KR100308004B1 - 디지탈영상암호화방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디지탈 영상의 암호화 방법에 관한 것으로, 특히 디지탈 영상에 대하여 부호화기의 양자화 계수를 조절하여 비 가입자들도 영상을 흐릿하게 (blurring) 시청할 수 있도록한 디지탈 영상 암호화 방법에 관한 것이다.
이와같은 본 발명의 디지탈 영상 암호화 방법은 디지탈 영상신호를 압축하여 압축된 영상 데이타와 퀀타이저 테이블값및 움직임 벡터값을 VLC 코드화하여 단일 스트림으로 송신하고, 상기 단일 스트림을 수신하여 압축된 데이타를 신장시키는 디지탈 영상 처리 방법에 있어서, 상기 코드화 된 VLC 코드를 변환하여 단일 스트림으로 송신하고, VLC 코드 변환된 단일 스트림을 수신하여 변환 키 값에 의해 복원하고 압축된 데이타를 신장시켜 디지탈 영상을 암호화한 것이다.
Description
제1도는 일반적인 디지탈 영상 암호화 CAS 부호부 구성도
제2도는 일반적인 디지탈 영상 암호화 CAS 복호부 구성도
제3도는 일반적인 디지탈 영상 부호화기 구성도
제4도는 일반적인 디지탈 영상 복호화기 구성도
제5도는 본 발명 제 1 실시예의 디지탈 영상 암호화 방법 설명 테이블
제6도는 본 발명 제 2 실시예의 디지탈 영상 암호화 방법 설명 테이블
제7도는 본 발명 제 3 실시예의 디지탈 영상 암호화 방법 설명 테이블
제8도는 본 발명 제 4 실시예의 디지탈 영상 암호화 방법 설명 테이블
본 발명은 디지탈 영상의 암호화 방법에 관한 것으로, 특히 디지탈 영상에 대하여 부호화기의 양자화 계수를 조절하여 비 가입자들도 영상을 흐릿하게 (blurring) 시청할 수 있도록한 디지탈 영상 암호화 방법에 관한 것이다.
일반적으로 디지탈 방식의 유료 티브이(Pay TV)를 구현하기 위해서는 구독 시청자에 대한 제약 및 선별을 하여 제한적으로 영상 정보를 보여주는 시스템이 필요하다.
이러한 기능을 수행하는 시스템을 CAS(Conditional Access System)이라 하고 이를 제1도와 제2도에 도시하였다.
제1도는 일반적인 디지탈 영상 암호화 CAS 부호부 구성도이고, 제2도는 일반적인 디지탈 영상 암호화 CAS 복호부 구성도로써, 유럽의 MAC방식, MPEG시스템, 스마트 카드 어프리케이션(Smart Card Application) 등에 이용되는 CAS를 나타낸 것이다.
일반적인 디지탈 영상 암호화 CAS 시스템의 구성은 설명하면, 먼저 CAS 부호부는 제1도와 같이 디지탈 영상신호를 압축하여 부호화된 비트 스트림(Bit stream) 신호로 출력하는 디지탈 영상 부호화기(1)와, 암호화 난수열을 발생하기 위한 초기값(CW, Control Word)을 생성하는 코드 발생기(3)와, 상기 코드 발생기(3)에서 출력되는 CW를 입력하여 난수를 발생하는 암호화 난수열 발생기(5)와, 상기 디지탈 영상 부호화기(1)에서 출력된 비트 스트림과 암호화 난수열 발생기(5)에서 출력된 난수를 익스크루시브 오아(Exclusive OR) 연산하여 비트 단위로 비화(Scrambled)된 스트림으로 출력하는 익스크루시브 오아 게이트(2)와, 프로그램 공급자나 가입 수신자의 고유한 어드레스(address)로 부터 결정되어 상기 CW신호를 비화하기 위한 SK(Service Key)신호와 SK신호를 암호화 한 EMM(Entitlement Management Message)을 출력하는 키 분배기(6)와, 상기 키 분배기(6)에서 출력되는 SK신호를 이용하여 상기 코드 발생기(3)에서 출력되는 CW신호를 비화하여 ECM(Entitlement Control Message)을 출력하는 서비스 제어코드 발생기(4)와, 상기 익스크루시브 오아 게이트(2)에서 출력되는 암호화된 비트 스트림과 서비스 제어코드 발생기(4)에서 출력되는 ECM과 키 분배기(6)에서 출력되는 EMM을 입력하여 전송채널 또는 전화라인, 스마트 카드 등에 기록하여 전달하거나 가입 수신자에게 다중화된 신호로 전달하는 다중화기(MUX)(7)로 구성된다.
또한, CAS 복호부는 제2도와 같이 CAS 부호부의 다중화기(7)에서 전송채널을 통해 출력한 다중화된 신호를 입력하여 각각의 암호화된 비트 스트림, ECM, EMM신호로 역 비화(Descrambled)하는 역 다중화기(8)와, 상기 역 다중화기(8)에서 출력되는 ECM과 EMM을 입력하여 접근 제어모듈을 이용해 EMM으로 부터 SK를 얻은 후, SK를 기준으로 ECM을 역 비화하여 CW를 출력하는 접근 제어모듈부(10)와, 상기 접근 제어모듈부(10)에서 출력되는 CW를 이용하여 난수열을 생성하는 암호화 난수열 발생기(9)와, 상기 암호화 난수열 발생기(9)에서 발생된 난수를 이용하여 상기 역다중기(8)에서 출력되는 암화화된 스트림을 익스크루시브 오아 연산하여 원하는 복원 스트림을 출력하는 익스크루시브 오아 게이트(11)와, 상기 익스크루시브 오아 게이트(11)에서 출력되는 복원 스트림을 복호화하여 복원 영상을 출력하는 디지탈 영상 복호화기(12)로 구성된다.
여기서, 제1도 및 제2도에서의 종래 디지탈 영상 부호화기 및 디지탈 영상 복호화기의 구성은 제3도 및 제4도와 같다.
즉, 종래의 디지탈 영상 부호화기는 제3도와 같이 디지탈 비디오 소오스의 움직임을 추정하여 움직임 벡터(Motion Vector, MV)를 출력하는 움직임 추정기(Motion Estimation)(21)와, 상기 움직임 추정기(21)에서 출력된 MV를 이용하여 전(前) 프레임 영상을 보상하는 움직임 보상기(Motion Compensation)(22)와, 상기 디지탈 비디오 소오스에서 움직임 보상기(22)로 부터 출력되는 보상신호를 감산하여 차분 영상을 출력하는 감산기(23)와, 상기 감산기(23)에서 출력되는 차분 영상을 주파수 성분으로 변환하는 DCT(Discrete Cosine Transform)부(24)와, 상기 DCT부(24)에서 출력된 주파수 계수를 스케일 펙터(Scale Factor)와 퀸타이저 테이블의 곱으로 이루어진 값으로 퀀타이징(Quantizing)하여 퀀타이저 테이블값과 퀀타이징된 값을 출력하는 퀀타이저(25)와, 상기 움직임 추정기(21)에서 출력되는 움직임 벡터와 퀀타이저(25)에서 출력되는 퀀타이징값을 입력하여 RLC(Run Length Coding)와 호프만 코딩(Huffman Coding)하여 무 손실 압축하는 VLC(Variable Length Coding)부(26)와, 상기 퀀타이저(25)의 테이블 값등의 비디오 비트 스트림(Video bit stream)에 대한 헤더 정보들과 상기 VLC된 압축스트림과 VLC된 움직임 벡터를 다중화(Multiplexing)하여 단일 스트림으로 출력하는 다중화기(27)와, 상기 퀀타이저(25)의 퀀타이징 값을 역 퀀타이징하는 역 퀀타이저(Inverse Quantizer)(28)와, 상기 역 퀀타이저(28)에서 출력되는 주파수를 차분 영상으로 변환하는 역 DCT부(29)와, 상기 움직임 보상기(22)에서 출력되는 영상 보상신호와 역 DCT부(29)에서 출력되는 차분 영상을 더하여 영상을 복원 시키는 가산기(30)와 상기 가산기(30)에서 출력되는 영상신호를 일시 저장하여 움직임 보상기(22)에서 움직임 벡터값으로 영상을 보상할때 전(前) 프레임 신호로 출력하는 프레임 메모리(31)로 구성된다.
또한, 종래 암호화 디지탈 영상 복호화기는 제4도와 같이 상기 디지탈 영상부호화기에서 출력되는 비트 스트림을 입력 받아 퀀타이징 테이블값과 헤드 정보들을 분해하여 RLC와 호프만 코딩등의 무 손실 압축데이타 등으로 다중화 하여 출력하는 역 다중화기(32)와, 상기 역 다중화기(32)에서 출력되는 압축데이타에서 역 RLC, 호프만 디코딩을 수행하여 움직임 벡터(MV)와 주파수 영역의 계수값들을 생성하는 VLD(Variable Length Decoding)부(33)와, 상기 VLD부(33)에서 출력되는 움직임 벡터를 입력하여 이전 프레임 영상을 보상하여 보상된 영상을 출력하는 움직임 보상기(36)와, 상기 역 다중화기(32)에서 출력되는 퀀타이징 테이블 값과 VLD부(33)에서 출력된 주파수 영역의 계수값들을 입력하여 역 퀀타이징하고 역 DCT하는 역 퀀타이저(34) 및 역 DCT부(35)와, 상기 움직임 보상기(36)와 역 DCT부(35)에서 출력되는 신호를 가산하여 원 영상을 복원하는 가산기(37)와, 상기 가산기(37)에서 복원된 영상을 저장하여 움직임 보상기(36)에 이전 프레임 영상신호로 출력하는 프레임메모리(38)와, 상기 프레임 메모리(38)에 저장된 영상을 타입(type)(I,P. 또는 Bpicture)에 따라 다른 순서로 출력하기 위한 디스플레이 메모리(39)로 구성된다.
이와같이 구성되는 종래의 디지탈 영상 암호화 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 디지탈 영상 부호부를 설명하면 제3도에서 A/D변환된 디지탈 비디오 소오스가 움직임 추정기(21)에 입력되어 움직임이 추정되고 그 결과 움직임 벡터를 생성한다. 그리고 움직임 보상기(22)에서는 상기 생성된 움직임 벡터을 이용하여 프레임 메모리(31)에 저장된 이전 프레임을 보상한다. 따라서 감산기(23)에서는 상기 디지탈 비디오 소오스에서 움직임 보상기(22)로 부터 보상된 영상을 감산하여 차분 영상을 생성한다. 이 과정에서 시간적 잉여성분(temporal redundancy)를 제거하는 효과를 가져온다.
이렇게 생성된 차분영상은 DCT부(24)를 거쳐 주파수 성분으로 변환되며 이 주파수 계수는 퀀타이저(25)에서 퀀타이저 스케일과 테이블값의 곱으로 이루어진 값으로 퀀타이징된다. 이 과정에서 공간 잉여성분(spacial redundancy)를 제거하며 데이타의 로스(손실)가 발생한다. 이렇게 처리된 계수들은 역 퀀타이저(28)와 VLC부(26)로 입력되는데 역 퀀타이저(28)에 입력된 값들은 퀀타이저(25)의 역과정과 역 DCT부(29)를 거쳐서 복원 차분 영상이 된 후, 움직임 보상된 영상과 가산기(30)에서 더하여져 프레임 메모리(31)에 저장된다.
한편, VLC부(26)로 입력된 주파수 계수들은 RLC와 호프만 코딩을 거쳐 무 손실 압축되어 진다. 다중화기(27)에서는 비디오 비트 스트림에 대한 헤더 정보들(퀀타이저 테이블 포함)과 VLC된 압축 스트림과 VLC된 움직임 벡터를 다중화하여 단일 스트림으로 만든다.
이와같이 만들어진 비트 스트림은 제1도와 같은 CAS부호부를 거쳐 유료 시스템으로 출력된다. 즉, 암호화 난수열 발생기(5)에서 발생한 난수와 익스크루시브 오아 게이트(2)에서 논리 연산되어 비화된 스트림을 만들다. 이때 암호화 난수열을 발생시키기 위한 초기값을 CW라 하는데 이는 코드 발생기(3)로 부터 생성되고, CW는 서비스 제어코드 발생기(4)에서 SK를 이용하여 비화된다.
이때의 비화된 데이타를 ECM이라 한다.
상기 ECM은 다중화기(7)를 통해서 암호화된 영상 또는 음성 스트림과 다중화되어 전송채널을 통해 수신기로 전송된다.
상기 SK는 키 분배기(6)에서 발생되어 CW를 비화하기 위한 것으로, 이값은 프로그램 공급자나 가입 수신자의 고유한 어드레스로 부터 결정되며, 프로그램 공급자가 임의로 변경할 수 있다.
또한 SK는 EMM으로 암호화 되어 다른 스트림과 다중화 되어 수신기에 전달되거나 전화라인, 스마트 카드 등에 기록되어 가입 수신자에게 전달 되어질 수도 있다.
이와같은 방법으로 전송되는 암호화된 스트림은 제2도와 같은 복호부에서 다음과 같이 역 비화된다.
즉, 역 다중화기(8)에서 분리해낸 ECM과 EMM은 접근 제어모듈부(10)에 입력되어 접근제어 모듈을 이용해 EMM으로 부터 SK를 얻은 후, SK를 기준으로 ECM을 역 비화하여 CW를 출력한다. 그리고 암호화 난수열 발생기(9)에서는 접근 제어모듈부(10)에서 출력되는 CW를 이용하여 난수열을 생성하고, 암호화 난수열 발생기(9)에서 발생된 난수를 이용하여 상기 역 다중기(8)에서 출력되는 암화화된 스트림을 익스크루시브 오아 게이트(11)가 연산하여 원하는 복원 스트림을 출력한다.
복원 스트림은 디지탈 영상 복호화기(12)로 입력되어 원 영상을 재생한다.
즉, 제4도에서 역 다중화기(32)는 VLC된 압축 스트림을 VLD부(33)로 출력하고 헤더 정보들을 분해하여 그중 퀀타이저 테이블은 역 퀀타이저(34)로 입력한다.
VLD부(33)에 입력된 압축 스트림은 역 RLC, 호프만 디코딩을 수행하여 움직임 벡터와 주파수 영역의 계수값을 생성하고, 움직임 벡터는 프레임 메모리(38)의 이전 영상과 움직임 보상기(36)에서 보상되어 보상된 영상을 생성하며, 주파수 영역의 계수값들은 부호화기에서의 역 과정인 역 퀀타이저(34)와 역 DCT부(35)를 거쳐 가산기(37)에서 상기 보상된 영상과 더해진다.
이렇게 복원된 영상은 영상 복원 과정중 에러가 없는한 부호화기의 프레임 메모리(31) 영상과 복호화기의 프레임 메모리(38)의 값이 같다. 프레임 메모리(38)에 저장된 영상은 영상의 테이프에 따라 다른 순서로 출력하기 위하여 디스플레이 메모리(39)에 제 순서로 입력되어 출력된다.
이상에서 설명한 바와같이 CAS 시스템은 가입자에 한하여 EMM을 스마트 카드등에 담아 판매하는 방법으로 유료 TV를 구현할 수 있으며, 또는 EMM을 전송채널을 통해 전송할 경우 가입자의 고유 어드레스와 조합되어 역 비화 과정을 가능케 할수 있다.
그러나 이와같은 종래의 디지탈 영상 암호화 시스템에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
즉, 수요층을 확보하기 위해서는 비가입자에게도 흥미를 유발할 수 있도록 영상을 약간 노출시켜야만 하는데 종래에는 난수열을 비디오 비트 스트림과 연산하여서 비화 하므로 가입자는 난수열을 이용하여 역 비화하므로 영상을 볼 수 있으나 비 가입자는 난수열을 해독하지 못하므로 영상을 전혀 볼 수 없다.
따라서 수요층을 확보하기 어렵다.
또한 CAS 부호부 및 복호부에서는 암호화 난수열을 발생해야 하므로 구성이 복잡하였다.
본 발명은 이와같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비 가입자라도 약간의 영상을 볼 수 있도록 하여 수요층을 보다 더 확보하는데 그 목적이 있다.
이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디지탈 영상 암호화 방법이 이루어짐에 그 특징이 있다.
상기와 같은 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 본 발명의 디지탈 영상 암호화 방법은 종래와 같이 암호화 난수열을 발생하여 암호화된 스트림으로 출력하고 암호화된 스트림을 복원시키는 CAS 부호부 및 CAS 복호부를 사용하지 않고, 제3도 및 제4도와 같은 일반적인 디지탈 영상 부호화기 및 복호화기를 그대로 사용하여 VLC된 값들을 일정한 규칙으로 변환(Scrambling)하고 역변환(Descrambling)하여 디지탈 영상을 암호화하는 것이다.
제5도는 본 발명 제1 실시예의 디지탈 영상 암호화 방법 설명 테이블이다.
본 발명 제1실시예의 디지탈 영상 암호화 방법은 제5도와 같이 휘도신호(luminance)의 DCT 한뒤 발생한 dc 계수(coefficient) (dct_dc_size_luminance)에 따른 VLC 코드를 변환하여 부호화기에서 출력되도록 한 것이다.
즉, 제5도와 같이 휘도신호의 VLC 코드값 변환의 실시예를 세가지(A,B,C)로 설명하였는데, A와 같은 방법에 의해 변환된 경우는 VLC 코드값의 길이가 서로 유사하게 변환한 것이고, B와 같은 방법에 의해 변환된 경우는 dc 계수값을 하나씩 밀려서 변환한 것이며, C와 같은 방법에 의해 변환된 경우는 4개의 값씩 서로 뒤바꿔 변환한 것이다.
여기서 VLC 값은 출력 확률에 따라 확률이 크면 코드 값은 짧고 확률이 작으면 코드 값이 길어지므로 코드 값의 크기가 같은 경우를 서로 변환시켜야만 데이타의 압축이 이루어지므로 A와 같은 방법이 가장 적당하다.
이와같이 휘도신호의 dc 계수를 변환시켜 영상 부호화기에서 전송하고 영상 복호화기에서 휘도신호의 dc 계수가 변환되어 전송된 신호를 복호화 시킬때 변환된 코드를 그대로 복호화하면 픽셀 값이 뒤바뀌어져서 복원 되므로 윤곽은 알 수 있으나 선명한 화면을 얻지 못한다.
반면, 복호화기에서 변환된 방법을 인식하여 그 방법대로 역 변환시켜 복원시키면 원래의 영상을 얻을 수 있다.
한편, 제6도는 본 발명 제2 실시예의 디지탈 영상 암호화 방법 설명 테이블이다.
본 발명 제2실시예의 디지탈 영상 암호화 방법은 제6도와 같이 색신호(chrominance)의 DCT 한뒤 발생한 dc 계수(dct_dc_size_chrominance)에 따른 VLC 코드를 변환하여 부호화기에서 출력되도록 한 것이다.
즉, 제6도와 같이 색신호의 VLC 코드값 변환의 실시예를 세가지(A,B,C)로 설명하였는데, VLC 값은 출력 확률에 따라 확률이 크면 코드 값은 짧고 확률이 작으면 코드 값이 길어지므로 코드 값의 크기가 같은 경우를 서로 변환시켜야만 데이타의 압축이 이루어지므로 A와 같은 방법이 가장 적당하며, 작용 및 효과는 제 1 실시예와 동일하다.
또 한편, 제7도는 본 발명 제 3 실시예의 디지탈 영상 암호화 방법 설명 테이블이다.
본 발명 제 3 실시예의 디지탈 영상 암호화 방법은 제7도와 같이 MPEG2의 DCT 계수의 VLC 테이블의 AC 계수를 변환하여 디지탈 영상을 암호화한다.
VLC + 사인(sign)으로 코딩될때 사인 비트의 양극을 바꾸어서 코딩할 수 있다.
이밖에도 VLC + 사인 + FLC으로 코딩 될때 키 값에 의하여 FLC' = S(FLC,KEY)의 계산으로 FLC를 FLC'으로 변환시켜서 VLC + 사인 + FLC'로 코딩하고 복호화기에서는 유료 시청인 경우 키 값을 넘겨서 S-1(FLC',KEY) = FLC로 다시 FLC를 복원하여 원래 코드 VLC + 사인 + FLC 코드 값을 찾아낸다.
한편, 제8도는 본 발명 제 4 실시예의 디지탈 영상 암호화 방법 설명 테이블이다.
본 발명 제 4 실시예의 디지탈 영상 암호화 방법은 제8도와 같이 움직임 벡터(MV)의 DCT 한뒤 발생한 움직임-코드(motion-code [r][s][t])에 따른 VLC 코드를 변환하여 부호화기에서 출력되도록 한 것이다.
여기서 VLC 값은 출력 확률에 따라 확률이 크면 코드 값은 짧고 확률이 작으면 코드 값이 길어지므로 코드 값의 크기가 같은 경우를 서로 변환시켜야만 데이타의 압축이 이루어지므로 움직임 벡터의 방향을 반대로 돌려서 변환한 실시예이다.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명의 디지탈 영상 암호화 방법에 있어서는 별도의 난수열 발생기를 사용하지 않고 비가입자라도 선면한 영상은 시청할 수 없으나 윤곽은 파악할 수 있도록 암호화 하므로 강비자를 증가시킬 수 있다.
Claims (6)
- 디지탈 영상신호를 압축하여 압축된 영상 데이타와 퀀타이저 테이블값및 움직임 벡터값을 VLC 코드화하여 단일 스트림으로 송신하고, 상기 단일 스트림을 수신하여 압축된 데이타를 신장시키는 디지탈 영상 처리 방법에 있어서, 상기 코드화 된 VLC 코드를 변환하여 단일 스트림으로 송신하고, VLC 코드 변환된 단일 스트림을 수신하여 변환 키 값에 의해 복원하고 압축된 데이타를 신장시킴을 특징으로 하는 디지탈 영상 암호화 방법.
- 제1항에 있어서, VLC 된 휘도신호의 DCT 한뒤 발생한 dc 계수(dct_dc_size_luminance)에 따른 VLC 코드를 변환함을 특징으로 하는 디지탈 영상 암호화 방법.
- 제1항에 있어서, VLC 된 색신호의 DCT 한뒤 발생한 dc 계수(dct_dc_size_luminance)에 따른 VLC 코드를 변환함을 특징으로 하는 디지탈 영상 암호화 방법.
- 제1항에 있어서, VLC 된 DCT 계수 테이블에 따른 AC 계수를 변환함을 특징으로 하는 디지탈 영상 암호화 방법.
- 제1항에 있어서, VLC 된 움직임 벡터의 DCT 한뒤 발생한 움직임 코드(motion-code [r][s][t])를 변환함을 특징으로 하는 디지탈 영상 암호화 방법.
- 제2항 또는 제3항 또는 제5항에 있어서, VLC 코드를 VLC 코드길이가 동일한 것들을 서로 바꾸어 변환함을 특징으로 하는 디지탈 영상 암호화 방법.
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| KR1019940030878A KR100308004B1 (ko) | 1994-11-23 | 1994-11-23 | 디지탈영상암호화방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019940030878A KR100308004B1 (ko) | 1994-11-23 | 1994-11-23 | 디지탈영상암호화방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR960020516A KR960020516A (ko) | 1996-06-17 |
| KR100308004B1 true KR100308004B1 (ko) | 2001-12-01 |
Family
ID=37530503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019940030878A KR100308004B1 (ko) | 1994-11-23 | 1994-11-23 | 디지탈영상암호화방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100308004B1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030080157A (ko) * | 2002-04-04 | 2003-10-11 | 엘지전자 주식회사 | 이동통신 단말기의 디씨티 연산방법 |
-
1994
- 1994-11-23 KR KR1019940030878A patent/KR100308004B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR960020516A (ko) | 1996-06-17 |
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