CN114627799A - 具有基于亮度数据可选择的led电流水平的显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了具有基于亮度数据可选择的LED电流水平的显示装置。显示装置包括控制电路和耦接至共享的供应电压的多个LED通道。控制电路获得用于LED通道中的每一个的相应亮度水平，并且基于亮度水平来确定足以驱动所有LED通道的组电流水平。控制电路还确定用于LED通道中的每一个的相应占空比，所述相应占空比在利用组电流水平驱动LED通道中的每一个时将实现相应亮度水平。控制电路将驱动电路配置成：根据组电流水平和相应占空比来驱动LED通道。控制电路还可以获得与LED通道中的每一个相关联的感测的通道电压，并且基于感测的通道电压将共享的电压供应配置成足以驱动所有LED通道的电压水平。

Description

具有基于亮度数据可选择的LED电流水平的显示装置
技术领域
本公开内容总体上涉及显示装置，更具体地涉及具有用于发光二极管(LED)通道的可选择驱动电流的显示装置。
背景技术
LED被用在诸如电视、计算机监视器、膝上型计算机、平板计算机、智能电话、投影系统和头戴式装置的许多电子显示装置中。随着减小LED的物理大小的LED技术的改进，具有显著更多数目的LED的显示装置已经成为可能。然而，随着显示装置中LED的密度增加，管理散热和功耗变得越来越具有挑战性。
发明内容
显示装置包括控制电路和耦接至共享的供应电压的多个LED通道。对于给定的图像帧，控制电路获得亮度数据，所述亮度数据包括用于LED通道中的每一个的相应亮度水平。控制电路基于亮度水平来确定足以驱动所有LED通道的组电流水平。例如，控制电路从一组预定义的电流水平中选择组电流水平。控制电路还针对LED通道中的每一个基于相应亮度水平和组电流水平来确定用于LED通道中的每一个的相应占空比，所述相应占空比在利用组电流水平驱动LED通道中的每一个时实现相应亮度水平。控制电路将驱动电路配置成：根据组电流水平和相应占空比来驱动LED通道。可以基于亮度水平每帧更新组电流水平和相应占空比。
在实施方式中，控制电路将用于LED通道中的每一个的相应亮度水平映射到用于LED通道中的每一个的相应平均通道电流。然后控制电路选择组电流水平作为所述一组预定义的电流水平中超过所有相应平均通道电流的最低电流水平。此外，控制电路通过以下操作来配置相应占空比：确定用于LED通道中的每一个的相应平均通道电流与组电流水平的相应比率。
在实施方式中，控制电路还将共享的供应电压设置成当利用组电流水平操作时足以驱动所有LED通道的电压水平。在此，控制电路可以确定用于从一组预定义的供应电压水平中选择的共享的供应电压的预设供应电压水平，所述一组预定义的供应电压水平中的每一个对应于预定义的电流水平中的一个。此外，控制电路可以获得与LED通道中的每一个相关联的相应通道电压，确定与LED通道中的每一个相关联的相应通道电压中的最小通道电压，并且基于LED通道两端的最小通道电压来调整共享的电压供应。
在另一实施方式中，控制电路确定当前帧的组电流水平与紧接在前的帧的组电流水平相比没有变化，并且将共享的供应电压设置成与紧接在前的帧的电压水平相同的电压水平。
在显示装置的实施方式中，LED可以包括大小范围在100微米至300微米之间的小型LED或者大小小于100微米的微型LED。
附图说明
通过结合附图考虑以下详细描述，可以容易地理解本发明的实施方式的教导。
图1是示出显示装置的示例的电路图。
图2是示出用于控制显示装置的LED通道的第一过程的示例实施方式的流程图。
图3是示出LED的正向电压和通道电流之间的关系的分段线性近似的曲线图。
图4是示出用于控制显示装置的LED通道的第二过程的示例实施方式的流程图。
说明书中描述的特征和优点并非全部包括在内，特别地，鉴于附图、说明书和权利要求书，许多附加的特征和优点对于本领域普通技术人员将是明显的。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是出于可读性和指导目的而选择的，而并非是为了描绘或限制发明方面主题而选择的。
具体实施方式
图1是用于显示图像或视频的显示装置100的电路图。在各种实施方式中，显示装置100可以以任何合适的形状因子来实现，包括用于计算机显示面板、电视、移动装置、广告牌等的显示屏。显示装置100包括控制电路110和器件阵列115，器件阵列115包括由用于驱动LED通道130的对应驱动电路120驱动的多个LED通道130。LED通道130中的每一个包括单个LED或耦接在LED串中的一组串联LED。每个驱动电路120耦接至LED通道130，以控制通过LED通道130的相应LED电流Id。由于LED是电流驱动的器件，因此每个LED通道130的亮度随电流Id而变化。此外，LED通道130中的每一个可以共享向LED通道130供应电压的电压供应线VLED。
虽然图1示出了单个器件阵列115，但是LED装置100可以包括耦接至单个控制电路110或一组分布式控制电路110的多个器件阵列115。例如，器件阵列115可以对应于显示装置100的行，并且显示装置可以包括多个这样的行。每个器件阵列115(例如，行)可以包括具有共享的供应电压VLED的一组LED通道130。替选地，器件阵列115可以对应于显示装置100的列。在另一实施方式中，器件阵列115可以对应于可以间隔多个行和列的邻近LED通道130的块。在另一实施方式中，器件阵列115可以对应于通过公共的供应线VLED耦接的任何任意一组LED通道130和对应的驱动电路120，但是其不一定物理上邻近。
显示装置100可以包括液晶显示(LCD)装置或LED显示装置。在LCD显示装置中，LED提供穿过液晶滤色器的白光背光，所述液晶滤色器控制显示器的各个像素的颜色。在LED显示装置中，LED被直接控制以发射与显示装置100的每个像素相对应的彩色光。每个LED区130的LED可以是有机发光二极管(OLED)、无机发光二极管(ILED)、小型发光二极管(mini-LED)(例如，大小范围在100微米至300微米之间)、微型发光二极管(micro-LED)(例如，大小小于100微米)、白色发光二极管(WLED)、有源矩阵OLED(AMOLED)、透明OLED(TOLED)或一些其他类型的LED。
在实施方式中，驱动电路120分布在显示装置100的显示区域中。在此，可以在集成的封装中体现每个驱动电路120及其对应的LED通道130，使得LED通道130的LED堆叠在基板上的驱动电路120上方。替选地，可以在单独的封装中体现驱动电路120和LED通道130的LED。在另一实施方式中，驱动电路120不一定分布在显示区域中，而可能是物理上位于显示区域的边缘周围。器件阵列115中的驱动电路120可以是如图1中所示出的单独的器件，或者驱动电路120的一些或全部可以一起集成在共享的驱动电路封装中。例如，在一个实施方式中，每个驱动电路120驱动与像素对应的三个颜色通道(例如，红色、绿色和蓝色)。在其他实施方式中，多个像素由单个封装中的一组驱动电路驱动。
驱动电路120基于电流控制信号IdCONTROL和相应的占空比信号D1……DN来控制其相应的LED通道130的亮度。在实施方式中，针对每个图像帧，阵列中的一组驱动电路120都接收相同的电流控制信号IdCONTROL，但是接收不同的占空比信号D1……DN。当LED导通时，占空比信号D1……DN控制每个帧周期期间的时间的百分比。在导通时间期间，LED通道130各自传导由电流控制信号IdCONTROL设置的通道电流Id。在截止时间期间，通道电流Id为零或接近零。可以针对每个图像帧更新电流控制信号IdCONTROL和占空比信号D1……DN。LED通道130的平均亮度与其电流Id和占空比的乘积成比例。因此，可以通过改变电流Id或占空比信号D1……DN或者这两者来逐帧地调整亮度。
控制电路110针对每个图像帧接收亮度数据140，该亮度数据140针对显示装置100的每个LED通道130来指定亮度水平。基于亮度数据140，控制电路110生成实现指定的亮度水平的用于一组LED通道130的电流控制信号IdCONTROL和相应的占空比D1……DN。控制电路110还基于确定的电流Id(或直接基于亮度数据140)来设置LED供应电压VLED。在至少一些帧中(例如，当电流Id变化时)，控制电路110还获得每个LED通道130的感测的通道电压VCH1……VCHN(表示驱动电路120两端的电压)，并且还可以基于感测的通道电压VCH1……VCHN调整LED供应电压VLED。下面关于图2更详细地描述用于设置通道电流Id、相应的占空比D1……DN和电压供应VLED的过程。
图2是用于配置显示装置100的过程的示例实施方式。针对给定的图像帧，控制电路110接收202指定每个LED通道130的相应的亮度水平的亮度数据140。控制电路110基于亮度数据来确定204用于驱动LED通道130中的每一个的组电流水平Id。在此，控制电路110以100％的占空比将每个LED通道130的亮度水平映射到相应的期望通道电流ICH1……ICHN。例如，可以使用将不同亮度水平映射到实现该亮度水平的不同平均通道电流ICH的查找表来执行该映射。该映射可以基于LED的非线性器件特性。控制电路110将组电流水平Id设置成至少与根据亮度数据确定的最大期望平均通道电流ICHMAX一样高的水平。在此，最大期望平均通道电流ICHMAX表示当以100％占空比操作通道时将实现期望亮度的电流水平。在实施方式中，可以从一组预定义的电流水平中选择组电流水平Id，并且控制电路110从一组预定义的电流水平中选择至少与最大期望平均通道电流ICHMAX一样高的最小电流。例如，在使用三个可选择的电流水平的一个实施方式中，如下来选择组电流水平Id：
Figure BDA0003393828840000051
其中IA、IB、IC是预定义的可选择的电流水平(例如，IA＝20mA，IB＝10mA，IC＝1mA)。控制电路110将器件阵列115中的所有LED通道130设置成使用相同的组电流水平Id进行操作。
控制电路110然后基于组电流水平Id和亮度水平针对相应的LED通道130来配置206占空比D1……DN。在此，控制电路110将占空比D1……DN设置成使得：当根据组电流水平Id全部驱动相应的LED通道130时，针对帧周期的平均亮度满足通过亮度数据设置的亮度水平。例如，占空比D1……DN被设置成将实现亮度水平的期望平均通道电流ICH与组电流水平之间的比率。在实施方式中，占空比D1……DN可以被确定为：
Figure BDA0003393828840000052
控制电路110还基于选择的组电流水平Id(或直接基于亮度数据)将LED电压供应VLED设置成预设电压水平VLEDPRE。在实施方式中，可以从一组预定义的电压水平中选择预设电压水平VLEDPRE，每个预定义的电压水平对应于预定义的电流水平中的一个。可以基于每个通道中的LED的数目、以组电流水平Id操作时每个LED两端的正向电压Vf(Id)以及表示驱动电路120两端的操作电压的预定义的目标通道电压VCHTARGET来预先确定预设供应电压VLEDPRE与组电流水平Id之间的关系。例如，关系可以如下：
VLEDPRE(Id)＝Vf(Id)*N+VCHTARGET (3)
其中，Vf(Id)可以是基于观察到的器件特性近似的，如下面讨论的图3中描述的。在操作中，可以使用预填充的查找表基于亮度数据或对应的平均通道电流ICH来直接选择用于VLEDPRE的选择的电压。
在帧中的至少一些的导通时间期间，控制电路110还可以获得210用于LED通道130中的每一个的通道电压VCH1……VCHN。例如，可以基于集成在驱动电路120中的传感器或从单独的电压传感器获得通道电压VCH1……VCHN。控制电路110基于感测的通道电压VCH1……VCHN调整212预设供应电压VLEDPRE。在此，控制电路110可以检测最低的通道电压VCHMIN，并且可以根据最低的通道电压VCHMIN来调整LED供应电压VLED。例如，在一个实施方式中，控制电路110可以如下根据预设供应电压VLEDPRE来调整VLED：
VLED＝VLEDPRE-VCHMIN+VCHTARGET (4)
以这种方式调整供应电压VLED使得控制电路110能够在最小化显示装置100的功耗的同时将供应电压VLED保持在或接近足以驱动LED通道130的最小操作电压水平。
在实施方式中，控制电路110仅在组电流水平Id从先前帧改变的帧期间——即当Idi≠Idi-1时，其中i为帧编号——根据步骤208、210、212来配置供应电压VLED。否则，控制电路110保持与先前帧相同的供应电压VLED并且不一定需要调整预设供应电压VLEDPRE或执行任何通道感测。替选地，即使当组电流水平Id保持不变时，控制电路110也会每帧或每固定数目的帧感测通道电压VCH。
在具有多个器件阵列115(例如，每个对应于显示装置100的行)的显示装置100中，可以顺序地或并行地执行图2的过程，来为每个器件阵列115设置组电流水平以及为器件阵列115中的LED通道130中的每一个设置相应的占空比。例如，如果每个器件阵列115对应于行，则显示装置的每个行可以单独地配置其相应的组电流Id和供应电压VLED。此外，可以针对每个图像帧来执行该过程，以随着亮度水平变化更新组电流水平和占空比。
在实施方式中，从中选择组电流水平Id的一组预定义的电流水平和对应的预设供应电压VLEDPRE是从电流水平Id和表示LED通道130中每个LED两端的电压降的正向电压(Vf)之间的非线性关系的近似得出的。图3是示出该关系的分段线性近似的曲线图。在该示例中，对于通道电流Id＝1mA，LED的正向电压Vf大约为2.3V；对于通道电流Id＝10mA，LED的正向电压Vf大约为2.5V；对于通道电流Id＝20mA，LED的正向电压Vf大约为2.8V。Id-Vf曲线的非线性导致：与当LED通道130在较高的通道电流(和较低的占空比)下被操作时相比，当LED通道130在较低的通道电流(和较高的占空比)下被操作时，在相同的亮度水平下的功耗更低。作为示例，LED通道130可以被控制成实现平均通道电流ICH＝8mA。对于在Id1＝20mA下操作的第一LED通道，合适的占空比被计算如下：
Figure BDA0003393828840000071
在Id1＝20mA下，预期的正向电压降是Vf1＝2.8V。因此，每个LED的功耗被计算如下：
P1＝Vf1·Id1·D1＝2.8V·20mA·0.4＝22.4mW (6)
对于在Id2＝10mA下操作的第二LED通道，合适的占空比被计算如下：
Figure BDA0003393828840000072
在Id2＝10mA下，预期的正向电压降是Vf2＝2.5V。因此，每个LED的功耗被计算如下：
P2＝Vf2·Id2·D2＝2.5V·10mA·0.8＝20mW (8)
如从P1和P2的计算可以看出的，从功耗的角度来看，与在较高的电流水平Id2＝20mA和较低的占空比D1＝0.4下操作相比，在较低的电流水平Id2＝10mA和较高的占空比D2＝0.8下操作LED通道130以实现期望的亮度是有利的。因此，通过根据亮度数据改变LED通道130的电流水平和占空比这两者，显示装置100可以实现比仅改变占空比但以固定电流水平操作的装置更低的功耗。
在另一实施方式中，控制电路110可以发送电流控制信号IdCONTROL，所述电流控制信号IdCONTROL使组内的一个或更多个LED通道130利用针对给定帧中的每个LED通道130不一定相同的电流水平Idi进行操作。图4示出了使用变化的通道电流水平的控制过程的示例实施方式。与上述图2类似，控制电路110接收402用于每个LED通道的亮度数据，基于亮度数据来确定404组电流水平，基于组电流水平和亮度数据来配置406用于每个LED通道的初始占空比，并且将电压供应VLED最初设置408成预设水平VLEDPRE。在图4的实施方式中，预设水平VLEDPRE不一定基于式3和图3中的关系，但是可以表示与组电流水平Id相关联的一些预定义的水平。然后控制电路110从一个或更多个驱动电路120获得410驱动顺从性信号(drivercompliance signal)，所述驱动顺从性信号标识不能以预设供应电压VLEDPRE提供组电流水平Id的驱动电路120。控制电路110可以向非顺从性驱动器发送更新的电流控制信号IdCONTROL以调整412用于非顺从性驱动器的通道电流Idi和占空比。具体地，控制电路110将用于非顺从性驱动器120的通道电流Idi降低到相应的水平(例如，最大水平)，在所述相应的水平下，每个驱动电路120可以在当前供应电压VLED下提供通道电流Idi。对于每个非顺从性驱动电路120，电流水平Idi的调整可能是不同的。控制电路110还从初始值增加占空比，以针对非顺从性驱动电路120中的每一个在调整的电流水平Idi下实现计划的亮度。如果对于至少一个非顺从性驱动电路120，即使在100％的占空比下在当前的VLED下也不能实现期望的亮度，则控制电路110可以将VLED增加到所有驱动电路120可以顺从的水平。(例如，在使得能够顺从的最低水平之上的某个余量处)。
在阅读本公开内容之后，本领域技术人员将通过在本文中公开的原理来理解另外的替选实施方式。因此，虽然已经示出和描述了特定的实施方式和应用，但是应当理解，所公开的实施方式不限于本文中所公开的确切构造和部件。在不脱离本文中所描述的范围的情况下，可以对本文中所公开的方法和装置的布置、操作和细节进行对本领域技术人员而言将是明显的各种修改、改变和变化。

Claims (20)

1.一种用于控制显示装置的方法，所述显示装置包括具有共享的供应电压的一组LED通道，所述方法包括：
接收亮度数据，所述亮度数据包括用于所述LED通道中的每一个的相应亮度水平；
基于所述亮度水平来确定足以驱动所有所述LED通道的组电流水平；
针对所述LED通道中的每一个，基于所述相应亮度水平和所述组电流水平来确定用于所述LED通道中的每一个的相应占空比，所述相应占空比在利用所述组电流水平驱动所述LED通道中的每一个时实现所述相应亮度水平；以及
将驱动电路配置成：根据所述组电流水平和所述相应占空比来驱动所述LED通道。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述组电流水平包括：
从一组预定义的电流水平中选择所述组电流水平。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，从所述一组预定义的电流水平中选择所述组电流水平包括：
将用于所述LED通道中的每一个的相应亮度水平映射到用于所述LED通道中的每一个的相应平均通道电流；以及
选择所述组电流水平作为所述一组预定义的电流水平中超过所有所述相应平均通道电流的最低电流水平。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，配置所述相应占空比包括：
将用于所述LED通道中的每一个的相应亮度水平映射到用于所述LED通道中的每一个的相应平均通道电流；以及
确定用于所述LED通道中的每一个的相应平均通道电流与所述组电流水平的相应比率。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将所述共享的供应电压设置成当利用所述组电流水平操作时足以驱动所有所述LED通道的电压水平。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，设置所述共享的供应电压包括：
确定用于从一组预定义的供应电压水平中选择的共享的供应电压的预设供应电压水平，所述一组预定义的供应电压水平中的每一个对应于所述预定义的电流水平中的一个。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，设置所述共享的供应电压还包括：
获得与所述LED通道中的每一个相关联的相应通道电压；
确定与所述LED通道中的每一个相关联的相应通道电压中的最小通道电压；以及
基于所述LED通道两端的最小通道电压来调整所述共享的电压供应。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，设置所述共享的供应电压包括：
确定当前帧的组电流水平与紧接在前的帧的组电流水平相比没有变化；以及
将所述共享的供应电压设置成与所述紧接在前的帧的电压水平相同的电压水平。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
确定用于从一组预定义的供应电压水平中选择的共享的供应电压的预设供应电压水平，所述一组预定义的供应电压水平中的每一个对应于所述预定义的电流水平中的一个；
检测非顺从性驱动电路，所述非顺从性驱动电路不能以所述预设供应电压水平提供所述组电流水平下的电流；
确定所述非顺从性驱动电路可以从所述预设供应电压水平提供的用于所述非顺从性驱动电路的调整电流水平；以及
将用于所述非顺从性驱动电路的占空比调整成：在所述调整的电流水平下实现用于所述非顺从性驱动电路的计划的亮度水平。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括：
确定用于从一组预定义的供应电压水平中选择的共享的供应电压的预设供应电压水平，所述一组预定义的供应电压水平中的每一个对应于所述预定义的电流水平中的一个；
检测非顺从性驱动电路，所述非顺从性驱动电路不能在所述预设供应电压水平下提供所述组电流水平下的电流；
确定在所述非顺从性驱动电路可以从所述预设供应电压水平提供的任何调整的电流水平下，用于所述非顺从性驱动电路的计划的亮度水平是无法实现的；以及
将所述预设供应电压水平调整到经调整的电压水平，所述经调整的电压水平使得所述非顺从性驱动电路能够实现所述计划的亮度水平。
11.一种显示装置，包括：
一组LED通道，所述一组LED通道中的每一个包括一串LED；
共享的供应电压，所述共享的供应电压向所述LED通道中的每一个供应电力；
一组驱动电路，所述一组驱动电路被配置成：对于所述LED通道中的每一个，根据组电流水平和相应占空比来驱动所述LED通道；
控制电路，所述控制电路进行以下操作：获得亮度数据，所述亮度数据包括用于所述LED通道中的每一个的相应亮度水平；基于所述亮度水平来确定足以驱动所有所述LED通道的组电流水平；针对所述LED通道中的每一个，基于所述相应亮度水平和所述组电流水平来确定用于所述LED通道中的每一个的相应占空比，所述相应占空比在利用所述组电流水平驱动所述LED通道中的每一个时实现所述相应亮度水平；以及向所述一组驱动电路提供所述相应占空比和所述组电流水平。
12.根据权利要求11所述的显示装置，其中，所述控制电路被配置成：通过从一组预定义的电流水平中选择所述组电流水平来确定所述组电流水平。
13.根据权利要求12所述的显示装置，其中，所述控制电路被配置成通过以下操作从所述一组预定义的电流水平中选择所述组电流水平：将用于所述LED通道中的每一个的相应亮度水平映射到用于所述LED通道中的每一个的相应平均通道电流；以及选择所述组电流水平作为所述一组预定义的电流水平中超过所有所述相应平均通道电流的最低电流水平。
14.根据权利要求11所述的显示装置，其中，所述控制电路被配置成通过以下操作来确定所述相应占空比：将用于所述LED通道中的每一个的相应亮度水平映射到用于所述LED通道中的每一个的相应平均通道电流；以及确定用于所述LED通道中的每一个的相应平均通道电流与所述组电流水平的相应比率。
15.根据权利要求11所述的显示装置，其中，所述控制电路被配置成：将所述共享的供应电压设置成当利用所述组电流水平操作时足以驱动所有所述LED通道的电压水平。
16.根据权利要求15所述的显示装置，其中，所述控制电路被配置成通过以下操作来设置所述共享的供应电压：确定用于从一组预定义的供应电压水平中选择的共享的供应电压的预设供应电压水平，所述一组预定义的供应电压水平中的每一个对应于所述预定义的电流水平中的一个。
17.根据权利要求15所述的显示装置，其中，所述控制电路被配置成通过以下操作来设置所述共享的供应电压：获得与所述LED通道中的每一个相关联的相应通道电压；确定与所述LED通道中的每一个相关联的相应通道电压中的最小通道电压；以及基于所述LED通道两端的最小通道电压来调整所述共享的电压供应。
18.根据权利要求15所述的显示装置，其中，所述控制电路被配置成通过以下操作来设置所述共享的供应电压：确定当前帧的组电流水平与紧接在前的帧的组电流水平相比没有变化；以及将所述共享的供应电压设置成与所述紧接在前的帧的电压水平相同的电压水平。
19.根据权利要求11所述的显示装置，其中，所述LED包括大小范围在100微米至300微米之间的小型LED或者大小小于100微米的微型LED。
20.一种用于控制显示装置的控制电路，所述显示装置包括具有共享的供应电压的一组LED通道，所述控制电路包括：
接收装置，所述接收装置用于接收亮度数据，所述亮度数据包括用于所述LED通道中的每一个的相应亮度水平；
组电流水平确定装置，所述组电流水平确定装置用于基于所述亮度水平来确定足以驱动所有所述LED通道的组电流水平；
占空比确定装置，所述占空比确定装置用于：针对所述LED通道中的每一个，基于所述相应亮度水平和所述组电流水平来确定用于所述LED通道中的每一个的相应占空比，所述相应占空比在利用所述组电流水平驱动所述LED通道中的每一个时实现所述相应亮度水平；
控制装置，所述控制装置用于将驱动电路控制成：根据所述组电流水平和所述相应占空比来驱动所述LED通道。
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