明を
省く。文献1の従来方式は、パルス系列をめるのにA−
b−8法を用いているため、演算量が非常に多いという
欠点がある。それに対し特許出願番号昭57−2316
03(文献2)において、上記パルス系列をめるための
演算量を大巾に縮少する方式が提案されている。これ等
の方式によシ、伝送レイトを10にビット/秒以下とし
た領域で良好な再生音質が得られると報告されている。
前記文献2(特許出願番号昭57−231603 )の
従来方式を簡単に説明する。1フレーム内、 ′に個(
7)パルス系列からなる駆動音赤系列を次のように表わ
す。
d(n)=Σgkδ(n−4k)、 n=0,1.−、
N−1(1)k=1 ここでδ(・)はクロネッカーのδである。Nはフレー
ム長、 gkは位置tkに立つパルス4の振幅を表わす
。
d(n)を合成フィルタに入力して得られる再生信号1
(n)は、合成フィルタの予測係数をαi (k=1 
、・・・。
M、Mは合成フィルタの次数)とすると、次のように書
ける。
入力音声信号x (n)と再生信号x<n>との1フレ
ーム内の重み付き二乗誤差は、 となる。ここで*はたたみ込み積分の記号であシ、w(
n)は重み付き関数を表わす。(3)式は、X(n)、
x(飢w(n)の2変換をそれぞれx<z> 、 )<
<z> 、 w<v>とすると、次のように表わされる
。
J= I XCZBARZ) −一’?(z)W(z)
 I t −(4)ここで1・1は絶対値を表わす。ま
た(2)式の関係から、g(Z)は次のようになる。
X(z)= H(z) D(z) −(5)H(z)は
合成フィルタの2変換、D(z)は駆動音源の2変換で
ある。(5)を(4)に代入するとJ = l X(z
) W(z) −H(z) W(y、) D(z) l
” (6)である。
従って、X (z) W (z)とR(z) W (z
)の逆2変換の信号をそれぞれxw(n) = x(n
) * w(n)とhw(n) = h(n)*w(n
)と記すと、fG)は次のようになる。
J=Σ(xv(n)−Σgkhw(n−tk) )” 
−(7)lI!Okzl (方式を最小にするような音源パルス系列の振幅gk。
位置mkをめるのに、(7)式をgkでiH分して0と
おいた式、つまシ の関係を利用する。
ここで、ψxh(・)はxv(n琺hw(n)から計算
した相互相関関数列を、ψhh(・)はhw(II)の
自己相関々数列をそれぞれ表わし、次のように表わされ
る。尚ψhh(・)は共分散関数とも呼ばれる。
ψxh(tk)−Σxw(n)hv(n−4k)−ψh
x(−tk) (9)nxQ O≦tk≦N−1 N−l/、1−7!、11+1 ψhb(ti 、tJ)”−Σ hw(n−21) h
w(n−4J )n=0 0≦tLLJ≦N−1(If) 従来方式は、(8)のgkをtkだけの関数とみること
Kより、k41f目のパルスの振幅と位置を決めるもの
である。っまシ、(8)のIgklを最大にするtkを
に番目のパルスの位置とし、そのときのgkをに番目の
パルスの振幅とするものである。この方式はgkが正確
Ktkだけの関数であれば、(方式を最も小さくする音
源パルス系列が計算されるが、実際の音声信号はその限
りでなく、一般にgkは、4 +4+・・・、tkなど
の関数である。
第1図は、文献2の従来方式の一実施例を示すブロック
図である。第2図は、音源パルス系列計算回路140で
行なわれる音源パルス系列の振幅gk。
位置tkをめる処理手順を表わす流れ図である。
第1図において各構成要素は1フレーム毎に処理を行う
、100は符号器入力端子を示し、A/D変換された音
声信号系列、(n)が入力される。110はバッファメ
モリ回路で、音声信号系列を1フレ一ム分蓄積する。K
パラメータ計算回路180は、バッファメモリ回路11
0に蓄積された音声信号x(n)を入力し、あらかじめ
定められた数だけにパラメータKi(1≦l≦M)を割
算する。この値はにパラメータ符号化回路190に出力
される。Kパラメータ符号化回路190は、例えばあら
かじめ定められた量子化ビット数に基づいてKlを符号
化し、その符号Iklをマルチプレクサ160へ出力す
る。
またにパラメータ符号化回路190は、Ikiを復号化
し、復号値Ki’ (1≦l≦M)をインパルス応答計
算回路120と、重み付は回路200へ出力する。重み
付は回路200は、入力音声信号、 (n)とにパラメ
ータ復号直Ki’を入力し、合成フィルタの周波数特性
に依存した重み付は関数w(n)を用い、前述のX@−
を計算し、得られたxw(n)を相互相関々数計算回路
135へ出力する。尚、ここで用いる重み付は関数w 
(n)は、例えばその2変換W(、)を、合成フィルタ
の予測パラメータαlと0≦r≦1を満足する実定と表
わされるものを採用する。インパルス応答回路120は
、ktを入力し、前述のhw(n) (インパルス応答
と前述と同じ重み付き関数のたたみ込み積分)を定めら
れたサンプル数だけ計算し請求まったhv(n)を共分
散関数計算回路130と相互相関関数計算回路135と
へ出力する。共分散関数計算回路130は、あらかじめ
定められたサンプル数のhw(n)t?大入力、前述の
ae式に従ってψhh(/!、1.tj )(0≦t1
.t3≦N−1)を計算し、これを音源パルス系列計算
回路140へ出力する。次に、音源パルス系列計算回路
の説明をする。音源パルス系列計算回路140は、相互
相関々数計算回路135からψxh(tk)(0≦tk
≦N−1)t=、共分散関数計算回路130からψhh
(zt 、tj) (0≦ti、tj≦N−1)をそれ
ぞれ入力し、前述のパルス計算アルゴリズム(8)式を
用いて音源パルス系列の振幅gk及び位置tkを計算す
る。第2図は、音源パルス系列計算回路140で行なわ
れる処理手順を表わす流れ図である。1つ目のパルスは
(8)式において、K=1とおき振幅g、を位置t、の
関数9g、=ψxh (t、)/qbb(tIr 4 
)として表わす。次に、1g、1を最大にするt、を選
び、その際の4+gxを1甫目のパルス位置及び振叫;
とする。2番目のパルスは、(8)式においてに=2と
おき、1g、1を最大にするt、を選び、その際のlt
+gzを2番目のパルスの位置及び振幅とする。3番目
以後のパルスも同様にして計算し、あらかじめ定まった
パルス数に達するオで続ける。
第2図に詮いて、1はパルスの個数を計算する計算カウ
ンターを1に初期化する。2.は比較であシ、パルスの
個数があらかじめ定められた個数よシ大きいか、小さい
かを判19iL、定められた個数よシ大きければ、パル
ス系列計算の処理を終える。3゜は(8)式の計算を行
うもので、(8)弐において、t、。
・・・+tk−H,及びg++・・・9gk−1を既知
とし、 Igklを最大にするtkをめ、そのときのg
k、tkをに番目のパルスの振幅と位置をして出力する
。46は加算器で、パルスの個数を計算する計算カウン
ターの内容を1つふやす。以上で音源パルス計算回路1
40の説明を終える。
第1図に戻って、符号化回路150は、音源パルス計算
回路140の出力であるパルス系列の振幅gk及び位置
tkを入力し、それらを符号化する。振幅gkや位置t
kの符号化については従来よく知られている方法を用い
ることができる。振幅gkについては、例えば、1フレ
ーム内のパルス系列の振幅の最大値を正規化係数として
、この値で各パルスの振幅を正規化し、その後量子化、
符号化する方法が考えられる。位置tkについては、例
えばファクシミリ信号符号化の分野でよく知られている
ランレングス符号化を用いることが考えられる。
これは符号%Qlの続く長さをあらかじめ定められた符
号系列を皆いて表わすものである。マルチプレクサ16
0は、Kパラメータ符号化回路190の出力符号と符号
化回路150の出力符号を入力し、これらを組み合わせ
て、送信側出力端子170から通信路へ出力する。
以上、文献2従来方式において、駆動音源パルス系列を
探索する方式について述べた。
文献2従来方式は、音源パルス系列の振幅1位置をめる
アルゴリズムにおいて、パルスの振幅は、そのパルスが
立つ位置だけの関数であるという仮定をおいている。し
かし、実際のW声信号に対しては、前述の仮定は成シた
たず、文献2従来方式において、音源パルス系列をめる
ために使用した前記(8)式に見るように、一般にgk
はtI。
t7.・・・、 1になどの関数となる。しytがって
、文献2従来方式によシ決定された音源パルス系列は、
前記(方式のJを真に小さくするものではなく、更に適
した音源パルス系列が存在する。駆動音源信号系列を複
数のパルスで表わす方式において、伝送レイトが10に
ピット/秒以下の領域で更によい音声品質を得るために
は、より適した音源パルス系列の振幅と位置をめること
が必要となる。本発明は、この音源パルス探索アルゴリ
ズムの改良に関するものである。
本発明の目的は、比較的少ない演算量で10にピット/
秒以下の伝送レートに適用し得る高品質な音声符号化方
式を提供するものでおる。
本発明によれば、離散的音声信号系列を入力し、前記音
声信号系列を短時間毎に分割し短時間音声信号系列をめ
る手段と、前記短時間音声信号系列からスペクトル包絡
を表わすパラメータを抽出して符号化する手段と、前記
スペクトル包絡に対応するインパルス応答系列の自己相
関々数列を計算する手段と、前記スペクトル包絡に対応
するインパルス応答系列と前記短時間音声信号系列との
相互相関々数列を計算する手段と、前記自己相関々数列
と前記相互相関々数列とを用いて前記短時間音声信号系
列の駆動音源信号系列に適した音源パルスの位置と振幅
を逐次的にめる際に過去にめた音源パルスの位置と振幅
とをもとに新たな音源パルスの位置を決定し前記過去に
めた音源パルスの位置と前記新たに決定した音源パルス
の位置とをもとに前記過去にめた音源パルスと前記新た
な音源パルスとの振幅を計算しなおすようにした駆動音
源パルス符号化手段と、前記スペクトル包絡を表わすパ
ラメータの符号と前記駆動音源信号系列を表わす符号と
を組み合わせて出力する手段とを有することを特徴とす
る音声符号化装置が得られる。
また本発明によれば離散的音声信号系列を人力し、前記
音声信号系列を短時間毎に分割し短時間音声信号系列を
める手段と、前記短時間音声信号系列からスペクトル包
絡を表わすパラメータを算する手段と、前記短時間音声
信号系列をもとにあらかじめ定められた補正を加えた目
標信号系列とを用いて相互相関々数列を計算する手段と
を用いて前記短時間音声信号系列の駆動音源信号系列に
適した音源バ、ルスの位置と振幅を逐次的にめる際に過
去にめた音源パルスの位置と振幅とをもとに新たな音源
パルスの位置を決定し前記過去にめた音源パルスの位置
と前記新たに決定した音源パルスの位置とをもとに前記
過去にめた音源パルスと前記新たな音源パルスとの弗幅
を計算しなおすようにした駆動音源パルス符号化手段と
、前記スペクトル包絡を表わすパラメータの符号と前記
駆動音源信号系列を表わす符号とを組み合わせて出力す
る手段とを有することを特徴とする音声符号化装置を提
供できる。
本発明による音声符号化方式は、上記音源パルス系列を
めるアルゴリズムに特徴がある。従って、以後前記(方
式が与えられたとき、(77式のJを最小にする音源パ
ルス列の振幅gk、に=1.2.・・・Kと位置tk、
に=1.2.・・・、Kをめる本発明のアルゴリズムに
ついて説明する。
まず、振幅と位置がそれぞれ(Ex + gt +・・
・。
gtl)−(L1*Lt・・・+ tK−x )である
(K−1)個のパルス系列に、更に1個のパルスを加え
たときの二乗誤差を(方式に倣い下のように表わす。
K番目のパルスの影響をみるためにfil1式をgkで
偏微分してOとおくと、次の関係が得られる。
また、このときのJYはJK−1、gkを用い、次のよ
うに計算できる Jv= J)(−+ g’%/ψhh(tK、tk) 
K>1−1131Jkは(121、(131両式ヨb 
tw cv関数となシ、04式から、u方式のgHが最
も大きくなるIXにパルスを立てるときJkが最も小さ
くなることがわかる。次に、(111式をgkで偏微分
して0とおくことによシ、次の関係を得る。
ψxh(tk)= Σgiψhh(tl、 tk)、 
k=1 、・・M(15)儀=1 (151を満たすgk、 k=1 、・・・、には次の
連立−次方程式の解としてまる。
(161式の左辺のに1LKの行列は止定値、対象行列
であシ、gk、 k=1 、・・・、にはチ目レスキー
(CHOLESKY)分解等の高速アルゴリズムで解く
ことができる。また(19式が成立するとき、Jkは最
小になシ、次のように計算できる よって、(121式、ue式において、K=1を初期値
とし4 * gtをめ、以後Kに関して逐次的に、■式
ニヨシ位置tkヲ、(10式により、gl+ gt+ 
・・・+gkを計算していき、パルス数があらかじめ定
められた値に達するか、あるいは請求まったgi * 
gt +・・;gp * z、 l z、・・・、tp
を07)弐に代入し、得られる二乗誤差の値があらかじ
め定められた値よシ小さくなるか、あるいは、新たに立
つパルスの振幅の大きさがあらかじめ定められた値よシ
小さくなるまで繰り返すことによシ、(7)式を小さく
する駆動音源パルス系列の振幅gkと位置tkを探索す
ることができる。以上で、本発明のアルゴリズムの導出
に関する説明を終える。
以上述べてきたように、本発明は音源パルス系列をめる
アルゴリズムに特徴があり、音源パルス系列n1算回路
140を除いて、文献2の従来方式の実施例を示す第1
図とまったく、同一の構成で本発明は実現でべろ。そこ
で、ここでは本発明による音源パルス系列計算回路14
0について説明する。
第3図は、本発明による音源パルス系列¥鼻回路で行な
われる処理手順を表わす流れ図である。1つ目のパルス
の位置は、(121式においてP−0とおいて、ψxh
(tt)/ψhh(zt 、 zt)を計算し、(ψx
h(4)/ψhh(z、 、 4) )”を最大にする
tlを選ふ。これが、1つ目のパルス位置となる。1つ
目のパルスの振mgtは、(16)式においてP=0と
し、上記t、を代入し計算する。、2つ目のパルスの位
置は、121式においてP=1とおいて、上記gs *
 4を代入し、((ψxh(t2)−gt9’hh(4
,z、t) )/ψhh(Lt、4) )’を最大にす
るt、である。g、とg2の値は、l、とt。
を(161式に代入し、決定される。3つ自身上の計算
も同様で、0式によりp番目の位置tpをめ、Z1+・
・・、tpを(lfi)式に代入し、gt+・・・−g
pの値をめる、という処理を繰シ返す。第3図において
、5はパルスの個数を計数する計数カウンターを1に初
期化する。6は比較であり、パルスの個数があらかじめ
定められた個数よシ大きいか、小さいかを判定し、定め
られた個数よシ大きかったら、パルス系列計算の処理を
終える。7は、前記α3式の計算を行うもので、パルス
の位置を計算する。
8は、前記(161式の計算を行うもので、パルスの振
幅を計算する。9は、加算器で、パルスの個数を計数す
る計数カウンターを1つふやす。以上で、本発明による
音源パルス計算回路の説明を終える。
本発明の構成によれば、音源パルス系列の計算において
、(161式によシ最適な振幅を、α3式によシパルス
数について逐次的に最適な位置を決定しているので、文
献2の従来方式に見るような、パルスの振幅を、そのパ
ルスが立つ位置だけの関数とみる仮定がなく、よシ適し
た音源パルス系列を得ることができる、したがって、よ
り良好な再生音質が得られるという効果がある。またψ
xh(tk)(0≦tk≦N−1)とψhh(zt、z
l) (o≦1+、tj≦N−1)の値を1フレーム毎
に前もって計算しておくことによシ、文献2と同様、睦
式の演算は、掛は算と引き算という簡略化された演算と
なる。更に00式は、正値対称行列となるので高速に解
くアルゴリズムが存在し、文献1の従来方式に比べ、演
算量を大巾に減らすことができるという効果がある。
尚、前述の本発明の音源パルス系列の計算は、フレーム
単位で行なったが、フレームをいくつかのサブフレーム
に分割し、そのサブフレーム毎にパルス系列を計算する
ような構成にしてもよい。
この構成によれば、フレーム分割数をdとすると、第3
図に示した構成と比べて演算量を大略/6倍することが
できる。
また、以上説明した構成例においては、フレーム長を一
定としたが、これは可変にしてもよい。
可変にした方が特性は向上する。また、短時間音声信号
系列のスペクトル包絡を表わすノくラメータとしてはに
パラメータを用いたが、これはよく知られている他のパ
ラメータ(例えばL8P)(ラメータ等)を用いてもよ
い。更に、前述の重み付は関数W(n)はなくてもよい
。
また、本発明による音源パルス計算式αa 、 QO)
両式においては、ψhh(りとしてはa〔式に従って共
分散関数を計算したが、これは下式のような自己相関々
数列を計算するような構成にしてもよい。
ψhh(zl、zj)= nX;、 hw(n)by(
n−1ti−2j9゜0 ≦lAl−4Il ≦N−1
(18)このような構成をとることによって、ψhh(
・)の計算に要する演算量を大幅に低減させることが可
能となシ、全体の演算量も低減できるという効果がある
。
更に、本発明において、合成フィルタの自己相関々数列
を計算するに際し、−担合成フィルタのインパルス応答
をめてからQO)式に従い計算したが、自己相関々数列
は、合成フィルタのパワースペクトラムを逆フーリエ変
換することにょ請求めることができる。また本発明にお
いて合成フィルタのインパルス応答と入力音声信号の相
互相関々数列の計算は(9)式に従い計算したが、合成
フィルタのパワースペクトラムと入力音声信号のノくワ
ースペクトラムの積を逆フーリエ変換することによ請求
めることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来方式の構成による音声符号化方式の一実施
例を示すブロック図、第2図は、従来方式による音源パ
ルス系列計算回路で行う処理手順を示す流れ図、第3図
は、本発明による音源ノくルス系列計算回路で行う処理
手順を示す流れ図をそれぞれ示す。 図において、Jlo・・・バッファメモリ回路、120
・・・インパルス応答計算回路、130・・・共分散関
数計算回路、135・・・相互相関々数計算回路、14
0・・・音源パルス系列計算回路、150・・・符号化
回路、160・・・マルチプレクサ、180・・・Kパ
ラメータ計算回路。 190・・・Kパラメータ符号化回路、200・・・重
み付は回路、1・・・パルス計数カウンター、2・・・
比較器。 3・・・パルス計算回路14・・・加算器、5・・・ノ
(ルス計数カウンター、6・・・比較器、7・・・パル
ス位置計算回路、8・・・パルス搗幅計算回路、9・・
・加算器をそれぞれ示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 離散的音声信号系列を入力し、前記音声信号系
    列を短時間毎に分割し短時間音声信号系列をめる手段と
    、前記短時間音声信号系列からスペクトル包絡を表わす
    パラメータを抽出して符号化する手段と、前記スペクト
    ル包絡に対応するインパルス応答系列の自己相関々数列
    を計算する手段と、前記スペクトル包絡に対応するイン
    パルス応答系列と前記短時間音声信号系列との相互相関
    々数列を計算する手段と、前記自己相関々数列と前記相
    互相関々数列とを用いて前記短時間音声信号系列の駆動
    音源信号系列に適した音源パルスの位置と振幅を逐次的
    にめる際に過去にめた音源パルスの位置と振幅とをもと
    に新たな音源パルスの位置を決定し前記過去にめた音源
    パルスの位置と前記新たに決定した音源パルスの位置と
    をもとに前記過去にめた音源パルスと前記新たな音源パ
    ルスとの振幅を計算しなおすようにした駆動音源パルス
    符号化手段と、前記スペクトル包絡を表わすパラメータ
    の符号と前記駆動音源信号系列を表わす符号とを組み合
    わせて出力する手段とを有することを特徴とする音声符
    号化装置。
  2. (2)離散的音声信号系列を入力し、前記音声信号系列
    を短時間毎に分割し短時間音声信号系列をめる手段と、
    前記短時間音声信号系列からスペク応答系列の自己相関
    々数列を計算する手段と、前記短時間音声信号系列をも
    とにあらか9め定められた補正を加えた目標信号系列と
    を用いて相互相関々数列を計算する手段とを用いて前記
    短時間音声信号系列の駆動音源信号系列に適した音源パ
    ルスの位置と振幅を逐次的にめる際に過去にめた音源パ
    ルスの位置と振幅とをもとに新たな音源パルスの位置を
    決定し前記過去にめた音源パルスの位置と前記新たに決
    定した音源パルスの位置とをもとに前記過去にめた音源
    パルスと前記新たな音源パルスとの振幅を計算しなおす
    ようにした駆動音源パルス符号化手段と、前記スペクト
    ル包絡を表わすパラメータの符号と前記駆動音源信号系
    列を表わす符号とを組み合わせて出力する手段とを有す
    ることを特徴とする音声符号化装置。
JP58124479A 1983-07-08 1983-07-08 音声符号化装置 Granted JPS6017500A (ja)

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JP58124479A JPS6017500A (ja) 1983-07-08 1983-07-08 音声符号化装置
US06/626,949 US4669120A (en) 1983-07-08 1984-07-02 Low bit-rate speech coding with decision of a location of each exciting pulse of a train concurrently with optimum amplitudes of pulses
CA000458282A CA1219954A (en) 1983-07-08 1984-07-06 Low bit-rate speech coding with decision of a location of each exciting pulse of a train concurrently with optimum amplitudes of pulses

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58124479A JPS6017500A (ja) 1983-07-08 1983-07-08 音声符号化装置

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Publication Number Publication Date
JPS6017500A true JPS6017500A (ja) 1985-01-29
JPH0378637B2 JPH0378637B2 (ja) 1991-12-16

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JP58124479A Granted JPS6017500A (ja) 1983-07-08 1983-07-08 音声符号化装置

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JP (1) JPS6017500A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01231859A (ja) * 1987-11-11 1989-09-18 Joji Sano 包装早炊米の製造法

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JPH01231859A (ja) * 1987-11-11 1989-09-18 Joji Sano 包装早炊米の製造法

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Publication number Publication date
JPH0378637B2 (ja) 1991-12-16

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