CN111200740A - 编码方法及编码器 - Google Patents

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CN111200740A
CN111200740A CN202010020908.4A CN202010020908A CN111200740A CN 111200740 A CN111200740 A CN 111200740A CN 202010020908 A CN202010020908 A CN 202010020908A CN 111200740 A CN111200740 A CN 111200740A
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杨璐
范志刚
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Xian Wanxiang Electronics Technology Co Ltd
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Abstract

本公开提供一种编码方法及编码器，涉及计算机编码领域，能够解决背景技术不能实现无损压缩和处理效率低的问题。所述编码方法应用于编码器，所述编码器包括第一处理器和第二处理器，所述方法包括：第一处理器获取待编码数据后，对所述待编码数据进行识别，并将所述待编码数据按照类型分为第一数据和第二数据；第一处理器对所述第一数据按照第一预设编码规则进行编码，得到第一编码数据；第一处理器将所述第一编码数据和所述第二数据传输给第二处理器；第二处理器对所述第二数据按照第二预设编码规则进行编码，得到第二编码数据；第二处理器发送所述第一编码数据和所述第二编码数据。

Description

编码方法及编码器
技术领域
本公开涉及计算机编码领域，尤其涉及编码方法及编码器。
背景技术
现有编解码方式从实现手段上来划分可以分为硬件实现方式和软件实现方式两种。硬件实现方式一般采用的是比较成熟的编码算法，比如JPEG编码，其缺点是无法实现无损且不能清晰还原文字；软件实现方式则大多采用私有编解码算法，不同的公司可能会采用不同的编码方法，其缺点是计算力有限，导致处理速度不够快。
发明内容
本公开实施例提供一种编码方法及编码器，能够解决背景技术不能实现无损压缩和处理效率低的问题。所述技术方案如下：
根据本公开实施例的第一方面，提供一种编码方法，应用于编码器，该编码器包括第一处理器和第二处理器，该方法包括：
第一处理器获取待编码数据后，对所述待编码数据进行识别，并将所述待编码数据按照类型分为第一数据和第二数据；
第一处理器对所述第一数据按照第一预设编码规则进行编码，得到第一编码数据；
第一处理器将所述第一编码数据和所述第二数据传输给第二处理器；
第二处理器对所述第二数据按照第二预设编码规则进行编码，得到第二编码数据；
第二处理器发送所述第一编码数据和所述第二编码数据。
在一个实施例中，第一处理器为集成编码器，所述第二处理器为自定义编码器。
在一个实施例中，第一数据为图片和视频数据；
所述第一处理器对所述第一数据按照第一预设编码规则进行编码，得到第一编码数据包括：
第一处理器对所述第一数据进行有损压缩编码，得到第一编码数据。
在一个实施例中，第二数据为文字数据；
所述第二处理器对所述第二数据按照第二预设编码规则进行编码，得到第二编码数据包括：
第二处理器对所述第二数据进行无损压缩编码，得到第二编码数据。
在一个实施例中，自定义编码器通过软件实现；
第一处理器处于内核态；所述第二处理器处于用户态。
在一个实施例中，自定义编码器通过硬件实现；
第一处理器和第二处理器处于内核态。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种编码器，该编码器包括第一处理器和第二处理器，第一处理器包括：
识别模块，用于获取待编码数据后，对所述待编码数据进行识别，并将所述待编码数据按照类型分为第一数据和第二数据；
第一编码模块，用于对所述第一数据按照第一预设编码规则进行编码，得到第一编码数据；
传输模块，用于将所述第一编码数据和所述第二数据传输给第二处理器；
第二处理器包括：
第二编码模块，用于对所述第二数据按照第二预设编码规则进行编码，得到第二编码数据；
发送模块，用于发送所述第一编码数据和所述第二编码数据。
在一个实施例中，第一处理器为集成编码器，第二处理器为自定义编码器。
在一个实施例中，第一数据为图片和视频数据；
第一编码模块具体用于：对所述第一数据进行有损压缩编码，得到第一编码数据。
在一个实施例中，第二数据为文字数据；
第二编码模块具体用于：
对所述第二数据进行无损压缩编码，得到第二编码数据。
在一个实施例中，自定义编码器通过软件实现；
所述第一处理器处于内核态；所述第二处理器处于用户态。
在一个实施例中，自定义编码器通过硬件实现；
所述第一处理器和第二处理器处于内核态。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是本公开实施例提供的一种编码方法的流程图；
图2是本公开实施例提供的编码过程各组成部分结构关系示意图；
图3是本公开实施例提供的一种编码方法的流程图；
图4是本公开实施例提供的编码过程各组成部分结构关系示意图；
图5是本公开实施例提供的一种编码方法的流程图；
图6是本公开实施例提供的一种编码方法的流程图；
图7是本公开实施例提供的一种编码器结构图；
图8是本公开实施例提供的一种远程图像传输系统的完整系统架构图；
图9是本公开实施例提供的一种远程图像传输系统的完整系统架构图；
图10是本公开实施例提供的一种远程图像传输系统的完整系统架构图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本公开实施例提供一种编码方法，如图1所示，该编码方法应用于编码器，该编码器包括第一处理器和第二处理器，包括以下步骤：
步骤101、第一处理器获取待编码数据后，对所述待编码数据进行识别，并将所述待编码数据按照类型分为第一数据和第二数据；
在该实施例中，第一处理器为集成编码器(Integrated Encoder，IE)，所述第二处理器为自定义编码器，也称私有编码器(Private Encoder，PE)。其中，集成编码器IE指硬件平台自身集成的硬件编码器，一般是有损编码；私有编码器PE是无损编码器，该编码器可以有两种工作状态(取决于实现方式)，内核态(用驱动或OpenCL等可直接操作硬件的技术实现)和用户态(软件直接操作CPU和内存)。
该实施例中，第一数据为图片和视频数据；第二数据为文字数据。
步骤102、第一处理器对所述第一数据按照第一预设编码规则进行编码，得到第一编码数据；
第一处理器对所述第一数据按照第一预设编码规则进行编码，得到第一编码数据包括：
第一处理器对所述第一数据进行有损压缩编码，得到第一编码数据。
所述第一处理器对所述第一数据按照第一预设编码规则进行编码，得到第一编码数据包括：
第一处理器对所述第一数据进行有损压缩编码，得到第一编码数据。
步骤103、第一处理器将所述第一编码数据和所述第二数据传输给第二处理器；
步骤104、第二处理器对所述第二数据按照第二预设编码规则进行编码，得到第二编码数据；
所述第二处理器对所述第二数据按照第二预设编码规则进行编码，得到第二编码数据包括：
第二处理器对所述第二数据进行无损压缩编码，得到第二编码数据。
步骤105、第二处理器发送所述第一编码数据和所述第二编码数据。
在该实施例中，自定义编码器可以通过软件或硬件实现。下面分别就这两种实现情况以及渐进式编码时的情况分别做详细的说明书。
一、当私有编码器PE是软件实现时，各组成部分直接的结构关系可参照图2。
其中，集成编码器IE可以是JPEG编码器，也可以是h.264/h.265编码器等；私有编码器PE可以是VGTP、PNG等无损编码器。集成编码器IE内完成私有编码器PE原有的部分功能，这样才能实现IE与PE的数据对接。集成编码器IE运算结果从内核态拷贝到用户态，由PE接管完成后续编码工作。
具体的实现步骤如图3所示：
步骤301、图像采集器采集到数据发送给集成编码器；
由于图像采集器和集成编码器IE都处于内核态，因此，数据不用拷贝到用户态，可以直接送入集成编码器IE。
步骤302、集成编码器IE收到数据后，先对数据进行识别，再根据识别结果对数据进行分类；
数据大体上可分为有损压缩数据和无损压缩数据两类。
识别过程：图像整帧先进行条带划分，将图像横向分为多个条带；每个条带独立处理，方便并行计算。条带内的数据再进行宏块划分，如全部分为16*16的块，然后再对每个宏块进行像素数据逐个扫描，多帧之间相同位置再进行比较，根据帧数据之间变化量及像素值变化梯度等来分类宏块类型，如区分出视频、图片、文字等宏块，然后文字块使用无损压缩、图片和视频可以使用有损压缩。
步骤303、由集成编码器IE对有损压缩数据进行编码，将编码结果及需要进行无损压缩的数据送入私有编码器PE；IE同处于内核态，PE处于用户态；
具体的，有损编码可采用H264/JPEG，此时，数据需要从内核态拷贝到用户态。
步骤304、私有编码器PE收到数据后，对需要无损压缩的数据按照预先设定的无损编码算法进行无损编码，再将自身编码结果与IE的编码结果一起打包，然后送入传输控制器；
步骤305、传输控制器接收调度器输入的参数，更新传输策略，将数据通过网卡发送至远端设备；
调度器，主要收集从传输模块上报的带宽、时延、丢包率、错包率、及下一次传输网络状况预测；调度器还会收集编码器上报的当前各编码器的运算时间、输出码率及下一帧的输出预测；调度器还会收集键鼠控制信息。调度器在以上这些数据的基础上建立决策模型，输出三组参数，采集控制参数，编码控制参数以及传输控制参数。
举两个例子对调度器根据带宽、时延、丢包率、错包率、及下一次传输网络状况预测、当前各编码器的运算时间、输出码率及下一帧的输出预测，对下一阶段的参数的预测调整进行说明：
例子1：当前带宽为10M，传输时延为2ms，丢包率为0.01％，错包率为0，下一次传输网络状况预测为下一阶段依然是这种较好状态，当前采集帧率为5帧，编码器当前平均编码时延为10ms，编码器当前输出为2Mbps，下一帧预计码率无波动保持2Mbps，当前最高质量层为6，基本质量层为3，用户当前有键鼠操作行为，且键盘事件出现时间占比较多。
此时，调度器输出的最佳决策应为：带宽足够，传输不限制，因丢包率不高，此时用户可能是在做实时的文档编辑，延时要求较高，可适当提高冗余数量，如占比达到总数据量1％；当前用户实时文本操作，对键鼠事件影响要求较高，可提高帧率到10帧，下一阶段各模块状况不变，可继续提高帧率到15帧(文字编辑时帧率最高到20帧即可，不是视频，人眼感受不会有差别)；文字对清晰度要求较高，提高基本质量层到4，下一阶段如果各模块状况不变，可继续提升基本质量层，最大不超过最高质量层。编码器可不用限制码率，下一帧带宽足够，超出2Mbps也可以。
例子2，接着上面场景，如果此时用户不再编辑文档，改为看视频，此时，带宽为10M，传输时延为3ms，丢包率为0.01％，错包率为0，下一次传输网络状况预测为下一阶段依然是这种较好状态，当前采集帧率为20fps(上面场景一直持续，帧率可能达到文字操作下的最大帧率，20fps)，编码器当前平均编码时延为10ms，编码器当前输出为5Mbps，下一帧预计码率可能码率6-7Mbps，当前最高质量层为6，基本质量层为6(上面场景一直持续，基本质量层可能会达到最高质量层)，而此时无键鼠操作行为。
此时，调度器输出的最佳决策应为：根据编码器识及采集识别反馈，提高采集帧率，先到25fps，(最高60fps,目前pc机的刷新帧率就是60fps)，因为达到24fps时人眼才不会感觉到画面断续，后续可继续提升；调度先降低编码器基本质量层，先降到原有的一半，变为3；因为此时自然视频下，可以降低码流，使用有损的视频编码器，码流限为5Mbps，并输入当前帧率25fps到编码器(后续采集帧率提高需要调度器继续设置该参数)，编码器会根据限定码流和帧率调整编码参数，保证平均码流在5Mbps波动；传输此10M带宽足够因为此时无操作，时延要求降低，传输数据量变大，此时可降低，冗余数量，如占比达到总数据量0.5％，其他丢失数据通过重传来恢复，即使丢失一帧，对于视频播放影响也不会太大，同时调整调度策略，查看整体传输中其他通道当前是否使用较少，可将预置带宽分配给音频和视频能道使用。)
步骤306、远端设备中的图像解码器在收到编码图像数据后按照与其编码算法相对应的解码算法进行解码，并将最终得到的解码图像输出画面显示。
此时私有编码器PE与原有的纯软件编码相比，内核态拷贝到用户态数据及需要私有编码器PE编码的数据变少，私有编码器PE整体工作量变少，所以编码时间降低；画质相比全集成编码器IE编码要高，与全集成编码器PE编码持平。
二、当私有编码器PE是利用开放运算语言(Open Computing Language，OpenCL)或驱动等可操作硬件的技术实现时，私有编码器PE也可以工作在内核态，在这种情况下，各组成部分的结构关系可参照图4。私有编码器PE利用OpenCL或驱动等可操作硬件具体实现的是编码算法，目的是为了使用GPU或其他类似图形加速硬件来编码，因为图像编码利用GPU效率更高，我们的程序属于应用程序，如果要调用GPU需要OpenCL或驱动等技术；好处是，不再占用CPU并且运算速度更高。
具体工作流程如图5所示：
步骤501、图像采集器采集到数据，直接送入集成编码器IE；
步骤502、集成编码器IE收到数据后，先对数据进行识别，再根据识别结果对数据进行分类；
数据大体上可分为有损压缩和无损压缩两类。
步骤503、集成编码器IE对有损压缩数据进行编码，将编码结果及需要进行无损压缩的数据送入私有编码器PE，IE和PE同处于内核态；
具体的，有损压缩可采用H264/JPEG，此时，数据无需切换到用户态，直接送入私有编码器PE；
步骤504、私有编码器PE收到数据后，对需要无损压缩的数据按照预先设定的无损编码算法进行无损编码，再将所得到的编码结果与私有编码器IE的编码结果一起打包，然后送入传输控制器；
最终结果数据需要从内核态copy到用户态。
步骤505、传输控制器接收调度器输入的参数，根据收到的参数更新传输策略，将数据通过网卡发送至远端设备；
步骤506、远端设备中的图像解码器在收到编码图像数据后按照与其编码算法相对应的解码算法对这些数据进行解码，并将最终得到的解码图像输出画面显示。
与私有编码器PE是软件实现相比，只有步骤3、4不同，剩下流程相同。私有编码器PE硬件实现时，编码速度更快；并且最终只有编码全部完成后的数据需要从内核态copy到用户态，这些数据更少，用时也更少，所以整体延时更低。画质与全PE编码时持平，高于全IE编码的画质。
三、渐进式编码时集成编码器IE和私有编码器PE的处理方式：
无论此时私有编码器PE是上述哪种实现方式，可以用集成编码器IE先完成整帧画面的渐进式编码，此时，画质无法达到最佳，但用户已能接受；再将私有编码器PE的编码结果作为最后一层，当带宽和时延允许时，再进行私有编码器PE的编码，否则私有编码器PE不工作，只传输集成编码器IE结果。再进一步，私有编码器PE可以对编码数据分组(不能分层是因为私有编码器PE进行无损编码的算法一般并行化程度不高，且不支持渐进式分层)，每一组可以当作渐进式编码的一层，这样，在集成编码器IE编码的基础上，图像可逐块达到无损。
其中，分组的基本原理是：基于带宽和编码码流；根据待编码的数据量大小及待编码的数据类型，可以预测出编码的码流。假设当前带宽假如为50KB，PE此时预测编码结果为200KB；可以把待编码的数据平均分为4组，如原来待编码数据有1000个宏块，分为四组，每组250个宏块，分四次送入PE编码，结果是四组50KB左右码流，再基于分组结果传输，适用于当前带宽；开始新的一组编码前要判断带宽和当前画面场景，可中断编码过程或更新分组数据；比如，可能只传一组时画面就有变动，此时剩下3组可以不用再编码和传输。另外，有可能带宽变低，此时只传了一组，剩下三组可重新基于当前带宽再重新分组编码。
具体的，可以按照以下步骤执行：
步骤601、图像采集器采集到数据，直接送入集成编码器IE；
图像编码器数据处于内核态。
步骤602、集成编码器IE收到数据后，先对数据进行识别，再根据识别结果对数据进行分类，并对数据整帧进行渐进式编码；
数据大体上可分为有损压缩和无损压缩两类；此时，分类结果只用于私有编码器PE的编码；集成编码器IE的识别和编码并行执行。
步骤603、集成编码器IE将编码结果和识别结果送入私有编码器PE；
此时PE编码的是原始图像数据，与IE部分编码区域重合，属于重复编码。私有编码器PE根据当前带宽和时延决定是否执行编码：如果当前带宽传输IE结果都未达到最高质量层，那PE不启动编码；另外，带宽不足的情况下，PE数据可分组编码传输，上一组编码传输完成后，根据时延判断下一组编码启动时间，并不是每一组都立即编码，以满足当前传输带宽。同时将集成编码器IE的编码结果送入传输控制器进行传输；如果私有编码器PE需要执行编码，则执行604；
步骤604、私有编码器PE根据带宽判断当前是否需要分组编码，结果送入传输控制器；
此时分组编码是指将集成编码器IE识别的结果，分组送入私有编码器PE进行编码，比如，有100个图像块需要私有编码器PE进行无损编码，此时，带宽只够支持10个块编码的传输码流，则将100个块每10块分成一组，送入私有编码器PE编码；最终编码结果就是10组，可以当作是渐进式的10层；以上所实现的编码方式，在集成编码器IE的编码结果传输到最高层时，画面已基本清晰，用户可接受，只是未达到无损，当进一步通过私有编码器PE进行编码后，可以实现对文字等对清晰度要求更高的图像块的无损编码。
步骤605、传输控制器接收调度控制输入的参数，根据输入的参数更新传输策略，将数据通过网卡发送至远端设备；
步骤606、远端设备中的图像解码器在收到编码图像数据后按照其对应的解码算法进行解码，并将得到的解码图像输出画面显示。
上述方式整体时延更低，因为集成编码器IE在收到数据时就开始进行编码，不用等识别结果，远端设备会更早收到画面数据；带宽控制更细致，集成编码器IE可根据带宽输出适配的层数(比如带宽不足时，16层是最高层，可能只编码到10层就结束了)；因为PE可分组编码甚至不编码。
本公开实施例提供一种编码器，如图7所示，该数据传输装置70包括：第一处理器701和第二处理器702，第一处理器701包括：
识别模块7011，用于获取待编码数据后，对所述待编码数据进行识别，并将所述待编码数据按照类型分为第一数据和第二数据；
第一编码模块7012，用于对所述第一数据按照第一预设编码规则进行编码，得到第一编码数据；
传输模块7013，用于将所述第一编码数据和所述第二数据传输给第二处理器；
第二处理器702包括：
第二编码模块7021，用于对所述第二数据按照第二预设编码规则进行编码，得到第二编码数据；
发送模块7022，用于发送所述第一编码数据和所述第二编码数据。
第一处理器701为集成编码器，第二处理器702为自定义编码器。
第一数据为图片和视频数据；
第一编码模块7012具体用于：对所述第一数据进行有损压缩编码，得到第一编码数据。
第二数据为文字数据；
第二编码模块7021具体用于：
对所述第二数据进行无损压缩编码，得到第二编码数据。
图8、图9、图10是一种远程图像传输系统的完整系统架构图，其中，100表示源端的计算机系统，200表示本发明实施例所提供的图传发送端装置，300表示远端设备，400是任意介质的网络(WIFI,有线，4G等)。200可以集成在100中使用，也可以是独立于100的独立系统使用。本发明针对100中有硬件编码器的特定硬件平台。
整个系统工作流程如下：
源端100：计算机生成画面、声音数据分别送入图像处理单元104及声音处理单元105进行处理，图传系统200分别通过图像采集单元201，声音采集单元202获取这些数据，分别送入图像编码单元205和声音编码单元206进行编码，然后将编码结果发送给传输控制单元209，由传输控制单元209决定如何发送；传输控制单元209同时接收从远端设备发送来的用户的反向控制数据和声音数据，并将接收到的数据分别送入声音解码208及控制解码207中进行解码，解码结果送入计算机系统的声音输入108和控制输入107中；传输控制单元209还有可能接收远端送来的USB重定向数据，直接送入系统的USB模块106。
远程设备300：传输控制模块308接收网络发送来的数据，分别送入图像解码303和声音解码304，由图像解码303和声音解码304送入播放控制器302，由播放控制器302决定何时送入显示301中进行显示或播放；308还接收用户操作生成的鼠标图形数据，送入鼠标图形或动画解码311中进行解码，然后送入鼠标绘制310；鼠标绘制310同时接收usb 306输入的鼠标操作数据。
基于上述图1对应的实施例中所描述的编码方法，本公开实施例还提供一种计算机可读存储介质，例如，非临时性计算机可读存储介质可以是只读存储器(英文：Read OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储装置等。该存储介质上存储有计算机指令，用于执行上述图1对应的实施例中所描述的编码方法，此处不再赘述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种编码方法，应用于编码器，其特征在于，所述编码器包括第一处理器和第二处理器，所述方法包括：
第一处理器获取待编码数据后，对所述待编码数据进行识别，并将所述待编码数据按照类型分为第一数据和第二数据；
第一处理器对所述第一数据按照第一预设编码规则进行编码，得到第一编码数据；
第一处理器将所述第一编码数据和所述第二数据传输给第二处理器；
第二处理器对所述第二数据按照第二预设编码规则进行编码，得到第二编码数据；
第二处理器发送所述第一编码数据和所述第二编码数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一处理器为集成编码器，所述第二处理器为自定义编码器。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一数据为图片和视频数据；
所述第一处理器对所述第一数据按照第一预设编码规则进行编码，得到第一编码数据包括：
第一处理器对所述第一数据进行有损压缩编码，得到第一编码数据。
4.根据权利要3所述的方法，其特征在于，所述第二数据为文字数据；
所述第二处理器对所述第二数据按照第二预设编码规则进行编码，得到第二编码数据包括：
第二处理器对所述第二数据进行无损压缩编码，得到第二编码数据。
5.根据权利要2所述的方法，其特征在于，所述自定义编码器通过软件实现；
所述第一处理器处于内核态；所述第二处理器处于用户态。
6.根据权利要2所述的方法，其特征在于，所述自定义编码器通过硬件实现；
所述第一处理器和第二处理器处于内核态。
7.一种编码器，其特征在于，所述图像编码器包括第一处理器和第二处理器，所述第一处理器包括：
识别模块，用于获取待编码数据后，对所述待编码数据进行识别，并将所述待编码数据按照类型分为第一数据和第二数据；
第一编码模块，用于对所述第一数据按照第一预设编码规则进行编码，得到第一编码数据；
传输模块，用于将所述第一编码数据和所述第二数据传输给第二处理器；
第二处理器包括：
第二编码模块，用于对所述第二数据按照第二预设编码规则进行编码，得到第二编码数据；
发送模块，用于发送所述第一编码数据和所述第二编码数据。
8.根据权利要求7所述的编码器，其特征在于，所述第一处理器为集成编码器，所述第二处理器为自定义编码器。
9.根据权利要求8所述的编码器，其特征在于，所述第一数据为图片和视频数据；
第一编码模块具体用于：对所述第一数据进行有损压缩编码，得到第一编码数据。
10.根据权利要求8所述的编码器，其特征在于，所述第二数据为文字数据；
第二编码模块具体用于：
对所述第二数据进行无损压缩编码，得到第二编码数据。
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