CN100370545C - 影音信息的编码与解码方法 - Google Patents

Abstract

在一记录媒体上记录音频信息与视频信息。该音频信息与该视频信息由至少一个同步音频数据包、至少一个控制音频数据包、与至少一个影音数据包所形成的至少一个通用影音帧所格式化。该同步音频数据包具有至少一个同步数据与至少一个位元组音频信息。该控制音频数据包具有至少一个控制数据与至少一个位元组音频信息。该影音数据包具有至少一个位元组视频信息与至少一个位元组音频信息。当重放该音频信息且再现该视频信息时，同步数据标示该通用影音帧的起始。控制数据提供视频信息再现所需的参数或指令。

Description

影音信息的编码与解码方法

【技术领域】

本发明涉及一种影音信息的编码与解码方法及储存格式化影音信息的记录媒体，尤其涉及将同步数据、控制数据、音频信息、与视频信息适当地格式化，以储存于低带宽或低储存容量的记录媒体上，提供经济实惠的影音信息的重放与再现。

【背景技术】

在现今常用的各种记录媒体中，光储存媒体因激光的极小波长而可提供相当大且高密度的储存容量。最常见的光储存媒体是制成碟片状的光盘(CD)，依据其所储存内容的性质与储存数据时所采用的格式而主要区分为数字音乐光盘(CD-DA)、只读光盘(CD-ROM)、交互式光盘(CD-I)、视频光盘(Video-CD)、以及数字多功能光盘(DVD)等等各种类型。数字音乐光盘可用于记录声音数据。只读光盘具有“Mode1”与“Mode2”两种数据格式，其中“Mode1”用于储存电脑数据而“Mode2”用于储存声音与影像数据。交互式光盘具有即时交互功能，可用于储存声音、静止影像、与动画数据。视频光盘与数字多功能光盘则利用运动图象专家组技术(MPEG)来压缩数字视频与音频数据。

虽然视频光盘与数字多功能光盘可储存高容量的影音信息并且实现高品质的即时声音重放与影像再现，已在商业与娱乐业上获得显著的成功，但是将视频光盘与数字多功能光盘应用于影音信息的记录、重放、与再现时无可避免地具有下列缺点。

为了在视频光盘与数字多功能光盘上记录影音信息，必须使用复杂的运动图象专家组技术对于数字视频与音频数据进行压缩处理，以便将影音信息的庞大数据量储存于有限的记录媒体内。结果，所需要的编码方法与编码器的电路设计变得复杂化。尤有甚者，为了即时再现原先储存于视频光盘与数字多功能光盘上的已压缩的影音数据，必须相对应地使用特殊设计的解码器与专用的影音再现装置。举例而言，数字多功能光盘必须应用数字多功能光盘播放机才能播放，而无法经由数字音乐光盘播放机(CD-DA Player)再现其上所录的影音信息。众所周知地，数字多功能光盘播放机的价格与制造成本远高于数字音乐光盘机。此种价格与成本差异显然是来自于数字多功能光盘系统所使用的复杂的解码方法与解码器。

【发明内容】

现今影音信息设备的复杂化与高成本，妨碍影音信息的传播与利用。尤其在孩童或青少年的娱乐与教育应用上，更希望能提供一种经济实惠的影音信息记录、重放、与再现的解决方案。

因而，本发明的一个目的在于提供一种影音信息的编码方法与解码方法，可简单、经济、且有效率地记录、重放、与再现影音信息。

本发明的另一目的在于提供一种影音信息的记录媒体，其上储存有格式化的影音信息，可简单、经济、且有效率地实现记录、重放、与再现的应用。

虽然依据本发明的通常应用是将有限的影音信息储存于有限容量的记录媒体中，但仍可提供相当优秀的影音品质。在本发明的一实施例中，依据本发明的影音信息的编码与解码方法可应用于数字音乐光盘。传统上，数字音乐光盘仅用于储存一般的声音数据，且数字音乐光盘机仅相对应地用于重放声音信息。然而，依据本发明的影音信息的编码与解码方法提供一适当的影音信息格式，亦即通用影音帧，可用以有效率地同时储存影音信息于数字音乐光盘上。因此，通过低成本的数字音乐光盘机即可实现高品质的影音信息的重放与再现，促进影音信息的传播且提供更多影音应用的可能性。

依据本发明的编码与解码方法尤其适合应用于低带宽或低储存容量的记录媒体，例如数字音乐光盘、行动电话手机的闪速存储器、或诸如此类者。依据本发明的记录媒体上所储存的视频信息尤其适合再现于小尺寸或低分辨率的影像显示装置上，例如216(像素)*160(像素)的液晶显示器。

依据本发明的一个方面，提供一种影音信息的编码方法。准备具有多个位元组的音频信息。准备具有多个位元组的视频信息。于该音频信息内设定至少一个同步字段，以形成至少一个同步音频数据包。该至少一个同步音频数据包的每一个具有该音频信息中的至少一个位元组。于该音频信息内设定至少一个控制字段，以形成至少一个控制音频数据包。该至少一个控制音频数据包的每一个都具有该音频信息中的至少一个位元组。设定至少一个视频字段且合并该音频信息与该视频信息，以形成至少一个影音数据包。该至少一个影音数据包的每一个都具有该音频信息中的至少一个位元组。组合该至少一个同步音频数据包、该至少一个控制音频数据包、与该至少一个影音数据包以形成至少一个通用影音帧，其中在该至少一个同步音频数据包的每一个中，该音频信息的该至少一个位元组排列于该至少一个同步字段后方；在该至少一个控制音频数据包的每一个中，该音频信息的该至少一个位元组排列于该至少一个控制字段后方；并且在该至少一个影音数据包的每一个中，该音频信息的该至少一个位元组排列于该至少一个视频字段后方。

该至少一个同步字段储存至少一个同步数据，以标示该至少一个通用影音帧的起始。

该至少一个控制字段储存至少一个控制数据，以供该视频信息的再现使用。

依据本发明的另一方面，提供一种影音信息的解码方法，用于具有多个位元组的音频信息与具有多个位元组的视频信息。该音频信息与该视频信息由至少一个同步音频数据包、至少一个控制音频数据包、与至少一个影音数据包所形成的至少一个通用影音帧所格式化。检测该至少一个同步音频数据包的至少一个同步字段所储存的数据，以确定该至少一个通用影音帧的起始。从该至少一个同步音频数据包撷取该音频信息的第一部分。检测该至少一个控制音频数据包的至少一个控制字段所储存的数据。从该至少一个控制音频数据包撷取该音频信息的第二部分。撷取该至少一个影音数据包的至少一个视频字段所储存的该视频信息。从该至少一个影音数据包撷取该音频信息的第三部分。响应于该至少一个控制字段所储存的该数据，而对于该至少一个视频字段所储存的该视频信息进行再现。对于该音频信息的该第一至该第三部分进行重放，其中在该至少一个同步音频数据包的每一个中，该音频信息的该至少一个位元组排列于该至少一个同步字段后方；在该至少一个控制音频数据包的每一个中，该音频信息的该至少一个位元组排列于该至少一个控制字段后方；并且在该至少一个影音数据包的每一个中，该音频信息的该至少一个位元组排列于该至少一个视频字段后方。

【附图说明】

图1显示依据本发明的影音信息的编码方法的流程图。

图2(a)显示依据本发明的同步音频数据包的格式的示意图。

图2(b)显示依据本发明的控制音频数据包的格式的示意图。

图2(c)显示依据本发明的影音数据包的格式的示意图。

图2(d)显示依据本发明的通用影音帧的格式的示意图。

图3显示依据本发明的影音信息的解码方法的流程图。

图4(a)显示用以实施图1所示的影音信息的编码方法的编码器的电路模块图。

图4(b)显示用以实施图3所示的影音信息的解码方法的解码器的电路模块图。

组件符号说明：

10  数字音频信息

20  数字视频信息

30  内含SAP的音频信息

40  内含SAP与CAP的音频信息

50  由UAVF所格式化的影音信息

60  视频信息

70  音频信息

101 音频来源

201 视频来源

4   编码器

41  音频信号处理器

42  视频信号处理器

43  步音频数据包产生器

44  控制音频数据包产生器

45  影音数据包产生器

5   记录媒体

6   译码器

61  同步音频数据包侦测器

62  控制音频数据包侦测器

63  视频信息处理器

64  视频信息撷取器

65  音频信息撷取器

66  音频信息处理器

7   显示器

8   扬声器

ES1～ES5  影音信息的编码步骤

DS1～DS8      影音信息的译码步骤

E1、81、C7    同步数据

C₁～C₉        控制数据

V₁～V₉        视频信息

SAP₀～SAP_n-1  同步音频数据包

CAP₀～CAP_x-1  控制音频数据包

VAP₀～VAP_y-1  影音数据包

UAVF          通用影音帧

【具体实施方式】

下文中的说明与附图将使本发明的前述与其他目的、特征、与优点更明显。在此将参照附图详细说明依据本发明的优选实施例。

图1显示依据本发明的影音信息的编码方法的流程图。参照图1，在步骤ES1中准备数字音频信息10，且在步骤ES2中准备数字视频信息20。步骤ES1与ES2可同时进行，也可先后进行。在步骤ES1中，数字音频信息10的产生可通过对音频源101进行音频信号处理ES1’而实现。音频源101可包括模拟源及/或数字源。举例而言，音频信号处理ES1’可为取样、子取样、与有关声音品质的调谐等等，其皆为本领域的技术人员所熟知的技术，故此处不另赘述。音频信号处理ES1’亦可包括熟知的音频压缩技术，使得数字音频信息10为经过压缩而产生的信息。在本发明的一实施例中，音频源101可为双声道16比特声波格式(Wave Format)数据，而经过音频信号处理ES1’的子取样而转化成单声道8比特声波格式数据。在可直接获得数字音频信息10的情况中，例如音频源101即为单声道8比特声波格式数据，则无须进行任何额外的音频信号处理ES1’。

在步骤ES2中，数字视频信息20的产生可通过对视频源201进行视频信号处理ES2’而实现。视频源201可包括模拟源及/或数字源。举例而言，视频信号处理ES2’可为取样、子取样、与有关影像品质的调谐等等，其皆为本领域的技术人员所熟知的技术，故此处不另赘述。视频信号处ES2’亦可包括熟知的视频压缩技术，使得数字视频信息20为经过压缩而产生的信息。在本发明的一实施例中，视频源201可为24比特的位图格式数据，而经过视频信号处ES2’的子取样而转化成4比特的位图格式数据。在可直接获得数字视频信息20的情况中，例如视频源201即为4比特的位图格式数据，则无须进行任何额外的视频信号处ES2’。

在步骤ES3中，在数字音频信息10中设定至少一个同步字段且填入同步数据，以产生内含同步音频数据包(SAP)的音频信息30。图2(a)显示依据本发明的同步音频数据包S AP的格式的示意图。参照图2(a)，同步音频数据包SAP由一同步字段与一音频字段所构成。同步字段用以储存同步数据，而音频字段用以储存音频信息。在一实施例中，同步字段可容纳九个位元组的同步数据，而音频字段则可容纳一个位元组的音频信息。在一实施例中，同步数据包含由九个二进制码E1、81、C7、E1、81、C7、E1、81、与C7所组成的九个位元组的数据。每一位元组具有8个比特。在此实施例中，同步数据实际上是E1、81、与C7三个码重复三次而形成，其目的在于降低检测发生错误的机率。此九个位元组的同步数据与一个位元组的音频信息A共同形成一个十位元组的同步音频数据包SAP。请注意在依据本发明的同步音频数据包SAP中，同步数据不限定于由E1、81、C7、E1、81、C7、E1、81、与C7所构成的九个位元组，而可由其他二进制码及/或其他数目的位元组所实施。当同步字段所提供的可储存空间大于所欲储存的同步数据的数量时，同步字段的超出而多余的空间可由无实质意义的虚设数据加以填满。再者，依据本发明的同步音频数据包SAP不限定于包含一个位元组的音频信息，而亦可包含二个或二个以上位元组的音频信息，依照所需储存的音频信息的数量与所使用的记录媒体的数据容量(或带宽)而决定。在本发明的一实施例中，同步数据可用以提供影音信息于重放与再现时所需的同步信号且可作为影音帧的标示。

在步骤ES4中，在内含同步音频数据包SAP的数字音频信息30中设定至少一个控制字段且填入控制数据，以产生内含同步音频数据包SAP与控制音频数据包(CAP)的音频信息40。图2(b)显示依据本发明的控制音频数据包CAP的格式的示意图。参照图2(b)，控制音频数据包CAP由一控制字段与一音频字段所构成。控制字段用以储存控制数据，而音频字段用以储存音频信息。在一实施例中，控制字段可容纳九个位元组的控制数据，而音频字段则可容纳一个位元组的音频信息。在一实施例中，控制数据包含九个位元组的数据，如图中分别以参考符号C₁至C₉所标示。此九个位元组的控制数据C₁至C₉与一个位元组的音频信息A共同形成一个十位元组的控制音频数据包CAP。请注意在依据本发明的控制音频数据包CAP中，控制数据不限定于九个位元组，而可由其他数目的位元组所实施。当控制字段所提供的可储存空间大于所欲储存的控制数据的数量时，控制字段的超出而多余的空间可由无实质意义的虚设数据加以填满。在本发明的一实施例中，因为在编码过程中不需要添加任何控制数据，所以控制字段完全由无实质意义的虚设数据加以填满。再者，依据本发明的控制音频数据包CAP不限定于包含一个位元组的音频信息，而亦可包含二个或二个以上位元组的音频信息，依照所需储存的音频信息的数量与所使用的记录媒体的数据容量(或带宽)而决定。在本发明的一实施例中，控制数据可用以提供当影音信息再现时视频信息的影像处理所需的参数或指令。

在步骤ES5中，设定至少一个视频字段且合并内含同步音频数据包SAP与控制音频数据包CAP的音频信息40与数字视频信息20，以产生由同步音频数据包SAP、控制音频数据包CAP、与影音数据包(VAP)所构成的通用影音帧(AVF)所格式化的影音信息50。图2(c)显示依据本发明的影音数据包VAP的格式的示意图。参照图2(c)，影音数据包VAP由一视频字段与一音频字段所构成。视频字段用以储存视频信息，而音频字段用以储存音频信息。在一实施例中，视频字段可容纳九个位元组的视频信息，而音频字段则可容纳一个位元组的音频信息。在一实施例中，视频信息包含九个位元组的数据，如图中分别以参考符号V₁至V₉所标示。此九个位元组的视频信息V₁至V₉与一个位元组的音频信息A共同形成一个十位元组的影音数据包VAP。请注意在依据本发明的影音数据包VAP中，视频信息不限定于九个位元组，而可由其他数目的位元组所实施，依照所需储存的视频信息的数量与所使用的记录媒体的数据容量(或带宽)而决定。再者，依据本发明的影音数据包VAP不限定于包含一个位元组的音频信息，而亦可包含二个或二个以上位元组的音频信息，依照所需储存的音频信息的数量与所使用的记录媒体的数据容量(或带宽)而决定。

图2(d)显示依据本发明的通用影音帧UAVF的格式的示意图。参照图2(d)，一个通用影音帧UAVF由n个同步音频数据包SAP₀至SAP_n-1、x个控制音频数据包CAP₀至CAP_x-1、以及y个影音数据包VAP₀至VAP_x-1所构成。此处，n、x、与y皆为正整数。利用同步数据所提供的标示功用，同步音频数据包SAP₀至SAP_n-1亦可称为影音帧起始区(SOF)。

在依据本发明的一实施例中，使用直径108mm的数字音乐光盘(CD-DA)作为记录媒体，用以储存由通用影音帧UAVF所格式化的影音信息。典型上，数字音乐光盘的输出规格是每声道16比特，每秒44.1K个样本。由于具有两个声道，故数字音乐光盘提供的带宽为44，100*16*2/8＝176,400(位元组/秒)，其中每个位元组具有8比特。当帧速率设定为每秒9个帧时，在单一帧存续期间中，亦即1/9秒，数字音乐光盘的储存容量为176,400/9＝19,600(位元组)。当所使用的显示器为216*160个像素时，倘若欲以每像素为4比特的分辨率来显示影像信息，则每一图帧的显示所需的视频信息为216*160*4/8＝17289(位元组)。当音频信息以在每十个位元组的数据中储存有一个位元组的音频信息的方式记录于数字音乐光盘内时，则在单一帧存续期间(1/9秒)中可容纳有1960位元组的音频信息。亦即，音频信息的取样速率为1960*9＝17.64K/每秒。

因为音频信息与视频信息是一起混合地记录于数字音乐光盘的两个声道内，所以必须使用同步数据指示每一个通用影音帧UAVF的起始与音频信息的位置。如前所述，在单一帧存续期间(1/9秒)中，数字音乐光盘的储存容量为19,600位元组，其中17,280位元组用于储存视频信息而1960位元组用于储存音频信息。结果，还剩下360位元组可用于储存同步数据及/或控制数据，例如伽玛表或其他有关影音重放与再现的控制参数。

请注意虽然依据本发明的编码方法可以实现将影音信息储存于直径108mm的数字音乐光盘上，但本发明不限于此而可应用本发明的编码方法将影音信息储存于其他各式各样的记录媒体上，包括卡式磁带、软盘、各种半导体存储器、游戏卡、以及各种类型与各种尺寸的光盘等等。

图3显示依据本发明的影音信息的解码方法的流程图。参照图3，首先提供依据本发明的由通用影音帧UAVF所格式化的影音信息50。在步骤DS1中，检测同步音频数据包SAP的同步数据以确定通用影音帧UAVF的起始。在步骤DS2中，撷取同步音频数据包SAP中的音频信息。在步骤DS3中，检测控制音频数据包CAP中的控制数据。在步骤DS4中，撷取控制音频数据包CAP中的音频信息。在步骤DS5中，撷取影音数据包VAP中的视频信息。在步骤DS6中，撷取影音数据包VAP中的音频信息。在步骤DS7中，响应于从控制音频数据包来的控制数据而对于从影音数据包VAP来的视频信息60进行视频信息处理，以实现视频信息的再现。在本发明的一实施例中，因为控制音频数据包CAP中的控制字段完全由无实质意义的虚设数据所填满，所以在步骤DS7中依据预先设定于视频处理器中的控制数据而实施视频信息的再现。另一方面，当用以检测控制数据的步骤DS3发生错误时，在步骤DS7中亦得依据预先设定于视频处理器中的控制数据而实施视频信息的再现。在步骤DS8中，对于从同步音频数据包SAP、控制音频数据包CAP、与影音数据包VAP来的音频信息70进行音频信息处理，以实现音频信息的重放。

图4(a)显示用以实施图1所示的影音信息的编码方法的编码器4的电路模块图。参照图1与4(a)，音频源101通过音频信号处理器41转化成数字音频信息10，而视频源201通过视频信号处理器42转化成数字视频信息20。同步音频数据包产生器43用以在数字音频信息10中设定至少一个同步字段且填入同步数据，以产生内含同步音频数据包SAP的音频信息30。控制音频数据包产生器44用以在内含同步音频数据包SAP的数字音频信息30中设定至少一个控制字段且填入控制数据，以产生内含同步音频数据包SAP与控制音频数据包CAP的音频信息40。影音数据包产生器45用以设定至少一个视频字段且合并内含同步音频数据包SAP与控制音频数据包CAP的音频信息40与数字视频信息20，以产生由同步音频数据包SAP、控制音频数据包CAP、与影音数据包VAP所构成的通用影音帧UAVF所格式化的影音信息50。依据本发明的编码器4可由电脑程序以软件方式或由专用集成电路(ASIC)以硬件方式所实施。由通用影音帧UAVF所格式化的影音信息50可储存于记录媒体5中。在一实施例中，记录媒体为直径108mm的数字音乐光盘。

图4(b)显示用以实施图3所示的影音信息的解码方法的解码器6的电路模块图。参照图3与4(b)，从记录媒体5，例如直径108mm的数字音乐光盘，提供由通用影音帧UAVF所格式化的影音信息50至解码器6。同步音频数据包检测器61用以检测由通用影音帧UAVF所格式化的影音信息50中的同步音频数据包SAP的同步数据，以确定每一通用影音帧UAVF的起始。控制音频数据包检测器62用以检测由通用影音帧UAVF所格式化的影音信息50中的控制音频数据包CAP的控制数据，并传送该控制数据至视频信息处理器63。视频信息撷取器64用以撷取由通用影音帧UAVF所格式化的影音信息50中的影音数据包VAP的视频信息60。响应于所检测得的控制数据与所撷取出的视频信息60，视频信息处理器63控制显示器7以实现影像再现。在本发明的一实施例中，因为控制音频数据包CAP中的控制字段完全由无实质意义的虚设数据所填满，所以视频信息处理器63依据预先设定于其中的控制数据而实施视频信息的再现。另一方面，当控制音频数据包检测器62发生错误时，视频信息处理器63亦可依据预先设定于其中的控制数据而实施视频信息的再现。音频信息撷取器65用以撷取由通用影音帧UAVF所格式化的影音信息50中的同步音频数据包SAP、控制音频数据包CAP、与影音数据包VAP的音频信息70。响应于所撷取出的音频信息70，音频信息处理器66控制扬声器8以实现声音重放。依据本发明的解码器6可由电脑程序以软件方式或由专用集成电路以硬件方式所实施。

虽然本发明业已通过优选实施例作为例示加以说明，应理解为：本发明不限于此被公开的实施例。相反地，本发明意欲涵盖对于本领域的技术人员而言是明显的各种修改与相似配置。因此，权利要求书的范围应根据最广的诠释，以包容所有此类修改与相似配置。

Claims (6)

1.一种影音信息的编码方法，包含下列步骤：

准备具有多个位元组的音频信息；

准备具有多个位元组的视频信息；

于该音频信息内设定至少一个同步字段，  以形成至少一个同步音频数据包，该至少一个同步音频数据包的每一个都具有该音频信息中的至少一个位元组；

于该音频信息内设定至少一个控制字段，  以形成至少一个控制音频数据包，该至少一个控制音频数据包的每一个都具有该音频信息中的至少一个位元组；

设定至少一个视频字段且合并该音频信息与该视频信息，以形成至少一个影音数据包，该至少一个影音数据包的每一个都具有该音频信息中的至少一个位元组；  以及

组合该至少一个同步音频数据包、该至少一个控制音频数据包、与该至少一个影音数据包以形成至少一个通用影音帧，

其中在该至少一个同步音频数据包的每一个中，该音频信息的该至少一个位元组排列于该至少一个同步字段后方；

在该至少一个控制音频数据包的每一个中，该音频信息的该至少一个位元组排列于该至少一个控制字段后方；并且

在该至少一个影音数据包的每一个中，该音频信息的该至少一个位元组排列于该至少一个视频字段后方。

2.如权利要求1所述的影音信息的编码方法，其中：

该至少一个同步字段用以储存至少一个同步数据，以标示该至少一个通用影音帧的起始。

3.如权利要求1所述的影音信息的编码方法，其中：

该至少一个控制字段用以储存至少一个控制数据，以供该视频信息的再现使用。

4.如权利要求1所述的影音信息的编码方法，其中：

该至少一个同步字段的每一个用以储存至少九个位元组的数据；

该至少一个控制字段的每一个用以储存至少九个位元组的数据；并且

该至少一个视频字段的每一个用以储存至少九个位元组的数据。

5.一种影音信息的解码方法，用于具有多个位元组的音频信息与具有多个位元组的视频信息，该音频信息与该视频信息由至少一个同步音频数据包、至少一个控制音频数据包、与至少一个影音数据包所形成的至少一个通用影音帧所格式化，该方法包含下列步骤：

检测该至少一个同步音频数据包的至少一个同步字段所储存的数据，以确定该至少一个通用影音帧的起始；

从该至少一个同步音频数据包撷取该音频信息的第一部分；

检测该至少一个控制音频数据包的至少一个控制字段所储存的数据；

从该至少一个控制音频数据包撷取该音频信息的第二部分；

撷取该至少一个影音数据包的至少一个视频字段所储存的该视频信息；

从该至少一个影音数据包撷取该音频信息的第三部分；

响应于该至少一个控制字段所储存的该数据，而对于该至少一个视频字段所储存的该视频信息进行再现；以及

对于该音频信息的该第一至该第三部分进行重放，

其中在该至少一个同步音频数据包的每一个中，该音频信息的该至少一个位元组排列于该至少一个同步字段后方；

在该至少一个控制音频数据包的每一个中，该音频信息的该至少一个位元组排列于该至少一个控制字段后方；并且

在该至少一个影音数据包的每一个中，该音频信息的该至少一个位元组排列于该至少一个视频字段后方。

6.如权利要求5所述的影音信息的解码方法，其中：

该至少一个同步字段的每一个用以储存至少九个位元组的数据；

该至少一个控制字段的每一个用以储存至少九个位元组的数据；并且

该至少一个视频字段的每一个用以储存至少九个位元组的数据。

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