CN101236701A - 课堂助学器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种课堂助学器，其包括微机助学系统、信号传输系统和多媒体信号采集系统，多媒体信号采集系统采集的信号通过信号传输系统传给微机助学系统。该助学器能解决视力或听力较差的学生、座位偏后的学生在课堂上看不清、听不清老师的板书和讲课内容的特殊问题，并帮助学生记录和离线调阅复习课堂板书和讲课内容。

Description

课堂助学器

技术领域

本发明涉及电子助学用品，特别是涉及一种课堂助学器。

背景技术

现有的电子助学用品如掌上电脑、笔记本电脑、数码摄像机、电子辞典和课本学习机等能方便学生查找以往发布或拍摄的学习资料，有的还方便书写和编辑图文资料。

掌上电脑和笔记本电脑的硬件配置较好，但目前尚未配置满足课堂助学的数字多媒体采集器和相应的软件，不能解决视力或听力较差的学生、座位偏后的学生在课堂上看不清或听不清老师的板书和讲课内容的特殊问题。

高像素数码摄像机或摄影机具有高像素图像和同步声音的采集记录功能，但不具有图像无分区在线连续跟踪放大调阅的应用功能软件，且整机一体化的结构方式难以适应课堂助学要求，难以在采集老师讲课图像的同时进行助学要求的人工操作。

各种电子辞典和课本学习机便于多种学习资料的查阅和单词记忆训练，但其设计方式无法实现课堂助学的应用功能，不能实时记录和调阅课堂上课内容。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种课堂助学器，该助学器能解决视力或听力较差的学生、座位偏后的学生在课堂上看不清、听不清老师的板书和讲课内容的特殊问题，并帮助学生记录和离线调阅复习课堂板书和讲课内容。

本发明所采用的技术方案是：其包括微机助学系统、信号传输系统和多媒体信号采集系统，多媒体信号采集系统采集的信号通过信号传输系统传给微机助学系统。

所述多媒体信号采集系统的单用户型采用图像采集器，信号传输系统采用信号传输线，微机助学系统采用学生掌机，学生掌机上安有声音采集模块，图像采集器通过信号传输线接至学生掌机。

所述多媒体信号采集系统的多用户型包括无线通信声音采集转发器、集中式无线声音信号接收器、集中式数字图像信号采集器、数字信号处理及有线转发器，集中式无线声音信号接收器和集中式数字图像信号采集器均与数字信号处理及有线转发器相连；信号传输系统包括与数字信号处理及有线转发器相连的主信号线、信号分路器、分支信号线和分路信号连接器，主信号线上安有1、2或多个信号分路器信号分路器通过分支信号线接至分路信号连接器；微机助学系统采用学生掌机，学生掌机通过课堂助学器信号连接线和分路信号连接器相连。

本发明的有益效果是：

1.采用大容量闪存芯片(FLASH)代替硬盘，将课堂助学器的核心微机及配套器件按掌上体积综合设计，配置首要的课堂助学软件和兼顾设计有选择用途的软件(图5)，成为取向明确的掌上电脑；

2.课堂上可以将课堂助学器中的图像采集器与学生掌机分体使用，便于同时兼顾图像采集器相对稳定的放置要求和学生掌机方便灵活的操作要求；

3.课外的其它场所下，图像采集器可随拉杆的折收而卡入底座上凸端的卡孔内，并且学生掌机也可嵌入底座的座槽之内，使得课堂助学器成为一体化组合机，便于作为掌上复习机、学习机、照相机、娱乐机、上网机、掌上电视机和普通掌上微机等使用和携带；

4.配置市电电压充电和直接供电、基本电池和备用电池电源，可满足课堂助学器较长用电时间的要求；

5.应用广泛：既可用于课堂助学，也可广泛用于各种培训和会议场所。

附图说明

图1是实施例1的结构示意图。

图2是图1中底座106的结构示意图。

图3是图1中学生掌机103的硬件系统的结构示意图。

图4是实施例2的结构示意图。

图5是课堂助学器的软件系统程序的结构示意图。

图中：101.图像采集器；102.信号传输线；103.学生掌机；104.耳机；105.支撑拉杆；106.底座；107.充电电源插接线；108.备用电池电源插接线；201.可定位万向连接器；202.电源插口；203.充电器输出插口；204.备用充电电池控制开关；205.备用充电电池；206.卡孔；207.微型充电器；208.座槽；301.图像信号接口电路；302.声音采集模块；303.外部数字通讯接口；304.微处理器；305.随机存储器；306.程序与数据存储器；307.显示器；308.附加存储器接口；309.附加存储卡；310.耳机接口电路；311按键电路；312.总线；313.电池控制开关；314.电池；315.网络接口；316.电视接收卡；400.课堂助学器辅助系统；401.无线通信声音采集转发器；402.集中式无线声音信号接收器；403.集中式数字图像信号采集器；404.数字信号处理及有线转发器；405.主信号线；406.信号分路器；407.分支信号线；408.分路信号连接器；409.课堂助学器信号连接线；410.多教室信号切换模块；411.教学管理计算机；500.电初始化；501.主菜单程序；502.照相机子程序；503.课堂助学子程序；504.学习机子程序；505.娱乐机子程序；506.网络子程序；507.课堂在线视听自动跟踪处理及人工选控子程序；508.资料回放与编辑子程序；509.课本子程序；510.词典子程序；511.电视机接收子程序；512.其它应用子程序。

具体实施方式

如图1和图4所示，为实现本发明，提供一种便于学生携带和使用的可组合式微型课堂助学系统，本发明包括：微机助学系统、信号传输系统和多媒体信号采集系统。多媒体信号采集系统采集的信号通过信号传输系统传给微机助学系统。

一种实现方式是单用户课堂助学器，如图1所示。多媒体信号采集系统采用图像采集器101，信号传输系统采用信号传输线102，微机助学系统采用学生掌机103，学生掌机103上安有声音采集模块302，分体的图像采集器101通过信号传输线102接至学生掌机103，这样学生掌机103就能获得图像采集器101采集的图像和机内声音采集模块302所采集的声音等多媒体信号。图像采集器101可通过支撑拉杆105和可定位万向连接器201安装在底座106之上。支撑拉杆105可转向和拉伸。

如图3所示，学生掌机103可包括微处理器304。图像信号接口电路301、声音采集模块302、外部数字通讯接口303、网络接口315、随机存储器305、程序与数据存储器306均和微处理器304、总线312相连。图像信号接口电路301的输入端和信号传输线102相连，总线312还和显示器307、附加存储器接口308相连。程序和数据存储器306可使用大容量闪存芯片(Flash)。附加存储卡309接至附加存储器接口308，按键电路311接至微处理器304的开关量输入口，按键电路311接有照相键和录像键。耳机接口电路310的输出端接有耳机104，耳机接口电路310的输入端接至微处理器304的模拟输出口。通过耳机能输出经自动调整音量的授课内容。电池314经电池控制开关313向学生掌机103提供基本工作电源。当学生掌机103要扩展电视功能时，外部数字通讯接口303可外接电视接收卡316。学生掌机103中的模块和器件可以在市场上采购配置。

如图2所示，上述底座106呈凹字形：底座106的上凸端安有可定位万向连接器201、电源插口202、微型充电器207和卡孔206。可定位万向连接器201与支撑拉杆105相连。电源插口202上插有充电电源插接线107，需要充电时，充电电源插接线107可接市电。电源插口202与微型充电器207的输入端相连。底座106的凹端即为座槽208，座槽208的大小与卡入学生掌机103相适应。底座106的下凸端安有充电器输出插口203、备用充电电池控制开关204、备用充电电池205。充电器输出插口203的输入端与微型充电器207的输出端相连，充电器输出插口203的输出端通过备用电池电源插接线108与学生掌机103上的电池314相连，充电器输出端口203的输出端还通过控制开关204和备用电池205的输出端相连。通过充电器208可向备用电池205充电和学生掌机103的电池314充电。便携方式时，可通过折收拉杆105与底座平行，并将图像采集器101卡入卡孔206；课堂工作方式时，可与底座垂直拉伸支撑拉杆105，以便于图像采集器101采集授课图像信号。学生掌机103可卡入座槽208内，使底座106和图像采集器101与学生掌机103之间既可分体使用，又可一体化使用和携带。

如图4所示，另外一种实现本发明的方式是多用户课堂助学器，它通过多媒体信号采集系统集中采集信号，然后再通过信号传输系统将信号传送给多个微机助学系统。具体而言，多媒体信号采集系统和信号传输系统构成课堂助学器辅助系统400。课堂助学器在集体应用时，通过增设的课堂助学器辅助系统400，向整个课堂上的每个座位上的课堂助学器信号插座提供老师讲课的图像信号和声音信号，以取代每个课堂助学器的自备图像采集器101和学生掌机103内部的声音采集模块302所采集的信号。

多媒体信号采集系统包括无线通信声音采集转发器401、集中式无线声音信号接收器402、集中式数字图像信号采集器403、数字信号处理及有线转发器404，集中式无线声音信号接收器402和集中式数字图像信号采集器403均与数字信号处理及有线转发器404相连。信号传输系统包括与数字信号处理及有线转发器404相连的主信号线405、信号分路器406、分支信号线407和分路信号连接器408。主信号线405上安有1、2或多个信号分路器406，信号分路器406通过分支信号线407接至分路信号连接器408。微机助学系统采用学生掌机103，学生掌机103通过课堂助学器信号连接线409和分路信号连接器408相连。其工作原理是：无线通信声音采集转发器401放置在讲课者的身边，它将接收到的讲课声音信号通过自身的无线通讯模块转发至集中式声音信号接收器402，集中式声音信号接收器402将所收到的无线声音信号进行初级数字化处理，然后送至数字信号处理与有线转发器404；同时，集中式数字图像信号采集器403将采集到的讲课图像信号进行初级数字化处理，也送至数字信号处理与有线转发器404；最后数字信号处理与有线转发器404将所收到的初级数字化处理的声音和图像信号进行压缩处理，然后依次传送至信号分路器406、分路信号连接器408直至学生掌机103的外部数字通讯接口303。当该课堂助学器辅助系统400要传输信号给多教室时，一个信号分路器406可通过多教室信号切换模块410和教学管理计算机411相连，由多教室信号切换模块410传输信号到其它教室，由教学管理计算机411对教学内容进行管理。

如图5所示，上述学生掌机103装有配套的软件系统程序，该软件系统程序包括以下模块和过程：

1)在学生掌机103上电初始化500；

2)电初始化500之后并列主菜单程序501和录像机子程序502两个分支，若不打开主菜单程序501，程序自动进入录像机子程序502，若打开主菜单501，则依序并列课堂助学子程序503、学习机子程序504、娱乐机子程序505、网络子程序506和其它应用子程序512，其它应用子程序512包括本机设置、输入并执行其它必要采用的功能应用软件等；

3)若打开主菜单501之后打开课堂助学子程序503，则并列课堂在线视听自动跟踪处理及人工选控子程序507和资料回放与编辑子程序508，若打开学习机子程序504，则并列课本子程序509和词典子程序510。

若学生掌机103接有外接电视卡315，则打开主菜单501之后还并列有电视机子程序511。

通过该软件系统，可以使任何座位的学生通过掌机及其耳机看得见、听得清老师在课堂上的板书及讲课的过程和内容，并能在线录制、离线调阅和复听、以及便于发送到计算机上储存和编辑学生掌机所录制的所有课堂信息，并方便教学管理。

下面简述课堂助学器的课堂助学工作过程。

一、单用户课堂助学器(见附图1、2、3、5)

1、上课前的准备工作：

①学生在自己座位的课桌上将图像采集器101通过支撑拉杆105、可定位万向连接器201调整成合适高度并整体置于适当位置；

②打开学生掌机103的电源，即打开备用充电电池控制开关204或电池控制开关313，学生掌机103的软件系统程序自动进行短暂时间的电初始化500；

③校对日期和时间(在其它应用子程序512中的本机设置中)；

④在主菜单程序501中选择课堂助学子程序503，然后选择课堂在线视听自动跟踪处理及人工选控子程序507，根据显示器307的显示对象和清晰度调整图像采集器镜头的角度和焦距，要求显示器307的显示空间正好包括全部图像采集目标(课堂上一般为黑板、白板或者字幕)且图像清晰；

⑤点触界面上的课程目录键，填写课程科目和节次；

⑥插接耳机104，恰当调整耳机音量；

⑦暂时关闭学生掌机103电源，即关闭备用充电电池控制开关204和电池控制开关313。

2、课堂上的工作过程：

①打开学生掌机103的电源，进入课堂在线视听自动跟踪处理及人工选控子程序507；

②数字图像采集器101及声音采集模块302将收集到的教师板书图像和声音信息转换为数字信号，其中图像信号通过信号传输线102传至学生掌机103；学生掌机103中的图像信号接口电路301和声音采集模块302将图像信号和声音信号分别传至总线312后，通过微处理器304的程序处理和控制，将数字图像信号在显示器307上还原显示为板书图像，将自动调节后的声音信号存入附加存储卡309，并将数模转化后的声音通过耳机接口电路310传送给耳机104；

③在显示器307所显示的老师当前板书的位置上点触，以点触位置为中心的显示内容立即在全屏范围放大，使学生能够在掌机上看清楚老师的板书内容和过程；

④当被放大的在线板书内容接近显示器的边缘时，可以通过触摸挪动方式将欲继续放大显示内容的中心置于显示器的中心或任意位置；

⑤点触界面上所显示的恢复键，界面就恢复到全目标界面状态；

⑥有选择地按下按键电路311所接的照相键或录像键，微处理器304按程序指令将照相或录像所得图像或声音信号存入附加存储卡309；

⑦考虑附加存储卡309的容量问题，注意适时复位录像键；

⑧讲课结束时，退出课堂助学子程序503；

⑨下课时，关闭学生掌机103的电源。

3、课后资料调阅整理的工作过程，有2种方法：

1)直接用学生掌机103调阅资料：

①打开学生掌机103的电源，进入资料回放与编辑子程序508；

②在显示器307的界面上点触资料调阅键，界面显示课目目录；

③点触所选择课目，界面显示该课目节次目录；

④点触所选课目节次目录，界面显示该节次所记录的老师板书编号目录；

⑤点触所选择的老师板书编号目录，该板书图像内容即被打开，同步讲课声音也被自动输出；

⑥点触欲放大的图像区域，以触点为中心的该区域图像即被放大，便于学生看得清楚；

⑦当被放大的板书内容看完时，可以通过触摸挪动方式将欲继续放大显示内容的中心置于显示器的中心或任意位置；

⑧按以上程序将讲课内容循环操作调阅，可以生动帮助学生复习和整理课堂笔记。

⑨资料调阅结束后关闭学生掌机103，并注意对掌机电池(电池314和备用充电电池205)充电，以保证次日上课使用。

2)用计算机打开资料、编辑和储存资料：

①将学生掌机的外部数字通讯接口303与其它计算机的USB通讯口相连；

②打开计算机后，同时打开学生掌机103电源，进入学生掌机103的网络子程序506；

③在连接好的计算机显示器界面上点击“可移动磁盘”，在学生掌机的附加存储卡309中所存储的资料被调阅，该资料自动按编号顺序以文件目录方式显示在该界面上；

④该资料可以存入计算机中打开和编辑，也可以直接打开调阅和编辑，便于复习和整理课堂笔记。

二、多用户课堂助学器(见图4)：

课堂助学辅助系统400的配置安装特征在于：

1、一个教室内的多台学生掌机103共用一个无线通信声音采集转发器401、一个集中式无线声音信号接收器402、一个集中式数字图像信号采集器403、一套数字信号处理及有线转发器404；

2、集中式数字图像信号采集器403和集中式无线声音信号接收器402以适当距离悬挂固定在目标位置(如教师)前的正上方；

3、无线通信声音采集转发器401夹在教师所穿衣服的适当部位；

4、分路信号连接器408固定在每个学生座位的课桌上。

多用户课堂助学系统的应用功能特征在于：

1、老师的讲课的板书图像和声音采集更方便；

2、课堂纪律松弛时，学生在耳机中听到老师讲课的声音更加突出清楚；

3、可以扩展到多教室的教学管理计算机411。

多用户使用学生掌机103的过程同单用户课堂助学器。

实施例1：

如图1、2、3和5所示，本发明包括微机助学系统、信号传输系统和多媒体信号采集系统。多媒体信号采集系统采用数字图像采集器101，信号传输系统采用信号传输线102，微机助学系统采用学生掌机103，学生掌机103上安有声音采集模块302；图像采集器101和声音采集模块302将收集到的教师板书图像和声音信息转换为数字信号，其中图像信号通过信号传输线102传至学生掌机103；学生掌机103中的图像信号接口电路301和声音采集模块302将图像信号和声音信号分别传至总线312后，通过微处理器304的程序处理和控制，将数字图像信号在显示器307上还原显示为板书图像、将自动调节后的声音信号存入附加存储卡309、并将数模转化后的声音通过耳机接口电路310传送给耳机104；图像采集器101可通过支撑拉杆105和可定位万向连接器201安装在底座106之上。可定位万向连接器201可使其连接的支撑拉杆105在两个方位上分别转向90度；在图像采集器101连同底座106与学生掌机103分体工作状态下，可将支撑拉杆105拉伸并调至与底座106的底平面垂直定位；在图像采集器101连同底座106与学生掌机103一体组合携带工作状态下，可将支撑拉杆105缩收并调至与底座106的底平面平行，以便将图像采集器101卡入底座上凸端的卡孔206。

学生掌机103包括微处理器304。图像信号接口电路301、声音采集模块302、外部数字通讯接口303、网络接口315、随机存储器305、程序与数据存储器306均和微处理器304、总线312相连。图像信号接口电路301的输入端和信号传输线102相连，总线312还和显示器307、附加存储器接口308相连。程序和数据存储器306使用大容量闪存芯片(Flash)。存储资料的附加存储卡309接至附加存储器接口308，按键电路311接至微处理器304的开关量输入口，按键电路311外接有照相键和录像键。耳机接口电路310的输出端接有耳机104，耳机接口电路310的输入端接至微处理器304的模拟输出口。电池314经电池控制开关313向学生掌机103提供基本工作电源；外部数字通讯接口303接有外接电视接收卡316。

底座106呈凹字形。底座106的上凸端安有可定位万向连接器201、电源插口202、微型充电器207和卡孔206。可定位万向连接器201与支撑拉杆105相连。电源插口202上插有充电电源插接线107。电源插口202与底座内部的微型充电器207的输入端相连。底座106的凹端即为座槽208，座槽208大小与卡入学生掌机103相适应，。底座106的下凸端侧面安有充电器输出插口203、下凸端正面安有备用充电电池控制开关204、下凸端内部安有备用充电电池205。充电器输出插口203的输入端与微型充电器207的输出端相连，充电器输出插口203的输出端通过备用电池电源插接线108与学生掌机103上的电池314相连，充电器输出端口203的输出端还通过控制开关204和备用电池205的输出端相连。

学生掌机103还装有配套的软件系统程序，该软件系统程序包括以下模块和过程：

1)在学生掌机103上电初始化500；

2)电初始化500之后并列主菜单程序501和照相机子程序502两个分支，若不打开主菜单程序501，程序自动进入照相机子程序502，若打开主菜单501，则依序并列电视机子程序511、课堂助学子程序503、学习机子程序504、娱乐机子程序505、网络子程序506和其它应用子程序512；

3)若打开主菜单501之后打开课堂助学子程序503，则并列课堂在线视听自动跟踪处理及人工选控子程序507和资料回放与编辑子程序508，若打开学习机子程序504，则并列课本子程序509和词典子程序510。

实施例2：

如图4所示，多媒体信号采集系统和信号传输系统构成课堂助学器辅助系统400。多媒体信号采集系统包括无线通信声音采集转发器401、集中式无线声音信号接收器402、集中式数字图像信号采集器403、数字信号处理及有线转发器404，集中式无线声音信号接收器402和集中式数字图像信号采集器403均与数字信号处理及有线转发器404相连。信号传输系统包括与数字信号处理及有线转发器404相连的主信号线405、信号分路器406、分支信号线407和分路信号连接器408。主信号线405上安有多个信号分路器406，信号分路器406通过分支信号线407接至分路信号连接器408。微机助学系统采用学生掌机103，学生掌机103通过课堂助学器信号连接线409和分路信号连接器408相连。一个信号分路器406还通过多教室信号切换模块410和教学管理计算机411相连，由多教室信号切换模块410传输信号到其它教室。实施例2的其余部分和功能模块与实施例1相同。

Claims (10)

1.一种课堂助学器，其特征在于：包括微机助学系统、信号传输系统和多媒体信号采集系统，多媒体信号采集系统采集的信号通过信号传输系统传给微机助学系统。

2.如权利要求1所述的课堂助学器，其特征在于：所述多媒体信号采集系统采用图像采集器(101)，信号传输系统采用信号传输线(102)，微机助学系统采用学生掌机(103)，学生掌机(103)上安有声音采集模块(302)，图像采集器(101)通过信号传输线(102)接至学生掌机(103)。

3.如权利要求2所述的课堂助学器，其特征在于：所述图像采集器(101)通过支撑拉杆(105)和可定位万向连接器(201)安装在底座(106)之上。

4.如权利要求3所述的课堂助学器，其特征在于：所述学生掌机(103)包括微处理器(304)，图像信号接口电路(301)、声音采集模块(302)、外部数字通讯接口(303)、网络接口(315)、随机存储器(305)、程序与数据存储器(306)均和微处理器(304)、总线(312)相连，图像信号接口电路(301)的输入端和信号传输线(102)相连，总线(312)还和显示器(307)、附加存储器接口(308)相连，附加存储卡(309)接至附加存储器接口(308)，按键电路(311)接至微处理器(304)的开关量输入口，耳机接口电路(310)的输出端接有耳机(104)，耳机接口电路(310)的输入端接至微处理器(304)的模拟输出口，电池(314)经电池控制开关(313)向学生掌机(103)提供基本工作电源。

5.如权利要求4所述的课堂助学器，其特征在于：所述外部数字通讯接口(303)外接电视接收卡(316)。

6.如权利要求3或4所述的课堂助学器，其特征在于：所述底座(106)呈凹字形，底座(106)的上凸端安有可定位万向连接器(201)、电源插口(202)、微型充电器(207)和卡孔(206)，电源插口(202)上插有充电电源插接线(107)，电源插口(202)与微型充电器(207)的输入端相连；底座(106)的凹端即为座槽(208)，座槽(208)的大小与卡入学生掌机(103)相适应；底座(106)的下凸端安有充电器输出插口(203)、备用充电电池控制开关(204)、备用充电电池(205)，充电器输出插口(203)的输入端与微型充电器(207)的输出端相连，充电器输出插口(203)的输出端通过备用电池电源插接线(108)与学生掌机(103)上的电池控制开关(313)相连，充电器输出端口(203)的输出端还通过控制开关(204)与备用电池(205)的输出端相连。

7.如权利要求1所述的课堂助学器，其特征在于：所述多媒体信号采集系统包括无线通信声音采集转发器(401)、集中式无线声音信号接收器(402)、集中式数字图像信号采集器(403)、数字信号处理及有线转发器(404)，集中式无线声音信号接收器(402)和集中式数字图像信号采集器(403)均与数字信号处理及有线转发器(404)相连；信号传输系统包括与数字信号处理及有线转发器(404)相连的主信号线(405)、信号分路器(406)、分支信号线(407)和分路信号连接器(408)，主信号线(405)上安有1、2或多个信号分路器(406)，信号分路器(406)通过分支信号线(407)接至分路信号连接器(408)；微机助学系统采用学生掌机(103)，学生掌机(103)通过课堂助学器信号连接线(409)和分路信号连接器(408)相连。

8.如权利要求7所述课堂助学器，其特征在于：一个信号分路器(406)通过多教室信号切换模块(410)和教学管理计算机(411)相连。

9.如权利要求2或7所述的课堂助学器，其特征在于：所述学生掌机(103)上装有课堂助学软件系统程序，该软件系统程序包括以下模块和过程：

1)在学生掌机(103)上电初始化(500)；

2)电初始化(500)之后并列主菜单程序(501)和录像机子程序(502)两个分支，若不打开主菜单程序(501)，程序自动进入录像机子程序(502)，若打开主菜单(501)，则依序并列课堂助学子程序(503)、学习机子程序(504)、娱乐机子程序(505)、网络子程序(506)和其它应用子程序(512)；

3)若打开主菜单(501)之后打开课堂助学子程序(503)，则并列课堂在线视听自动跟踪处理及人工选控子程序(507)和资料回放与编辑子程序(508)，若打开学习机子程序(504)，则并列课本子程序(509)和词典子程序(510)。

10.如权利要求9所述的课堂助学器，其特征在于：若打开主菜单(501)，则还并列有电视机子程序(511)。

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