JP2003178047A - 離散変換を計算する装置 - Google Patents

離散変換を計算する装置

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JP2003178047A
JP2003178047A JP2002238041A JP2002238041A JP2003178047A JP 2003178047 A JP2003178047 A JP 2003178047A JP 2002238041 A JP2002238041 A JP 2002238041A JP 2002238041 A JP2002238041 A JP 2002238041A JP 2003178047 A JP2003178047 A JP 2003178047A
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Olivier Gay-Bellile
ゲイ‐ベリール オリヴィエ
Eric Dujardin
デュジャルダン エリク
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Koninklijke Philips Electronics NV
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    • GPHYSICS
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    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • G06F17/14Fourier, Walsh or analogous domain transformations, e.g. Laplace, Hilbert, Karhunen-Loeve, transforms
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、サブ変換計算中に装置の待機問題
を回避し得る装置及び方法を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 本発明は、離散変換を計算する装置(F
TTP)に関わる。装置は、サブ変換計算の結果を記録
するローカルメモリ(RAM2)を有し、このサブ変換
は幾つかの計算レイヤを有する。この装置は、同じ大き
さの2つの若しくは複数の連続するサブ変換の計算レイ
ヤをインターレーシングすることができる計算手段(C
AL_M)によって特徴付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、幾つかの計算レイ
ヤを有するサブ変換計算の結果を記録するローカルメモ
リを有し、サブ変換を含む離散変換を計算する装置に関
わる。本発明は、上記装置に適合する計算方法に更に関
わる。
【0002】
【従来の技術】本発明は、特に、信号の地上波送信中の
チャネル復号化において使用される。
【0003】1998年にIEEE Internti
onal Solid−StateCircuitsに
よって発行されたno.0‐7803‐4344‐1の
文書「A power−efficient Sing
le−Chip OFDMDemodulator a
nd Channel Decoder formul
timedia Broadcasting」は、OF
DM(「直交周波数分割多重」)受信器における離散変
換、同文書ではフーリエ変換を計算する装置を記載す
る。フーリエ変換は、OFDM受信器に対して1024
乃至8192のデータ或いはサンプルといった様々な大
きさを有する。上記受信器は、信号を受信すると、大域
メモリにおいてサンプルパケットの形態で信号を受信
し、このときパケットは使用される規格に従って様々な
大きさを有する。OFDM受信器を使用するETSI
(「ヨーロッパ電気通信規格研究所」)から発表された
DVB−T規格(ディジタルビデオ放送地上波)では、
パケットの大きさは2キロバイト又は8キロバイトであ
る。受信器は、受信したサンプルのパケットに対してフ
ーリエ変換を計算し得る計算装置を有する。
【0004】変換の計算は、幾つかのサブ変換計算に分
割される。サブ変換計算の中間及び最終結果がローカル
メモリに記録される。従って、上記ローカルメモリは、
大域メモリよりもより高い頻度で使用される。サブ変換
計算自体は、バタフライと呼ばれる幾つかの初等計算レ
イヤに分割され、バタフライ計算は2つの入力データを
必要とし、2つの計算された出力データを供給する。基
本モジュールは、バタフライの計算を可能にし、加算器
と乗算器とを有する。
【0005】変換計算の周知の技法は、パイプラインプ
ロセッサのような離散変換を計算する装置を使用するこ
とである。並列にバタフライの乗算と加算を行うために
は、プロセッサは、各クロックサイクルでバタフライ計
算を実施することによってサブ変換のレイヤのバタフラ
イ計算の組を実行し、その後、サブ変換の次のレイヤの
バタフライ計算の組を実施する等である。バタフライ計
算は、ある待ち時間を有して行われ、この待ち時間は、
バタフライ計算の入力データと計算された出力データと
の間で観察されるべきクロックサイクルの数である。
【0006】この技法は、プロセッサの中断を伴う、サ
ブ変換の計算間のデータの依存関係の問題を生ずる。
【0007】図1は、このような依存関係を示す。図1
は、16−データの離散フーリエ変換を相互接続するネ
ットワークを示す。この変換は、夫々8−データづつの
2つのサブ変換からなる。8−データのサブ変換は、L
AY1、LAY2、及び、LAY3といった3レイヤの
バタフライ計算を有する。8−データのフーリエサブ変
換を実現するために12のバタフライ計算、即ち、1レ
イヤLAYに対して4のバタフライが連続的に計算され
なくてはならない。サブ変換の計算を開始するために使
用されるバタフライは、図中黒いブロックで表示されて
いる。使用されるバタフライは、上記ブロック内の数字
で表示される最適な順番で計算される。
【0008】8−データにサブ変換の第2のレイヤLA
Y2において最初に計算される、4とラベル付けされた
バタフライの例を考える。この4とラベル付けされたバ
タフライは、第1のレイヤLAY1の2つの計算された
バタフライ0及び2から来る2つの入力データを必要と
する。図2に示すように、プロセッサは、各サイクルC
Yにおいてバタフライ計算を実施する。4とラベル付け
されたバタフライの計算が始められるまでに4サイクル
待たなくてはならない。しかしながら、レイヤLAYに
おけるように、待ち時間が2よりも高い場合バタフライ
計算は4だけであり、バタフライ0及び2から来、バタ
フライ4の計算に要求されるデータは遅延して到着す
る。図2に示すように、上記データは、待ち時間が3に
等しい場合、遅延サイクルで到着する。その結果、4と
ラベル付けされたバタフライを計算するためには、プロ
セッサは、上記バタフライ計算を実施できるまでに1サ
イクル待たなくてはならない。一般的に、プロセッサ
は、第2のレイヤLAY2のバタフライ計算全体を実施
できるまでに本例では、L−2サイクル待たなくてはな
らない。プロセッサは、従って、その計算に関して中断
される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、幾
つかの計算レイヤを有するサブ変換計算の結果を記録す
るローカルメモリを有し、サブ変換を含む離離散変換を
計算する装置と、サブ変換計算中に装置の待機問題を回
避し得る関連する計算方法とを提案することで一つの技
術的問題に対する解決策を実現することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の目的によ
ると、存在する技術的問題に対する解決策は、計算装置
が第1のサブ変換と第2のサブ変換の計算レイヤをイン
ターレーシングすることができる計算手段を有すること
を特徴とする。
【0011】本発明の第2の目的によると、この解決策
は、上記計算方法が第1のサブ変換と第2のサブ変換の
計算レイヤをインターレーシングする段階を有すること
を特徴とする。
【0012】以下に詳細に説明するように、このような
インターレーシングにより2つの連続するレイヤ間の計
算時間を長くすることが可能となる。その結果、サブ変
換の基本モジュールに対して使用されるデータが一つの
基本モジュールから別の基本モジュールに送られる時間
はより長くなり、もはやプロセッサを中断する必要はな
くなる。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の上記及び他の面は、以下
に説明する実施例を参照して非制限的な例として明らか
になり明確になるであろう。
【0014】本発明の本開示は、地上波テレビジョンの
分野で使用される受信器において離散変換を計算する装
置の例に関わる。
【0015】送信器と受信器は、特に地上波テレビジョ
ンの分野においてチャネル(図示せず)を通る信号送信
の分野において送信システム内で使用される。送信器
は、信号を変調しディジタル信号をアナログ信号に変換
し、上記信号をチャネルを通じて送る。チャネルの出力
において、信号は、信号を復調する受信器によって受信
され、アナログ信号をディジタル信号に変換する。
【0016】DVB−T(「ディジタルビデオ放送地上
波」)の場合、復調中に異なる技法例えば、欧州におけ
るOFDM技法(「直交周波数分割多重」)が使用され
ている。この技法は、特に、離散フーリエ変換の高速計
算を用いる。
【0017】ディジタル信号の受信中、受信器は、サン
プルパケットXi(i0)の形態でこの信号を受信す
る。サンプルは、復調器を有するDVB−T規格のOF
DM受信器によって、2キロバイト又は8キロバイトの
大きさのパケットで受信される。パケットは、受信器に
よって復調される。
【0018】復調は、上記受信器に含まれる、離散変換
を計算する装置FFTPを用いて行われ、離散変換は、
サブ変換を有する。上記計算装置FFTPは図3に示さ
れ、一般的にはプロセッサである。この計算装置は、ロ
ーカルメモリRAM2と、制御手段CNTRLと、計算
手段CAL_Mとを有する。変換を計算する装置FFT
Pは、外部の大域メモリRAM1にもアクセスを有す
る。
【0019】大域メモリRAM1は、受信信号のサンプ
ルXiを記憶し、ローカルメモリRAM2は、サブ変換
計算の結果を記録し、このときサブ変換計算は幾つかの
計算レイヤLAYを有する。上記メモリは、好ましくは
揮発性であり、書き換え可能なメモリである。
【0020】離散変換を計算するために以下の段階が実
施される。128データ又はサンプルの大きさを有する
離散変換の計算を例とする。図4a及び図4bの具体例
に示すように、このような変換の計算は16−ピクセル
サブ変換を8つの計算に、続いて、8−データサブ変換
を16の計算に分割され得る。8−データサブ変換は、
3つのレイヤを有し、各レイヤは実施されるべき4つの
初等計算を有し、初等計算は現在バタフライと呼ばれ、
バタフライ計算は2つの入力データを必要とし、2つの
計算された出力データを供給する。計算手段CAL_M
に含まれる基本モジュール(図示せず)は、バタフライ
の計算を可能にする。このようなモジュールは、加算器
及び乗算器と、幾つかのレジスタを有する。バタフライ
計算は、ある待ち時間Lを有して実施され、この待ち時
間Lはバタフライ計算の入力データと計算された出力デ
ータとの間で観察されるべきクロックサイクルの数であ
る。
【0021】第1の段階において、制御手段CNTRL
は、パケットサンプルXiと変換計算の結果を夫々受信
するよう、大域メモリRAM1及びローカルメモリRA
M2を構成する。このコンフィギュレーションは、復調
中に使用されるフーリエ変換の数の関数として形成さ
れ、この変換は本願では2キロバイト又は8キロバイト
であるが場合に応じて様々な大きさを有する。この構成
段階は、当業者に公知であり、従って、更に詳細には説
明しない。
【0022】第2の段階において、計算手段CAL_M
は、交互に第1のサブ変換と第2のサブ変換の計算レイ
ヤをインターレーシングすることでサブ変換を計算す
る。インターレーシングは、同じ大きさの2つの連続す
るサブ変換の間で行われることが好ましい。例えば、8
−データサブ変換に関して、プロセッサは、図4bに示
す順番で即ち、2つの第1のサブ変換から始め、続いて
2つの次のサブ変換を行って8−データサブ変換の計算
を開始する。従って、例えば、SFFT0及びSFFT
0’とラベル付けされた2つの第1の8−データサブ変
換でインターレーシングがある。上記サブ変換SFFT
0とSFFT0’は、a、c、e、と、b、d、fとラ
ベル付けされた3つのレイヤを夫々有する。図5に示す
ように、上記レイヤa、c、e、とb、d、fは、実施
されるべき初等計算を夫々4つ有する。従って、レイヤ
aは、a0、a1、a2、及び、a3とラベル付けされ
たバタフライを有し、レイヤcはc4、c5、c6、及
び、c7とラベル付けされたバタフライを有し、レイヤ
eはe8、e9、e10、及び、e11とラベル付けさ
れたバタフライを有する。同様にして、レイヤbは、b
0、b1、b2、及び、b3とラベル付けされたバタフ
ライを有し、レイヤdはd4、d5、d6、及び、d7
とラベル付けされたバタフライを有し、レイヤfはf
8、f9、f10、及び、f11とラベル付けされたバ
タフライを有する。これらバタフライの順序付けされた
順番でこれらバタフライ計算を実施する従来技術と比べ
て、本発明による計算装置は、以下のようにしてバタフ
ライ計算を実施する: 第1のサブ変換SFFT0の第1のレイヤaの計算;上
記レイヤのバタフライ計算は図5に示す順番、即ち、a
0、続いて、a1、a2、a3のバタフライの計算で実
施され、 第2のサブ変換SFFT0’の第1のレイヤbの計算;
上記レイヤのバタフライ計算は図5に示す順番、即ち、
b0、続いて、b1、b2、b3のバタフライの計算で
実施され、 第1のサブ変換SFFT0の第2のレイヤcの計算;上
記レイヤのバタフライ計算は図5に示す順番、即ち、c
4、続いて、c5、c6、c7のバタフライの計算で実
施され、 第2のサブ変換SFFT0’の第2のレイヤdの計算;
上記レイヤのバタフライ計算は図5に示す順番、即ち、
d4、続いて、d5、d6、d7のバタフライの計算で
実施され 第1のサブ変換SFFT0の第3のレイヤeの計算;上
記レイヤのバタフライ計算は図5に示す順番、即ち、e
8、続いて、e9、e10、e11のバタフライの計算
で実施され、 第2のサブ変換SFFT0’の第3のレイヤfの計算;
上記レイヤのバタフライ計算は図5に示す順番、即ち、
f8、続いて、f9、f10、f11のバタフライの計
算で実施される等、計算されるべき8−データサブ変換
がもはやなくなるまで、即ち、サブ変換SFFT7とS
FFT7’まで実施される。
【0023】クーリ・チューキー(Cooley−Tu
key)アルゴリズムと呼ばれるアルゴリズムがこのよ
うなバタフライ計算を実施するために使用されることに
注意し、このアルゴリズムは、底が2のアルゴリズム又
は底が2乃至4と変化する二重底としても既知である。
2の底を用いる変換計算は、2の累乗である幾つかのサ
ンプルを要求する。例えば、2キロバイトの変換を計算
するためには、256の16−データサブ変換(即ち、
32の1サブ変換当たり底が2の初等計算)及び256
の8−データサブ変換計算(即ち、12の1サブ変換当
たり底が2の初等計算)が必要である。バタフライ計算
及び特にクーリ・チューキアルゴリズムは、当業者に周
知であるため、本願では説明しない。
【0024】図6において図5を参照するに、第1の8
−データサブ変換SFFT0の第2のレイヤcにおいて
最初に計算され、待ち時間Lが3に等しい、c4とラベ
ル付けされたバタフライを例とする。バタフライc4
は、バタフライa0とa2のデータを必要とする。図示
するように、第1のサブ変換STTF0の第1のレイヤ
a、即ち、a0、a1、a2、及び、a3が最初に計算
される。第2に、第2のサブ変換STTF0’の第1の
レイヤb、即ち、バタフライb0、b1、b2、及び、
b3が計算される。最後に、8番目のサイクルでバタフ
ライc4が計算される。第1のレイヤaのバタフライa
0及びa2の計算から得られる結果は、この場合、バタ
フライc4に送信される時間がある。
【0025】上記2つのサブ変換の間の計算の順序付け
られた順番は、「パーフェクト・シャッフル」と呼ばれ
るサブ変換に対する最適な計算の順番に基づく。この順
列或いはサブ変換に対する最適な順番は、バタフライブ
ロック及びレイヤの増加する順番に対応する。図5の陰
が付けられた部分では、第1のサブ変換SFFT0に対
する最適な順番は、1番目のレイヤaの1番目のブロッ
クa0、2番目のブロックa1、3番目のブロックa
2、4番目のブロックa3、続いて、2番目のレイヤc
の1番目のブロックc4、2番目のブロックc5、3番
目のブロックc6、4番目のブロックc7、最後に、3
番目のレイヤeの1番目のブロックe8、2番目のブロ
ックe9、3番目のブロックe10、及び、4番目のブ
ロックe11の計算に対応する。図5の白い部分では、
第2のサブ変換SFFT0’に対する最適順番は、1番
目のレイヤbの1番目のブロックb0、2番目のブロッ
クb1、3番目のブロックb2、4番目のブロックb
3、続いて、2番目のレイヤdの1番目のブロックd
4、2番目のブロックd5、3番目のブロックd6、4
番目のブロックd7、最後に、3番目のレイヤfの1番
目のブロックf8、2番目のブロックf9、3番目のブ
ロックf10、及び、4番目のブロックf11の計算に
対応する。
【0026】従って、所与のサブ変換に関して、レイヤ
i+1のバタフライjは、上記変換のレイヤiのバタフ
ライj/2と(j/2+Ns/4)に依存し、このとき
Nsは、計算されるべきサブ変換の大きさである。例え
ば、第1のサブ変換SFFT0の第2のレイヤの第2の
バタフライC5は、上記サブ変換の第1のレイヤのバタ
フライ2/2=1と2/2+8/4=3、即ち、バタフ
ライa0とa2に依存する。その結果、レイヤiのブロ
ックの計算と、次のレイヤi+1に依存するブロックの
計算との間の時間は、Tdep=Ns/2‐(j/2+
Ns/4)=j=Ns/4+j‐(j/2)となるよう
なサイクルTdep(1サイクル当たり1ブロックが計
算される)の数に対応し、このときNs/2は、レイヤ
において計算されるべきバタフライの数である。最悪な
場合、j=0であるとき、最少時間Tdepminは、
Ns/4に等しい。Tdepが>Lでなくてはならない
ため、Ns>4*Lと同等である。
【0027】有利的には、最適な底が2の順列方法を用
いて計算されるサブ変換に関して、サブ変換の大きさ
が、サブ変換の底が2のバタフライ計算の待ち時間Lの
4倍以下であるとき、計算手段CAL_Mは前述した通
りこのサブ変換に対してインターレーシングを行う。つ
まり、サブ変換の大きさが待ち時間Lの4倍より大きい
とき、計算手段CAL_Mはインターレーシングを行わ
ない。
【0028】前記例では、待ち時間Lが3のとき16−
データのサブ変換に対してこのようなインターレーシン
グを行う必要はない。実際に、16−データのサブ変換
のレイヤに対して、8のバタフライを計算することが必
要である。その結果、待ち時間が3の場合、異なる計算
に要求されるデータは、バタフライのために送信される
時間を有する。待ち時間Lの4倍よりも大きいサブ変換
の大きさが効果的にはある。この場合、16−データの
サブ変換のためにデータを送信する時間を長くするよう
インターレーシングを行う必要はない。従って、8−デ
ータのサブ変換の前或いは後に、プロセッサは、図4a
に示す順番でインターレーシングすることなく8の16
−データサブ変換の計算を実施する。
【0029】待ち時間期間Lが1に等しいとき、即ち、
計算が開始するとすぐに結果が得られ、計算手段CAL
_Mは、この場合、次のレイヤのバタフライ計算が開始
するとすぐにレイヤの全てのデータが利用できるように
なるため、インターレーシングが1度も行われないこと
に注意する。
【0030】従って、このようなインターレーシング
は、プロセッサFFTPが1つ以上のサイクル中にこの
ようなデータが送信されることを待機すること無く、バ
タフライ計算に必要なデータに時間を残し、一つのバタ
フライから別のバタフライに送信されるといった利点を
有する。
【0031】最後に、本発明は、ローカルメモリRAM
2を使用し、その結果大域メモリRAM1をより少なく
使用するといった更なる利点を有する。実際に、各サブ
変換計算において、使用されるメモリはローカルメモリ
RAM2である。変換を計算する装置FFTPは、本質
的にサブ変換の結果を転送するためだけに大域メモリR
AM1にアクセスする。従って、ローカルメモリへのア
クセスが大域メモリへのアクセスよりも消費量が少ない
ためエネルギー消費量が低減するだけでなく、変換を計
算するために装置FFTP以外の装置によるアクセス動
作のために大域メモリを自由にする可能性を与える。
【0032】本発明の範囲は、記載した実施例に制限さ
れず、例えば、他のアルゴリズムが使用される他の実施
例も含むことに注意すべきである。
【0033】本発明は、OFDM技法に基づく復調器以
外の復調器に使用されてもよい。例えば、周波数領域で
米国において使用されているVSB技法(「残留側波帯
変調」)に使用されてもよい。このVSB技法も周波数
領域で使用されるときフーリエ変換を使用する。信号の
受信中、受信器は、1キロバイト又は2キロバイトのサ
ンプルパケットの形態でディジタル信号を受信する。
【0034】本発明は、フーリエ変換に制限されず、ビ
デオ処理的用法で使用される例えば、離散コサイン変換
DCTのような他の離散変換を含み得ることに注意す
る。
【0035】本発明は、地上波テレビジョンの分野に制
限されず、他の分野、特に、離散変換を用いるシステム
を使用する全ての分野にまで広げられる。
【0036】本文中のどの参照記号も特許請求の範囲を
制限するものとして解釈されてはならない。「有する、
含む」などの用語及びその活用形は、記載されていない
他の素子及び段階を除外するものではない。素子は単数
形で表わされているが、同じ素子が複数個存在すること
を除外するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】最新技術による装置を用いて実施される離散変
換計算のための相互接続ネットワークを示す図である。
【図2】図1に示す、従来技術の計算装置を用いて初等
計算を実施するサイクルの組を示す図である。
【図3】本発明による計算装置を示す図である。
【図4a】図3の装置を用いる離散変換計算を示す図で
ある。
【図4b】図3の装置を用いる図4aにおける離散変換
計算の詳細を示す図である。
【図5】図3の計算装置を用いて実施される離散変換計
算のための相互接続ネットワークを示す図である。
【図6】図3の計算装置を用いて初等計算を実施するサ
イクルの組を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オリヴィエ ゲイ‐ベリール フランス国,75013 パリ,リュ・ル・ブ ラン 37 (72)発明者 エリク デュジャルダン アメリカ合衆国,カリフォルニア州,フリ モント,モウリー・アヴェニュー 889, 112号 Fターム(参考) 5B056 AA05 BB17 HH03 5J064 AA03 BA16 BC09 BC24 BD02

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 幾つかの計算レイヤを有するサブ変換計
    算の結果を記憶するローカルメモリを有し、サブ変換を
    含む離散変換を計算する装置であって、 第1のサブ変換と第2のサブ変換の計算レイヤをインタ
    ーレーシングすることができる計算手段を有することを
    特徴とする装置。
  2. 【請求項2】 上記計算手段は、同じ大きさの2つの連
    続するサブ変換の間でインターレーシングを行うことが
    できることを特徴とする請求項1記載の計算装置。
  3. 【請求項3】 上記計算手段は、サブ変換の初等計算の
    待ち時間の4倍以下の大きさをサブ変換が有する場合に
    インターレーシングを行うことを特徴とする請求項1記
    載の計算装置。
  4. 【請求項4】 サブ変換は、最適な順列を用いる計算方
    法に基づくことを特徴とする請求項3記載の計算装置。
  5. 【請求項5】 ローカルメモリにサブ変換計算の結果を
    記憶することに適切な、サブ変換を含む離散変換を計算
    する方法であって、 第1のサブ変換と第2のサブ変換の計算レイヤをインタ
    ーレーシングする段階を有する方法。
  6. 【請求項6】 同じ大きさの2つの連続するサブ変換の
    間でインターレーシングが行われることを特徴とする請
    求項5記載の変換を計算する方法。
  7. 【請求項7】 サブ変換の初等計算の待ち時間の4倍以
    下の大きさをサブ変換が有する場合にインターレーシン
    グが行なわれることを特徴とする請求項5記載の変換を
    計算する方法。
  8. 【請求項8】 サブ変換は、最適な順列を用いる計算方
    法に基づくことを特徴とする請求項7記載の変換を計算
    する方法。
  9. 【請求項9】 請求項1記載の離散変換を計算する装置
    を含む復調器を有する受信器であって、 上記装置を用いて復調されるサンプルのパケットを受信
    するよう適合される受信器。
  10. 【請求項10】 信号を変調しチャネルを介して上記信
    号を受信器に送る送信器と、請求項1記載の装置を用い
    て上記信号を復調する上記受信器とを有する送信システ
    ム。
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