CN101455021A - 发送未压缩a/v数据的传输包结构及使用它的收发机 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于发送未压缩AV数据的传输包结构。该传输包结构包括：包括以预定编码率进行纠错编码的多个TDU的净荷，其中，所述净荷根据构成未压缩AV数据的比特的重要性被分类；添加到净荷的MAC头，其中，用于媒体访问控制的信息被记录在MAC头中；以及包括关于编码率的信息的PHY头，其中，PHY头被添加到MAC头。

Description

发送未压缩A/V数据的传输包结构及使用它的收发机
技术领域
符合本发明的设备和方法涉及无线通信技术，更具体地说，涉及一种用于发送大量多媒体内容的数据结构。
背景技术
由于当前倾向于无线网络的趋势以及传输大量多媒体数据的需求增加，关于对无线网络环境中的更加有效的传输方法的研究的需求不断增加。此外，越来越有必要在各种家庭装置之间以无线方式发送高质量视频，诸如数字视频盘(DVD)视频和高清晰度电视(HDTV)视频。
目前，IEEE 802.15.3c的一个任务组正在致力于建立用于在无线家庭网络中发送大量数据的技术标准。该标准被称为毫米波(mmWave)，其使用具有毫米波长的无线电波(即，频率为30GHz到300GHz的无线电波)来传输大量数据。到目前为止，该频带是未授权的频带，受限于通信提供商、无线电波天文学、车辆碰撞避免等。
图1是将IEEE 802.11系列标准与mmWave的频带进行比较的示图。IEEE802.11b或IEEE 802.11g使用2.4GHz的载波频率并具有大约20MHz的信道带宽。此外，IEEE 802.11a或IEEE 802.11n使用5GHz的载波频率并具有大约20MHz的信道带宽。然而，mmWave使用60GHz的载波频率并具有大约0.5GHz到2.5GHz的信道带宽。这里，应注意到：mmWave具有的载波频率比现有IEEE 802.11系列标准的更高，mmWave具有的信道带宽比现有IEEE802.11系列标准的更宽。通过使用高频信号(毫米波)，可获得几Gbps的非常高的数据率并将天线尺寸减小到少于1.5mm，从而可创建包括天线的单芯片。此外，由于空气中的衰减率非常高，所以还可减少装置之间的干扰。
近来，为了能够通过使用毫米波的高带宽在无线电装置之间发送未压缩音频或视频数据(以下，称为未压缩AV数据)而进行了研究。按照将对于人类视觉和听觉不敏感的部分去除的方式，压缩AV数据经过运动补偿、DCT转换、量化和可变长度编码等被有损压缩。然而，未压缩AV数据包括表示像素分量的数字值(例如，R、G和B分量)。
因此，包括在压缩AV数据中的比特没有依照重要性的优先级，而包括在未压缩AV数据中的比特具有优先级。例如，如图2所示，在8比特图像的情况下，通过8比特来表示一个像素分量。其中，表示最高阶的比特(最高级别的比特)是最高有效位(MSB)，表示最低阶的比特(最低级别的比特)是最低有效位(LSB)。也就是说，在恢复图像或声音信号时，在具有8比特的一字节数据中的各个比特具有不同的重要性级别。与在具有较低重要性的比特中出现差错的情况相比，如果具有较高重要性的比特在传输期间出现差错，则可更加容易地检测到差错的出现。因此，必须按照不同于具有较低重要性的比特数据的方式对具有较高重要性的比特数据进行更强的保护，以便防止其中出现差错，然而，如传统的IEEE 802.11系列的传输方案，已经使用对于所有将被发送的比特而言具有相同编码率的纠错方案和重传方案。
发明内容
技术问题
图3是示出IEEE 802.11a标准的物理层(PHY)协议数据单元(PPDU)的结构的示图。PPDU 30包括前导、信号字段和数据字段。信号字段包括：速率字段，用于表示传输速率；长度字段，表示PPDU的长度；以及其它信息。通常，信号字段以一个符号来编码。数据字段包括：PSDU、尾比特和填充比特，实际将发送的数据被包括在PSDU中。
如上所述的传统帧格式在一般数据传输中会比较有效。然而，为了在大约10m的超短距离以几Gbps来发送大量数据，必须考虑新的头结构和帧结构。具体说来，作为以几Gbps发送数据的无线传输技术的主要应用领域，为了发送未压缩音频/视频数据(以下，称为未压缩AV数据)，有必要考虑基于如上所述的数据重要性的纠错和重传方案来设计头结构和帧结构。
技术方案
因此，本发明在于解决现有技术中存在的上述问题，本发明的一方面在于提供一种用于构造传输包的方法，所述传输包适合通过几Gbps带宽来传输大量未压缩AV数据。
本发明的另一方面在于提供一种用于如上所述来发送/接收传输包的设备。
本发明的各方面并不受限于以上所述。本领域的普通技术人员将鉴于以下对本发明的描述而认识到本发明的其它方面。
根据本发明的一方面，提供一种用于发送未压缩AV数据的传输包结构，该传输包结构包括：具有以预定编码率进行纠错编码的多个传输数据单元(TDU)的净荷，其中，所述净荷根据构成未压缩AV数据的比特的重要性被分类；添加到净荷的MAC头，其中，用于媒体访问控制的信息被记录在MAC头中；以及具有关于编码率的信息的PHY头，其中，PHY头被添加到MAC头。
根据本发明的另一方面，提供一种用于发送未压缩AV数据的发送机，所述发送机包括产生用于发送未压缩AV数据的传输包的单元、以及发送产生的传输包的单元，其中，所述传输包包括：包括以预定编码率进行纠错编码的多个TDU的净荷，其中，所述净荷根据构成未压缩AV数据的比特的重要性被分类；添加到净荷的MAC头，其中，用于媒体访问控制的信息被记录在MAC头中；以及具有关于编码率的信息的PHY头，其中，PHY头被添加到MAC头。
根据本发明的另一方面，提供一种接收未压缩AV数据的接收机，所述接收机包括接收具有未压缩AV数据的传输包的单元、以及从接收的传输包恢复AV数据的单元，其中，所述传输包包括：具有以预定编码率进行纠错编码的多个TDU的净荷，其中，所述净荷根据构成未压缩AV数据的比特的重要性被分类；添加到净荷的MAC头，其中，用于媒体访问控制的信息被记录在MAC头中；以及具有关于编码率的信息的PHY头，其中，PHY头被添加到MAC头。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其他方面、特点和优点将会更加清楚，其中：
图1是示出在IEEE 802.11系列标准与mmWave标准之间比较频带的示图；
图2是通过使用多个比特级别来示出一个像素分量的示图；
图3是示出IEEE 802.11a标准的PPDU的结构的示图；
图4是示出根据本发明一示例性实施例的传输包的结构的示图；
图5是示出根据本发明另一示例性实施例的传输包的结构的示图；
图6是根据本发明一示例性实施例的PHY头的结构的示图；
图7是示出根据本发明一示例性实施例的媒体访问控制(MAC)协议数据单元(MPDU)的结构的示图；
图8是示出用于扫描划分的子像素的比特的顺序的示图；
图9是示出包括4个比特级别的TDU的示例的示图；
图10是示出包括1个比特级别的TDU的示例的示图；
图11是示出根据本发明一示例性实施例的用于发送传输包的发送机的构造的框图；
图12是示出根据本发明一示例性实施例的用于接收传输包的接收机的构造的框图。
具体实施方式
通过以下结合附图描述的本发明的示例性实施例，本发明的各个方面和特点以及实现它们的方式将变得清楚。然而，本发明的范围并不受限于所述示例性实施例，而是能够以各种方式来实现本发明。提供以下将描述的示例性实施例，以便适当地公开本发明，并帮助本领域的技术人员完全理解本发明。本发明仅由权利要求的范围来限定。此外，在整个说明书中，相同的标号用于指示相同的部件。
以下，将参照附图来描述本发明的一示例性实施例。
图4是示出根据本发明一示例性实施例的传输包70的结构的示图。所述传输包70包括：物理层会聚协议(PLCP)头77、MPDU字段75和波束跟踪字段76。所述PLCP头77包括前导71、PHY头72、MAC头73和头校验序列(HCS)字段74。
前导71相应于PHY层的用于同步和信道估计的信号，并包括多个短训练信号和长训练信号。
PHY头72是基于PHY层中使用的信息而产生的区域，MAC头73是基于在MAC层中使用的信息而产生的区域。HCS字段74是为了确定在PLCP头77中是否出现差错的区域。
MPDU字段75是记录有以预定编码率将被发送的数据(即，未压缩AV数据)的区域。
波束跟踪字段76是记录有用于波束控制的补充信息的区域。波束控制表示设置天线的方向性，从而适合具有方向性的无线电信号的接收方向。例如，用于接收具有方向性的无线电信号的接收机通过从接收的信号经过离散傅里叶变换(DFT)的总和计算到达方向(DOA)并建立接收的相应方向的方向性，从阵列天线接收具有不同相比特的相同无线电信号。
为此，波束跟踪字段76记录当如上所述在接收机中建立天线的方向性时所参考的信息。
图5是示出根据本发明另一示例性实施例的传输包80的结构的示图。传输包80与传输包70相同，只是尾比特81和填充比特82被添加到PLCP头77的HCS字段74。考虑到当应用纠错编码时数据的大小而将尾比特81和填充比特82添加到PLCP头77。尾比特81起到的作用是促使纠错编码器处于零状态。填充比特82被插入，以便促使数据的大小为在一个符号中使用的比特数的整数倍。
图6是示出根据本发明一示例性实施例PHY头72的结构的示图。如图6所示，PHY头72包括：高速率PHY(HRP)模式索引字段72a、MPDU长度字段72b、波束跟踪字段72c、差错保护字段72d、不等差错保护(UEP)偏移字段72e和保留字段72f。
由于本发明为了发送未压缩AV数据而使用超过3Gbps的传输速率，所以PHY头72必须不同于图3的PHY头。因此，PHY头72被定义为HRP头。
HRP模式索引字段72a指示包括在MPDU 75中的组的数量、应用于每个组的编码率以及调制方法等。在本发明的一示例性实施例中，如表1所示将模式索引定义为具有从0到6的值。还可排列分别指示诸如以下各项的字段：分组信息(包括在一个组中的比特级别的数量)、编码率和调制方案。然而，如果使用模式索引，则可通过使用一个索引来指示多个项组合。与模式索引相应的表1的传输模式表必须在发送机与接收机之间预设，或者必须从发送机发送到接收机。
表1
Figure A200780019589D00091
Figure A200780019589D00101
参照表1，当HRP模式索引具有范围为0到2的值时，应用EEP。当HRP模式索引具有值3或4时，将UEP应用到两个划分的组。其中，组1包括四个较高的比特级别([7][6][5][4])，组2包括四个较低的比特级别([3][2][1][0])。在表1中，当应用UEP时，划分的组的数量是2。然而，可不受限制地区别设置划分的组的数量以及属于相应组的比特级别的数量。在8比特数据的情况下，划分的组的数量可具有最大值8。
同时，在重传中，应注意：以1/3的编码率仅重传具有相对较高的重要性的组1，而具有相对较低的重要性的组2不被发送(编码率为非限定)。
参照图6，MPDU长度字段72b按照八位字节来指示MPDU 75的大小。为了精确地读取具有可变大小的MPDU 75，这一字段72b是必需的。例如，MPDU长度字段72可包括20比特。
波束跟踪字段72c是1比特字段。当用于波束控制的补充信息被包括在传输包中时，波束跟踪字段72c为1。否则，波束跟踪字段72c为0。也就是说，在图4中，如果波束跟踪字段76被添加到MPDU 75，则波束跟踪字段72c为1。否则，波束跟踪字段72c为0。
差错保护字段72d指示UEP是否应用于包括在MPDU 75中的比特。该字段72d可指示在各种UEP模式中使用的特定UEP模式。
UEP偏移字段72e指示当从MAC头73之后的第一符号执行计数时，开始UEP编码的符号的编号。详细说来，可通过10比特来表示UEP偏移字段72e。
保留字段72f是为了以后用于特定目的而保留的字段。
在图5中，MAC头73是记录有用于媒体访问控制的信息的区域，其用于媒体访问控制，这类似于IEEE 802.11系列标准或IEEE 802.3标准。MAC头73记录发送机和接收机的MAC地址、ACK策略、分片信息和其它信息。
如图7所示，MPDU字段75包括多个TDU。在纠错编码中，将相同的编码率应用于具有相同号码的TDU。可根据具有较高重要性的TDU位于具有较低重要性的TDU之前的顺序(或相反顺序)来排列所述TDU。在图7中，从组0到组(n-1)存在n个TDU。其中，组(n-1)具有最高的重要性。按照这种方式顺序地排列TDU，以形成一个排列单元。该排列单元重复到进行排列的MPDU字段75的末尾。
一个TDU包括至少一个比特级别。图8到图10是示出TDU的配置方法的一个示例的示图。
图8是示出当未压缩AV数据包括三个子像素分量时的扫描顺序的示图。在图8中，T0到T7分别指示像素的顺序。也就是说，沿着从T0开始的向左方向来顺序地执行扫描。图8示出在一个比特级别中扫描的比特的数量(扫描的数量)是8的情况。
输入的子像素的值被顺序地存储在预定缓冲器中。在存储处理中，所述值根据数据输入顺序而顺序地记录在存储器中。在扫描处理中，可根据由数据地址产生器提供的地址顺序来读取期望的比特。
从最高级别比特到最低级别比特顺序地执行所述扫描处理。在一示例性实施例中，由于一个像素包括R、G和B分量，所以对于最高级别的R分量的比特执行扫描①，对于最高级别的G分量的比特执行扫描②，对于最高级别的B分量的比特执行扫描③。接下来，对于R分量的下一较高比特“比特6”执行扫描④。按照相同方式重复这种过程，直到对于最低级别的B分量的比特完成扫描。
在如上所述对于子像素分量的所有比特完成扫描之后，对于子像素，交替扫描每个比特级别的比特，而不是扫描后来的子比特分量。这是为了减少在限制扫描数量的接收机端会出现的再现延迟。在以上描述中，对于子像素的扫描顺序是R、G和B，但是这一顺序可改变。
图9是示出通过图8所示的扫描处理而复用的一组比特。根据从最高级别的比特“比特7”到最低级别的比特“比特0”的顺序来排列复用的比特流60，根据R、G和B分量来交替排列相同比特级别的比特。在图9所示的“比特0”之后，排列从随后的像素(T8到T15)扫描的“比特7”到“比特0”。因此，可重复排列TDU。
图9示出一个TDU包括四个比特级别的示例，但是构成TDU的比特级别的数量可不受限制地改变。如图10所示，一个TDU还可包括最少的比特级别，即，一个比特级别。
图11是示出根据本发明一示例性实施例的用于发送传输包70或80的发送机100的构造的框图。
发送机100可包括存储单元110、比特划分器120、复用器130、缓冲器140、信道编码器150、头产生器160、调制和射频(RF)单元170、传输模式表180和模式选择器190。
存储单元110存储未压缩AV数据。当AV数据是视频数据时，每个像素的子像素值被存储在存储单元110中。可根据色彩空间(例如，RGB色彩空间、YCbCr色彩空间等)来不同地存储子像素值。然而，将基于根据色彩空间每个像素包括三个子像素，即，R、G和B的假设来描述本发明。当然，当视频数据是灰度图像时，一个子像素可构成一个像素，这是因为只有一个子像素分量存在。此外，两个或四个子像素分量也可构成一个像素。
为了根据重要性将划分的比特分类，复用器130根据级别来扫描和复用划分的比特。通过所述复用处理，可如图9或10所示形成多个TDU。
缓冲器140临时存储由复用器130产生的多个TDU。
信道编码器150以根据存储在缓冲器140中的TDU确定的编码率来执行纠错编码，从而产生净荷。从模式选择器190提供关于TDU的信息(包括在TDU中的比特级别的数量)以及根据TDU的编码率。在如图7所示的MPDU75中，相同类型的TDU(在图7中的TDUx，“x”表示指示TDU类型的索引)具有相同的编码率。
纠错编码大致上可分类为块编码和卷积编码。块编码(例如，里德-所罗门编码)是用于以每块数据来执行编码和解码的技术，卷积编码是用于通过使用特定大小的存储器将先前数据与当前数据进行比较来执行编码的技术。公知的是，块编码抵得住突发差错，而卷积编码抵得住随机差错。
通常，纠错编码包括将输入比特“k”转换为n比特码字的处理。这里，可通过k/n来表示编码率。随着编码率变低，纠错概率变大，这是因为输入比特被编码为更多比特的码字。
纠错编码的结果被收集，从而形成净荷，即，MPDU 75。
头产生器160产生前导71、PHY头72和MAC头73，并将产生的前导71、PHY头72和MAC头73添加到包括多个编码的TDU的MPDU 75，由此产生如图4或图5所示的传输包70或80。
这里，PHY头72的HRP模式索引字段72a记录模式索引。模式索引指示分组信息(TDU的分组方案)、编码率、调制方案等的组合。模式索引由模式选择器190提供。此外，除了字段72a之外，头产生器160还产生图6的各个字段72b、72c、72d和72f。
调制和RF单元170通过使用从模式选择器190提供的调制方案来调制传输包，并通过天线来发送调制的传输包。
模式选择器190基于传输包的传输环境从表1所示的传输模式表180选择一个模式索引。模式索引指示分组信息、编码率和调制方案的组合。模式选择器190根据模式索引向信道编码器150提供分组信息和编码率，并根据模式索引向调制和RF单元170提供调制方案。
图12是示出根据本发明一示例性实施例的用于接收传输包70或80的接收机200的构造的框图。
接收机200可包括解调和RF单元210、头读取器220、信道解码器230、缓冲器240、解复用器250、比特装配器260、再现器270、传输模式表280和模式选择器290。
解调和RF单元210解调接收的无线电信号，以恢复传输包。可从模式选择器290提供应用于解调的解调方案。
头读取器220读取由图11的头产生器160添加的PHY头和MAC头，并向信道解码器230提供已经去除头的MPDU(即，净荷)。
这里，头读取器220读取记录在PHY头72的HRP模式索引字段72a中的模式索引，并向模式选择器290提供读取的模式索引。此外，除了字段72a之外，头读取器220还读取图6的各个字段72b、72c、72d和72f。
模式选择器290参照传输模式表280来选择与从头读取器220提供的模式索引相应的分组信息、编码率和解调方案，向解调和RF单元210提供解调方案，并向信道解码器230提供分组信息和编码率。解调和RF单元210根据解调方案来解调无线电信号。
信道解码器230通过从模式选择器290提供的分组信息(包括在TDU中的比特级别的数量)而意识到构成当前MPDU的TDU的类型，并以应用于相应TDU的编码率来执行纠错解码。编码率也由模式选择器290提供。
所述纠错解码是与信道编码器150中的纠错编码反向的处理，并包括从n比特的码字恢复k比特的原始数据的处理。这里，维特比解码代表性地用于纠错解码。
缓冲器240临时存储通过纠错解码恢复的TDU，并将TDU提供给解复用器250。
解复用器250对恢复的TDU进行解复用，并将TDU划分为多个比特级别的比特。从最高级别的比特“比特m-1”到最低级别的比特“比特0”来顺序地划分比特。当视频数据的像素包括多个子像素分量时，划分的比特还可根据子像素分量来存在。所述解复用处理是与由图11的复用器130执行的复用处理反向的处理。
比特装配器260装配多个划分的比特级别的比特(从最高级别到最低级别)，由此恢复未压缩AV数据(即，每个子像素分量)。由比特装配器260恢复的子像素分量(例如，R、G和B分量)被提供给再现器270。
如果再现器270收集每个子像素分量，即，像素数据，并完成一个视频帧，则再现器270将视频帧显示在显示装置(未示出)上，所述显示装置诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)和等离子显示板(PDP)。
在以上描述中，未压缩AV数据被用作视频数据的示例。然而，本领域的技术人员将清楚地理解：相同的方法可应用于诸如波形文件的未压缩音频数据。
图11和图12的部件可实现为软件(诸如任务、类、子程序、处理、对象、执行线程和程序)或硬件(诸如现场可编程门阵列(EPGA)和专用集成电路(ASIC))。此外，所述部件可实现为软件和硬件的组合。所述部件可被包括在计算机可读存储介质中，或者，还可部分地分布于多个计算机中。
产业上的可利用性
根据本发明，提供一种适合传输大量未压缩AV数据的数据结构，从而可考虑构成未压缩AV数据的比特的重要性来有效地执行有区别的纠错编码。
尽管已经为了示例性的目的而描述了本发明的示例性实施例，但是本领域的技术人员将认识到：在不脱离如附图所公开的本发明的范围和精神的情况下，可进行各种修改、添加和替换。

Claims (21)

1、一种用于发送未压缩AV数据的传输包，该传输包包括：
净荷，其包括以预定编码率进行纠错编码的多个传输数据单元(TDU)，其中，所述净荷根据构成未压缩AV数据的比特的重要性被分类；
媒体控制控制(MAC)头，包括用于媒体访问控制的信息；以及
物理层(PHY)头，包括关于所述预定编码率的信息。
2、如权利要求1所述的传输包，其中，PHY头还包括：关于在多个TDU之一中包括的比特级别的数量的信息、以及关于调制方案的信息。
3、如权利要求2所述的传输包，其中，模式索引被记录在PHY头中，其中，PHY头指示关于所述预定编码率的信息、关于比特级别的数量的信息和关于调制方案的信息的组合。
4、如权利要求3所述的传输包，其中，不等差错保护(UEP)被应用于净荷，开始UEP的符号的编号被记录在PHY头中。
5、如权利要求4所述的传输包，其中，PHY头包括净荷的大小以及关于波束控制信息是否包括在PHY头中的信息。
6、如权利要求1所述的传输包，其中，多个TDU之一包括至少一个比特级别。
7、如权利要求6所述的传输包，其中，在多个TDU中，同样的比特级别被包括在同样类型的TDU中。
8、如权利要求6所述的传输包，其中，在多个TDU中，同样的编码率被应用于同样类型的TDU。
9、如权利要求1所述的传输包，还包括：尾比特，用于促使纠错编码处于零状态；以及填充比特，用于促使数据的大小是一个符号中使用的比特数量的整数倍。
10、一种用于发送未压缩数据的发送机，所述发送机包括：
产生用于发送未压缩AV数据的传输包的单元；以及
发送产生的传输包的RF单元，
其中，所述传输包包括：
净荷，其包括以预定编码率进行纠错编码的多个传输数据单元(TDU)，其中，所述净荷根据构成未压缩AV数据的比特的重要性被分类；
媒体控制控制(MAC)头，包括用于媒体访问控制的信息；以及
物理层(PHY)头，包括关于所述预定编码率的信息。
11、如权利要求10所述的发送机，其中，PHY头还包括：关于在多个TDU之一中包括的比特级别的数量的信息、以及关于调制方案的信息。
12、如权利要求11所述的发送机，其中，模式索引被记录在PHY头中，其中，PHY头指示关于所述预定编码率的信息、关于比特级别的数量的信息和关于调制方案的信息的组合。
13、如权利要求12所述的发送机，其中，不等差错保护(UEP)被应用于净荷，开始UEP的符号的编号被记录在PHY头中。
14、如权利要求10所述的发送机，其中，多个TDU之一包括至少一个比特级别。
15、如权利要求14所述的发送机，其中，在多个TDU中，同样的编码率被应用于同样类型的TDU。
16、一种接收未压缩AV数据的接收机，所述接收机包括：
接收包括未压缩AV数据的传输包的单元；以及
从接收的传输包恢复AV数据的单元，
其中，所述传输包包括：
净荷，其包括以预定编码率进行纠错编码的多个传输数据单元(TDU)，其中，所述净荷根据构成未压缩AV数据的比特的重要性被分类；
媒体控制控制(MAC)头，包括用于媒体访问控制的信息；以及
物理层(PHY)头，包括关于所述预定编码率的信息。
17、如权利要求16所述的接收机，其中，PHY头还包括：关于在多个TDU之一中包括的比特级别的数量的信息、以及关于调制方案的信息。
18、如权利要求17所述的接收机，其中，模式索引被记录在PHY头中，其中，PHY头指示关于所述预定编码率的信息、关于比特级别的数量的信息和关于调制方案的信息的组合。
19、如权利要求18所述的接收机，其中，不等差错保护(UEP)被应用于净荷，开始UEP的符号的编号被记录在PHY头中。
20、如权利要求16所述的接收机，其中，多个TDU之一包括至少一个比特级别。
21、如权利要求20所述的发送机，其中，在多个TDU中，同样的编码率被应用于同样类型的TDU。
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