JP2012175252A - Communication device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、マルチキャリア通信により映像データを送信する通信装置に係り、特に伝搬路状況に応じてサブキャリア毎に適応的に誤り訂正符号化率を選択して映像データ伝送を行う通信装置に関する。 The present invention relates to a communication apparatus that transmits video data by multicarrier communication, and more particularly to a communication apparatus that performs video data transmission by adaptively selecting an error correction coding rate for each subcarrier according to a propagation path condition.
一般に、マルチキャリア通信システムは、与えられた周波数帯域を狭い複数の周波数帯域に分割し、各帯域に割り当てられたサブキャリアに伝送データを割り当てて通信を行うシステムであり、伝送データを複数のサブキャリアに分散してデータ伝送を行うため、マルチパスによる周波数選択性フェージングにより失う伝送データ量を低減することが可能である。また、周波数選択性フェージングによって発生する伝送データ誤りを軽減する技術として、誤り検出・訂正技術が有効である。誤り検出・訂正技術は、送信側で伝送データに誤り検出・訂正可能な冗長データを付加し、受信側で冗長データを利用して伝送データ部の誤りを検出し、訂正するものである。伝送データの符号化の効率は、符号化率Ｒ、符号化後の総伝送データをｎ、元伝送データをｋとすると、
Ｒ＝ｋ／ｎ
で表すことができる。また、同じ誤り訂正能力ならば、符号化率の大きい符号の方が、効率のよい符号であるということが言える。
In general, a multi-carrier communication system is a system that performs communication by dividing a given frequency band into a plurality of narrow frequency bands and assigning transmission data to subcarriers assigned to each band. Since data transmission is performed while being distributed over carriers, it is possible to reduce the amount of transmission data lost due to frequency selective fading by multipath. Further, an error detection / correction technique is effective as a technique for reducing transmission data errors caused by frequency selective fading. In the error detection / correction technique, redundant data that can be detected and corrected is added to transmission data on the transmission side, and errors in the transmission data portion are detected and corrected using the redundant data on the reception side. The encoding efficiency of transmission data is as follows: coding rate R, total transmission data after encoding is n, and original transmission data is k.
R = k / n
Can be expressed as If the error correction capability is the same, it can be said that a code having a higher coding rate is a more efficient code.
一方、このマルチキャリア通信システムで動画等の映像データを伝送するためには、カメラ等の映像取り込みデバイスからデータを取り込む。そして通信する回線の品質に関係なく、伝送可能な一定の情報量で映像符号化を行い、伝送データとして無線回線で伝送を行う。 On the other hand, in order to transmit video data such as moving images in this multi-carrier communication system, data is captured from a video capture device such as a camera. Then, regardless of the quality of the communication line, video coding is performed with a certain amount of information that can be transmitted, and transmission data is transmitted over a wireless line.
従来の技術では、各サブキャリアの伝送データに対する符号化率が同一であったため、フェージングの影響により伝搬路状況が悪化したデータ誤りの多いサブチャネルにおいては、誤り訂正機能によりデータ誤りを軽減できるが、伝搬路状況の良いサブチャネルでは誤り訂正符号の付加により伝送効率が低下してしまう問題がある。またその逆に、あるサブキャリアの伝搬路状況が極端に悪い場合は、設定された符号化率では誤り訂正が困難になり、符号化率が固定されているため所望の伝送効率及び通信品質が得られないという問題がある。 In the conventional technology, since the coding rate for the transmission data of each subcarrier is the same, the data error can be reduced by the error correction function in the subchannel with many data errors in which the channel condition is deteriorated due to the fading. In a subchannel with a good propagation path condition, there is a problem that transmission efficiency is lowered by adding an error correction code. Conversely, if the propagation path condition of a certain subcarrier is extremely bad, error correction becomes difficult at the set coding rate, and the desired transmission efficiency and communication quality can be achieved because the coding rate is fixed. There is a problem that it cannot be obtained.
また、従来の技術では、伝送される映像データの情報量が伝搬路状況に関わらず一定となるよう画像符号化が行われてしまうため、例えば伝搬路状況が悪化し、無線伝送容量が低下した無線通信環境においては、伝送されるべき映像データが伝送されず、受信側で映像及び音声が止まる、ブロックノイズが発生し映像の内容を認識できない等の問題が発生してしまう。 In addition, in the conventional technology, since the image coding is performed so that the amount of information of the video data to be transmitted is constant regardless of the propagation path condition, for example, the propagation path condition is deteriorated and the wireless transmission capacity is reduced. In a wireless communication environment, video data to be transmitted is not transmitted, video and audio are stopped on the receiving side, block noise occurs, and video content cannot be recognized.
本発明は、伝搬路状況に関わらず高効率・高品質な通信を行う通信装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the communication apparatus which performs highly efficient and high quality communication irrespective of a propagation path condition.
課題を解決するための一実施形態は、
複数の周波数帯域を使用して送られた映像信号を受信する受信部と、
前記受信部が受信した映像信号に基づいて、前記各周波数帯域の伝搬路状況を推定し、推定した伝搬路状況に応じて映像符号化率または誤り訂正符号化率の少なくとも一方を異ならせ、この映像符号化率および誤り訂正符号化率に基づいて映像信号を送信する送信部と、
を具備することを特徴とする通信装置である。
One embodiment for solving the problem is:
A receiving unit for receiving a video signal transmitted using a plurality of frequency bands;
Based on the video signal received by the receiving unit, the propagation path situation of each frequency band is estimated, and at least one of the video coding rate or the error correction coding rate is varied according to the estimated propagation path situation, A transmission unit for transmitting a video signal based on the video coding rate and the error correction coding rate;
A communication device comprising:
この実施形態によれば、伝搬路状況に対応して、映像符号化率または誤り訂正符号化率を異ならせることで、高効率、高品質な映像データの通信環境を提供することができる。 According to this embodiment, it is possible to provide a high-efficiency and high-quality video data communication environment by changing the video coding rate or the error correction coding rate in accordance with the propagation path condition.
以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態である通信装置の一例を示す構成図、図２は、同じく通信装置の映像情報量可変可能な伝送フレーム構成を示す説明図、図３は、同じく通信装置を適用した際の周波数帯域の一例を示す説明図、図４は、一般的なマルチキャリア通信システムの周波数帯域の一例を示す説明図、図５は、同じく通信装置の映像品質と情報量の関係の一例を示すグラフ、図６は、同じく通信装置における映像送信処理の一例を示すフローチャート、図７は、同じく通信装置における映像受信処理の一例を示すフローチャートである。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of a communication apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a transmission frame configuration in which the video information amount of the communication apparatus can be varied, and FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of a frequency band of a general multicarrier communication system, and FIG. 5 is a relationship between video quality and information amount of the communication apparatus. FIG. 6 is a flowchart showing an example of video transmission processing in the communication apparatus, and FIG. 7 is a flowchart showing an example of video reception processing in the communication apparatus.
はじめに、図１に示すように、本発明の一実施形態に係る通信装置Ａは、映像データを受ける適応映像符号化部１９と、適応映像符号化部１９からの送信データを受けるデータ分割部２と、データ分割部２の出力を受ける複数の変調処理部１と、複数の変調処理部１の出力を合成する信号合成部６と、信号合成部６の出力を受けるＲＦ部７と、ＲＦ部７に接続されるアンテナ８と、ＲＦ部７の出力を受ける信号分割部９と、変調処理部１の出力を合成するデータ合成部１７と、データ合成部１７からの受信データを受ける映像復号部２０と、変調処理部１との間で伝搬路情報を扱うチャネル制御部１５と、チャネル制御部１５からのシステム伝送容量推定信号を受ける映像データ情報量制御部１８を有している。
First, as shown in FIG. 1, a communication apparatus A according to an embodiment of the present invention includes an adaptive
さらに、変調処理部１は、チャネル制御部１５からの出力を受ける変調方式指示部１６と、変調方式指示部１６から相手局変調方式指示信号が供給される適応符号化部３と、適応符号化部３の出力を受けるフレーム生成部４と、フレーム生成部４の出力を受ける直交変調部５と、信号分割部９からの出力を受ける直交検波部１０と、直交検波部１０の出力を受ける同期処理部１１と、同期処理部１１の出力を受ける歪補償推定部１２と、歪補償推定部１２からの伝搬路推定信号を受ける伝搬路推定部１３と、歪補償推定部１２の出力を受ける適応復号部１４を有している。
Further, the
本発明に係る通信装置Ａは、一例として、６４ＱＡＭマルチキャリア通信システムに適用される。図４に従来の６４ＱＡＭマルチキャリア通信システムの周波数帯域概略図を示す。あるサブキャリアの伝搬路状況が良く、設定された符号化率、図４の概略図ではＲ＝３／４であり、誤り訂正符号を付加することなくより多くのデータを伝送できる条件下にあっても該サブキャリアで伝送できるデータ量は固定されてしまう。またその逆に、あるサブキャリアの伝搬路状況が極端に悪い場合は、設定された符号化率では誤り訂正が困難になり、符号化率が固定されているため所望の伝送効率及び通信品質が得られないという問題がある。本発明に係る通信装置Ａにおいては、サブキャリアの伝搬路状況に応じて転送量を制御することで、高品質な通信を実現する。 The communication apparatus A according to the present invention is applied to a 64QAM multicarrier communication system as an example. FIG. 4 shows a schematic diagram of the frequency band of a conventional 64QAM multicarrier communication system. The propagation path condition of a certain subcarrier is good, the set coding rate is R = 3/4 in the schematic diagram of FIG. 4, and it is under the condition that more data can be transmitted without adding an error correction code. However, the amount of data that can be transmitted on the subcarrier is fixed. Conversely, if the propagation path condition of a certain subcarrier is extremely bad, error correction becomes difficult at the set coding rate, and the desired transmission efficiency and communication quality can be achieved because the coding rate is fixed. There is a problem that it cannot be obtained. In the communication apparatus A according to the present invention, high-quality communication is realized by controlling the transfer amount according to the propagation path condition of the subcarrier.
すなわち通信装置Ａは、図６に示すフローチャートに示すように、以下のように映像送信処理を実行するべく、サブキャリアごとの伝搬路情報に基いて、送信する映像データ情報量の制御と適応符号化を行う。伝搬路状況推定（ステップＳＴ１）は、一つ前の受信タイミングの受信信号に基いてサブキャリアごとに伝搬路推定部１３にて行われ、その結果を伝搬路情報としてチャネル制御部１５に送る。チャネル制御部１５では、送られてきた伝搬路情報に基いて、映像データ情報量の制御と適応符号化の決定を行う。
That is, as shown in the flowchart of FIG. 6, the communication device A controls the amount of video data information to be transmitted and the adaptive code based on the propagation path information for each subcarrier in order to execute video transmission processing as follows. To do. The propagation path state estimation (step ST1) is performed by the propagation
映像データ情報量の制御において、チャネル制御部１５は送られてきた伝搬路情報からシステム伝送容量を推定し（ステップＳＴ２）、その結果をシステム伝送容量推定信号として映像データ情報量制御部１８に送る。映像データ情報量制御部１８では、受信した映像データ情報量制御信号から映像データの情報量を制御するパラメータを決定し（ステップＳＴ３）、映像データ情報量制御信号を適応映像符号化部１９に送る。適応映像符号化部１９は、受信した映像データ情報量制御信号にもとづき、カメラ等の映像読み取りデバイスから読み取られた映像データの情報量を制御することで（ステップＳＴ４）、システム伝送容量に最適な品質の映像を送信できる。
In controlling the video data information amount, the
図５に映像データの情報量と映像品質の関係を示す。映像データの情報量は、映像の品質に比例して増大する。例えば、映像品質を半分に調節することで、元データと比べて情報量を半分に削減でき、従来の半分の伝送容量での伝送が可能となる。映像データ情報量制御部１８において映像データの情報量を制御する手段として、
・フレームレートの増減（１秒間に含まれる静止画フレーム数の増減）
・フレームデータ画素数の増減（１秒間に含まれる各静止画フレームデータ画素数の増減）
・フレームデータ圧縮率の増減（１秒間に含まれる各静止画フレームデータ圧縮率の増減）
・映像に含まれる音声データの圧縮率
等が挙げられ、これらの制御によって１秒間に送受信する映像データ情報量（ビットレート）を調節する。映像データについては、フレームレートを３０ｆｐｓから１５ｆｐｓに減らすことで、映像データ情報量を約二分の一に、またフレームの画素数を６４０×４８０から３２０×２４０に減らすことで、映像データ情報量を約四分の一に削減できる。映像に含まれる音声データについては、ビットレートを１２８ｋｂｐｓから６４ｋｂｐｓに減らすことで音声データ情報量を約二分の一に削減できる。上記を組み合わせて用いることで、さらにデータ量の削減が可能である。
FIG. 5 shows the relationship between the amount of video data information and video quality. The amount of information of video data increases in proportion to the quality of video. For example, by adjusting the video quality in half, the amount of information can be reduced by half compared to the original data, and transmission with a transmission capacity that is half that of the prior art becomes possible. As means for controlling the information amount of the video data in the video data information
・ Increase / decrease in frame rate (increase / decrease in number of still image frames included in one second)
-Increase / decrease in the number of frame data pixels (Increase / decrease in the number of still image frame data pixels included in one second)
-Increase / decrease in frame data compression rate (increase / decrease in compression rate of each still image frame data included in 1 second)
The compression rate of audio data included in the video is listed, and the video data information amount (bit rate) transmitted / received per second is adjusted by these controls. For video data, reducing the frame rate from 30 fps to 15 fps reduces the amount of video data information to about one half, and reducing the number of pixels in the frame from 640 × 480 to 320 × 240, thereby reducing the amount of video data information. It can be reduced to about a quarter. For audio data included in video, the amount of audio data information can be reduced by about one-half by reducing the bit rate from 128 kbps to 64 kbps. By using the above in combination, the amount of data can be further reduced.
情報量が制御された映像データは、各サブチャネルの送信データとしてデータ分割部２で分割（ステップＳＴ５）され、個別に変調処理部１に送られ、変調方式指示部１６にて決定された誤り訂正符号化率（ステップＳＴ６）（ここではＲ＝１／２、Ｒ＝３／４、Ｒ＝７／８、Ｒ＝１のいずれか）にもとづいて送信データの誤り訂正符号化が行われ（ステップＳＴ７）、フレーム生成部４に送られる。各変調処理部のフレーム生成部４では符号化されたビットストリームをチャネル制御部１５で決定された変調方式（ステップＳＴ８）をもとにＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭのいずれかにシンボル化を行い、図２の通信装置の映像情報量可変可能な伝送フレーム構成に示すように、プリアンブル及び相手局受信時の変調方式情報シンボルを付加し、送信フレームを生成する（ステップＳＴ９）。
The video data in which the amount of information is controlled is divided by the
送信フレームは直交変調部５においてサブキャリア周波数でそれぞれ直交変調され（ステップＳＴ１０）、信号合成部６で各変調処理部からの直交変調出力を合成して（ステップＳＴ１１）、ＲＦ部７に出力する。ＲＦ部７では合成信号は高周波信号に変換され、アンテナ８より無線伝送路に送出される（ステップＳＴ１２）。
The transmission frame is quadrature modulated at the subcarrier frequency in the quadrature modulation unit 5 (step ST10), and the quadrature modulation output from each modulation processing unit is synthesized in the signal synthesis unit 6 (step ST11) and output to the
次に、相手局では自局より送出された高周波信号を信号分割部９において各サブキャリアの周波数成分に分割し（ステップＳＴ２１）、各変調処理部の直交検波部１０に出力する。直交検波部１０ではサブキャリア周波数成分を除去してベースバンドＩＱ信号に変換する（ステップＳＴ２２）。変換されたべースバンドＩＱ信号は、同期処理部１１において伝送フレームに含まれるプリアンブルから受信フレームを生成する（ステップＳＴ２３）。生成した受信フレームは歪み補償推定部１２に出力され、歪み補償推定部１２では受信フレームに含まれる受信プリアンブルと既知のプリアンブルから伝搬路で受けた伝搬路歪みを補償すると共に（ステップＳＴ２７）、伝搬路歪みを検出し（ステップＳＴ２４）、伝搬路推定信号を伝搬路推定部１３に出力する。
Next, the counterpart station divides the high-frequency signal transmitted from the own station into the frequency components of the subcarriers in the signal divider 9 (step ST21), and outputs them to the quadrature detector 10 of each modulation processor. The quadrature detection unit 10 removes the subcarrier frequency component and converts it into a baseband IQ signal (step ST22). The converted baseband IQ signal generates a reception frame from the preamble included in the transmission frame in the synchronization processing unit 11 (step ST23). The generated received frame is output to the distortion compensation estimator 12, and the distortion compensation estimator 12 compensates for the propagation path distortion received in the propagation path from the received preamble and the known preamble included in the received frame (step ST27). A path distortion is detected (step ST24), and a propagation path estimation signal is output to the propagation
伝搬路推定部１３では受信信号と伝搬路推定信号から各変調処理部ごとに利用サブチャネルの伝搬路状況を推定し（ステップＳＴ２５）、伝搬路情報をチャネル制御部１５に出力する。上記伝搬路状況の推定方法としては、受信レベルの他、波形等化器の出力結果であるマルチパス歪みの程度、ベースバンドアイパターンの開口度を調べる方法や送受既知のパターンデータから相関演算により受信Ｓ／Ｎ情報、遅延スプレッド情報等を検出することにより伝搬路歪みを推定し、伝搬路に最適な符号化率及び変調方式の判定に利用できる。
The propagation
チャネル制御部１５では各変調処理部から出力された伝搬路情報から次の送信タイミングにおける各サブチャネルの最適な符号化率を決定すると共に、受信信号に含まれる変調方式情報シンボルを解析することで当該受信タイミングにおける受信データの符号化率及び変調方式を決定し（ステップＳＴ２６）、変調方式指示部１６に変調方式切替信号を出力する。変調方式指示部１６は適応復号部１４に対して自局の変調方式指示信号を出力し、適応復号部１４では自局変調方式指示信号により対応する符号化率で復号処理を行う（ステップＳＴ２８）。データ合成部１７では各変調処理部より出力されたサブチャネル単位の復調データを合成し（ステップＳＴ２９）、受信データを出力し、映像復号部２０で映像復号処理され（ステップＳＴ３０）、映像データを出力する。
The
以上詳細に説明したように、本発明を実施することにより、従来映像データを伝送する際には伝搬路状況にかかわらず映像符号化、誤り訂正符号化の符号化率が一定であったマルチキャリア通信システムにおいて、伝搬路情報の推定により伝送容量に最適な映像符号化率・誤り訂正符号化率で符号化することで、常に高品質な映像データの伝送が可能となる。 As described above in detail, by implementing the present invention, when transmitting conventional video data, the multi-carrier in which the coding rate of video coding and error correction coding was constant regardless of the propagation path condition In a communication system, encoding at a video coding rate / error correction coding rate that is optimal for transmission capacity by estimating propagation path information enables transmission of high-quality video data at all times.
例えば、映像データの伝送中に伝搬路状況が悪化し、６４ＱＡＭサブキャリア変調（Ｒ＝３／４）[伝送容量＝５４Ｍｂｐｓ]からＢＰＳＫサブキャリア変調（Ｒ＝１／２）（伝送容量６Ｍｂｐｓ）にサブキャリア変調方式が変更された場合、伝送容量は、
６（Ｍｂｐｓ）／５４（Ｍｂｐｓ）＝１／９
程度に減少してしまうが、前述した伝搬路状況から推定した伝送容量をもとに映像データの情報量を制御し、伝搬路状況から決定した符号化率を用いてサブキャリアごとに最適な誤り訂正符号化を行うことで、映像や音声の品質は多少劣化するが、ブロックノイズの発生やコマ落ちの発生を最小限にとどめた通信環境を実現できる。その後、伝搬路状況が安定し、良好な通信が可能となった揚合、現状のＢＰＳＫサブキャリア変調（Ｒ＝１／２）（伝送容量＝６Ｍｂｐｓ）から６４ＱＡＭサブキャリア変調（Ｒ＝３／４）[伝送容量＝５４Ｍｂｐｓ]に変更されるが、その際にも映像データの符号化率とサブキャリアごとの誤り訂正符号化率を再調整することで、高品質な映像データを伝送しつつも効率のよい通信が可能となる。
For example, the channel condition deteriorates during transmission of video data, and changes from 64QAM subcarrier modulation (R = 3/4) [transmission capacity = 54 Mbps] to BPSK subcarrier modulation (R = 1/2) (
6 (Mbps) / 54 (Mbps) = 1/9
The amount of video data information is controlled based on the transmission capacity estimated from the above-mentioned channel conditions, and the optimum error for each subcarrier is determined using the coding rate determined from the channel conditions. By performing correction encoding, the quality of video and audio is somewhat deteriorated, but a communication environment in which the occurrence of block noise and frame dropping is minimized can be realized. After that, when the propagation path condition is stabilized and good communication is possible, the current BPSK subcarrier modulation (R = 1/2) (transmission capacity = 6 Mbps) to 64QAM subcarrier modulation (R = 3/4) ) [Transmission capacity = 54 Mbps], but even at this time, by re-adjusting the coding rate of video data and the error correction coding rate for each subcarrier, while transmitting high-quality video data Efficient communication is possible.
本発明は、電波の受信特性の変化により発生するマルチパスフェージング等の問題によって伝搬路状況が刻々と変化する移動体通信端末における映像の伝送に特に有効である。 The present invention is particularly effective for video transmission in a mobile communication terminal in which the propagation path condition changes every moment due to problems such as multipath fading caused by changes in radio wave reception characteristics.
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible in the range which does not deviate from the summary of this invention. In short, the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.
１…変調処理部、２…データ分割部、３…適応符号化部、４…フレーム生成部、５…直交変調部、６…信号合成部、７…ＲＦ部、８…アンテナ、９…信号分割部、１０…直交検波部、１１…同期処理部、１２…歪補償・推定部、１３…伝搬路推定部、１４…適応復号部、１５…チャネル制御部、１６…変調方式指示部、１７…データ合成部、１８…映像データ情報量制御部、１９…適応映像符号化部、２０…映像復号部。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記受信部が受信した映像信号に基づいて、前記各周波数帯域の伝搬路状況を推定し、推定した伝搬路状況に応じて映像符号化率または誤り訂正符号化率の少なくとも一方を異ならせ、この映像符号化率および誤り訂正符号化率に基づいて映像信号を送信する送信部と、
を具備することを特徴とする通信装置。 A receiving unit for receiving a video signal transmitted using a plurality of frequency bands;
Based on the video signal received by the receiving unit, the propagation path situation of each frequency band is estimated, and at least one of the video coding rate or the error correction coding rate is varied according to the estimated propagation path situation, A transmission unit for transmitting a video signal based on the video coding rate and the error correction coding rate;
A communication apparatus comprising:
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2011
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20140513 |