CN1141793C - 适应性可变压缩比率编译码方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适应性可变压缩比率编译码方法及其装置，其特点是可随着输入讯号以及差异量而实时改变编码分辨率的可变压缩比率，其具体结构主要是设置有一可接收压缩资料及/或步阶(delta)讯号的分辨率调整器，可依照压缩资料及/或步阶数值高低变化而弹性地调整量化及反量化器的量化与反量化的分辨率，据此而可达到低误差的压缩编译码的效果。

Description

适应性可变压缩比率编译码方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种电通讯技术领域传输中的适应性可变压缩比率编译码方法及其装置，特别是涉及一种对数字讯号进行压缩及解压缩的方法，可以克服传统的步阶脉码调制(Delta Pulse Code Modulation，简称DPCM)以及适应性步阶脉码调制(Adaptive Delta Pulse Code Modulation，简称ADPCM)等压缩编译码方法无法提供低误差的缺点的适应性可变压缩比率编译码方法及其装置。

背景技术

数字讯号压缩，就是对数字化的资料进行压缩，来降低资料量。现今以脉码调制(PCM)为基础的压缩编译码方式使用最为普遍。脉码调制按所使用的“频域”(frequency domain)或“时域”(time domain)而有差别，以下仅就“时域”型态的数字讯号的压缩编译码方式进行简述说明。

请参阅图1A所示，是表示步阶脉码调制以及适应性步阶脉码调制架构的编码器的结构方块图，而图1B则是表示相应的译码器的结构方块图，在图1A的步阶脉码调制编码结构中，是以一量化器50、一反量化器60以及一预测器80构成步阶脉码调制压缩编码器，而在前述构造中加入虚线显示的步阶适应器70后，即转变为一适应性步阶脉码调制压缩编码器构造，该位于内部的预测器80为供预估出下一笔资料的大小(Px)，再与输入讯号(Di)相减(通过减法器92完成)，而产生一个代表两者间的误差值(Perr)，在理想的情况下，这个误差值应该只是一个微量值而已，再经过量化器50以“固定”或“可变”的步距(Step Size)(由步阶适应器70进行完成)与一既定(固定)的分辨率条件下，将其量化后形成一压缩输出码(Code)，而位于图面右侧的反量化器60、加法器91以及预测器80，实际上即为一相同于图1B步阶脉码调制或适应性步阶脉码调制译码器，而将其设置在编码器中，主要是供还原印证资料的正确性，该反量化器60在收到压缩输出码(Code)后，会以相同的步阶(Delta)值与相同的分辨率条件进行反量化而送出Qperr讯号，其后，再与预测器80回送的预估值(Px)相加(通过加法器91进行完成)，形成预测器80的输入讯号(Qx)，然后，重复前述与输入讯号(Di)相减、对误差值(Perr)量化与反量化验证步骤，直到结束为止。

虽然通过图1A、图1B中的步阶适应器70，可针对压缩输出码(Code)的大小而改变量化器50及反量化器60的步阶(Delta)大小，使其在既定(固定)分辨率下，改变输出的最大最小值，请参阅图2所示，例如：图2B的步阶值为1改变至图2A的步阶值为2的情况下，令最大振幅可由±2增加至±4，使能涵盖更大的振幅，而不致因振幅突发变化而产生大量失真，反之，当测得压缩输出码恢复至标准值时，即自动调降步阶值，据以避免因步阶值过大导致量化误差增加。

如前述，可随着压缩输出码自动调整步阶值的设计，虽可改善因输入讯号振幅过大的问题，然而容易导致量化误差增加，针对此点，本发明人欲提出一种可兼顾量化误差及提供大输入振幅涵盖范围的改良性方法，并基于丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，经过不断的研究、设计，且经反复试作样品及改进后，终于创设出本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种适应性可变压缩比率编译码方法及其装置，使其成为一种可依照输出码以及步阶值而自动改变量化器及反量化器的分辨率的可变压缩比率编译码方法及架构，使其兼具有高动态范围及低量化误差。

本发明的另一目的在于，提供一种适应性可变压缩比率编译码方法及其装置，使其在编译码器内增设一分辨率调整器，此分辨率调整器为接收编译码器的输出码以及步阶值讯号，并通过一分辨率控制讯号控制量化器及反量化器，而可在输入误差大幅增加(或减少)及/或是步阶值变大(或变小)时，适时调升(或调降)量化分辨率，迅速地降低量化误差并解决失真问题。

本发明的目的是由以下技术方案实现的。本发明提供一种适应性可变压缩比率编码方法，其包括：

一量化步骤，为对数字输入讯号进行量化，

一反量化步骤，为对量化后的资料反向还原为输入讯号，

一预测步骤，为接收反量化的结果而预估出下一笔资料大小，

一取得误差值的步骤，为将前述预测结果与实际输入讯号进行相减处理，将此取得的误差量重复前述量化处理，及

一分辨率调整步骤，为可依照量化步骤所送出的输出码的数值变化而实时地改变前述量化及反量化的分辨率，

一步阶调整步骤，此步骤可随着输出码的变化而送出一步阶数值，以此步阶数值可回送至量化及反量化步骤中，以改变量化及反量化的步阶值，

上述改变分辨率的步骤为：

初始状态下，预先选定一初始的准位表，然后，判断输入端送入的步阶值或输出码是否大于或小于准位表所设定的参考准位，当输入准位超过或低于参考准位时，令计数器呈递增或递减变化，然后判断计数器的计数值大于或小于参考准位，而令分辨率调升或调降处理，于分辨率升降作业完成后，则计数器归零，然后再重新进入流程中，依照此时的分辨率状况而选择相应的准位表以及进行前述判断步阶值或输出码的准位与进行分辨率升降处理的步骤，直到结束为止。

前述的适应性可变压缩比率编码方法中，该分辨率调整步骤中更包括有相应于不同分辨率模式的比较资料表，供作为改变分辨率的比较判断基准；其中该比较资料表的各项资料均对应有上/下限准位。

本发明还提供一种适应性可变压缩比率译码方法，包括：

一反量化步骤，为对量化后的资料反向还原为输入讯号，

一预测步骤，为接收反量化的结果而预估出下一笔资料大小，

一分辨率调整步骤，为可依照反量化步骤所送出的输出码的数值变化而实时地改变前述反量化的分辨率，

一步阶调整步骤，此步骤可随着输出码的变化而送出一步阶数值，以此步阶数值可回送至反量化步骤中，以改变反量化的步阶值，

上述改变分辨率的步骤为：

初始状态下，预先选定一初始的准位表，然后，判断输入端送入的步阶值或输出码是否大于或小于准位表所设定的参考准位，当输入准位超过或低于参考准位时，令计数器呈递增或递减变化，然后判断计数器的计数值大于或小于参考准位，而令分辨率调升或调降处理，于分辨率升降作业完成后，则计数器归零，然后再重新进入流程中，依照此时的分辨率状况而选择相应的准位表以及进行前述判断步阶值或输出码的准位与进行分辨率升降处理的步骤，直到结束为止。

前述的适应性可变压缩比率译码方法中，分辨率调整步骤中更包括有相应于不同分辨率模式的比较资料表，供作为改变分辨率的比较判断基准；其中该比较资料表的各项资料均对应有上/下限准位。

本发明的目的还由以下技术方案来实现，本发明提供一种适应性可变压缩比率编码装置，包括：

一量化器，其输入端与数字讯号连接，其输出端送出一输出码讯号；

一反量化器，其输入端与前述输出码讯号连接；

一预测器，与反量化器的输出端连接，其输出端为回馈到量化器输入端位置；

一分辨率调整器，该分辨率调整器的两个输入端分别与编码器以及步阶适应器连接，接收输出码及步阶值；其输出端连接量化器及反量化器，将分辨率控制讯号同时输入至上述部件；

上述分辨率调整器包括：

两组比较器，分别与步阶值及输出码讯号连接；

一计数器，接收上述两比较器输出的讯号；

一与上述计数器连接的比较器；

一受比较器触发的分辨率升降器；

一受分辨率输出讯号控制的参考准位产生器；

上述参考准位产生器内部设置多组资料表，依照分辨率调整器送出的分辨率数值，而提供不同的步阶上/下准位值、不同的输出码上/下准位值以及计数器上/下准位值，以供设定前述三组比较器所需的参考比较位准。

前述的适应性可变压缩比率编码装置又设有一以输入端与输出码讯号连接，其输出端送出代表步阶值的步阶控制讯号的步阶调整器。

前述的适应性可变压缩比率编码装置中该分辨率调整器更设置有一输入步阶数值的输入端。

本发明还一种适应性可变压缩比率译码装置，包括：

一反量化器，其输入端与输出码讯号连接；

一预测器，与反量化器的输出端连接，其输出端将预估值回馈到输入端，及

一分辨率调整器，该分辨率调整器的两个输入端分别与译码器的输出码以及步阶值连接，其输出端将分辨率控制讯号输入至反量化器；

上述分辨率调整器包括：两组比较器，分别与步阶值及输出码讯号连接；一计数器，接收上述两比较器输出的讯号；一与上述计数器连接的比较器；一受比较器触发的分辨率升降器；一受分辨率输出讯号控制的参考准位产生器；

上述参考准位产生器内部设置多组资料表，依照分辨率调整器送出的分辨率数值，而提供不同的步阶上/下准位值、不同的输出码上/下准位值以及计数器上/下准位值，以供设定前述三组比较器所需的参考比较位准。

前述的适应性可变压缩比率译码装置又设有一以输入端与输出码讯号连接，其输出端送出代表步阶值的步阶控制讯号的步阶调整器。

前述的适应性可变压缩比率编码装置中该分辨率调整器更设置有一输入步阶数值的输入端。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和积极效果。由以上技术方案可知，本发明本发明适应性可变压缩比率编译码方法及其装置，其特点是可随着输入讯号以及差异量而实时改变编码分辨率的可变压缩比率，其具体结构主要是设置有一可接收压缩资料及/或步阶(delta)讯号的分辨率调整器，可依照压缩资料及/或步阶数值高低变化而弹性地调整量化及反量化器的量化与反量化的分辨率，据此而可达到低误差的压缩编译码的效果。本发明可随着步阶值或输出码的变化而调整量化分辨率，从而可解决步阶值过大所衍生的问题而获致较低的量化误差。

综上所述，本发明适应性可变压缩比率编译码方法及其装置，可依照输出码以及步阶值而自动改变量化器及反量化器的分辨率的可变压缩比率编译码方法及架构，且兼具有高动态范围及低量化误差；另其在编译码器内增设一分辨率调整器，此分辨率调整器为接收编译码器的输出码以及步阶值讯号，并通过一分辨率控制讯号控制量化器及反量化器，而可在输入误差大幅增加(或减少)及/或是步阶值变大(或变小)时，适时调升(或调降)量化分辨率，迅速地降低量化误差并解决失真问题。其不论在方法上、结构上或功能上皆有较大改进，且在技术上有较大进步，并产生了好用及实用的效果，而确实具有增进的功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

附图说明

本发明的具体结构由以下实施例及其附图详细给出。

图1A、B是现有的步阶脉码调制或适应性步阶脉码调制编译码装置的结构方块图。

图2A、B、C是步阶与分辨率变化的准位示意图。

图3A、B是本发明应用于适应性步阶脉码调制编译码装置的实施例图。

图4是本发明的分辨率调整器的内部结构图。

图5是本发明的分辨率调整器的动作流程图。

图6A、B是本发明相应的量化及反量化器的内部结构图。

图7是本发明的输入讯号变化的一种实施例波形图。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的适应性可变压缩比率编译码方法及其装置其具体方法、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本发明是欲提供一种不仅可以随着大输入讯号而提高输入讯号容许范围，而且可免除现有传统加大步阶值(Delta)所衍生的量化误差增加的问题，而构成一种低量化误差及高输入讯号容许范围的适应性可变压缩比率编译码方法及装置。

亦即，本发明可提供如图2C所示，可在输入讯号大幅变动时，可以适时地提升量化分辨率(分辨率由图2A、B中的二位分辨率改变为三位分辨率)，如此，既使在步阶值仍维持在1的状况下，仍可获得如图2A相当的涵盖范围，此举，除了不仅可解决输入讯号大幅变动所产生的误差外，更可在较低的步阶数值下，形成更低量化误差，形成一种可解决步阶值变化所衍生的量化误差的PCM编译码方法。

本发明可随着输入讯号而改变量化分辨率的编译码技术，其实际结构可配合参阅图3A、B所示，该两图所示分别为应用于适应性步阶脉码调制编码器以及适应性步阶脉码调制译码器的实施例电路图，与图1A、B不同处在于：增加一分辨率调整器10，该分辨率调整器10为一具有两个可分别与编译码器的输出码(Code)以及步阶值(Delta)两讯号连接的输入端，以及一同时输入至量化器50及反量化器60的分辨率控制讯号输出端，可依照前述适应性步阶脉码调制编译码器的输出码(Code)以及步阶(Delta)数值而改变量化器50及反量化器60的量化分辨率，构成一种可改变适应性步阶脉码调制压缩编译码装置的分辨率的结构。

至于分辨率调整器10的结构，则可参阅图4的一种实施例，即可由两组分别与步阶值及输出码讯号连接的比较器11、12、一可接收该两比较器11、12输出讯号的上/下数计数器13、一与该上/下数计数器13连接的比较器14、一受比较器14触发的分辨率升降器15以及一受分辨率输出讯号控制的参考准位产生器16所组成，其中，该参考准位产生器16内部设置多组资料表，可设为如以下表一所示，是本发明的参考准位产生器的内部资料图表：

                         表一

如上述表一所示，依照此分辨率调整器10送出的分辨率数值，而提供不同的步阶上/下准位值、不同的输出码上/下准位值以及计数器上/下准位值，以供设定前述三组比较器11、12、14所需的参考比较位准，而前述所设定的上/下准位资料，主要为提供一资料判别的缓冲空间，以避免误动作，亦可视实际编译码的需要调整该缓冲空间的大小，提供不同的动作特性。

请参阅图5的分辨率升降的动作流程图所示，在初始状态下，例如令分辨率输出的初始值为4，而计数器的初始值为0的场合下，在步骤22中预先选定一初始的准位表(即表一的分辨率为4的各项资料至相应的比较器处)，然后，判断输入端送入的步阶值或输出码是否大于或小于准位表所设定的参考准位(步骤23、25)，当输入准位超过或低于参考准位时，令图4的计数器13呈递增或递减(步骤24、26)变化，然后判断计数器的计数值大于或小于参考准位(步骤27、28)，而令分辨率调升或调降处理(步骤271、281)，在分辨率升降作业完成之后，则令图4的计数器13归零(步骤29)，然后再重新进入流程中，依照此时的分辨率状况而选择相应的准位表以及进行前述判断步阶值或输出码的准位与进行分辨率升降处理的步骤，直到结束为止。故由上述可知，以此动作流程即可提供一种可随着脉码调制编译码器的步阶值或输出码状态而改变分辨率控制讯号的效果。

该受控于分辨率控制讯号的量化器以及反量化器的结构，可以参阅如图6A、B所示，即在其内部设置多组相应于不同分辨率状况的量化表51～53及反量化表61～63(在此例中仅以三组量化表及反量化表作为代表)，以及与各组量化表51～53或反量化表61～63连接的多工任务器54、64所组成，经分辨率输入讯号而选定不同的量化表，形成可对输入资料进行不同分辨率的量化或反量化处理，而成为一种可调分辨率的量化器及反量化器结构。

以下即举例说明本发明的可随着输入讯号或步阶值改变量化分辨率的状况，请参阅图7所示，为显示一适应性步阶脉码调制编码器特定位置的波形图，在图面中，以黑粗线表示步阶值(Delta)，以粗虚线表示输出码(Code)，而以细实线显示量化器输入端位置的误差值(Perr)讯号波形，在波形中的纵轴可为单位电压，而横轴为表示笔数或时间。

请参阅下面的表二所示，为本发明相应于图7波形而动态调整量化分辨率的实施例图表，是相应于图7的波形的数据变化图表：

	笔数	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
																		输入	误差值/10)	17.1	20	22	15	18	12.6	28	5.6	7	7.2	5.6	4	5.4	7	6.4	8.1
步阶值	9	10	11	15	18	14	10	8	14	12	8	5	6	7	8	9
																	输出码		19	20	20	10	10	9	28	7	5	6	7	8	9	10	8	9
	步阶值上准位	14	14	14	14	14	14	14	14	14	14	14	14	14	14	14																			14
																	步阶值下准位	6	6	6	6	6	6	6	6	6	6	6	6	6	6	6	6
	输出码上准位	20	20	20	20	20	20	20	20	20	20	20	20	20	20	20																		20
																	输出码下准位	8	8	8	8	8	8	8	8	8	8	8	8	8	8	8	8
	计数器	0	0	0	0	1	0	0	1	0	-1	-2	0	-1	-1	-1																		-1
																	计数器上准位	1	1	1	1	1	2	2	2	2	2	2	1	1	1	1	1
	计数器下准位	-1	-1	-1	-1	-1	-2	-2	-2	-2	-2	-2	-1	-1	-1	-1																		-1
																	输出	解析度	4	4	4	4	4	8	8	8	8	8	8	4	4	4	4		4

                                                                           表二

在上述的表二中，在初始条件下，分辨率的初值为4，而计数器的初值为0，在第一至第三笔资料中，步阶值以及输出码均未超过准位值，故计数器仍为0，但在第四笔资料时，步阶值超过上限，故在第五笔中的计数器值转变为1(加1)，且由于第五笔资料的步阶值亦超过上限，故而计数器再加1，此时，亦已超过计数器上限，因此，使得第六笔资料中的分辨率上升至8，且一并选定分辨率为8的各项参考准位资料与令该计数器归零，供重新计数处理，而本发明的计数器的上下限准位所提供的缓冲区的优点，可在表二的第七笔至第十一笔中可清楚地见及，虽然在第七笔中的输出码有着瞬间大量变化，而令第八笔处的计数值加1，然在第八笔资料中的输出码瞬间降低至下限以下，为再次地令计数值递减至0，提供一适当的缓冲而不致过度反应，而在第九笔至第十一笔处的连续四笔发生输出码数值过低，使得计数值在连续递减至负2以下，故而在第十二笔处即令分辨率自动调降至4，以恢复至低分辨率的模式。

由上述实例可知，本发明提供了一种可随着步阶值或输出码的变化而调整量化分辨率的设计，构成了一可解决步阶值过大所衍生的问题而获致较低量化误差的脉码调制编译码方法及结构，确为一具新颖性及符合进步性的设计，而前述例子中虽为同时参考步阶值或输出码的变化状态进行分辨率的调整，然而实际应用上，可视需要仅使用其一做为判断基准，例如：去除图3A的步阶适应器70而转变为步阶脉码调制压缩编码架构下，本发明的分辨率调整器10仍可仅通过输出码的变化情形自动调整输出分辨率，亦属于本发明适用的范围。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种适应性可变压缩比率编码方法，其特征在于：该方法包括：

一量化步骤，为对数字输入讯号进行量化，

一反量化步骤，为对量化后的资料反向还原为输入讯号，

一预测步骤，为接收反量化的结果而预估出下一笔资料大小，

一取得误差值的步骤，为将前述预测结果与实际输入讯号进行相减处理，将此取得的误差量重复前述量化处理，及

一分辨率调整步骤，为可依照量化步骤所送出的输出码的数值变化而实时地改变前述量化及反量化的分辨率，

一步阶调整步骤，此步骤可随着输出码的变化而送出一步阶数值，以此步阶数值可回送至量化及反量化步骤中，以改变量化及反量化的步阶值，

上述改变分辨率的步骤为：

初始状态下，预先选定一初始的准位表，然后，判断输入端送入的步阶值或输出码是否大于或小于准位表所设定的参考准位，当输入准位超过或低于参考准位时，令计数器呈递增或递减变化，然后判断计数器的计数值大于或小于参考准位，而令分辨率调升或调降处理，于分辨率升降作业完成后，则计数器归零，然后再重新进入流程中，依照此时的分辨率状况而选择相应的准位表以及进行前述判断步阶值或输出码的准位与进行分辨率升降处理的步骤，直到结束为止。

2.根据权利要求1所述的适应性可变压缩比率编码方法，其特征在于：该分辨率调整步骤中更包括有相应于不同分辨率模式的比较资料表，供作为改变分辨率的比较判断基准；其中该比较资料表的各项资料均对应有上/下限准位。

3.一种适应性可变压缩比率译码方法，其特征在于：该方法包括：

一反量化步骤，为对量化后的资料反向还原为输入讯号，

一预测步骤，为接收反量化的结果而预估出下一笔资料大小，

一分辨率调整步骤，为可依照反量化步骤所送出的输出码的数值变化而实时地改变前述反量化的分辨率，

一步阶调整步骤，此步骤可随着输出码的变化而送出一步阶数值，以此步阶数值可回送至反量化步骤中，以改变反量化的步阶值，

上述改变分辨率的步骤为：

初始状态下，预先选定一初始的准位表，然后，判断输入端送入的步阶值或输出码是否大于或小于准位表所设定的参考准位，当输入准位超过或低于参考准位时，令计数器呈递增或递减变化，然后判断计数器的计数值大于或小于参考准位，而令分辨率调升或调降处理，于分辨率升降作业完成后，则计数器归零，然后再重新进入流程中，依照此时的分辨率状况而选择相应的准位表以及进行前述判断步阶值或输出码的准位与进行分辨率升降处理的步骤，直到结束为止。

4.根据权利要求3所述的适应性可变压缩比率译码方法，其特征在于：该分辨率调整步骤中更包括有相应于不同分辨率模式的比较资料表，供作为改变分辨率的比较判断基准；其中该比较资料表的各项资料均对应有上/下限准位。

5.一种适应性可变压缩比率编码装置，其特征在于：该编码装置包括：

一量化器，其输入端与数字讯号连接，其输出端送出一输出码讯号；

一反量化器，其输入端与前述输出码讯号连接；

一预测器，与反量化器的输出端连接，其输出端为回馈到量化器输入端位置；

一分辨率调整器，该分辨率调整器的两个输入端分别与编码器以及步阶适应器连接，接收输出码及步阶值；其输出端连接量化器及反量化器，将分辨率控制讯号同时输入至上述部件；

上述分辨率调整器包括：

两组比较器，分别与步阶值及输出码讯号连接；

一计数器，接收上述两比较器输出的讯号；

一与上述计数器连接的比较器；

一受比较器触发的分辨率升降器；

一受分辨率输出讯号控制的参考准位产生器；

上述参考准位产生器内部设置多组资料表，依照分辨率调整器送出的分辨率数值，而提供不同的步阶上/下准位值、不同的输出码上/下准位值以及计数器上/下准位值，以供设定前述三组比较器所需的参考比较位准。

6.根据权利要求5所述的适应性可变压缩比率编码装置，其特征在于：该编码装置又设有一以输入端与输出码讯号连接，其输出端送出代表步阶值的步阶控制讯号的步阶调整器。

7.根据权利要求6所述的适应性可变压缩比率编码装置，其特征在于：其中该分辨率调整器更设置有一输入步阶数值的输入端。

8.一种适应性可变压缩比率译码装置，其特征在于：该译码装置包括：

一反量化器，其输入端与输出码讯号连接，

一预测器，与反量化器的输出端连接，其输出端将预估值回馈到输入端，及

一分辨率调整器，该分辨率调整器的两个输入端分别与译码器的输出码以及步阶值连接，其输出端将分辨率控制讯号输入至反量化器；

上述分辨率调整器包括：两组比较器，分别与步阶值及输出码讯号连接；一计数器，接收上述两比较器输出的讯号；一与上述计数器连接的比较器；一受比较器触发的分辨率升降器；一受分辨率输出讯号控制的参考准位产生器；

上述参考准位产生器内部设置多组资料表，依照分辨率调整器送出的分辨率数值，而提供不同的步阶上/下准位值、不同的输出码上/下准位值以及计数器上/下准位值，以供设定前述三组比较器所需的参考比较位准。

9.根据权利要求8所述的适应性可变压缩比率译码装置，其特征在于：该译码装置又设有一以输入端与输出码讯号连接，其输出端送出代表步阶值的步阶控制讯号的步阶调整器。

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