CN102752615A - 编码3d 视频信号的方法及对应的解码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于编码包括当前图像、深度图像和当前遮挡图像的3D视频信号的方法。所述编码方法包括编码(40，42，44)当前、深度和遮挡图像的步骤，根据本发明，根据以下步骤编码(44)当前遮挡图像：-为所述当前遮挡图像的每个块编码(440，446)二进制标识符，所述二进制标识符指示所述块是否已编码，以及-为所述二进制标识符指示该块已编码的每个块编码(44)遮挡数据。

Description

编码3D 视频信号的方法及对应的解码方法
技术领域
本发明涉及一种3D视频信号的编码的一般领域。更具体地，本发明涉及一种编码包括当前图像、深度图像和当前遮挡图像(occlusion image)的3D视频信号的方法，及对应的解码方法。
背景技术
3D视频信号一般地包括由若干图像组成的2D视频，所述若干图像的每个都与深度图像和遮挡图像相关联。深度图像或深度图给出关于视频信号的第三维度的信息。
遮挡图像或遮挡图给出关于被位于场景的前景中的物体隐藏的区域的信息。还已知将这样的遮挡图像作为深度图像发送。
遮挡图像与它们相关联的图像具有相似的内容，如图1和2所示。图1在顶部示出视频的当前图像并且在底部示出相关联的遮挡图像。图2在顶部示出深度图像并且在底部示出与这个深度图像相关联的遮挡图像。为了更加高效地编码遮挡图像，如图3所示，已知对这些区域(或块)，其中所有像素和与其相关联的图像的像素相同的进行掩蔽(mask)。图3示出了图1和2所示的图像的细节。黑色区域是遮挡图像的区域，对于遮挡图像的区域像素与当前图像的对应像素相同。注意到，使用深度图像和相关联的遮挡图像获得相同类型的掩蔽图像。在图3中，将掩蔽与16x16块的网格对齐。实际上，多数现存编码方法使用这样的16x16块来编码图像数据(即，亮度和色度)。
为了编码3D视频信号，已知编码2D当前图像，并且对于它们中的每一个，解码相关联的深度图像、与当前图像相关联的掩蔽遮挡图像(maskedocclusion image)，以及可能的与深度图像相关联的掩蔽遮挡图像。当前，根据文件ISO/IEC 14496-10中定义的标准H.264/MPEG4-AVC编码掩蔽遮挡图像。虽然其仅包括减少数量的包含一项有关信息的块，但是这种掩蔽遮挡图像花费几乎与对应的未掩蔽遮挡图像一样成本多来编码，即，使用一样多的比特编码。实际上，在这样的掩蔽遮挡图像上很少使用使得能够显著地降低比特率的跳跃模式(skip mode)。为了保留跳跃模式用于编码，必须验证某些条件。具体地，必须不在INTRA中编码相邻块，因果相邻块的中间矢量(median vector)必须等于当前块的运动矢量并且残差开销必须是空。因此，一旦在INTRA模式中编码未掩蔽部分上的块，INTRA模式就被传播到之后块(next blocks)，甚至那些跳跃模式对其有影响的掩蔽的块。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的至少一个缺点。为此目的，本发明涉及编码包括当前图像、深度图像和当前遮挡图像的3D视频信号的方法。这些图像被划分成块。编码方法包括编码当前、深度和遮挡图像的步骤。有利地，根据以下步骤编码当前遮挡图像：
-为当前遮挡图像的每个块编码指示该块是否已编码的二进制标识符
-为被所述二进制标识符指示该块已编码的每个块编码遮挡数据。
根据本发明的特定特征，为当前遮挡图像的每个块编码二进制标识符的步骤包括没有损失地编码二进制图像。
根据本发明另一方面，编码方法还包括以下步骤：编码第一项图像数据，该第一项图像数据用于填充被所述二进制标识符指示为未编码的当前遮挡图像的块。
根据另一实施例，3D视频信号另外包括被划分成块的深度遮挡图像，编码方法包括以下步骤：为所述二进制标识符指示该块已编码的深度遮挡图像的每个块编码深度遮挡数据。
根据本发明的另一方面，编码方法还包括以下步骤：编码第二项图像数据，该第二项图像数据用于填充被所述二进制标识符指示为未编码的深度遮挡图像的块。
根据本发明的具体特征，在当前遮挡图的块的所有像素与当前图像中的对应块的像素相同时，二进制标识符指示块未编码。
本发明还涉及一种用于解码包括当前图像、深度图像和当前遮挡图像的3D视频信号的方法。
解码方法包括解码当前、深度和遮挡图像的步骤。
有利地，根据以下步骤解码当前遮挡图像：
-为当前遮挡图像的每个块解码指示该块是否已编码的二进制标识符
-为所述二进制标识符指示该块已编码的当前遮挡图像的每个块解码，以及
-使用第一项预定填充数据填充被二进制标识符指示为未编码的块。
根据本发明的特定特征，为所述当前遮挡图像的每个块解码二进制标识符的步骤包括没有损失地解码二进制图像。
有利地，解码方法还包括以下步骤：解码第一项预定填充数据。
根据另一实施例，3D视频信号另外包括被划分成块的深度遮挡图像，所述解码方法还包括以下步骤：
-解码所述二进制标识符指示该块已编码的深度遮挡图像的每个块，以及
-使用第二项预定填充数据填充被二进制标识符指示为未编码的块。
根据本发明的特定特征，解码方法还包括以下步骤：解码第二项预定填充数据。
附图说明
通过参考附图的、非限制性实施例和有利实现方式将更好地了解本发明并且例示本发明，在附图中，
-图1在顶部示出2D图像并且在底部示出对应的遮挡图像，
-图2在顶部示出深度图像并且在底部示出对应的深度遮挡图像，
-图3示出掩蔽遮挡图像，
-图4示出根据本发明的编码方法，
-图5具体示出根据本发明的编码方法的步骤，
-图6示出根据本发明的编码方法的变型，
-图7示出根据本发明的解码方法，
-图8具体示出根据本发明的解码方法的步骤，
-图9例示根据本发明的解码方法的变型，
-图10示出根据本发明的编码设备，以及
-图11示出根据本发明的解码设备。
具体实施方式
应该理解，可以将本原理实现在各种形式的硬件、软件、固件、专用处理器或其组合中。优选地，可以将本原理实施为硬件和软件的组合。此外，优选将软件实现为在程序存储单元上有形地体现的应用程序。所述应用程序可以被上载到包括任何适当架构的机器并由其执行。优选地，在具有诸如一个或多个中央处理单元(“CPU”)、随机存取存储器(“RAM”)和(多个)输入/输出(“I/O”)接口之类的硬件的计算机平台上实现所述机器。该计算机平台还包括操作***和微指令代码。在此描述的各种处理和功能可以是经由操作***执行的微指令代码的一部分或应用程序一部分(或者它们的组合)。此外，诸如附加的数据存储设备和打印设备之类的各种其它***设备可以连接到该计算机平台。
还可以在包括相应地适配的编码和解码部件的任何电子设备上实现本发明。例如，可以在电视机、移动视频电话、个人计算机、数字视频摄像机、导航***或车载视频***中实现本发明。
3D视频信号包括至少一个当前图像lc、深度图像lp、以及当前遮挡图像locc。这些图像被划分成块。针对当前图像描述的本发明直接应用于包括由若干图像组成的视频的3D视频信号，所述若干图像的每个都与深度图像和遮挡图像相关联。
图4示出根据本发明的3D视频信号的编码方法。所述方法包括将当前图像编码成编码数据的流Fc的步骤40。作为简单示例，根据标准H.264编码图像lc。例如，编码方法包括以下步骤中的一些：预测要编码的数据以便生成残差，将残差变换为系数，对系数进行量化以及熵编码量化系数。但是，可以省略诸如预测步骤和变换步骤的一些步骤。
根据变型，根据在文件ISO/IEC 13818-2中描述的MPEG-2标准编码图像Ic。本领域技术人员可以应用任何图像编码方法来编码当前图像lc，本发明不以任何方式被限制于步骤40中使用的方法来编码当前图像lc。
在步骤42期间，将深度图像lp编码成编码数据的流Fc。作为简单示例，根据标准H.264编码深度图像lp。根据变型，根据MPEG-2标准编码深度图像lp。本领域技术人员可以应用任何图像编码方法来编码深度图像lp，本发明决不限于步骤40所使用的方法来编码深度图像lp。
在步骤44期间，将当前遮挡图像locc编码成编码数据的流Focc。参照图5描述步骤44。索引I表示已编码的当前遮挡图像的块的索引。
在步骤440期间，确定是否必须要为当前块Bi编码一项遮挡信息。在图3中，未编码的块是在掩蔽遮挡图像上以黑色示出的那些块，即对于其没有有用的遮挡信息的那些块。黑色块是当前遮挡图像locc的像素与当前图像Ic的对应像素相同的块。如果块Bi包括一项有用的遮挡信息，则方法继续到步骤442，否则继续到步骤446。
在步骤442期间，为当前块Bi编码二进制标识符Idi指示当前块已编码。作为示例，编码值1来指示块Bi已编码。
在步骤444期间，例如使用H.264标准的编码原理在流Focc中显式地编码块Bi的遮挡数据。
在步骤446期间，为当前块Bi编码二进制标识符Idi指示当前块未编码。作为示例，编码值0来指示块Bi未编码。
在步骤448期间，检验来查看是否处理了当前遮挡图像的N个块的集合，其中N是整数。如果是这种情况，则方法对于当前遮挡图像结束，如果不是，则方法处理下一Bi块。为了这个目的，在步骤450索引增加1。
根据本发明的特定特征，以还称作掩蔽的二进制图像的形式编码当前遮挡图像的二进制标识符Idi。必须在毫无损失的情况下(without loss)进行编码。例如在流Fm中以霍夫曼编码来编码这样的图像。根据变型，在块首标中(例如流Focc的块首标中)编码每个二进制标识符。实际上，已知为了编码图像而编码图像首标，而对于每个图像块，编码块首标和有用的数据(例如量化DCT系数)。在块首标中，已知编码例如其编码模式的关于块的一般信息。
根据一种变型，编码值0来指示块Bi已编码并且编码值1来指示块Bi未编码。
图6示出了另一实施例。在图6中以相同的参考标识与图4的第一实施例相同的步骤。根据该实施例，编码方法包括步骤40、42和44。其还包括对未编码的当前遮挡图像locc的块Bi的第一项MVF填充数据(filling data)进行编码的步骤46。解码设备使用这样的值来重构当前遮挡图像。实际上，必须以一个值在解码器侧填充未编码的Bi块。这样的MVF填充值对于与2D图像相关联的所有编码遮挡图像都相同。因此优选为整个3D视频信号编码该值一次。例如，可以在与流Fc、Fp和Focc多路复用的用户数据或专用数据(private data)中编码这样的值。在MPEG-2传输流等级编码这样的一项数据是可能的。根据一种变型，可以在SEI(补充增强信息)类型消息中编码这样一项MVF数据。
在可选步骤50期间，三个流Fc、Fp和Focc和可能的专用数据(例如，第一MVF填充数据项)被多路复用到用于在网络上发送的传输流中。根据一种变型，在诸如DVD或硬盘的载体(support)上存储这3个流以及可能的专用数据。
在流Fm中以二进制掩蔽(binary mask)的形式编码二进制标识符的情况下，在步骤50期间还在传输流中多路复用流Fm，或将其存储于载体中。
根据一种变型，3D视频信号还包括被划分为块的深度遮挡图像Ipocc。编码方法则包括以下附加步骤，为对于二进制标识符指示该块已编码的每个块编码深度遮挡数据。这个步骤与步骤444相同但是被应用于深度遮挡图像块上。注意每块地编码单个二进制标识符或者编码单个二进制图像，其用于当前遮挡图像和深度遮挡图像二者。实际上，在当前遮挡图像和深度遮挡图像中编码相同的块，仅仅遮挡数据不同。
根据一种变型，在流中编码第二项填充数据，解码方法使用这项数据来填充深度遮挡图像中的未编码的块。例如，可以在将要与流Fc、Fp和Focc多路复用的用户数据或专用数据中编码这样的值。在MPEG-2传输流等级编码这项数据是可能的。根据一种变型可以在SEI(补充增强信息)类型消息中编码这样的MVF数据项。这个第二项数据可以与第一项填充数据不同。
图7示出了根据本发明的3D视频信号的解码方法。
在可选步骤70期间多路分解3个流Fc、Fp和Focc以及可能的专用数据(即，第一项MVF填充数据)。根据一种变型，在诸如DVD或硬盘的载体上读取3个流以及可能的专用数据。
在步骤72期间，解码当前图像lc。作为简单示例，根据标准H.264解码图像lc。步骤72是步骤40的逆。
在步骤74期间，解码深度图像lp。作为简单示例，根据标准H.264解码图像lp。步骤74是步骤42的逆。
在步骤76期间，解码遮挡图像locc。步骤76是步骤44的逆步骤。参照图8描述步骤76。索引I表示当前遮挡图像的块的索引。
在步骤760期间，解码当前块Bi的二进制标识符Idi以指示是否该当前块已编码。例如，解码值1指示块Bi已编码并且值0指示块Bi未编码。根据一种变型，解码值0指示块Bi已编码以及值1指示块Bi未编码
在步骤762期间，确定是否必须要为当前块Bi解码一项遮挡信息。如果标识符Idi等于1，即，指示块Bi已编码，那么方法继续到步骤764，否则方法继续到步骤766。
在步骤764期间，解码块Bi。更具体地，例如使用H.264标准的编码原理来解码块Bi的遮挡数据并且块Bi填充有这些项数据。这个步骤是步骤444的逆。
在步骤766期间，以第一MVF预定填充数据项填充被标识为未编码的块Bi。块Bi的每个未编码像素被分配相同的MVF值。块Bi因此均匀。从解码方法中已知这样的预定填充数据。例如将其存储在根据本发明实施解码方法的解码设备的存储器中。其可以是一项构造器数据。根据一种变型，由缺省对其定义并且采用与黑色未编码块Bi对应的值0。
在步骤768期间，检验来查看是否处理了当前遮挡图像的N个块的集，其中N是整数。如果是这种情况，则方法对于当前遮挡图像结束，如果不是，则方法前进到下一Bi块。为此目的，在步骤770中索引i增加1。
根据本发明的具体特征，以还称作掩蔽的二进制图像的形式解码当前遮挡图像的二进制标识符Idi，在这种情况下在流Fm中以这样的二进制图像的形式编码二进制标识符。例如使用霍夫曼解码(Huffman decoding)毫无损失地解码这个图像。根据一种变型，在块首标中解码每个二进制标识符。在这种情况下，有可能在步骤70多路分解流Fm。
图9示出了另一个实施例。以相同的参考标识图9中与图7的第一实施例相同的步骤。根据这个实施例，解码方法包括步骤72、74和76。其还包括对未编码的当前遮挡图像locc的块Bi的第一项MVF填充数据进行解码的步骤78。解码方法使用这样的值来重构遮挡图像。实际上，必须在解码器侧以一个值填充未编码的Bi块。
对于所有解码遮挡图像该项填充数据都相同。例如，在步骤70中多路分解的用户数据或专用数据中解码这样的值。在MPEG-2传输流的等级解码这样一项数据是可能的。根据一种变型，可以使用SEI(补充增强信息)类型消息来解码这样一项MVF数据。
根据一种变型，3D视频信号还包括被划分成块的深度遮挡图像Ipocc。解码方法则包括对二进制标识符指示该块已经编码的每个块解码深度遮挡数据的步骤。这个步骤与步骤764相同但是被应用于深度遮挡图像块。注意到解码每块的单个二进制标识符或者解码单个二进制图像，其用于当前遮挡图像和深度遮挡图像二者。实际上，在当前遮挡图像和深度遮挡图像中编码相同的块，仅仅遮挡数据不同。以第二项预定填充数据填充标识为未编码的块Bi。块Bi的每个未编码像素被分配相同值。块Bi因此均匀。根据解码方法第二项预定填充数据是已知的。例如将其存储在实施根据本发明的解码方法的解码设备中。其可以是构造器数据。根据一种变型，由缺省对其定义并且采用与白色未编码块Bi对应的值255。根据另一种变型，解码第二项填充数据，解码方法使用这项数据来填充深度遮挡图像中的未编码块。例如，在步骤70期间在多路分解的用户数据或专用数据中解码这样的值。这个第二项数据可以与第一项填充数据不同。以与第一项填充数据相同的方式将其解码。
可以将由于本发明所释放的带宽用于更加精确地编码其它项数据并且因此改善质量。所获得的比特率增益根据内容的复杂度(隐藏区域的数量或没有)可以或多或少地显著，而由于编码标识符的额外开销低。
编码方法的性能(从时间方面)改进。实际上，与“跳跃”模式相对，编码方法不需要搜索“最佳”模式。通过外界信息项提供对已编码块或未编码块的选择。通过当前图像lc和当前遮挡图像locc的比较来获得这个信息。这个信息对编码器以及解码器有益。当涉及并行地编码/解码4个流(当前图像、深度图像、当前遮挡图像和可能的深度遮挡图像)时，这个优点可以非常显著。
可以将根据本发明的编码方法容易地适配于应用。实际上，用户可以发送使其适应应用的填充数据项。
参照图7和图9，图像lc、lp、locc以及可能的lpocc然后用于(步骤R)生成其它图像或视图。将因此生成的视图然后在适配的屏幕上显示(步骤D)，所述屏幕能够以一组视图(多视图自动立体屏幕)的形式显示3D视频信号。这样的屏幕无需佩戴特殊眼镜来观看3D效果。注意到步骤R和D不是根据本发明的解码方法的一部分。
参照图10，本发明还涉及能够实施根据本发明的编码方法的编码设备ENC。在图10中以虚线示出该可选模块。
编码设备包括能够接收图像序列lc、lp和locc的至少3个输入端IN1、IN2和IN3。其还包括能够编码图像lc、lp和locc的编码模块ENC1、ENC2和ENC3。ENC1实施编码方法的步骤40，ENC2实施编码方法的步骤42并且ENC3实施编码方法的步骤44。根据一种变型，编码设备ENC的变型包括能够接收图像序列lpocc的第四输入端IN4。输入端IN4与能够实施深度遮挡图像的编码的编码模块ENC4连接。编码设备包括能够将流从编码模块多路复用成传输流的多路复用模块MUX。多路复用模块的输出端与编码设备ENC的输出端OUT连接。根据一种变型，多路复用模块在编码设备的外部，在这种情况下每个编码模块与编码设备的特定输出端相连接。根据另一实施例编码设备包括ENCMVF模块来编码填充数据或一项填充数据。例如由用户通过接口IF指定这些填充数据。
参照图11，本发明还涉及能够实施根据本发明的解码方法的解码设备DEC。在图11中以虚线示出该可选模块。
解码设备DEC包括能够接收代表来自例如编码设备ENC的3D视频信号的流的输入端IN。这个输入端与能够将在输入端IN接收的流多路分解为至少3个流的多路分解模块DEMUX连接。根据一种变型，多路分解模块在解码设备以外，在这种情况下解码设备DEC包括至少3个输入端，每个输入端被适配用于接收流Fc、Fp和Focc中的一个。该设备可以包括另一输入端以接收表示深度遮挡图像的流。
解码设备DEC还包括编码模块DEC1、DEC2和DEC3，其在多路分解模块DEMUX的输出端连接，能够解码图像lc、lp和locc。DEC1实施解码方法的步骤72，DEC2实施解码方法的步骤74并且DEC3实施解码方法的步骤76。根据一种变型，解码设备DEC包括能够实施深度遮挡图像的解码的第四解码模块DEC4。编码模块的每个输出端都与解码设备DEC的特定输出端(OUT1、OUT2、OUT3和OUT4)连接。
根据另一实施例，解码设备包括DECMVF模块以解码填充数据或一项填充数据。将这些填充数据提供给遮挡图像解码模块，DEC3和可能的DEC4，用于填充未编码的块。根据一种变型，将填充数据存储于解码设备的存储器中，在这种情况下其不包括解码模块DECMVF。
自然地，本发明不限于以上提及的实施例示例。
具体地，本领域技术人员可以应用任何变型于所述实施例并且将它们组合以获益于它们的各种优点。对于与深度图像、当前遮挡图像以及可能的深度遮挡图像相关联的当前图像所描述的本发明可以应用于这样的图像的序列。

Claims (15)

1.一种在视频编码器中用于编码视频编码器中的3D视频信号的方法，所述3D视频信号包括当前图像、深度图像和当前遮挡图像，所述图像被划分成块，所述方法包括编码(40，42，44)所述当前图像、深度图像和遮挡图像的步骤，
所述方法特征在于根据以下步骤编码(44)所述当前遮挡图像：
-为所述当前遮挡图像的每个块编码(440，446)二进制标识符，所述二进制标识符指示所述块是否已编码以及，如果所述块未被编码，指示当解码时以第一项填充数据填充所述块，以及
-为所述二进制标识符指示所述块已编码的每个块编码(44)遮挡数据。
2.如权利要求1所述的编码方法，其中为所述当前遮挡图像的每个块编码(440，446)二进制标识符的步骤包括毫无损失地编码二进制图像。
3.如权利要求2所述的编码方法，还包括编码(46)所述第一项填充数据的步骤。
4.如权利要求1到3中一项所述的编码方法，其中，所述3D视频信号还包括被分成块的深度遮挡图像，所述方法包括以下步骤：对于所述二进制标识符指示所述块已编码的所述深度遮挡图像的每个块编码深度遮挡数据。
5.如权利要求4所述的编码方法，还包括以下步骤：编码第二项图像数据，该第二项图像数据用于对由所述二进制标识符指示为未编码的所述深度遮挡图像的所述块进行填充。
6.如权利要求1到5中一项所述的编码方法，其中当所述当前遮挡图像的所述块的所有像素与所述当前图像中的对应块的像素相同时，所述二进制标识符指示块未被编码。
7.一种在视频解码器中用于解码视频解码器中的3D视频信号的方法，所述3D视频信号包括当前图像、深度图像和当前遮挡图像，所述图像被划分成块，所述方法包括解码(72，74，76)所述当前图像、深度图像和遮挡图像的步骤，
所述方法特征在于根据以下步骤解码(76)所述当前遮挡图像：
-为所述当前遮挡图像的每个块解码(760)二进制标识符，所述二进制标识符指示所述块是否已编码以及，如果所述块未被编码，指示当解码时以第一项填充数据填充所述块，以及
-对所述二进制标识符指示所述块已编码的所述当前遮挡图像的每个块进行解码(764)，以及
-以所述第一项填充数据对由所述二进制标识符指示为未编码的块进行填充(766)。
8.如权利要求7所述的解码方法，其中为所述当前遮挡图像的每个块解码(78)二进制标识符的步骤包括毫无损失地解码二进制图像。
9.如权利要求7或8所述的解码方法，还包括解码所述第一项填充数据的步骤。
10.如权利要求7到9中一项所述的解码方法，其中所述3D视频信号另外包括被划分成块的深度遮挡图像，所述方法还包括以下步骤：
-对所述二进制标识符指示所述块已编码的所述深度遮挡图像的每个块进行解码，以及
-以第二项填充数据对由所述二进制标识符指示为未编码的块进行填充。
11.如权利要求10所述的解码方法，其中还包括解码所述第二项填充数据的步骤。
12.一种用于编码包括当前图像、深度图像和当前遮挡图像的3D视频信号的设备，所述图像被划分成块，所述设备包括用于编码所述当前图像、深度图像和遮挡图像的部件，其特征在于所述编码设备包括：
-用于为所述当前遮挡图像的每个块编码二进制标识符的部件，所述二进制标识符指示所述块是否已编码，以及如果所述块未编码，指示当解码时以第一项填充数据填充所述块，以及
-用于为所述二进制标识符指示所述块已编码的每个块编码遮挡数据的部件。
13.如权利要求12所述的编码设备，其中所述设备被适配用于执行根据权利要求1到6中任意一项所述的编码方法的步骤。
14.一种用于解码包括当前图像、深度图像和当前遮挡图像的3D视频信号的设备，所述图像被划分成块，所述设备包括用于解码所述当前图像、深度图像和遮挡图像的部件，
其特征在于，所述解码设备包括：
-用于为所述当前遮挡图像的每个块解码二进制标识符的部件，所述二进制标识符指示所述块是否已编码，以及如果所述块未编码，指示当解码时以第一项填充数据填充所述块，以及
-用于对所述二进制标识符指示所述块已编码的所述当前遮挡图像的每个块进行解码的部件，以及
-用于以所述第一项填充数据对由所述二进制标识符指示为未编码的块进行填充的部件。
15.如权利要求14所述的解码设备，其中所述设备被适配用于执行根据权利要求7到11中任意一项所述的解码方法的步骤。
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