CN101091361B - 用于在数字广播系统上发送相关数据的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明披露一种在数字广播系统中用于保证相关数据分组被被同时传送的系统和方法。相关数据分组被设置有共有的指示，缓存在一起，并在形成时间分片的突发和数字传输过程中在一起。所述相关数据分组可以包括带有共有流标签值的IPv6分组。

Description

用于在数字广播系统上发送相关数据的方法和系统

技术领域

本发明大体上涉及数字广播中对分组的组织。更具体地说，本发明提供了一种在数字广播系统中将相关分组组织到相同时间片突发中的方法和装置。

背景技术

视频流、数据流和宽带数字广播节目已经非常普及和完善。目前在欧洲和世界其他地方使用的一种系统是数字视频广播(DVB)，DVB提供交付数字内容的能力，所述数字内容可以是数据流、音频流、视频流等等。先进电视系统委员会(ATSC)也已经定义了数字宽带广播网络。ATSC和DVB都使用集装箱化技术，其中用于传送的内容被放置到做为数据容器的MPEG-2分组之内，所述数据容器可以用于传送被合适地数字化的数据，其包括但不限于高清电视、多信道标清电视(例如，PAL、NTSC和SECAM)，以及宽带多媒体数据和互动服务。

特别是由于DVB使用的增长，已经扩展到向范围更广的电子硬件交付内容。所述电子硬件中就有手持设备，所述手持设备的电源较小，要求尽可能少地使用其大功耗无线接收机。为了应对这些数字内容的低功耗用户，正在开发一种称为DVB-H的用于向手持终端传送的系统。除了其他进展以外，DVB-H改变无线传输使得数据不以低速并且连续流而是以高容量突发数据的形式在短时段内被交付到手持终端。这些有规则地定期的时间分片的突发允许接收终端间歇关闭其无线装置，节省大量功耗。所述系统在美国专利申请公开No.20030152107 A1中描述，标题为“Time-slicesignaling for broadband digital broadcasting(用于宽带数字广播的时间片信号传送)”。在标题为“Transimission System for Handheld Terminals(DVB-H).(用于手持终端的传送系统(DVB-H))”的DVB文档A081中也有描述。

时间分片的数字广播系统可以包括互联网协议(IP)封装器，所述封装器接收IP分组形式的数据，将它们捆绑以作为时间分片的突发而传送，并且还可以计算纠错值。被捆绑的数据报可以采用MPEG-2传送流的形式。如果特定的IP封装器从例如互联网的广域网接收其分组，或者如果所述IP封装器从多个源接收数字内容，就可能产生IP分组排序的问题。在这种情况下，拥塞、网络抖动或其他时延可能造成严重的相关IP分组的重排或分离。因此，相关分组可能终止在分离的时间分片突发中，造成在接收端的中断。

即使没有网络或拥塞问题，对于内容源而言也很难估计哪些分组将终止在相同时间片中。特定的数据流或文件(例如，元数据或密钥)可能需要特定的分组被同时广播。目前，流标签头部字段已经被建议作为IPv6规范的标准。所述流标签目的在于允许相关分组的识别。然而，所述规范并没有披露如何在数字广播网络中使用流标签。因此在时间分片的数字广播系统中提供一种用于将带有流标签标识的相关IP分组捆绑到相同时间片中，从而使得相关分组以有组织的适时的方式被数字内容的用户接收的方法是非常有用的。

发明内容

下文提供了本发明的简单概述以便提供对本发明某些方面的基本理解。本概述不是本发明的广泛概括。它的目的不是标识本发明的关键或重要元素或界定本发明的范围。以下概述仅仅作为下文更加详细描述的序言以简化的形式提供本发明的一些概念。

本发明的第一个说明性实施例提供了一种在时间分片的数字广播系统中转发分组的方法。所接收的数据分组被标记有为相关分组所至少部分地共有的指示，例如根据IPv6协议的流标签值。根据所述值，所述分组被指配到流特定的缓冲器。然后，所述缓冲器的内容被调度用于在时间分片的突发中交付，并且随后被转发。

本发明的第二个实施例提供了一种时间分片的数字广播系统，其包括IP封装器和时间分片的突发无线发射机。所述IP封装器包括缓冲存储器以及处理器，其中所述处理器基于所述数据分组的流标签值或为相同流相关的分组所至少部分地共有的其他标记，将所接收到的数据分组指配到流特定的缓冲器中。所述缓冲器的内容--包括所述数据分组--被调度用于交付并且然后被封装进共用的时间分片的突发中。

本发明的第三个实施例提供了一种时间分片的数字广播系统，其中包括IP封装器和发射机。所述IP封装器接收IPv6分组--其中每个分组包含流标签值，并且把每个分组指配到流特定的缓冲器。所述IP封装器选择当前缓冲器并将分组封装到时间分片的突发中，然后所述突发被转发以进行传送。

附图说明

图1示出了本发明可以被实施的合适的数字广播系统示例；

图2描述了数据流示意图，提供了对根据本发明的一个或多个实施例的IP封装器的一部分的近观；

图3描述了根据本发明的一个或多个实施例的随时间推移数据流进入IP封装器的简单图；

图4描述了对于根据本发明的一个或多个实施例的缓冲器，随时间推移的缓冲器容量的草图；

图5描述了对于根据本发明的一个或多个实施例的缓冲器，随时间推移的缓冲器容量的草图；

图6描述了对于根据本发明的一个或多个实施例的尽力而为型缓冲器，随时间推移的缓冲器容量的草图；

图7描述了根据本发明的一个或多个实施例的随时间推移的突发输出的图示；

图8是根据本发明的一个或多个实施例的用于为相关分组选择流标签的方法的流程图；

图9是根据本发明的一个或多个实施例的用于根据分组的流标签将分组指配到缓冲器中的方法的流程图；以及

图10是根据本发明的一个或多个实施例的用于将所缓冲的分组调度进入时间片中的方法的流程图。

具体实施方式

在以下的多个实施例描述中将参考附图，这些附图构成了本发明的一部分，并以图示形式显示可以实施本发明的实施例。应理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以利用其他实施例，并可以进行结构上的和功能上的修改。

图1示出了其中可以实施本发明的适当数字广播系统的示例。所描述的时间分片的数字广播系统包含发射系统101和移动终端102。分组源110产生可以进入发射系统101的大量数据信号。所述数据信号可以通过直接连接直接进入所述发射系统，或经由互联网或其他分组网络间接进入发射系统。所述数据信号最终可以被移动终端102接收，并且可以向用户提供视频流、音频流、元数据、密钥、与有条件访问和/或数字版权管理数据相关联的数据，或其他数据流。与内容数据相关且应一起传送的元数据可以包括用于所述内容的排序和/或访问信息。

所述数据信号以数据分组的形式可被IP封装器112获得。所述数据分组可以包含使用标准网络层协议--例如常见的IPv4或IPv6--构成的分组。到达IP封装器112的分组可能经历一系列流量整形、缓冲和同步技术。相关分组被重新打包以用于在相同时间分片的突发中交付，所述时间分片的突发被交付到数字广播发射机114用于在天线116上广播。

在移动终端102，天线120接收被发射系统101广播的时间分片的突发，并将其交付到数字广播接收机122。流过滤器124过滤所述数据从而使得仅有一部分可为用户所用，将所述数据提供给接收输入缓冲器126，其存储了所述突发中所提供的大量数据。缓冲器126逐渐清空数据，并把它们提供给应用处理器128，应用处理器128可以包含视频浏览器、音频播放器、电子系统向导或其他数字内容的消费者。

图2描述了数据流示意图，提供了根据本发明的一个或多个实施例的IP封装器112的一部分的详细视图。在IP封装器112的这部分中，分组202被流标签检测器208处理。每个分组可以包含流标签头部字段204以及数据净荷206。在分组头部中，流标签可以构成被指配给流标签头部字段的20比特整数。流标签由分组源指配，并被包括到与分组相关并应当一起传送的信号中。所述相关数据分组的例子包括承载密钥和/或与承载视频数据的分组相关联的条件访问数据以及内容数据--例如相关联的音频和/或文本数据(例如，对白)--的分组。当源为两个或更多分组提供相同的流标签时，所述分组应当一起通过通信通路被传送。然而，如果没有给特定分组分配标签，就可以认为其属于“尽力而为”，并且可以不按照特定顺序转发。在没有IPv6流标签头部字段的情况下，可以通过其他方法代替流标签为分组提供指示来表示它们是相关的，例如在所述分组净荷之内具有与流标签类似的能够被识别的指示。而且，这里使用的术语“流标签”可以包含与所述分组的源地址相结合的分组的流标签值。所述两个值可以被结合以防止来自不同源的流标签重复。在图2中，带有所分配的流标签的分组具有图案，例如分组201c的流标签204的网状图案。在图中带有所分配的相同流标签的分组具有同样的图案。没有流标签或带有“尽力而为”流标签的分组用黑色实心图案表示，例如分组201b。

由于每个分组的流标签都被检查，因此每个分组都基于其流标签的值被指配到流标签特定的缓冲器中。由于流缓冲器可能数量很多而且实际上是虚拟的，这里仅以第一缓冲器212，第二缓冲器214，第三缓冲器216，以及尽力而为缓冲器218作为代表。虽然它们的内容被描述为带有共有的流标签的堆叠的分组，但它们实际上可能以任何配置存储。在虚拟缓冲器实施例中，位于单独存储器中的所有分组并不按照特定顺序构造，而且被分配以虚拟缓冲器值。上述数值可能被放置在表中，所述表包含了对于每个分组的条目，每个条目包含缓冲器识别符且可选地包括分组大小(因此可以计算总的缓冲器容量)。或者，可以为每一流标签使用不同容量的分离的物理缓冲存储器。根据流标签的不同，可以需要额外的缓冲器(未示出)，无论是虚拟的或是物理的。

每一缓冲器可以具有多个与之相关联的阈值。第一缓冲器212可以具有基于其所能容纳的数据量的容量阈值222。第二缓冲器214可以具有较小的容量阈值224。每一缓冲器的容量阈值根据多个因素而不同，所述因素包括但不限于，正被存储的分组的大小、分组到达的速率、以及所述存储器的容量。第三缓冲器216可以具有容量阈值226，并且尽力而为缓冲器218可以也具有容量阈值228。当第一缓冲器212中的数据量超过它的容量阈值222时，可以触发指示所述缓冲器需要被清空的警告，以免溢出。每一缓冲器还可以具有与之相关联的时间阈值(未示出)。在定时器可以跟踪最早的分组已经被存储特定缓冲器中多长时间。每次所述缓冲器的内容被清空时，所述定时器可以被重启。为了防止分组变“陈旧”，所述时间阈值可以触发指示特定缓冲器应当被清空的告警。

当缓冲器的时间和容量阈值被触发时，每一缓冲器的内容被转发用于复用和突发形成230，从而使得它们最终可以被封装在一起，产生突发输出232。一种可能使用的封装形式是多协议封装(MPE)，其可以产生MPEG-2编码的传送流(MPEG-2TS)。最终，所述突发被转发用于广播。

通过介绍，图3-7描述了根据本发明的一个或多个实施例的随时间推移的数据图示。图3描述了随时间推移数据流进入IP封装器112的图示。相对稳定的IP分组流--在此设定为大约400kbps，最终被缓冲并且被数字广播发射系统101在时间分片的突发中广播。

当IP分组进入IP封装器112的所述流标签检测组件时，它们被指配到根据其流标签值的缓冲器中。图4-6描述了对于某些示例缓冲器随时间推移的缓冲器容量。分配给其他流标签值的其他缓冲器可以在使用中，但未示出。图4描述了具有容量阈值222的第一缓冲器212随时间推移的缓冲器容量草图401。虽然图401描述了缓冲器容量的平滑增长，但带有对于所述缓冲器的特定流标签的分组可能以更加偶然的方式到达，而且增长可以实际上是或多或少的阶跃式。在此，随时间推移，缓冲器212在时间点411充满，超过了它的阈值容量222。在下一可用时间片，缓冲器212的所述内容通过先入先出(FIFO)算法被传递用于复用和突发形成。随着更多分组的到达和被指配到缓冲器212，所述转发缓冲器内容的过程继续进行。每次缓冲器212中的数据量超过缓冲器阈值222时，例如在时间点413和415，就重复所述转发过程。在时间点415之后，看起来不再有分组达到。这意味着带有所述特定流标签的分组的供应已经结束。在某一指定的不活动时期之后，所述缓冲器空间可以被回收，并可能被重新分配给其他流标签。

图5描述了具有容量阈值226的第三缓冲器216随时间推移的缓冲器容量的草图501。在本例中，带有对于缓冲器216的特定流标签的分组以低于缓冲器212的速度到达。所述缓冲器的时间阈值503可以被设定为前一次转发事件之后20秒。在时间点512，缓冲器216的容量没有超过容量阈值226，但是所述缓冲器中最老的分组已经超过了时间阈值503，因此所述缓冲器中的分组被转发用于复用和突发形成。在时间点514，分组的速率增加了，而且在另一个时间阈值被超过之前容量阈值226被超过了。如缓冲器212一样，缓冲器216的内容被转发，而且设定新的时间阈值。在时间点517，时间阈值504在容量阈值226被超过之前被超过，而且缓冲器216的内容再次被转发。

图6描述了具有容量阈值228的尽力而为缓冲器218随时间推移的缓冲器容量的草图601。存储在缓冲器218中的尽力而为型分组可能不带流标签或可以带有特定的尽力而为流标签。尽力而为型分组以相对恒定的速率被指配到尽力而为缓冲器218。在时间点612，一些尽力而为型分组被转发以填充时间分片的突发的未使用部分。在时间点616，尽力而为缓冲器218的容量超过容量阈值228，而且大量尽力而为型分组被转发用于复用和突发形成。在时间点617，与时间点612一样，一些尽力而为型分组被转发以填充时间分片的突发的未使用部分。

图7描述了随时间变化的突发输出的图示。当来自缓冲器的分组被转发用于复用和突发形成时，所述分组被封装到大容量突发中。所述突发以设定的间隔被广播，而且每个突发除了交付所封装的分组外，还通知接收机下一个突发的时间。这样，移动终端102可以在突发之间关闭其无线电设备。在此，数据突发是以4Mbps的速率可预测的时间间隔被广播的，大约每隔3.33秒广播一个。它们的持续时间可能很短，也许持续0.35秒，相当于有效地交付420Kbps的数据。所述值可以根据IP封装器112接收到的数据量、共享特定广播信道的IP封装器的数量、所使用的无线频率等等，而明显不同。尽管这里仅仅示出了一组突发，但可以交织其他突发组，提供带有时间位移突发的附加“信道”。

在此，突发711与第一缓冲器212在时间点411的清空相一致。突发711的内容包括来自缓冲器212的分组，正如所述突发的图案所指示的那样。突发711也可以包括来自未示出的其他缓冲器的其他分组。此外，来自其他缓冲器的分组可以在图7中没有标出的突发中被广播。与时间点413和415一致，突发713和715也包括来自第一缓冲器212的分组。突发712和717包括来自第三缓冲器216和尽力而为缓冲器218的分组。正如突发717与时间点517和617相一致一样，突发712与各自图中的时间点512和612相一致。突发714与时间点514一致，其中当第三缓冲器216的缓冲器容量超过阈值226时，来自第三缓冲器216的分组被转发。最后，突发716与时间点616相一致，其中当尽力而为缓冲器218的缓冲器容量超过阈值228时，来自尽力而为缓冲器218的分组被转发。

再次参考图1，图8是根据本发明的一个或多个实施例的用于为相关分组选择流标签的方法的流程图。所述方法可以由发送相关分组的分组源110实现。在此，在步骤801，分组源为分组流标签--在此称为流--选择初始值。对于所述特定分组源，用于流的所述值可以预先确定，或者随机确定。在步骤802，选择一组数据分组用于在同一时间片中的交付。所述分组可以是更大的分组选择中的一部分，也许是承载视频和语音的数据流。所述分组源可以知道下行时间分片的突发的大小，并且因此能够智能的选择适合于单个突发的一组分组。或者，所述分组源可以选择基本上相关的一组分组，例如同一场景的音频数据和视频数据，或表示特定数据文件--例如电子系统导航信息或密钥--的所有分组。

一旦选择了相关分组，则在步骤803，所述分组源将每个分组的流标签设定为所述流值。这可以包括设定头部字段，例如IPv6分组中的流标签字段，或使用标注分组的某些其他方法。接下来，在步骤804，使得所选择的分组可以交付给发射系统101。这可以经由到IP封装器112的直接连接，或经由非直接方法例如互联网、无线网络或某些其他分组网络。如果在判决805，还有相关分组准备发送，那么在步骤806，为流选择新标签值。如果附加的一组分组与之前的分组相关，那么它们可以接收相同的流标签值。或者，所述第二组分组可以接收递增的流标签值。这可以充当信号下行流，所述第二组分组与所述第一组分组相关，但是在所述第一组分组之后被发送。如果所述第二组分组不相关，那么流新的值可以被增加某个常量，或被分配新的随机值。于是控制返回到步骤802。如果，在判决805不再有分组准备发送，那么所述方法终止。

图9是根据本发明的一个或多个实施例的基于分组的流标签将分组指配到缓冲器中的方法的流程图。所述方法可以由IP封装器112或负责基于分组流标签来分类和转发分组的任何类似设备实现。在此，当在步骤901分组已经准备好进行分类时，检查其流标签。在判决902，如果分组具有流标签，则在步骤903基于所述流标签将所述分组指配到缓冲器。如果所述分组是接收到的特定流标签的第一个分组，那么需要分配缓冲器，而且确定所述缓冲器的容量和各种阈值。如果分组没有流标签，则在步骤904，将所述分组指配到尽力而为缓冲器。在判决905，如果另一分组被读出用于分类，那么控制返回步骤901检查所述下一个分组。如果不再有分组，那么所述方法结束。

图10是根据本发明的一个或多个实施例的用于将被缓冲的分组调度到时间片中的方法的流程图。通过确定将被调度的当前缓冲器，步骤1001开始。所述确定可以基于哪个缓冲器超过或将要超过其容量和/或时间阈值。或者，确定将被调度的当前缓冲器可以基于调度具有最小数字流标签的缓冲器来进行。这是假设所述流标签已经是以必要的顺序方式被指配的。区分缓冲器分组调度的优先次序的任何其他方法都可以使用；尤其是那些能够帮助保证分组适时转发的方法。

在步骤1002，一旦缓冲器被选择，所述缓冲器中的分组就被调度到即将到来的时间片突发中。或者，所述分组可以被立即转发用于复用和突发形成。在判决1003，确定在所述下一时间片中是否有足够的空间用于所述当前缓冲器的内容。如果没有足够的空间用于所述当前缓冲器的内容，那么在步骤1004剩余的分组将被调度到后续的时间片中。如果有足够的空间，那么在判决1005，确定在该时间片中是否剩余有可用空间。如果有，则在步骤1006，可以将附加分组调度到所述时间片中。所述附加分组可以来自所述尽力而为缓冲器，或者可以包括带有其他流标签的分组。在判决1007，在所述缓冲器被处理之后，如果还有缓冲器需要被调度，那么控制回转至步骤1001，确定下一个缓冲器。否则，所述方法终止。

应注意，如果额外分组在调度时刻和转发时刻之间到达缓冲器，那么所述分组可能或可能不被包括在与先前被调度的分组相同的时间片中。这可以取决于额外分组的数量、所述时间片中的可用空间，以及是否使用尽力而为型分组填充所述时间片。

尽管已经就包括有实现本发明的当前优选模式的特定例子描述了本发明，但本领域的技术人员应理解，在所附权利要求所阐明的本发明的精神和范围内，存在对于上述设备的许多变化和置换。

Claims (15)

1.一种用于转发数据分组的方法，包含：

(1)接收第一数据分组，其中所述第一数据分组包括为一组相关分组所至少部分地共有的第一指示；

(2)将所述第一数据分组指配到缓冲器，其中所述缓冲器仅包含具有相同的至少部分共有的指示的数据分组；

(3)调度所述第一数据分组用于在时间分片的突发中交付；

(4)将所述第一数据分组与具有相同的至少部分共有的指示的多个数据分组一起转发用于在所述时间分片的突发中传送；

(5)确定在所述时间分片的突发中存在可用的剩余时间；以及

(6)响应于确定在所述时间分片的突发中存在可用的剩余时间，调度来自第二缓冲器的第二数据分组用于在所述时间分片的突发中传送，来自所述第二缓冲器的所述第二数据分组包括不同于所述第一指示的第二指示。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一数据分组包含IPv6分组。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述为一组相关分组所至少部分地共有的第一指示包含流标签值。

4.如权利要求1所述的方法，其中步骤(2)包含通过在表中创建包括缓冲器识别符和分组大小的条目将所述第一数据分组指配到缓冲器。

5.如权利要求1所述的方法，其中步骤(4)进一步包含：

将所述第一数据分组与所述具有相同的至少部分共有的指示的多个数据分组封装在一起；以及

用所封装的数据分组形成时间分片的突发。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述时间分片的突发包含MPEG-2传送流。

7.一种用于转发数据分组的装置，包括：

用于接收第一数据分组的模块，其中所述第一数据分组包括为一组相关分组所至少部分地共有的第一指示；

用于将所述第一数据分组指配到缓冲器的模块，其中所述缓冲器仅包含具有相同的至少部分共有的指示的数据分组；

用于调度所述第一数据分组用于在时间分片的突发中交付的模块；

用于将所述第一数据分组与具有相同的至少部分共有的指示的多个数据分组一起转发用于在所述时间分片的突发中传送的模块；

用于确定在所述时间分片的突发中存在可用的剩余时间的模块；以及

用于响应于确定在所述时间分片的突发中存在可用的剩余时间，调度来自第二缓冲器的第二数据分组用于在所述时间分片的突发中传送的模块，来自所述第二缓冲器的所述第二数据分组包括不同于所述第一指示的第二指示。

8.一种用于转发数据分组的方法，所述方法包含：

由IP封装器：

接收多个IPv6分组，其中所述多个IPv6分组中的每一个都包含流标签值；

将所述多个IPv6分组中的每一个指配到多个流缓冲器中的一个，其中所述多个流缓冲器中的每一个仅包含具有相同流标签值的IPv6分组；

从所述多个缓冲器中选择当前流缓冲器；

将具有相同流标签值的来自所述当前流缓冲器的多个IPv6分组封装到时间分片的突发中；

转发所述时间分片的突发用于传送；以及

确定在所述时间分片的突发中存在可用的剩余时间；以及，

响应于确定在所述时间分片的突发中存在可用的剩余时间，调度来自所述多个缓冲器中的第二流缓冲器的数据分组用于在所述时间分片的突发中传送，来自所述第二流缓冲器的数据分组包括不同于所述流标签值的第二流标签值，以及

由发射机发送时间分片的突发。

9.如权利要求8所述的方法，其中将所述多个IPv6分组中的每一个指配到多个流缓冲器中的一个包含由所述IP封装器，通过为每个IPv6分组在表中创建条目，将所述多个IPv6分组中的每一个指配到所述多个流缓冲器中的一个，其中每一条目包含流缓冲器识别符和所述分组的大小。

10.如权利要求8所述的方法，其中从所述多个缓冲器中选择当前流缓冲器包括由所述IP封装器基于缓冲器容量阈值被超过来选择当前流缓冲器。

11.如权利要求8所述的方法，其中从所述多个缓冲器中选择当前流缓冲器包括由所述IP封装器基于缓冲器时间阈值被超过来选择当前流缓冲器。

12.一种用于转发数据分组的方法，所述方法包含：

由IP封装器：

接收多个相关数据分组，每个相关数据分组包含至少部分共有的指示，其中所述多个相关数据分组包含内容数据和相关联的访问数据；

将所述多个相关数据分组指配到缓冲器，其中所述缓冲器仅包含具有相同的至少部分共有的指示的数据分组；

调度所述多个相关数据分组用于在时间分片的突发中交付；

将所述多个相关数据分组封装在一起；

形成时间分片的突发，所述时间分片的突发包括被封装的多个相关数据分组；

确定在所述时间分片的突发中存在可用的剩余时间；以及

响应于确定在所述时间分片的突发中存在可用的剩余时间，调度来自第二缓冲器的数据分组用于在所述时间分片的突发中传送，来自所述第二缓冲器的数据分组包括不同于所述至少部分共有的指示的指示，以及

由发射机发送所封装数据分组的时间分片的突发。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述相关联的访问数据包含密钥。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述相关联的访问数据包含条件访问数据。

15.如权利要求12所述的方法，其中所述多个相关数据分组包含IPv6分组，而且所述至少部分共有的指示包含流标签值。

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