CN101998110A - 一种开设式显示控制与指挥设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种开设式显示控制与指挥设备，其包括总线、处理器、主板、视频输入装置，音频输入装置、指挥信号处理装置、控制装置、信号交换装置、视频输出装置、音频输出装置、报警装置、网络接口装置、显示装置、操作装置及电源装置，其特征在于：所述的主板、视频输入装置、音频输入装置、指挥信号处理装置、控制装置、信号交换装置、视频输出装置、音频输出装置、报警装置、网络接口装置和电源装置与所述总线相连接；所述处理器安装在所述主板上，所述显示装置、所述操作装置与所述主板相连接。本发明还提供了一种应用上述开设式显示控制与指挥设备组成的显控系统和用于开设式显示控制与指挥设备信号融合处理方法。

Description

一种开设式显示控制与指挥设备

技术领域

本发明涉及多媒体通讯技术领域，尤其是涉及一种可以在复杂环境下快速搭建的开设式显示控制与指挥设备。

背景技术

随着科技的飞速发展，电子产品的应用越来越广泛，它们的广泛应用给人类的生产生活带来了很大的便利，如用于军事、消防、安保等各种监视与控制设备，应对各种自然灾害需要快速构建的数据通信系统。现有的各种监视与控制系统集成度低，体积大，不便于在紧急情况下使用，而且，系统故障查找困难，不便于修复。

中国专利公开号为CN1232237A的专利申请公开了一种有、无线综合通信报警系统，包括分别与有线/微波高速数据网连接的保安指挥中心、网络管理中心及由至少一个小区保安中心组成的用户子系统，其特征在于：所述的用户子系统按层次或级别由上而下顺次为至少一个用户站、分属各用户站的至少一个主控器、分属各主控器的至少一个分控器，和与每一个分控器连接的至少一个探测器；所述的主控器、用户站及小区保安中心分别设有无线数据通信电台，各分控器与其上级主控器直接连接，各主控器与其上级用户站间通过市话网及无线本地网连接，各用户站与其上级小区保安中心间通过有/无线综合网连接。该系统仅仅是一种报警系统，并且报警数据仅仅是发生警情的位置数据，信息量少，无法完成音频、视频数据的传送，更无法完成保安中心至警情发生地点的指控作用，该系统需要提前布线，安装调试复杂。

中国专利公开号为CN1349107A的专利申请提供了一种使用卫星定位/地理资料的消防自动化指挥管理系统，其针对目前，因瓦斯(天然气、液态石油气及类似物)爆炸，或电器使用不当，或人为纵火等所造成的火灾很多，且往往因延误报警时间而造成生命财产的重大损失。尤其在科技飞速发展的现阶段，生活的繁忙常使人们忽略了对火灾的预防，且市场上并没有一种综合性的兼具预防火灾、监视火灾和自动报警的完备的消防指挥管理系统。因此有必要利用中央处理器(CPU)及软件和硬件设施，开发出一套综合的可进行无线电传输、卫星定位、地理资料的提供、设施管制、影像监控、地下管线管制、管线监控、行动/固定通讯，及常见的侦测警报等的指挥、管制、通讯、信息自动化系统，以有效地避免或大幅度地减少火灾，该系统主要是用于火灾报警，使用现有的处理器、即计算机进行设计，其应用范围低，仅能用于火灾报警，难以用于灾难现场的监视和控制作用。

中国专利公开号为CN1715823A的专利申请描述了一种单兵作战装备、通信指挥系统，其针对二十一世纪的高科技陆军步兵单兵装备是一个高科技的武器、通讯保障的综合系统，如何实现战场上的每一个士兵就是战场上信息平台的子系统，将战场上的各种信息转换成数字信息，并利用数字式传输、处理系统将这些数字信息在各种作战平台和各作战单位之间传输、处理，达到整个作战系统的信息资源共享，将信息采集、信息传输、信息处理和信息利用一体化，从而最终实现战场指挥、控制、通信、情报的一体化是一个急待解决的课题，该申请提供的单兵作战装备、通信指挥系统，它包括士兵个人装备系统，武器装备系统，头盔电显、语音收发及通讯调控装置；便携式电源、通信综合控制盒和战术通信指挥系统。该发明提供的单兵作战装备、通信指挥系统是用于步兵单兵的作战、通信指挥系统，也就是说通过系统指挥部可以了解单兵的处境，指挥单兵的作战计划。

中国专利公开号为CN1945612A的专利申请描述了一种行政执法城市区域化管理指挥控制系统，其目的是解决城市管理领域中执法方面存在信息不及时、执法反应慢，而现有的各种执法信息管理定位手段，只使用无线网络、互联网或采用单独铺设的网络传递采集信息，在传输数据量和网络覆盖上有很大的限制等方面存在的问题。

可见，现有的显示控制与指挥系统功能单一，仅仅是现有技术的集成，架设时间长，难以满足军事、消防、安保、重大自然灾难的快速反应要求，且体积大，携带不方便，难以扩展。

发明内容

本发明的目的在于便于快速构建、灵活部署部队、消防、安保、重大灾难等功能全面、高度集成的开设式指挥所。根据本发明的设备采用CPCI模块化设计，集多源信号接入、多点控制单元、调度控制终端、视频矩阵、数字调音台等多种功能于一体，并可实现信号控制设备和网络交换设备的应用扩展，可将多源信号统一接入处理，实现视频信号，VGA信号的自由切换及数字化传输，而且该设备继承了强大的视频指挥功能，实现了与视频指挥系统的无缝融合，是多业务一体化应用及全面数字化设备的最新诠释。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种开设式显示控制与指挥设备，包括总线、处理器、主板、视频输入装置、音频输入装置、指挥信号处理装置、控制装置、信号交换装置、视频输出装置、音频输出装置、报警装置、网络接口装置、显示装置、操作装置及电源装置，其特征在于：所述主板、视频输入装置、音频输入装置、指挥信号处理装置、控制装置、信号交换装置、视频输出装置、音频输出装置、报警装置、网络接口装置和电源装置与所述总线相连接；所述处理器安装在所述主板上，所述显示装置、所述操作装置与所述主板相连接。

所述控制装置可以根据用户指令或设定的条件，向信号交换装置输出控制信号，将多路音频、多路视频信号中的一路分别输出至音频输出装置及视频输出装置。该开设式显示控制与指挥设备可根据用户设定的条件实现自动报报警功能。

优选地，该开设式显示控制与指挥设备中的指挥信号处理装置包括视频信号处理模块、音频信号处理模块、多源信号混合模块、雷达信号处理模块、卫星信号处理模块、IP电话信号处理模块、CDMA信号处理模块，分别对视频信号、音频信号、多源信号混合、雷达信号、卫星信号、IP电话信号、CDMA信号进行处理。

优选地，该开设式显示控制与指挥设备中的指挥信号处理装置由数字信号处理器(DSP)构成。

优选地，该开设式显示控制与指挥设备还包括数据接口装置，用于与外部设备交换数据，该数据接口装置可为USB、串行通讯接口、并行通信接口中的一种或多种，并且可通过该数据接口装置对开设式显示控制与指挥设备进行调试、检修或升级。

优选地，该开设式显示控制与指挥设备中的总线为CPCI总线，操作装置为键盘和鼠标。

优选地，该开设式显示控制与指挥设备具有无线接口装置，用于与外部设备通过无线方式连接，该无线接口装置可为FM接口、卫星信号接口、GSM接口、CDMA接口、红外接口、蓝牙接口中的一种或多种。

优选地，该开设式显示控制与指挥设备具有光盘刻录装置，用于将输入的音频、视频信号等刻录保存。

优选地，该开设式显示控制与指挥设备的音频输入装置支持1-10路音频信号输入，音频输出装置支持1-6路音频信号输出。

优选地，该开设式显示控制与指挥设备的视频输入装置支持1-12路视频信号输入，视频输出装置支持1-8路音频信号输出。

优选地，该开设式显示控制与指挥设备的音频输入装置的输入信号至少有一路为雷达信号输入或卫星信号输入。

优选地，该开设式显示控制与指挥设备的视频输入装置的输入信号至少有一路为雷达信号输入或卫星信号输入。

该开设式显示控制与指挥设备可在部队、消防、安保、重大自然灾难中使用。

本发明还提供一种应用上述开设式显示控制与指挥设备组成的显控系统，其包括：开设式显示控制与指挥设备、路由器、交换机、视频音频编解码阵列、视频音频切换设备、多媒体应用终端，其特征在于：所述开设式显示控制与指挥设备通过所述路由器、所述交换机与所述视频音频编解码阵列相连接，所述视频音频切换设备将接受的视频音频信号选择后传输到所述视频音频编解码阵列，然后将编码的数据通过所述交换机、所述路由器传输到开设式显示控制与指挥设备进行处理；所述多媒体应用终端通过网路与所述开设式显示控制与指挥设备相连接。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：可用于部队、消防、安保、重大灾难等开设式指挥所的快速构建，其部署灵活、功能全面、高度集成。该设备采用模块化设计，集多源信号接入、多点控制单元、调度控制终端、视频矩阵、数字调音台等多种功能于一体，并可实现信号控制设备和网络交换设备的应用扩展。根据本发明的设备和方法有效解决了各个平台不能融合或不能兼容而形成的所谓“信息孤岛”的问题。

附图说明

图1是本发明的开设式显示控制与指挥设备的示意图。

图2是本发明的开设式显示控制与指挥设备原理示意图。

图3是本发明的开设式显示控制与指挥设备中的指挥信号处理装置示意图。

图4是本发明的含有数据接口装置的开设式显示控制与指挥设备原理示意图。

图5是本发明的含有无线接口装置的开设式显示控制与指挥设备原理示意图。

图6是本发明的含有光盘刻录装置的开设式显示控制与指挥设备原理示意图。

图7是本发明的应用开设式显示控制与指挥设备组成的显控系统原理示意图。

图8是本发明的应用于开设式显示控制与指挥设备的信号处理方法示意图。

附图标记：0开设式显示控制与指挥设备、1总线、2主板、2a处理器、3视频输入装置、4音频输入装置、5指挥信号处理装置、6控制装置、7信号交换装置、8视频输出理装置、9音频输出装置、10报警装置、11网络接口装置、12电源装置、13显示装置、14操作装置、15数据接口装置、16无线接口装置、17光盘刻录装置、18视频音频切换设备、19视频音频编解码阵列、20交换机、21路由器、22多媒体应用终端

具体实施方式

图1是根据本发明的开设式显示控制与指挥设备的示意图。该设备对视频会议、视频指挥、视频矩阵、数字调音台、VGA矩阵等多种模块进行了高度集成化，从而解决机动部队在野外开设指挥所需要携带大批设备，搭建过程中即费时又费力的问题；并且有效解决通信指控装备多头建设造成的集成、兼容困难的问题。该设备体积小，重量轻，可由单兵(单人)携带或背负。

以下将参照附图详细描述根据本发明的开设式显示控制与指挥设备。

实施例1

如图2所示，本开设式显示控制与指挥设备，包括总线1、处理器2a、主板2、视频输入装置3，音频输入装置4、指挥信号处理装置5、控制装置6、信号交换装置7、视频输出装置8、音频输出装置9、报警装置10、网络接口装置11、显示装置13、操作装置14及电源装置12，其特征在于：所述的主板2、视频输入装置3、音频输入装置4、指挥信号处理装置5、控制装置6、信号交换装置7、视频输出装置8、音频输出装置9、报警装置10、网络接口装置11和电源装置12与所述总线1相连接；所述处理器2a安装在所述主板2上，所述显示装置13、所述操作装置14与所述主板2相连接。

外部信号通过视频输入装置3、音频输入装置4输入该开设式显示控制与指挥设备，通过总线将其传输到指挥信号处理装置5根据信号的类型进行处理，即根据视频信号、音频信号、多源信号混合、雷达信号、卫星信号、IP电话信号、CDMA信号的类型选择相应的模块进行处理，处理完的信号通过总线发送到信号交换装置7，进行信号选择后通过总线输出到主板2，然后通过主板输出到与其连接的显示装置13输出，用户通过操作装置14对信号源、信号处理过程、信号输出等进行控制。

所述控制装置6可以根据用户指令或设定的条件，向信号交换装置7输出控制信号，将多路音频、多路视频信号中的一路分别输出至音频输出装置9及视频输出装置8。该开设式显示控制与指挥设备在可根据用户设定的条件实现自动报报警功能，方便用户查找问题。

如图3所示，指挥信号处理装置5包括视频信号处理模块、音频信号处理模块、多源信号混合模块、雷达信号处理模块、卫星信号处理模块、IP电话信号处理模块、CDMA信号处理模块，分别对视频信号、音频信号、多源信号混合、雷达信号、卫星信号、IP电话信号、CDMA信号进行处理。

该开设式显示控制与指挥设备中的指挥信号处理装置可以是由多个数字信号处理器(DSP)构成。

所述控制装置6可以是ARM处理器、微处理器、可编程控制器、PowerPC等具有控制及数据处理功能的装置。

本领域技术人员可采用汇编语言、C、C++、VB等任何编程语言编写控制程序，实现控制装置6对于信号交换装置7或其他外围部件的控制。

为防止设备长时间运行时，温度过高，其还设有散热风扇。

本发明实现了多模块信号的顺畅流转和保证多媒体数据的现势性。

第一，各装置间通信采用以可靠UDP(用户数据报协议)为核心的异步消息机制。可靠UDP具有弱连接特性，与UDP相比，它增加了可靠性，能对关键消息进行重发；与TCP(传输控制协议)相比，它不会引起阻塞，适应了模块间消息和数据的快速流转。

第二，其采用一个集中式的多源数据管理、分析决策支撑系统，只有不断提供有效的、高现势性的信息，才能保证整个系统的生命力。通过经实践检验的实时数据传输平台，在保证媒体数据现势性的同时，达到了高效率和低成本的平衡：a.数据交换速度快，不会有数据积压集中传输而导致的拥堵现象，并发性高；b.用户可以定制要传输的数据项，只传输对方应该看到/听到的数据，且只传输新加的和变化的数据，尽最大可能的减少传输数据量，提高设备的并发访问能力。

本发明还解决了大数据量在多链路环境下信号传输自适应的问题：

第一，对于大数据量的视频信号，设备使用在发送端分割和在接收端组合的技术，使得传输再大的数据也不会出现问题；

第二，当网络中存在拥塞，或当前的网络带宽不能满足发送视音频流所需要的速率时，必须对视音频信号的压缩进行控制：设备使用了一个自适应码率控制机制，通过RTCP(实时传输控制协议)在接收端和发送端之间建立一条反馈回路，接收端向发送端定时发送丢包率等状态信息，发送端根据反馈判断链路状况，调整编码的算法或参数，使得输出的视音频信号与网络情况相匹配。信号延迟包括网络延迟和编解码延迟。

数据包在网络中传输需要耗费时间，因此会有网络延迟，这是比较固定的因素。

新一代视频压缩标准H.264的算法复杂度相当高，目前的H.264测试模型JM未得到有效的优化，达不到实时编解码的要求。维盛H.264视频编解码器根据高速DSP(数字信号处理器)的结构特点对H.264算法进行优化，在主客观质量损伤很小的情况下显著降低编解码延迟。

链路带宽的高低是相对的，对视频而言，最低的带宽要求是256kbps，最高输出码率是6Mbps；对音频而言，最低的带宽要求是8kbps，最高输出码率是64kbps。

实施例2

图4示出的该开设式显示控制与指挥设备还包括数据接口装置15，其余部分与实施例一中的结构相同，该数据接口装置用于与外部设备交换数据，该数据接口装置可为USB、串行通讯接口、并行通信接口中的一种或多种，并且可通过该数据接口装置对开设式显示控制与指挥设备进行调试、检修或升级。

实施例3

图5示出的该开设式显示控制与指挥设备还包括无线接口装置16，其余部分与实施例一中的结构相同，该无线接口装置用于与外部设备通过无线方式连接，该无线接口装置可为FM接口、卫星信号接口、GSM接口、CDMA接口、红外接口、蓝牙接口中的一种或多种。

实施例4

图6示出的该开设式显示控制与指挥设备还包括光盘刻录装置17，其余部分与实施例一中的结构相同，该光盘刻录装置用于将输入的音频、视频信号刻录保存。

图7描述了一种应用上述开设式显示控制与指挥设备组成的显控系统，其包括：开设式显示控制与指挥设备0、路由器21、交换机20、视频音频编解码阵列19、视频音频切换设备18、多媒体应用终端22。其中，所述开设式显示控制与指挥设备0通过所述路由器21、所述交换机20与所述视频音频编解码阵列19相连接，所述视频音频切换设备18将接受的视频音频信号选择后传输到所述视频音频编解码阵列19，然后将编码的数据通过所述交换机20、所述路由器21传输到开设式显示控制与指挥设备0进行处理；所述多媒体应用终端22通过网路与所述开设式显示控制与指挥设备0相连接。

该显控系统是本发明的开设式显示控制与指挥设备的一种具体应用，其实现了信号控制设备和网络交换设备的应用扩展，可将多源信号统一接入处理，实现视频信号，VGA信号的自由切换及数字化传输。而且该设备继承了强大的视频指挥功能，实现了与视频指挥系统的无缝融合，能实现多业务一体化应用及全面数字化。

图8描述了一种应用于上述开设式显示控制与指挥设备的信号融合处理方法，包括如下步骤：

a.信号配准步骤：将信号统一到统一参考时间和空间；

b.信号合成步骤：用于处理来自多个输入源的信号，该步骤中使用一个衰减因子α，对信号进行衰减，衰减因子随着数据量大小而变化，当数据量溢出时，衰减因子α＜0.2，使溢出的音频信号衰减后处于临界值以内；当数据量没有溢出时，衰减因子增加，使得信号保持平滑变化；

具体而言，首先对多个输入源的信号进行线性叠加，然后使用一个初始值为1的衰减因子α，对叠加后的信号进行衰减。由于数字信号量化时的位数固定不变，所以叠加后的信号有可能会超出量化范围。例如，如果使用8位表示一个信号的大小，量化范围就在-127-128之间。所以在处理一帧数据时，根据每一个数据的大小，自适应调整衰减因子的大小，使超过量化范围的信号再次处于量化范围之内。例如，对于8位量化的信号，设叠加后的数据大小为N，若N＞128，则新的衰减因子α₂＝N×α₀/128。在处理完一帧数据之后，若衰减因子小于1，则计算新的衰减因子，α₁＝α₀+(1-α₀)×0.2。

c.信号转码步骤：根据输出链路的状况，对合成后的信号选择合适的算法和参数重新编码；

d.信号反馈步骤：根据合成后的信号对处理器的各种阈值、处理时间进行反馈调整，以提高设备的工作效率。

在该信号融合处理方法的步骤c中，可以采用现有技术中任何合适的算法。

该信号融合处理方法解决了各种不同信号之间的干扰问题，在设备方面通过合理的内部布线和模块布局得以实现；在软件方面通过数据模板技术实现信息的标准化。在新建一个媒体源时，需要以一个准备好的模板作为依据，以使数据全面规范化。模板中包含数据结构及所有其它要求的全面封装。同时，模板还在输入输出端为格式的兼容提供了技术手段。

本发明的开设式显示控制与指挥设备接口类型丰富，一般情况下，具有以下接口：视频接口：5路Video In(4路视频矩阵交换；1路视频指挥输入)、5路Video Out(4路视频矩阵交换；1路视频指挥输出)、音频接口：5路Audio In(4路数字调音台入；1路视频指挥输入)、4路Audio Out(4路数字调音台出；1路视频指挥输出)、控制口：6路COM口、6路RJ45 10M/100M以太网口；其音频参数如下：语音质量：MOS分≥4级、语音压缩标准：G.729、MPEG1 layer2；其视频参数如下：图像格式：CIF、D1；图像传输速率：25帧/秒、图像压缩标准：H.261/H.263/H.264；其物理特性如下：尺寸机架式：6U、规格：430mm×280mm×360mm(宽×高×深度)、颜色：冰灰色、军绿色、黑色；随机标配：线材、转接头、工具；重量：设备12.5Kg+配件18Kg；其环境适应性强：

工作温度：0℃～45℃、存储温度：-10℃～55℃、湿度：(95±3)％；其电气性指标如下：功率：280W、电压：220V。

本发明的开设式显示控制与指挥设备外观设计简洁，性能稳定可靠，即插即用，操作简便，接口丰富，支持网络信号、视频信号、音频信号、等多种信号接高度集成化设计，集视频指挥、视频会议、视频矩阵、数字调音台等多种系统于一体；CPCI模块化设计、集成开设指挥所架设所需的视频、音频、显控以及各种器材、工具，应用模块、数据接口按需组合；操作简便、构建灵活高效；接口丰富，支持扩展，全面满足开设式指挥所多种信号源接入需要；具备混音、增益、降噪、反馈抑制等多种音频调节功能；信号传输动态链路自适应机制；支持线路有线IP网、微波、PSTN、卫星车载站、卫星背负站、CDMA网络等多种网络接入形式，如终端有断线或者异常情况，可通过声音报警或窗口提醒，迅速查找故障端。根据本发明的设备按照通用标准设计，具有良好的通用性和互换性；而且高度集成化，集成了目前常见的所有接口，同时具有强大的抗干扰能力。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种开设式显示控制与指挥设备，包括总线(1)、处理器(2a)、主板(2)、视频输入装置(3)、音频输入装置(4)、指挥信号处理装置(5)、控制装置(6)、信号交换装置(7)、视频输出装置(8)、音频输出装置(9)、报警装置(10)、网络接口装置(11)、显示装置(13)、操作装置(14)及电源装置(12)，其特征在于：所述主板(2)、视频输入装置(3)、音频输入装置(4)、指挥信号处理装置(5)、控制装置(6)、信号交换装置(7)、视频输出装置(8)、音频输出装置(9)、报警装置(10)、网络接口装置(11)和电源装置(12)与所述总线(1)相连接；所述处理器(2a)安装在所述主板(2)上，所述显示装置(13)和所述操作装置(14)与所述主板(2)相连接。

2.根据权利要求1所述的开设式显示控制与指挥设备，其特征在于：所述指挥信号处理装置(5)包括对视频信号进行处理的视频信号处理模块、对音频信号进行处理的音频信号处理模块、对多源信号混合进行处理的多源信号混合模块、对雷达信号进行处理的雷达信号处理模块、对卫星信号进行处理的卫星信号处理模块、对IP电话信号进行处理的IP电话信号处理模块、和对CDMA信号进行处理的CDMA信号处理模块。

3.根据权利要求1所述的开设式显示控制与指挥设备，其特征在于：还包括数据接口装置(15)。

4.根据权利要求3所述的开设式显示控制与指挥设备，其特征在于：该数据接口装置(15)为USB、串行通讯接口和并行通信接口中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的开设式显示控制与指挥设备，其特征在于：还包括无线接口装置(16)。

6.根据权利要求5所述的开设式显示控制与指挥设备，其特征在于：该无线接口装置(16)为FM接口、卫星信号接口、GSM接口、CDMA接口、红外接口和蓝牙接口中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的开设式显示控制与指挥设备，其特征在于：还包括光盘刻录装置(17)。

8.根据权利要求1所述的开设式显示控制与指挥设备，其特征在于：所述音频输入装置(4)支持1-10路音频信号输入，所述音频输出装置(9)支持1-6路音频信号输出，所述视频输入装置(3)支持1-12路视频信号输入，所述视频输出装置(8)支持1-8路音频信号输出，所述音频输入装置(4)的输入信号至少有一路为雷达信号输入或卫星信号输入，所述视频输入装置(3)的输入信号至少有一路为雷达信号输入或卫星信号输入。

9.一种应用权利要求1所述的开设式显示控制与指挥设备组成的显控系统，其包括：开设式显示控制与指挥设备(0)、路由器(21)、交换机(20)、视频音频编解码阵列(19)、视频音频切换设备(18)、多媒体应用终端(22)，其特征在于：所述开设式显示控制与指挥设备(0)通过所述路由器(21)和所述交换机(20)与所述视频音频编解码阵列(19)相连接，所述视频音频切换设备(18)在将接收的视频音频信号选择后传输到所述视频音频编解码阵列(19)，然后将编码的数据通过所述交换机(20)和所述路由器(21)传输到开设式显示控制与指挥设备(0)进行处理；所述多媒体应用终端(22)通过网路与所述开设式显示控制与指挥设备(0)相连接。

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