JP5202352B2 - 画像拡大方法、画像拡大装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
SPC法は、最も簡易的に拡大機能を実現する手法である。図18に、SPC法における1次元の拡大処理の概念を示す。
線形補間法は、SPC法の問題点を解決するための手法であり、拡大処理時に、出力画素位置に最も近い2つの入力画素値を参照し、且つ、参照画素と出力画素位置の距離を重み付け係数として演算する手法である。
式1において、入力画像の構成画素間距離SLで除算を行っている理由は、D1の値を演算するにあたり、出力画素位置までの距離を重み付けとして演算しているためである。多くの場合、SLの値は、除算回路を容易に構成させるため、2のべき乗の値とする。
次に、出力画像の第4画素値(D3)の値を演算する。出力画像の第4画素位置は、これまでの出力画素位置と異なり、入力画像の第2画素(S1)と第3画素(S2)の間となる。
式3による演算結果を小数点以下切り捨てると、DLの値は“102”となる。求める出力画像の画素位置は、第1画素出力から3画素後であることから、DLを3回累積加算した値である“306”となる。したがって、累積加算したDLがSL(“256”)を超えることになり、出力画像の値を演算する上での入力画像の参照画素位置が更新されることがわかる。
D0={0×(256−30)+255×30}/256≒29
となる。
D1={0×(256−158)+255×158}/256≒157
となる。
前記決定手段は、前記設定手段により設定された仮想画素と、前記入力画素列の先頭の画素とを端点とする補間領域内で、前記出力画素列の先頭の画素の前記出力画像上の位置を決定する、ことを特徴とする。
<本実施形態の画像処理における拡大処理部(解像度変換部)の構成例>
図1Aは、本発明を1次元の拡大処理に適用した場合の、拡大処理部(解像度変換部)100の構成例を示す図である。
図1Bは、図1Aの拡大処理部(解像度変換部)を有する画像形成装置の構成例を示す図である。
以下、図1Aで拡大処理部(解像度変換部)100を構成する参照画素位置制御部109および画像データ制御部103の各々に関し、更に詳細に構成を説明する。
図2は、実施形態1の参照画素位置制御部109の構成例を示す図である。なお、図2において、図1Aと同一の信号を示すものに関しては、図1Aに付与した参照符号と同じ参照符号で示すものとする。
次に、画像データ演算部103の構成に関して説明する。図3は画像データ演算部103の構成例を示す図である。なお、図3においても、図1Aあるいは図2と同一の信号を示すものに関しては、付与した参照符号と同じ参照符号で示すものとする。
具体的な画素構成図をもとに、更に詳細に本実施形態を説明する。なお、以下の説明で“XX”で示す数値は10進の値、“xxxx”で示す数値はヘキサデシマルで示した値である。
図4は、4画素で構成される入力画像データを2.5倍に拡大する場合の処理例を示す図である。
図5は、先端の仮想画素位置(DS0)および入力画像データの先頭から3画素位置(S0、S1、S2)と、出力画像データの先頭から7画素位置(D0〜D6)の位相状態を示す図である。なお、図5において、図4と同一の意味を示すものに関しては、同じ参照符号を付与する。
また、出力画像データの構成画素間距離(DL)は“102”であり、10画素により構成されるため、出力画像データを構成する全画素数分の距離は、式5にて求められる。
したがって、入力画像データを構成する全画素数分の距離と、出力画像データを構成する全画素数分の距離の差分は、式6により求められる。
左右の対称性を保持するためには、式6により求められた値の半分だけ、入力画像データを構成する先頭画素を基準にマイナス方向に位相をずらせば良い。したがって、初期位相保持部106に設定する初期位相は10進表記で“−75”となる。図6における初期位相のフォーマットにしたがい、初期位相の設定ビットを9ビットとすれば、2の補数表記での初期位相設定値PH0は“0x1B5”となる。
画像データ演算部103は、出力画素演算に必要となる制御信号および演算係数の要求を、制御信号115として、参照画素位置制御部109に対して出力する。参照画素位置制御部109は、前記画像データ演算部103が出力する制御信号115を受けて、先端画素判定信号、後端画素判定信号等の各制御信号および演算係数を出力する。出力画像の第1画素演算時、累積加算器203の入力、すなわちMUX201、MUX202の出力はそれぞれ、初期位相PH0、固定値0となる。したがって、参照画素位置制御部109の出力である演算係数113は、初期位相PH0の値(−75)が絶対値に変換されてそのまま出力される。つまり、“75(0x4B)”が出力される。
図5に示した入力画素構成において、S0の値は黒(“0x00”)、DS0の値は白(“0xFF”)であるから、式7の演算結果は、S0、DS0の値を代入して“74(0x4A)”となる。
次に、第2出力画素(D1)の演算に関して説明する。画像データ演算部103から、第2出力画素(D1)演算のための制御信号115が出力されると、参照画素位置制御部109は、各制御信号および出力画像の第2画素の演算に必要となる演算係数出力の処理を行う。参照画素位置制御部109は、画像データ演算部103から、第2出力画素演算のための制御信号115が出力されると、該当画素に対する制御信号、および演算係数113、演算係数114を出力する。
次に、出力画像データの第3出力画素(D2)の演算に関して説明する。画像データ演算部103は、第2出力画素(D1)の演算時と同様、制御信号115を参照画素位置制御部109に対して出力する。参照画素位置制御部109は、画像データ演算部103からの制御信号115の入力を受けると、第3出力画素(D2)の演算に関する制御信号、および演算係数113、114を出力する。演算係数113は、第2出力画素演算時の累積加算器203の出力をもとに求められる。MUX201の出力は、第2出力画素演算時から累積加算器203の出力であり、MUX202は倍率指定係数保持部105である。したがって、累積加算器203は、MUX201の出力値とMUX202の出力値とを加算する。具体的には、MUX201の出力である“27(0x1B)”とMUX202の出力である“102(0x66)”を加算し、“129(0x81)”を出力する。また、この時点における、累積加算器203の出力値が定まることにより、減算器206の減算値が“127(0x7F)”と定まる。
次に、出力画像データの第4出力画素(D3)の演算に関して説明する。画像データ演算部103は、第3出力画素(D2)の演算時と同様、制御信号115を参照画素位置制御部109に出力する。参照画素位置制御部109は、画像データ演算部103からの制御信号115の入力を受けると、第4出力画素(D3)の演算に関する制御信号、および演算係数113、114を出力する。演算係数113は、第3出力画素演算時の累積加算器203の出力をもとに求められる。MUX201の出力は、第3出力画素演算時から累積加算器203の出力であり、MUX202は倍率指定係数保持部105である。したがって、累積加算器203は、MUX201の出力値とMUX202の出力値とを加算する。具体的には、MUX201の出力である“129(0x81)”とMUX202の出力である“102(0x66)”を加算し、“231(0xE7)”を出力する。また、この時点における累積加算器203の出力値が定まることにより、減算器206の減算値が“25(0x19)”と定まる。
次に、出力画像データの第5出力画素(D4)の演算に関して説明する。画像データ演算部103は、第4出力画素(D3)の演算時と同様、制御信号117を参照画素位置制御部109に出力する。参照画素位置制御部109は、画像データ演算部103からの制御信号115の入力を受けると、出力第5画素(D4)の演算に関する制御信号、および演算係数113、114を出力する。演算係数113は、第4出力画素演算時の累積加算器203の出力をもとに求められる。MUX201の出力は、出力第4画素演算時からの累積加算器203の出力であり、MUX202は倍率指定係数保持部105である。したがって、累積加算器203は、MUX201の出力値とMUX202の出力値とを加算する。具体的には、MUX201の出力である“231(0xE7)”とMUX202の出力である“102(0x66)”を加算する。なお、加算結果は“333(0x14D)”となる。
次に、後端判定部212の制御信号111の出力に関して説明する。参照入力画素更新信号生成部210は、制御信号205、すなわち累積加算器203の出力値に応じて制御信号112を出力する。計数部211は、先端判定部209の出力である制御信号110が出力された後の制御信号112を計数する。本説明においては、入力画素は4画素であるため、計数部211による計数は4回行われる。後端判定部212は、計数部211の出力値と入力画素数保持部107の保持値とを比較し、一致した場合に制御信号111を出力する。
これまでは、図4〜図6を参照して、画像を2.5倍に拡大する場合の処理例における処理例を詳細に説明してきた。
なお、これまでの説明においては説明を容易にするため1次元の画像データに関して説明を行ったが、本実施形態は2次元の画像データに対しても適用することが可能である。ここでは、左右方向の拡大処理と上下方向の拡大処理とが、上記実施形態の方法を適用して独立に実行される。
主走査方向に4画素、副走査方向に3画素の入力画像データを2.5倍に拡大し、主走査方向に10画素、副走査方向に7画素の出力画像を求める場合、入力画像を構成する主走査方向の全画素数分の距離は、式4により“768”となる。また、同様に入力画像を構成する副走査方向の全画素数分の距離は“512”となる。
612−512=100 …(式9)
したがって、設定する初期位相の値は、主走査方向PHMが“−75”、副走査方向PHSが“−50”となる。このように、主走査方向の画素数と副走査方向の画素数が異なる入力画像である場合、本実施形態においては、主走査方向と副走査方向の拡大倍率が同一であっても、設定する初期位相の値は各方向で異なるものを設定する。
図9は、本実施形態の画像拡大(解像度変換)処理の処理手順例を示すフローチャートである。かかる処理は、図1あるいは図2、図3の機能ブロックを制御するあるいは実現するCPU(不図示)により実行される。
図10は、本実施形態の画像拡大部(解像度変換部)をコンピュータで構成した例を示す図である。
つまり、本実施形態の装置においては、入力画像を構成する画素データの先端部および後端部の線形補間演算時に、仮想画素データを用いて演算する。また、初期位相として設定する値は、入力画像を構成する第1画素と第2画素の間ではなく仮想画素データと第1画素の間とする。そして、その設定値を入力画像データの構成画素間距離と出力画像データの構成画素間距離との差分をもとに算出した値としている。また、拡大処理する画像データが2次元である場合、主走査方向と副走査方向との拡大倍率が同じであっても、前記演算により方向別に初期位相を設定する。この設定により、入力画像データのもつ対称性が保持された状態で、適正な拡大処理が行われる。
前記実施形態1においては、初期位相の設定を、第1入力画素位置を基準として、入力画像データが構成される方向とは逆方向(マイナス方向)に設定していた。しかし、本発明の特徴は、初期位相の設定を従来の線形補間法ように、入力画像の第1画素データと第2画素データの間に設定するのではなく、入力画像の第1画素データよりも前の(マイナスの)位相に設定することにある。したがって、第1入力画素データの前に仮想画素データが設定されるとすると、仮想画素データを基準として初期位相を設定することも可能である。
本実施形態2における特徴は初期位相の設定にあるため、実施形態1において説明した図1の参照画素位置制御部109の構成が異なるが、画像データ演算部103などの他の構成は同様であるので重複する説明は避ける。
図11は、実施形態2における参照画素位置制御部109の構成例を示す図である。なお、図11で、図2と同じ参照番号の入出力信号は、図2の入出力信号と同様である。
具体的な画素構成図をもとに、更に詳細に本実施形態を説明する。
図12に、実施形態2の概念を説明する1次元の拡大処理の構成図を示す。
図13は、先端の仮想画素位置(DS0)および入力画像データの先頭の3画素位置(S0、S1、S2)と出力画像データの先頭の7画素位置(D0〜D6)の位相状態を示す図である。なお、図13において、図12と同一の意味を示すものに関しては同じ参照符号を付与する。
出力画像データの構成画素間距離(DL)は10画素により構成されるため、出力画像データを構成する全画素数分の距離は、式11にて求められる。
したがって、入力画像データを構成する全画素数分の距離と出力画像データを構成する全画素数分の距離との差分は、式12により求められる。
左右の対称性を保持するためには、式12により求められた値の半分、入力画像データを構成する先頭画素を基準にマイナス方向に位相をずらせば良い。実施形態1においては、第1入力画素を基準としていたために設定する初期位相の符号はマイナスとなったが、実施形態2においては、第1入力画素の前の仮想画素が基準となる。したがって、入力画像の構成画素間距離であるSLをもとに演算を行う。つまり、SLから、式12によって求まった値の半分を減算すれば良い。したがって、初期位相保持部106に設定する初期位相は10進表記で“181”となる。図14における初期位相のフォーマットにしたがえば、SLを“256”としたことから、図14のNは“8”となる。よって、初期位相(PH)の設定は“181(0xB5)”となる。
画像データ演算部103は、出力画素演算に必要となる制御信号および演算係数の要求を、制御信号115として参照画素位置制御部109に対して出力する。参照画素位置制御部109は、前記画像データ演算部103が出力する制御信号115を受けて、先端画素判定信号や後端画素判定信号等の各制御信号、および演算係数を出力する。出力画像の第1画素演算時、累積加算器403の入力、すなわちMUX401とMUX402との出力はそれぞれ、初期位相PH0と固定値“0”となる。したがって、参照画素位置制御部109の出力である演算係数114は、初期位相PH0の値である“181”が出力される。
図12に示した入力画素構成において、S0の値は黒(“0x00”)、DS0の値は白(“0xFF”)であるから、式13の演算結果は、S0、DS0の値を代入して“74(0x4A)”となる。
次に、第2出力画素(D1)の演算に関して説明する。画像データ演算部103から、第2出力画素(D1)演算のための制御信号115が出力されると、参照画素位置制御部109は、各制御信号および出力画像の第2画素の演算に必要となる演算係数出力の処理を行う。参照画素位置制御部109は、画像データ演算部103から第2出力画素演算のための制御信号115が出力されると、該当画素に対する制御信号および演算係数113、114を出力する。
累積加算器403は、前記MUX401とMUX402との値の加算処理を行う。MUX401の出力が“0xB5”であり、MUX402の出力が“0x66”であるから、累積加算器203の出力は“0x11B”となる。したがって、この場合の累積加算器403の出力は、制御信号404が有意レベルで出力され、且つ、下位8ビットの値が“0x1B”となる。よって、演算係数114、113の出力はそれぞれ、“27(0x1B)”、“229(0xE5)”となる。前記値は、図12における第2出力画素(D1)の位相を示すものであり、図12に図示のPH1が、演算係数114の出力値(“0x1B”)に相当する。また、PH1が定まることにより、参照入力画素である画像データ119(S1)から出力第2画素D1までの距離は、入力画像データの構成画素間距離SLからPH1を減算することにより求まる。これは、演算係数113の出力値(“0xE5”)が相当する。
次に、出力画像の第3出力画素(D2)の演算に関して説明する。画像データ演算部103は、第2出力画素(D1)の演算時と同様、制御信号115を参照画素位置制御部109に対して出力する。参照画素位置制御部109は、画像データ演算部103からの制御信号115の入力を受けると、第3出力画素(D2)の演算に関する制御信号、および演算係数113、114を出力する。
次に、第4出力画素(D3)の演算に関して説明する。画像データ演算部103は、第3出力画素(D2)の演算時と同様、制御信号115を参照画素位置制御部109に出力する。参照画素位置制御部109は、画像データ演算部103からの制御信号115の入力を受けると、第4出力画素(D3)の演算に関する制御信号および演算係数113、114を出力する。
次に、第5出力画素(D4)の演算に関して説明する。画像データ演算部103は、第4出力画素(D3)の演算時と同様、制御信号117を参照画素位置制御部109に出力する。参照画素位置制御部109は、画像データ演算部103からの制御信号115の入力を受けると、第5出力画素(D4)の演算に関する制御信号および演算係数113、114を出力する。
画像データ演算部103は、参照画素位置制御部109から出力される制御信号および演算係数113、114をもとに、第5出力画素データ(D4)を算出する。具体的には、先端判定部406から制御信号110が有意レベルで出力されるため、MUX306の出力は画像データ119に切り換わる。後端判定部409からは制御信号111は出力されていないため、MUX303の出力は画像データ118となる。したがって、乗算器307は、演算係数113(“179”)とMUX303の出力である画像データ118(S1)とで乗算演算を行う。また、乗算器308は、演算係数113(“77”)とMUX306の出力である画像データ119(S2)とで乗算を行う。乗算器307および308の出力値は、これまでの出力画素演算時と同様に、加算器309により加算処理され、除算器310により除算演算される。
次に、後端判定部409の制御信号111の出力に関して説明する。参照入力画素更新信号生成部407は、累積加算器403のキャリーに応じて制御信号112を出力する。計数部408は、先端判定部406の出力である制御信号110が出力された後の制御信号112を計数する。本説明においては、入力画素は4画素であるため、計数部408による計数は“4”まで行われる。後端判定部409は、計数部408の出力値と入力画素数保持部107の保持値とを比較し、一致した場合に制御信号111を出力する。
これまでは、図12〜図14を参照して、画像を2.5倍に拡大する場合の処理例における処理例を詳細に説明してきた。
なお、これまでの説明においては、説明を容易にするために1次元の画像データに関して説明を行ったが、本実施形態は2次元の画像データに対しても適用することが可能である。
主走査方向の4画素、副走査方向の3画素の入力画像データを2.5倍に拡大し、主走査方向の10画素、副走査方向の7画素の出力画像を求める場合、入力画像を構成する主走査方向の全画素数分の距離は、式4により“768”となる。また、同様に入力画像を構成する副走査方向の全画素数分の距離は“512”となる。一方、出力画像を構成する副走査方向の全画素数分の距離は、式5により“918”となる。また、出力画像を構成する副走査方向の全画素数分の距離は、“612”となる。
612−512=100 …(式16)
前記、式15および式16による演算結果は、入力画像データを構成する全画素数分の副走査方向距離と出力画像を構成する全画素数分の副走査方向距離との差分であるため、次に仮想画素データを基準とした値を求める。具体的には入力画像の構成画素間距離SLから、前記式15および式16の演算結果の半分を減算すれば良い。
図17は、本実施形態の画像拡大(解像度変換)処理の処理手順例を示すフローチャートである。かかる処理は、図1あるいは図11、図3の機能ブロックを制御するあるいは実現するCPU(不図示)により実行される。
本実施形態2の装置においても、入力画像を構成する画素データの先端および後端部の線形補間演算時に、仮想画素データを用いて演算する。また、初期位相として設定する値は、入力画像を構成する第1画素と第2画素の間ではなく、仮想画素と入力第1画素の間としている。そして、設定する値は、入力画像データの構成画素間距離と出力画像データの構成画素間距離との差分をもとに算出した値としている。更に、その設定値は、実施形態1とは異なり、符号をもたない係数フォーマットとし累積加算器のキャリーを使用することとしている。これにより、演算処理部の構成を実施形態1の構成よりも更に容易にし、更に、入力画像データのもつ対称性を保持した拡大処理を実現している。
Claims (9)
- 入力画像を補間処理することによって、前記入力画像が拡大された出力画像を出力する画像拡大装置であって、
前記入力画像内の左右及び上下の少なくともいずれかの方向の入力画素列について、当該入力画素列の先頭の画素の前と最後の画素の後とに、前記入力画像にない仮想画素を設定する設定手段と、
前記入力画素列の先頭の画素の前記入力画像上の位置と当該出力されるべき前記出力画像の出力画素列の先頭の画素の出力画像上の位置との差と、前記入力画素列の最後の画素の前記入力画像上の位置と前記出力画素列の最後の画素の前記出力画像上の位置との差と、が等しくなるように、拡大倍率に応じて、前記出力画素列の先頭の画素の前記出力画像上の位置を決定する決定手段と、
前記入力画素列の先頭の画素の前記入力画像上の位置より前記出力画像上で前に位置する出力画素の画素データを、前記設定手段により前記入力画素列の先頭の画素の前に設定された前記仮想画素の画素データと前記入力画素列の先頭の画素の画素データとに基づき補間演算し、前記入力画素列の最後の画素の前記入力画像上の位置より前記出力画像上で後に位置する出力画素の画素データを、前記設定手段により前記入力画素列の後に設定された前記仮想画素の画素データと前記入力画素列の最後の画素の画素データとに基づき補間演算する演算手段と、を備え、
前記決定手段は、前記設定手段により設定された仮想画素と、前記入力画素列の先頭の画素とを端点とする補間領域内で、前記出力画素列の先頭の画素の前記出力画像上の位置を決定する、
ことを特徴とする画像拡大装置。 - 拡大倍率に基づいて、拡大前の入力画素数および画素間の距離を定める値から、拡大後の出力画素数および画素間の距離を定める値を算出する算出手段、をさらに備え、
前記決定手段は、前記拡大前の入力画素数および画素間の距離を定める値と、前記算出手段により算出された拡大後の出力画素数および画素間の距離を定める値とから、前記出力画素列の先頭の画素の前記出力画像上の位置を前記補間領域内で決定する、
ことを特徴とする請求項1に記載の画像拡大装置。 - 画素の位置は画像データに応じた画像を形成する際の各画素を形成するタイミングのずれを示す位相で表わされ、前記入力画素列の先頭の画素の前記入力画像上の位置と前記出力画素列の先頭の画素の出力画像上かつ前記補間領域内の位置との差は初期位相とされ、
前記決定手段は、前記出力画素列の先頭の画素の前記出力画像上かつ前記補間領域内の位置を、前記入力画素列の先頭の画素の前記入力画像上の位置から前記初期位相分ずれた位置として決定する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像拡大装置。 - 前記初期位相は、前記入力画素列の先頭の画素の前記入力画像上の位置からの方向を示しており、
前記演算手段は、
前記初期位相を負の値で保持する初期位相保持手段と、
拡大倍率に応じた係数を前記負の初期位相に対して累積加算する累積加算手段と、
前記累積加算手段による演算結果が負の値から正の値となることを検出する検出手段と、を備え、
前記演算手段は、前記検出手段による検出が行われるまでは、前記設定手段により前記入力画素列の先頭の画素の前に設定された前記仮想画素の画素データと前記入力画素列の先頭の画素の画素データとを用いて補間を行う、
ことを特徴とする請求項3に記載の画像拡大装置。 - 前記初期位相は、前記入力画素列の前に設定された仮想画素位置からの方向を示しており、
前記演算手段は、
前記初期位相を正の値で保持する初期位相保持手段と、
拡大倍率に応じた係数を前記正の初期位相に対して累積加算する累積加算手段と、
前記累積加算手段による演算における最初のオーバーフローを検出するオーバーフロー検出手段と、を備え、
前記演算手段は、前記オーバーフロー検出手段による検出が行われるまでは、前記設定手段により前記入力画素列の先頭の画素の前に設定された前記仮想画素の画素データと前記入力画素列の先頭の画素の画素データとを用いて補間を行う、
ことを特徴とする請求項3に記載の画像拡大装置。 - 前記画像データを前記左右及び上下の方向について独立に補間処理することによって、2次元画像を拡大する、ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像拡大装置。
- 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の画像拡大装置を有することを特徴とする画像形成装置。
- 入力画像を補間処理することによって、前記入力画像が拡大された出力画像を出力する画像拡大装置において実行される画像拡大方法であって、
前記画像拡大装置の設定手段が、前記入力画像内の左右及び上下の少なくともいずれかの方向の入力画素列について、当該入力画素列の先頭の画素の前と最後の画素の後とに、前記入力画像にない仮想画素を設定する設定工程と、
前記画像拡大装置の決定手段が、前記入力画素列の先頭の画素の前記入力画像上の位置と当該出力されるべき前記出力画像の出力画素列の先頭の画素の出力画像上の位置との差と、前記入力画素列の最後の画素の前記入力画像上の位置と前記出力画素列の最後の画素の前記出力画像上の位置との差と、が等しくなるように、拡大倍率に応じて、前記出力画素列の先頭の画素の前記出力画像上の位置を決定する決定工程と、
前記画像拡大装置の演算手段が、前記入力画素列の先頭の画素の前記入力画像上の位置より前記出力画像上で前に位置する出力画素の画素データを、前記設定工程において前記入力画素列の先頭の画素の前に設定された前記仮想画素の画素データと前記入力画素列の先頭の画素の画素データとに基づき補間演算し、前記入力画素列の最後の画素の前記入力画像上の位置より前記出力画像上で後に位置する出力画素の画素データを、前記設定工程において前記入力画素列の後に設定された前記仮想画素の画素データと前記入力画素列の最後の画素の画素データとに基づき補間演算する演算工程と、を有し、
前記決定工程は、前記設定工程において設定された仮想画素と、前記入力画素列の先頭の画素とを端点とする補間領域内で、前記出力画素列の先頭の画素の前記出力画像上の位置を決定する、
ことを特徴とする画像拡大方法。 - 請求項8に記載の画像拡大方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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