CN100474871C - 一种信号传输信道检测方法和呼叫控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种语音信号传输通道检测方法和呼叫控制系统，其中所述方法包括以下步骤：在PSTN交换机四线侧，获取来自网关的语音信号；在所述语音信号中，若国标及相关标准规定的PSTN语音通道禁止带(140～300HZ和3400～4000HZ)能量比重大于预置的门限；则判决所述语音信号前端经由参数编码到G.711编码的转换，也即该语音信号前端经由IP网等采用参数编解码技术的通信网传输，否则判决所述语音信号前端为PSTN网内传输。本发明巧妙的利用了编码转换时的频谱扩张特性，实现了检测语音信号传送过程中的编码转换痕迹，并用于在PSTN侧对采样语音信号前端网络类型的识别检测。并且本发明检测方法实现简单，检测准确性高。

Description

一种信号传输信道检测方法和呼叫控制系统

技术领域

本发明涉及信号传输信道检测技术，尤其是一种能够进行IP电话特征检测的传输信道检测方法以及采用该方法的呼叫控制系统。

背景技术

随着国际互联网网络和业务的飞速发展，基于网际协议的语音技术(VoIP，Voice over internet protocol)的不断进步，VoIP业务的开展日益兴起。所述VoIP技术是建立在IP技术上的分组化、数字化传输技术，其基本原理是：通过语音压缩算法对语音进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按IP等相关协议进行打包，经过IP网络把数据包传输到目的地，再把这些语音数据包串起来，经过解码解压处理后，恢复成原来的语音信号，从而达到由IP网络传送语音的目的。VoIP具有通话费用低的特点，因而越来越多的用户愿意选择采用VoIP技术产品进行通话。

另一方面，作为成熟的通信系统，公共交换电话网(PSTN，Public Switchedtelephone network)具有覆盖范围大，系统建设完善，业务提供丰富等特点；并且，电信网络与国际通信网络开放式的互连互通也使得面向终端用户业务日益丰富。

结合VoIP技术与现有PSTN网络各自的优势，现有IP电话多采用通过IP网络远端接入PSTN网进而本地接入到固话用户。图1和图2分别示出了基于上述思想的两种具体应用方式。如图1所示，固话用户1通过本地电信网网关接入IP网，采用VoIP技术将语音数据发送到固话用户2所在电信网网关，并最终通过本地电信网接入到固话用户2。如图2示出了具有语音功能的IP用户经由IP网接入固话用户本地电信网以最终实现语音通信的系统原理。

上述VoIP网络电话的应用影响了现有的电信运营秩序，并对基础电信服务造成了不良影响，为了能够加强对电信运营的管理，目前需要一种对于VoIP的识别与检测技术，能够判断到达PSTN网关的语音信号前端是否经过IP网络，以及进一步识别来话前端是否采用了VoIP处理过程。

为了解决上述问题，目前的方法是在PSTN与IP网连接的IP一侧通过增加分析仪器进行VoIP语音信号的识别，如图3所示。具体的，IP侧的仪器截获所有数据包，并且对指定IP地址或传输通道的数据包进行解封装以进行分析，判断该包中是否为语音数据。现有技术的缺陷在于：现有的检测面向指定的传输通道，无法对指定传输通道之外的数据包进行分析，因而检测方式较为被动，检测效果不佳；进一步，由于现有技术是从截获的所有数据包中进行语音包的分拣，因此，当VoIP应用的普及导致语音数据包数量快速增长时，将突显现有技术处理能力的不足，采用现有的VoIP识别方法将很难满足在大数据量环境下进行VoIP识别的要求；并且，基于仪器接入能力的限制，当VoIP接入带宽不断增加时，现有检测仪器无法在自身接入能力之外的带宽范围内进行VoIP的检测，进而无法满足对全带宽范围进行实时监测的需要；另一方面，现有路由设备的功能是依据IP地址进行数据包的转发，然而，在IP侧实施语音包的检测将在应用层完成，因此，借助IP侧路由设备实施语音包的检测将导致路由设备性能的急剧降低。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明的目的是提供一种信号传输信道检测方法，该方法能够有效判断出到达PSTN网关的语音信号前端是否经过IP网络、PLMN网络和卫星网络等采用参数编解码技术的通信网络；相应的本发明还提供了一种采用该方法的呼叫控制系统。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种信号传输信道检测方法，包括以下步骤：在PSTN交换机四线中继侧，获取来自网关的语音信号；利用参数编解码过程中存在通带内信息扩张到禁止带的特性，检测两种频段的相互关系，判别信号传输过程中采用的编码、解码方式，由于当前技术下，不同网络采用的编解码方式是确定，因而可以确定信号经由的网络类型。在所述语音信号中，若语音信号禁止带能量的比重大于预置的门限；则判决所述语音信号前端经由非PSTN网络传输，否则判决所述语音信号前端为PSTN网内传输。

其中，所述语音信号通带范围为300赫兹至3400赫兹，禁止带范围为140赫兹至300赫兹和3400赫兹至4000赫兹。

在上述方法基础上，所述判决方式具体包括：获取所述语音信号在140Hz至300Hz频段内的平均能量，作为低频禁止带平均能量；获取所述语音信号在0至4KHz频段内的平均能量作为全频段平均能量；将所述低频禁止带平均能量与全频段平均能量的比值与预置的第一门限进行比较。

在上述方法基础上，所述判决方式具体包括：获取所述语音信号在3400Hz至4000Hz频段内的平均能量，作为高频禁止带平均能量；获取所述语音信号在0至4KHz频段内的平均能量作为全频段平均能量；将所述高频禁止带平均能量与全频段平均能量的比值与预置的第二门限进行比较。

除上述判决方法外，本发明的判决方式也采用以下方式：获取语音信号禁止带范围内确定频段的信号能量与语音信号通带内信号能量，并进行比较，判断所述语音信号禁止带范围内确定频段的信号能量所占比重是否大于预置的门限。

在进行判决处理过程中，可具体获取确定时长内所述语音信号禁止带内确定频段的信号能量与所述语音信号通带内信号能量比重的平均值，将所述平均值与预置的门限进行比较。

本发明还提供了一种采用如权利要求1所述检测方法的呼叫控制系统，包括：信道检测单元，获取语音信号，并采用如权利要求1所述的方法对所述语音信号进行检测，将特征符合检测策略的检测结果发送到呼叫控制策略处理单元；呼叫控制策略处理单元，获取信道检测单元的检测的结果，依据预置的呼叫控制策略完成呼叫控制。

在上述系统结构基础上，所述系统还可包括信令检测单元，对接入系统的信令链路的信令消息进行检测，依据预置的策略，触发信道检测单元对具有确定呼叫特征的呼叫进行语音信号的检测；进而，呼叫控制策略处理单元进一步依据信令检测单元检测结果，结合信道检测单元检测结果完成呼叫控制。

在上述系统结构基础上，所述系统还可包括监测单元，与呼叫控制策略处理单元连接，获取呼叫控制策略处理单元上报的相关信息。

本发明所述的呼叫控制系统可直接在PSTN四线中继侧，获取来自网关的用户侧语音信号；在所述信号的禁止带内呈现参数编码特性，则判决所述语音信号前端经由非PSTN网络，否则判决所述语音信号前端为PSTN网内传输。四线中继的定义见图2A所示。

以上技术方案可以看出，本发明巧妙的利用了参数编码转换的频谱扩张特性，通过对采样点的语音信号禁止带频谱特征分析，检测出到达PSTN网关的语音信号前端是否经过IP网络、PLMN网络、卫星通信网路等采用参数编码技术的网络，如VoIP使用的G.729等编解码过程等。因而，本发明实现了在PSTN侧对VoIP、PLMN等话路的识别检测。

由于PSTN侧的检测是基于对采样信号频谱分析进行的，因而本发明很好的克服了在IP侧进行语音包检测所带来的所有缺陷。例如，采用本发明所述的方法，检测效果将不受VoIP接入带宽变化的影响；与现有技术所采用的从海量数据包中分拣语音包的做法相比，即使在语音数据包数量急速增长的情况下，本发明方法的处理效率也不会降低，因而，本技术方案检测的实时性更强；采用本发明，将现有技术的被动检测变为主动检测，与现有技术相比，本发明可以用于对确定接入目标的全面检测，检测方式更加灵活；并且，本发明所采用的检测方法实现简单，检测准确性高。

本发明还提供了一种呼叫控制系统，由于该系统采用了本发明所述的方法进行传输信道的检测，因而该系统具有本发明所述方法的优点。进一步，本系统中还可进一步包括信令检测单元，基于该单元的检测策略，本系统可对特定源/目的地址的话路进行检测，因而本系统检测的目的性和准确性更高，可以对确定的接入目标全面检测，不仅有效控制了系统负荷，也使得本系统的应用更加灵活。并且，相比现有基于分析IP侧海量数据包所需的检测设备，本系统的设备成本更低。

附图说明

图1为已有基于VoIP实现语音通信的第一系统结构示意图；

图2为已有基于VoIP实现语音通信的第二系统结构示意图；

图3为现有进行VoIP检测的系统原理图；

图4为采样点位置示意图；

图5为经由交换机带通滤波后的语音信号频谱特性图；

图6为交换机带通滤波前，由IP网传输获取的语音信号的频谱特性图；

图7为PSTN网内电话终端发送白噪声时，PSTN电话接收端信号的Ratio特性图；

图8为VoIP终端发送白噪声时，PSTN电话接收端信号的Ratio特性图；

图9为本发明所述系统的结构示意图；

图10为本发明系统中信道检测单元结构示意图；

图11为本发明系统的控制流程图。

具体实施方式

本发明通过提取和分析采样语音信号频谱特性，研究信号经过不同传输方式的编解码情况下的变化特征，尤其是信号在不同编解码方式下频谱扩张特性，通过禁止带特征分析，确定采样点信号经过的传输途径、传输方式，从而解决了本发明所确定的技术问题。

基于上述思想，本发明提供了一种信号传输信道的检测方法，其核心在于：在PSTN交换机四线中继侧获取来自网关的语音信号；在所述语音信号中，若交换机禁止带的能量的比重大于预置的门限；则判决所述语音信号前端经由IP网、PLMN网、卫星网等语音采用参数编码方式传输的网络，否则判决所述语音信号前端为PSTN网内传输。

本发明所述的检测方法可直接在PSTN四线中继侧，获取来自网关的用户侧语音信号；在所述信号的禁止带内呈现参数编码特性，则判决所述语音信号前端经由非PSTN网络，否则判决所述语音信号前端为PSTN网内传输。四线中继的定义及采样点位置请参见图4所示。

以下具体说明该方法的实现原理。

PSTN交换机的用户电路中带有300Hz至3400Hz的带通滤波器，阻带衰减为10-20dB，PSTN终端发起的呼叫经过了带通滤波，在300Hz-3400Hz之外的频带上能量相对较弱，其频谱特性如图5所示。

另一方面，当呼叫经过IP等网络进行语音数据传输时，将会经过G.723或G.729等参数编解码过程，此时在300Hz-3400Hz之外的频带上将有频谱扩张，并呈现出一定的能量。由于IP等网络的语音数据包经由网关变为语音信号进入PSTN网后，其最初没有经过交换机的用户电路，因而来自互联网的语音信号最初是不具备如图5所示的频谱特性，而呈现如图6所示的频谱特性。

如果在建立呼叫的被叫用户所在的交换局四线中继侧进行检测，来自网关的语音没有经过交换机的用户电路，如果通过计算机声卡采样，则语音信号不具备经过交换机带通滤波器后所呈现的带通特性；并且，VoIP等语音经过了语音编解码后，这些编码之前对信号进行了高通滤波，截止频率在140Hz，进而VoIP语音信号在140Hz至4000Hz之间呈现出较强的能量。因此，如图6所示在140Hz-300Hz以及3400Hz-4000Hz的频段范围内来自IP网的语音信号仍呈现出一定的能量。

基于上述分析，在本发明所提供的较佳实施例中，通过检测140Hz-300Hz以及3400Hz-4000Hz频段范围内信号能量的方法，判断被测语音信号前端是否经过IP等网的传输。

对每帧x(n)，帧长128点，作256点FFT获取语音信号频域特性：

X(k)＝FFT[x(n)]

获取全频段(0-4KHz频段)信号平均能量：

E_fullband＝E[X²(k)]

获取140Hz-300Hz频段内信号平均能量：

E_band1＝E[X²(k)]x∈[A，B]

获取3400Hz-4000Hz频段内信号平均能量：

E_band2＝E[X²(k)]x∈[C，D]

获取140Hz-300Hz频段内信号平均能量与所述全频段信号平均能量的比值Ratio1：

Ratio1＝E_band1/E_fullband

获取3400Hz-4000Hz频段内信号平均能量与所述全频段信号平均能量的比值Ratio2：

Ratio2＝E_band2/E_fullband

经理论推导和试验证明，PSTN终端网内呼叫的语音信号的Ratio与经过IP或VoIP网络进行语音数据传输获得的语音信号的Ratio存在明显区别，图7所示为PSTN网内电话终端发送白噪声时，PSTN电话接收端信号的Ratio特性图，图8为采用VoIP终端发送白噪声时，PSTN电话接收端信号的Ratio特性图。参照图7可知，由于经过交换机带通滤波，因而PSTN电话终端网内呼叫的语音信号的Ratio值较小，其中Ratio1分布在0.02附近，Ratio2分布在0.1附近；参照图8可知，经由IP获得的语音信号的Ratio值相对较大且变化较快，其中Ratio1分布在1附近，Ratio2分布在0.2附近。

基于上述特性，当检测到的语音信号的Ratio值大于预置的门限值时，则可判定该语音信号前端经由IP网传输。具体的，基于现有检测获得的经验值，本实施例中选取0.2作为140Hz-300Hz频段内Ratio1的门限值，并且，可选取0.15作为3400Hz-4000Hz频段内Ratio2的门限值。虽然本实施例中给出了两个较佳的门限值，但本发明并无意对所述门限值的选取进行限制，本领域技术人员可依据长期测试结果确定门限值的大小。

进一步，在上述实施方式基础上，考虑到测得的Ratio值会产生快速变化，并且会偶然性出现波动幅度较大的情况，在本发明中可进一步对预置时长内测得的Ratio取平均值，进而将所述平均值与预置的门限值进行比较。除此之外，本领域技术人员仍可采用其他手段克服Ratio值快速变化对判决造成的不良影响。虽然本段所述的处理将提高本发明检测的准确性，然而，其并非实现本发明所必不可少的技术手段，亦非本发明的核心所在。

上述为本发明所述方法的较佳实施例，然而依据本发明的核心思想，本发明的具体实现方式仍具有多种灵活变换的方式。例如：上述实施例中同时对通带外低频和高频范围进行检测，并将Ratio1与Ratio2同时作为传输信道识别判断的依据，然而，本发明也可仅检测获取Ratio1或Ratio2的其中之一，作为判断依据，则在此情况下，由于带外低频区两种语音信号的Ratio值的区别更加明显，因而推荐仅将Ratio1作为传输信道的识别判断依据。并且，上述实施例中，对带外进行能量检测的频段进行了规定，即带外低频检测范围为140Hz-300Hz，带外高频检测范围为3400Hz-4000Hz，然而，本发明并无意对检测频段进行具体的限制，本领域技术人员可根据具体情况确定带外检测频段，则相应的，应对传输信道识别判断过程中所用到的门限值大小进行调整。除此之外，上述实施例中，所述Ratio定义为带外平均能量与全频段(0-4KHz)平均能量的比值，本发明同样可定义Ratio为带外平均能量与交换机滤波器的带内(300Hz-3400Hz)测得能量的比值，则相应的重新预置门限值的大小。另外，本发明中仅对Ratio大于预置门限值的情况进行了限定，即在该情况下，判定语音信号前端经由IP网传输；然而，当出现Ratio值等于门限值的情况时，本发明中并未进行限定，本领域技术人员可根据具体情况定义该情况下的判定结果；在采用相应技术手段用于克服Ratio快速变化的前提下，当出现Ratio值等于预置门限的情况时，本发明中推荐将其判定为语音信号前端经过了IP网传输。以上仅对本发明的多种实现方式进行了举例，其他基于本发明核心的实现方式不再赘述。

上述方法的技术特征之一是获取交换机四线中继侧的语音信号，由于本发明用于识别语音信号前端是否经由IP、PLMN、卫星网络传输。因此，本发明的方法既可形成单独的设备应用于网关与交换机之间获取中继线路上的语音信号，具体的，可将该设备可通过两种方式接入到受测网络，其中一种是通过跨接交换机传输线路实施检测，另一种是通过串接在交换机的前端实施检测；另一方面，也可将本方法的功能模块集成到交换机内部，在交换机进行带通滤波处理前实现传输信道的识别判断。以下介绍一种采用本发明所述方法的呼叫控制系统，通过其所具有的传输信道识别功能实现对呼叫的控制。

所述呼叫控制系统的核心在于，该系统包括：信道检测单元以及呼叫控制策略处理单元；其中，信道检测单元获取建立呼叫的语音信号，并采用本发明的方法对所述语音信号进行检测，将特征符合检测策略的检测结果发送到呼叫控制策略处理单元；呼叫控制策略处理单元，获取信道检测单元的检测的结果，依据预置的呼叫控制策略完成呼叫控制。

图9为本发明所述系统的结构示意图。如图，该系统具体包括了信令检测单元91、信道检测单元92、呼叫控制策略处理单元93以及监测单元94。

其中，信令检测单元91根据预置的检测与过滤策略，对接入系统的信令链路的信令消息进行分析检测，并根据检测结果控制信道检测单元92的处理；具体包括：若通过对信令消息的分析，检测到符合预置策略条件的呼叫，则触发信道检测单元进行实时信道特征检测，否则，转入正常呼叫处理控制；具体的，信令检测单元可基于呼叫信令中包含的信息，如源/目的地址等，触发信道检测单元对具有特定特征的呼叫进行检测，例如控制信道检测单元检测来自确定源地址的呼叫。

信令检测单元的功能可依据业务的具体需求选择不同的手段加以实现，其并非是本系统所必不可少的功能单元，当本发明系统中包括信令检测单元时，可结合对信令信息的检测分流出检测策略认为不必要进行信号特征分析的呼叫，因而信令检测单元有助于减少实时检测单元82的处理负荷。

信道检测单元92，采用DSP实现实时信道特征检测，具体采用本发明所述方法中采用的频谱特征分析算法，对建立通话的话路信号进行检测与分析，并将检测获得的符合检测策略的结果发送呼叫控制策略处理模块，否则，转入正常呼叫。所述符合检测策略的检测结果包括：判定语音信号前端经过IP等语音采用参数编解码的网络传输。

图10为信道检测单元的结构示意图。如图所示，所述信道检测单元中包括：DSP信号数据采集单元101、DSP信号分析检测单元102以及DSP检测策略单元。其中DSP信号数据采集单元101，收到呼叫建立信号时启动实时数据的采集，在收到呼叫结束信号时停止实时数据的采集，并将所有采集到的信号数据发送到信号分析检测单元进行处理，当本发明所述的系统应用于网关与交换机之间的时，所述DSP信号数据采集单元则串接或并接在来话中继线路上；DSP信号分析检测单元102，对接收到的信号数据运用FFT算法进行分析检测，并依据检测判定域值生成相关的检测结果报告；DSP检测策略单元103，提供检测策略配置功能，包括结合信令检测单元的检测结果判断是否触发信号分析检测单元102实施对信号数据进行分析检测，以及为信号分析检测提供各类判定域值以及为结果输出提供各类判定域值等。

如上所述，本实施例中的信道检测单元基于DSP采用FFT的算法完成语音信号的频谱特征检测和分析，然而本发明并不对实现频谱特征分析所采用的具体手段和技术进行限定。

呼叫控制策略处理单元93，根据前端信令检测结果以及信道检测结果，根据预置的呼叫控制策略对呼叫完成控制，例如，对于语音信号前端经由IP网传输的判决结果，可将该呼叫接入虚拟应答终端或通过网控接口告知对端交换设备进行相应的处理，所述虚拟终端用于将系统接入的呼叫进行语音数据处理，所述网控接口完成与对端交换设备的呼叫信息交互；进一步呼叫控制策略处理单元还将相关信息上报给监测中心。

监测单元94，将系统检测的情况进行汇总，并对结果进行管理。

图11所示为本发明呼叫控制系统的控制流程。如图所示，信令检测单元对建立的呼叫进行信令检测，依据信令信息，对于满足预置策略条件的呼叫，信令检测单元发送启动检测命令触发进行DSP实时检测，包括：执行检测处理1，进行语音信号在交换机滤波器带外低频能量计算，返回检测结果，执行检测处理2，进行语音信号在交换机滤波器带外高频能量计算，返回检测结果；依据检测结果进行呼叫控制，并发送DSP释放命令释放DSP资源。

上文具体说明了本发明呼叫控制系统的实现方式，该系统采用了本发明所述的传输信道检测方法，本系统中该检测方法的多种实现方式可参照上文对方法的说明，此处不再赘述。

以上对本发明所提供的一种信号传输信道检测方法和呼叫控制系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1、一种信号传输信道检测方法，其特征在于：

在PSTN四线中继侧，获取来自网关的用户侧语音信号；

在所述语音信号的禁止带内呈现参数编码特性，则判决所述语音信号前端经由非PSTN网络，否则判决所述语音信号前端为PSTN网内传输。

2、如权利要求1所述的信号传输信道检测方法，其特征在于，所述在语音信号的禁止带内呈现参数编码特性，则判决所述语音信号前端经由非PSTN网络，否则判决所述语音信号前端为PSTN网内传输具体为：

在所述语音信号中，若语音信号禁止带内信号能量的比重大于预置的门限；则判决所述语音信号前端经由非PSTN网络，否则判决所述语音信号前端为PSTN网内传输。

3、如权利要求2所述的信号传输信道检测方法，其特征在于：

所述语音信号通带范围为300赫兹至3400赫兹；禁止带范围为140赫兹至300赫兹和3400赫兹至4000赫兹。

4、如权利要求3所述的信号传输信道检测方法，其特征在于：

所述判决方式具体包括：

获取所述语音信号在140Hz至300Hz频段内的平均能量，作为低频禁止带平均能量；

获取所述语音信号在0至4KHz频段内的平均能量作为全频段平均能量；

将所述低频禁止带平均能量与全频段平均能量的比值与预置的第一门限进行比较。

5、如权利要求3所述的信号传输信道检测方法，其特征在于：

所述判决方式具体包括：

获取所述语音信号在3400Hz至4000Hz频段内的平均能量，作为高频禁止带平均能量；

获取所述语音信号在0至4KHz频段内的平均能量作为全频段平均能量；

将所述高频禁止带平均能量与全频段平均能量的比值与预置的第二门限进行比较。

6、如权利要求2或3所述的信号传输信道检测方法，其特征在于：

所述判决方式为：获取所述语音信号禁止带内确定频段的信号能量与语音信号通带内信号能量，并进行比较，判断语音信号禁止带内确定频段的信号能量所占比重是否大于预置的门限。

7、如权利要求6所述的信号传输信道检测方法，其特征在于：

获取确定时长内所述语音信号禁止带内确定频段的信号能量与所述语音信号通带内信号能量比重的平均值，将所述平均值与预置的门限进行比较。

8、一种采用如权利要求1所述检测方法的呼叫控制系统，其特征在于，包括：

信道检测单元，获取语音信号，并采用如权利要求1所述的方法对所述语音信号进行检测，将特征符合检测策略的检测结果发送到呼叫控制策略处理单元；

呼叫控制策略处理单元，获取信道检测单元的检测的结果，依据预置的呼叫控制策略完成呼叫控制。

9、如权利要求8所述的呼叫控制系统，其特征在于：

所述系统还包括：信令检测单元，对接入系统的信令链路的信令消息进行检测，依据预置的策略，触发信道检测单元对具有确定呼叫特征的呼叫进行语音信号的检测；以及，

呼叫控制策略处理单元进一步依据信令检测单元检测结果，结合信道检测单元检测结果完成呼叫控制。

10、如权利要求8所述的呼叫控制系统，其特征在于，还包括：

监测单元，与呼叫控制策略处理单元连接，获取呼叫控制策略处理单元上报的相关信息。

11、如权利要求8至10其中之一所述的呼叫控制系统，其特征在于：

所述呼叫控制系统直接从中继线路上获取所述的语音信号。

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