JPH1070717A - 画像符号化装置及び画像復号化装置 - Google Patents

画像符号化装置及び画像復号化装置

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JPH1070717A
JPH1070717A JP9058917A JP5891797A JPH1070717A JP H1070717 A JPH1070717 A JP H1070717A JP 9058917 A JP9058917 A JP 9058917A JP 5891797 A JP5891797 A JP 5891797A JP H1070717 A JPH1070717 A JP H1070717A
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泰輔 松本
Akiyoshi Tanaka
章喜 田中
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ディジタル画像信号の符号化及び
復号化に関するものであり、符号化装置内において符号
化処理による画像の劣化を補正するためのフィルタを選
択し、復号化装置内において選択されたフィルタによる
フィルタ処理を行うことにより再生画像の劣化を補正
し、画質の改善を実現することを目的とする。 【解決手段】 画像符号化装置においては、フィルタ選
択部14によって原画像と符号化再生画像を比較し劣化補
正のためのフィルタを決定する。画像復号化装置におい
ては復号化された再生画像の劣化を、選択されたフィル
タを用いて画像処理部26において補正することで高画質
化が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はディジタル画像信号
の画像符号化及び画像復号化装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、ディジタル信号処理技術の発達に
ともない、ディジタルスチルカメラやフォト・ビデオテ
ックス信号のような静止画像の符号化装置や、テレビ電
話、テレビ会議システム、ビデオCD、DVDおよびデ
ィジタルVTR等(画像処理システム)に用いられる動
画像の符号化装置が開発されている。例えば、吹抜 敬
彦著「TV画像の多次元信号処理」(1988年11月15日発
行、日刊工業新聞社刊、 第7章 高能率符号化、pp213-2
91)に記載されている直交変換を用いた符号化装置や動
き補償予測フレーム間符号化装置が知られている。
【0003】これらの装置では水平方向M画素、垂直方
向Nラインに離散化されたディジタル画像を水平方向m
画素、垂直方向nラインのブロックに分割し、各ブロッ
クにおいて動き補償予測処理や直交変換処理および直交
変換係数の量子化処理による高能率符号化を行なう。
【0004】以下、図7を用いて離散コサイン変換(以
下DCTと記す)を用いた画像符号化装置及び画像復号
化装置の従来例について説明する。図7(a)におい
て、1はディジタル画像信号が入力される入力端子、2
は符号化された信号を出力する出力端子、11はブロッ
ク分割されたディジタル画像の各ブロック毎に2次元D
CTを行なうためのDCT処理部、12はDCT処理部
11によって得られたDCT係数を量子化する量子化
部、13は量子化されたDCT係数を符号語に変換する
DCT係数符号化部である。また、図7(b)におい
て、3は符号化された信号が入力される入力端子、4は
復号化されたディジタル画像が出力される出力端子、2
2は符号語から量子化されたDCT係数を再生するDC
T係数復号化部、23は量子化されたDCT係数から量
子化されていないDCT係数を得るための逆量子化部、
24は逆量子化部23によって得られたDCT係数から
画像を再生する逆2次元DCT処理部である。
【0005】以上のような構成において、以下その動作
を説明する。符号化装置において、入力画像は図示され
ていないアナログ・ディジタル変換回路においてディジ
タル信号に変換され、さらに図5に示したような水平方
向m画素、垂直方向nラインのブロックに分割され、入
力端子1からディジタル画像信号101として入力され
る。
【0006】次に、DCT処理部11は、ブロック毎に
2次元DCT処理を行ないDCT係数102を出 力す
る。量子化部12は、DCT係数102を受け取り量子
化されたDCT係数103を出力する。符号化部13
は、量子化されたDCT係数103を受け取り、係数値
に対応した符号語104を出力する。
【0007】復号化装置のおいては、入力端子3より入
力された符号語104はDCT係数復号化 部22によ
って量子化されたDCT係数103へ変換される。次
に、逆量子化部23は、量子化されたDCT係数103
が入力されDCT係数108を出力する。逆2次元DC
T処理部24では、DCT係数108から逆2次元DC
T処理を行ない再生画像109を得る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
ディジタル画像をブロックに分割し、直交変換処理およ
び直交変換係数の量子化処理によって符号化処理を行な
うと、DCT/逆DCT処理による誤差や量子化誤差に
より復号化されたブロック内の信号値は、符号化処理前
の信号値と異なってくる。そのため隣接するブロック間
で信号の不連続が生じ、ブロック歪と呼ばれるノイズが
発生する。
【0009】このノイズの対策として、符号化装置内で
直交変換係数に対するマスク処理をおこなう手法(例え
ば、昭和60年度電子通信学会情報・システム部門全国
大会講演論文集分冊1−202)や、復号化装置内でポ
ストフィルタによる復号化画像の修復を行なう手法(例
えば、1990年度電子情報通信学会春季全国大会講演
論文集分冊7 D−307)が提案されている。
【0010】しかしながら、これらの手法ではブロック
境界における不連続が、符号化復号化処理によって発生
した誤差によるものなのか、本来の入力画像が持ってい
たエッジ成分によるものなのかを判定することができ
ず、完全なノイズの発生防止や再生画像の補正は行なえ
ない。
【0011】本発明は、以上のような課題に鑑み、画像
符号化装置内において符号化された画像を再生し、得ら
れた再生画像と、入力画像を比較することによって、再
生画像中のノイズ成分を検出し、そのノイズの特性にあ
わせた再生画像補正フィルタを選択することにより、画
質の向上を図ることを目的とする。
【0012】すなわち、ブロック境界における信号値の
不連続な方向や大きさ、また、不連続性の発生が入力画
像のエッジに起因するものであるか等の判断して、フィ
ルタ特性やフィルタon/offの選択を行ない、復号
化装置内においてフィルタによる補正が必要な部分にの
み適当なフィルタ処理を行なうことにより、画像全体の
画質向上が達成できる。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明では、画像符号化
装置内において、画像符号化部の後段に画像再生部を設
け、入力画像と再生画像を比較する事によって、再生画
像に存在するノイズの検出および検出されたノイズの性
質にあわせて再生画像を補正するための適当なフィルタ
の選択を行ない、画像に関する情報およびフィルタに関
する情報を多重化して伝送することにより、上記目的を
達成するものである。
【0014】また、画像復号化装置においては、伝送さ
れた情報から逆多重化処理により画像に関する情報およ
びフィルタに関する情報を抽出し、画像に関する情報か
ら画像を再生し、さらに伝送されたフィルタに関する情
報をもとに再生画像に対して補正処理を行なうことによ
り、上記目的を達成するするものである。
【0015】符号化処理及び復号化処理によって得られ
る再生画像におけるノイズの発生およびノイズの性質
は、入力画像と再生画像の信号値の差分値を計算する事
によって測定する事ができると考えられる。例えば、あ
る座標における差分値が0でない場合は、その座標の画
素にノイズが発生している事が分かり、また、差分値の
大きさからノイズの強さが分かる。さらに、ノイズの発
生している画素の周辺画素の差分値を測定する事によ
り、そのノイズが孤立して発生しているのか、もしくは
周辺を含む広範囲でノイズが発生しているのかといった
ノイズの分布を測定することが可能である。
【0016】従って、本発明は上記構成により、ノイズ
の発生している画素を検出し、ノイズの強さに応じてフ
ィルタの強度を選択し、また、周辺画素においてもノイ
ズが発生している場合は、その分布にあわせてフィルタ
の作用する方向や範囲を選択する事によって、ノイズが
発生していない画素に影響を及ぼす事無く再生画像の補
正ができるようにしたものである。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、画像符号化装置内において、画像符号化部の後段に
画像再生部を設け、入力画像と再生画像を比較する事に
よって、再生画像に存在するノイズの検出および検出さ
れたノイズの性質にあわせて再生画像を補正するための
適当なフィルタの選択を行ない、画像に関する情報およ
びフィルタに関する情報を多重化して伝送することによ
り、画質の向上を図ることができるという作用を有す
る。
【0018】本発明の請求項2に記載の発明は、画像復
号化装置において、伝送された情報から逆多重化処理に
より画像に関する情報およびフィルタに関する情報を抽
出し、画像に関する情報から画像を再生し、さらに伝送
されたフィルタに関する情報をもとに再生画像に対して
補正処理を行い、フィルタによる補正が必要な部分にの
み適当なフィルタ処理を行なうことにより、画像全体の
画質向上が達成できるという作用を有する。
【0019】これらの画像符号化装置及び画像復号化装
置は、従来の技術で説明したようにディジタルスチルカ
メラ、テレビ電話、テレビ会議システム、CD−RO
M、DVD、ディジタルVTR等の画像処理システムで
利用可能である。
【0020】また、これらの画像符号化装置及び画像復
号化装置は、CD−ROMやFD(フロッピィディス
ク)などの記録媒体に記録されたコンピュータプログラ
ムをコンピュータで実行することにより実現できる。
【0021】以下、本発明の実施の形態について、図1
から図5を用いて説明する。 (実施の形態1)本発明の実施の形態1について、その
ブロック結線図を図1に示す。図1(a)は、本発明の
実施の形態1における画像符号化装置のブロック結線図
である。図1(a)において、1はディジタル画像信号
が入力される入力端子、2は符号化された信号を出力す
る出力端子、11はブロック分割されたディジタル画像
の各ブロック毎に2次元DCTを行なうためのDCT処
理部、12はDCT処理部11によって得られたDCT
係数を量子化する量子化部、13は量子化されたDCT
係数を符号語に変換するDCT係数符号化部、23は量
子化されたDCT係数を逆量子化しDCT係数を得るた
めの逆量子化部、24は逆量子化部23によって得られ
たDCT係数から画像を再生する逆2次元DCT処理
部、14は入力画像と再生画像を比較しノイズの発生の
検出および補正のためのフィルタを決定するフィルタ選
択部、15は決定したフィルタに関する情報を符号語に
変換するフィルタ情報符号化部、16はDCT係数の符
号語とフィルタ情報の符号語を多重化する多重化部であ
る。
【0022】図1(b)は本発明の実施の形態1におけ
る画像復号化装置のブロック結線図である。図1(b)
において、3は符号化された信号が入力される入力端
子、4は復号化されたディジタル画像が出力される出力
端子、21は入力された符号語からDCT係数の符号語
とフィルタ情報の符号語を分離する逆多重化部、22は
DCT係数の符号語を量子化されたDCT係数に変換す
るDCT係数復号化部、25はフィルタ情報の符号語か
ら再生画像の補正に必要なフィルタの情報を得るための
フィルタ情報復号化部、26はフィルタ情報に基づき再
生画像の補正処理を行なうための画像処理部を示す。
【0023】以上のような構成において、以下にその動
作を説明する。図1(a)の画像符号化装置において
は、入力画像は図示されていないアナログ・ディジタル
変換回路においてディジタル信号に変換され、さらに図
4に示したような水平方向m画素、垂直方向nラインの
ブロックに分割され、入力端子1からディジタル画像信
号101として入力される。
【0024】次に、DCT処理部11は、ブロック毎に
2次元DCT処理を行ないDCT係数102を出力す
る。量子化部12は、DCT係数102を受け取り量子
化されたDCT係数103を出力する。DCT係数符号
化部13は、量子化されたDCT係数103を受け取
り、係数値に対応した符号語104を出力する。逆量子
化部23は、量子化されたDCT係数103を受け取り
逆量子化処理を施しDCT係数108を出力する。逆2
次元DCT処理部24は、DCT係数108を受け取り
逆DCT演算を行なうことによって再生画像信号109
を得る。
【0025】フィルタ選択部14は、入力画像信号10
1と再生画像信号109を比較することによって、再生
画像中に発生したノイズの検出を行ない、補正のための
フィルタを決定するもので、フィルタ選択部14の処理
を図2のフローに従って説明する。
【0026】まず、入力画像信号101の画素値と再生
画像信号109の画素値の差分値を求める(ステップ2
01)。差分値の絶対値が値Thを越える場合その画素
においてノイズが発生していると判断する。さらに、ノ
イズの発生している画素の周辺画素の差分値を測定する
事により、そのノイズが孤立して発生しているのか、も
しくは周辺を含む広範囲でノイズが発生しているのかと
いったノイズの分布を測定することが可能である(ステ
ップ202)。
【0027】次に、補正フィルタの特性の決定方法であ
るが、図5に示す水平位置i、垂直位置j(以下位置
(i,j)と記す)のブロックと位置(i+1,j)のブロック
の境界に位置する画素にノイズが発生している場合は水
平方向に補正を行なうフィルタを選択し、また位置(i,
j)のブロックと位置(i,j+1)のブロックの境界の画素
にノイズが発生している場合は垂直方向に補正を行なう
フィルタを決定する(ステップ203)。
【0028】
【表1】
【0029】さらに、画素値の差分値の大小に応じて補
正フィルタの強度を決定する。補正フィルタの種類及び
強度の1例を(表1)に示す。ただし、(表4)に記載
の(a)〜(i)は、図4(a)〜(i)のフィルタの
構成及び強度に対応する。または、ブロックの境界のノ
イズとして検出された画素の差分値の平均値により補正
フィルタの強度を決定しても良い(ステップ204)。
【0030】以上の操作によりフィルタ選択部14は、
フィルタの補正方向および強度といったフィルタ特性を
決定し、フィルタに関する情報105を出力する(ステ
ップ205)。
【0031】フィルタ情報符号化部15は、フィルタに
関する情報105を受け取り対応する符号語106を出
力する。多重化部16は、DCT係数の符号語104と
フィルタ情報の符号語106を受け取り多重化した符号
語107を出力する。
【0032】図1(b)の画像復号化装置のおいては、
入力端子3より入力された符号語107は逆多重化部2
1によってDCT係数の符号語104およびフィルタ情
報の符号語106に分離され出力される。次にDCT係
数の符号語104は、DCT係数復号化部22に入力さ
れ量子化されたDCT係数103に変換される。量子
化されたDCT係数103は、逆量子化部23によって
逆量子化処理されてDCT係数108として出力され
る。逆2次元DCT処理部24は、DCT係数108を
受け取り逆DCT演算を行なうことによって再生画像信
号109を得る。
【0033】また、フィルタ特性情報の符号語106
は、フィルタ情報復号化部25に入力されフィルタの補
正方向および強度といったフィルタ特性情報105に変
換される。
【0034】画像処理部26では、フィルタ特性情報1
05に従って図3に示したように画像補正フィルタを切
り換え再生画像信号109に補正処理を行ない、補正さ
れた再生画像信号110を出力する。
【0035】図3は、本発明における画像処理部の一例
である。図1に示した符号化装置において、フィルタ選
択部14により位置(i,j)の画素にノイズが発生して
おり、それを補正するためには水平方向に低域通過フィ
ルタ処理を行うことが必要と判断された場合、そのフィ
ルタ特性情報105に従って水平方向フィルタ30に切
り換えて画像処理を行うことを示している。
【0036】次に、画像処理部26で用いるフィルタの
具体的な形状と係数(強度)の例を図4(a)〜図4
(i)に示す。フィルタ特性情報105に従って、フィ
ルタの種類と強度により、(表1)に対応した図4
(a)〜図4(i)のフィルタを選択するものである。
図4に示した数値は、フィルタの強度(係数)を示すも
ので、例えば図4(b)の場合は、注目画素をP(i,j)と
した場合、その出力は{P(i-1,j)*1+P(i,j)*2+P(i+1,j)
*1}/3となる。また、各フィルターの係数は図4に示し
たものに限定されるものではなく、他のものでも良い。
【0037】以上、上記に説明した画像符号化装置とそ
の画像符号化装置で符号化した信号を磁気、光学的な手
段で記録したCD−ROM、DVD、ディジタルVTR
等の記録媒体と記録媒体から再生した信号を符号化する
画像復号化装置とを構成したディジタルスチルカメラ、
CD−ROM、DVD、ディジタルVTR等の画像処理
システムで利用可能である。また、記録媒体を電話回線
や専用回線等の伝送路として、テレビ電話やディジタル
会議システムなどの画像処理システムで利用可能であ
る。
【0038】また、上記に説明した画像符号化装置及び
画像復号化装置は、CD−ROMやFD(フロッピィデ
ィスク)などの記録媒体に記録されたコンピュータプロ
グラムをコンピュータで実行することにより実現でき
る。
【0039】コンピュータによって入力画像を符号化す
るプログラムを記録した記録媒体であって、現フレーム
の入力画像を符号化し、符号化された画像を再生し局所
再生画像を得て、再生された局所再生画像と入力画像を
比較し復号化画像の劣化分を補正するためのフィルタを
決定し、選択されたフィルタに関する情報を符号化し、
符号化されたフィルタ情報に関する符号語と符号化され
た画像に関する符号語とを多重化する画像符号化プログ
ラムを記録した、例えば図6に示すような3.5インチ
FD(フロッピィディスク)などの記録媒体を介してど
のコンピュータでも実現できる。
【0040】同様に、符号化された画像をコンピュータ
によって復号化するプログラムを記録した記録媒体であ
って、上記の画像符号化によって符号化された符号語か
ら、画像に関する符号語とフィルタ情報に関する符号語
を分離し、分離された画像に関する符号語より画像を再
生するとともにフィルタ情報に関する符号語より補正フ
ィルタを決定し、決定された補正フィルタより再生画像
を補正することを特徴とする画像復号化プログラムを記
録した、例えば図6に示すような3.5インチFD(フ
ロッピィディスク)などの記録媒体を介してどのコンピ
ュータでも実現できる。
【0041】
【発明の効果】以上のように、本発明の効果としては、
ディジタル画像をブロック分割して画像符号化及び画像
復号化するシステムにおいて、画像符号化装置内におい
て原画像信号と再生画像信号を比較することによって、
発生したノイズを検出し、再生画像を補正するための最
適なフィルタを選択することができる。さらに選択され
たフィルタを画像復号化装置に通達することによって、
ノイズが発生していない画素に影響を与えることなく再
生画像中のノイズの補正が行なえるために、再生画像の
画質向上が図られ、その効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)本発明の実施の形態1における画像符号
化装置のブロック結線図 (b)本発明の実施の形態1における画像復号化装置の
ブロック結線図
【図2】本発明の実施の形態1における画像符号化装置
のフィルタ選択部の処理フローチャート
【図3】本発明の実施の形態1における画像復号化装置
内の画像処理部のブロック結線図
【図4】本発明の実施の形態1における画像復号化装置
内の画像処理部のフィルターの構成例を示す図
【図5】ディジタル画像のブロック分割の様子を示す図
【図6】本発明の実施の形態1におけるプログラムを記
録する記録媒体の例を示す図
【図7】(a)従来の画像符号化装置のブロック結線図 (b)従来の画像復号化装置のブロック結線図
【符号の説明】
1、3 入力端子 2、4 出力端子 11 DCT処理部 12 量子化部 13 DCT係数符号化部 14 フィルタ選択部 15 フィルタ情報符号化部 16 多重化部 21 逆多重化部 22 DCT係数復号化部 23 逆量子化部 24 逆2次元DCT処理部 25 フィルタ情報復号化部 26 画像処理部 101 ブロック分割されたディジタル入力画像 102 DCT係数 103 量子化されたDCT係数 104 DCT係数符号語 105 フィルタ情報 106 フィルタ情報符号語 107 多重化された符号語 108 量子化され逆量子化されたDCT係数 109 逆DCT処理により得られた再生画像 110 フィルタによる補正を受けた再生画像

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 現フレームの入力画像を符号化する画像
    符号化手段と、前記画像符号化手段によって符号化され
    た画像を再生し局所再生画像を得る画像再生手段と、前
    記画像再生手段によって再生された局所再生画像と入力
    画像を比較し復号化画像の劣化分を補正するためのフィ
    ルタを決定するフィルタ選択手段と、選択されたフィル
    タに関する情報を符号化するためのフィルタ情報符号化
    手段と、符号化されたフィルタ情報に関する符号語を前
    記画像符号化手段において符号化された画像に関する符
    号語と多重化する多重化手段を具備する画像符号化装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の画像符号化装置によって
    符号化された符号語から、画像に関する符号語とフィル
    タ情報に関する符号語を分離する逆多重化手段と、分離
    された画像に関する符号語より画像を再生する画像再生
    手段と、フィルタ情報に関する符号語より補正フィルタ
    を決定するフィルタ情報復号化手段と、前記画像再生手
    段によって得られた再生画像とフィルタ情報復号化手段
    によって決定された補正フィルタより再生画像を補正す
    る画像処理手段を具備する画像復号化装置。
  3. 【請求項3】 フィルタ選択手段は、入力画像と再生画
    像との画素の差分値が任意の閾値を越えたときノイズが
    発生したものと判定することを特徴とする請求項1記載
    の画像符号化装置。
  4. 【請求項4】 フィルタ選択手段は、ブロックの境界位
    置のノイズの発生位置および強度により水平方向フィル
    タ、垂直方向フィルタまたは2次元フィルタとその強度
    を決定することを特徴とする請求項1記載の画像符号化
    装置。
  5. 【請求項5】 画像処理手段は、補正フィルタが水平方
    向フィルタ、垂直方向フィルタまたは2次元フィルタの
    低域通過型フィルタであることを特徴とする請求項2記
    載の画像復号化装置。
  6. 【請求項6】 現フレームの入力画像を符号化し、符号
    化された画像を再生し局所再生画像を得て、再生された
    局所再生画像と入力画像を比較し復号化画像の劣化分を
    補正するためのフィルタを決定し、選択されたフィルタ
    に関する情報を符号化し、符号化されたフィルタ情報に
    関する符号語と符号化された画像に関する符号語とを多
    重化する画像符号化方法。
  7. 【請求項7】 請求項6記載の画像符号化方法によって
    符号化された符号語から、画像に関する符号語とフィル
    タ情報に関する符号語を分離し、分離された画像に関す
    る符号語より画像を再生するとともにフィルタ情報に関
    する符号語より補正フィルタを決定し、決定された補正
    フィルタより再生画像を補正する画像復号化方法。
  8. 【請求項8】 請求項1の画像符号化装置と、前記画像
    符号化装置で符号化した信号を記録する記録媒体と、前
    記記録媒体から再生した信号を符号化する請求項2の画
    像復号化装置とを具備したことを特徴とする画像処理シ
    ステム。
  9. 【請求項9】 記録媒体が、磁気、光学的な手段で記録
    されたことを特徴とする請求項8記載の画像処理システ
    ム。
  10. 【請求項10】 画像処理システムが、ディジタルスチ
    ルカメラ、ビデオCD、DVDおよびディジタルVTR
    であることを特徴とする請求項8または請求項9記載の
    画像処理システム。
  11. 【請求項11】 請求項1の画像符号化装置と、前記画
    像符号化装置で符号化した信号を伝送する伝送路と、前
    記伝送路からの信号を符号化する請求項2の画像復号化
    装置とを具備したことを特徴とする画像処理システム。
  12. 【請求項12】 画像処理システムが、ディジタル会議
    システムであることを特徴とする請求項8記載の画像処
    理システム。
  13. 【請求項13】 コンピュータによって入力画像を符号
    化するプログラムを記録した記録媒体であって、現フレ
    ームの入力画像を符号化し、符号化された画像を再生し
    局所再生画像を得て、再生された局所再生画像と入力画
    像を比較し復号化画像の劣化分を補正するためのフィル
    タを決定し、選択されたフィルタに関する情報を符号化
    し、符号化されたフィルタ情報に関する符号語と符号化
    された画像に関する符号語とを多重化することを特徴と
    する画像符号化プログラムを記録した記録媒体。
  14. 【請求項14】 符号化された画像をコンピュータによ
    って復号化するプログラムを記録した記録媒体であっ
    て、請求項6記載の画像符号化方法によって符号化され
    た符号語から、画像に関する符号語とフィルタ情報に関
    する符号語を分離し、分離された画像に関する符号語よ
    り画像を再生するとともにフィルタ情報に関する符号語
    より補正フィルタを決定し、決定された補正フィルタよ
    り再生画像を補正することを特徴とする画像復号化プロ
    グラムを記録した記録媒体。
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