KR100445934B1 - 적외선 수신장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적외선 수신장치에 있어서 수신장치에 입력신호가 잠시 들어오지 않은 신호입력중의 휴지기(gap time)를 이용하여 휴지기가 없는 신호는 노이즈로 판단하고, 휴지기가 있는 신호는 정상적인 신호로 판단할 수 있는 적외선 수신장치에 관한 것이다.

본 발명에 의한 적외선 수신장치는 적외선 신호를 검출하여 전기 신호로 바꾸어주기 위한 적외선 검출부; 상기 적외선 검출부로부터 발생된 전기신호를 증폭하기 위한 제1 증폭부; 상기 제1 증폭부의 출력을 입력으로 받고 이득이 조절 가능하도록 구성된 제2 증폭부; 상기 제2 증폭부 출력신호의 여러 성분 가운데 특정한 성분을 걸러내기 위한 필터링부; 상기 필터링부의 출력신호와 소정의 기준전압을 서로 비교하기 위한 비교부; 상기 비교부의 출력신호를 복조하기 위한 복조부; 상기 복조부의 출력신호를 적외선 수신장치 외부로 출력하기 위한 출력부; 및 상기 복조부의 출력을 이용하고 정상입력신호와 노이즈 신호의 로우(low)구간이 다름을 이용하여 상기 제2 증폭부의 이득을 조절하는 자동이득조절부를 포함함을 특징으로 한다.

Description

적외선 수신장치{INFRA-RED RECEIVER}

본원 발명은 적외선 수신장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 TV나 VCR 등의 가전제품에 사용되는 적외선 리모콘이나 기타 적외선 데이터 송신 장치로부터 적외선 신호를 받아서 처리하는 적외선 수신장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 적외선 수신장치를 블록도로 도시한 것이다. 도 1의 그림이 모든 종류의 적외선 수신장치를 완벽히 표시하고 있지는 않으나 대개는 이와 같은 블록도의 형태를 띄고 있다. 종래의 적외선 수신장치의 동작을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선 포토 다이오드(10)가 외부로부터의 적외선 신호를 감지하여 적외선 신호를 전기 신호로 바꾸어 주고, 이러한 전기신호는 미약하므로 초단 증폭기 (11)를 통하여 적절한 값으로 증폭한다. 초단증폭기로부(11)터 출력된 신호는 제1 커플링 커패시터(C11)를 통하여 둘째 단 증폭기, 즉 리미터 증폭기(12)에 전달된다. 리미터 증폭기(12)에 의해 또 다시 증폭된 신호는 다시 제2 커플링 커패시터(C12)를 거치게 된다.제1 및 제2 커플링 커패시터(C11,C12)의 역할은 각 증폭기(11,12)의 출력이 포함하고 있거나 포함하고 있을지도 모를 직류(DC)신호성분을 적절하게 걸러주기 위한 것이다. 제2 커플링 커패시터(C12)를 통과한 신호는 대역통과필터(Band Pass Filter:BPF)(13)를 거쳐서 적절한 주파수 대역폭을 가진 신호만이 걸러진다.대역통과필터(13)의 출력신호는 다시 비교기(14)의 입력으로 연결된다. 비교기(14)의 또 다른 입력은 기준전압 Vref에 연결되어 있고 비교기(14)는 기준전압 Vref과 대역통과필터(13)의 출력신호의 전압을 비교하는 동작을 한다.비교기(14)의 출력은 복조기(demodulator)(15)와 연결되어 있고, 복조기(15)의 출력신호는 슈미트 트리거(16)를 통하여 출력회로부로 전달된다. 출력회로부는 출력트랜지스터(TR11)와 풀업(pull up) 저항(R11)으로 구성되고 대개의 출력트랜지스터는 베이스(base)가 입력으로, 콜렉터가 풀업저항과 연결되어 있으며 동시에 출력으로 쓰이는 구조이다. 출력회로부의 출력(OUT)은 적외선 수신장치 외부의 마이크로프로세서 콘트롤 유닛(MCU)와 연결되어 있는 것이 보통이다.

종래의 기술을 나타낸 도1에서 포토다이오드(10)로부터의 출력은 두 개의 커플링 커패시터(C11, C12)와 두 개의 증폭기(11,12)를 거친 후 대략 38KHz 전후의 중심주파수를 갖는 대역통과필터(13)로 입력되고, 비교기(14)의 입력중 하나인 Vref 신호는 그 값이 대역통과필터(13) 출력의 평균전압보다 약간 높은 전압(예컨대 수 100mV 정도)으로 결정되어 있다. 비교기(14)는 Vref보다 높은 전압이 대역통과필터(13)에서 들어올 경우 TTL 레벨의 신호로 변환하여 출력한다. 이 출력신호는 다시 복조기(15)에서 캐리어 주파수가 제거되고 신호의 "envelope"라 부르는 부분만 남게되어 신호의 복조가 완성된다.

한편 외부로부터 들어오는 적외선 수신장치에 들어오는 입력신호에는 적외선 성분만 있는 것이 아니라 형광등 또는 햇빛 등과 같은 원하지 않는 외란광도 함께 입력되는 것이 보통이다. 이러한 외란광은 결국 노이즈 성분이 되고 이와 같은 노이즈 성분 역시 적외선 수신장치내부의 회로를 통해 최종 출력으로 전달되므로 노이즈에 의한 오동작이 발생할 가능성이 커진다. 적외선 수신장치가 신뢰성이 있는 동작을 하기 위해서는 이와 같은 외부의 노이즈를 제거하기 위한 장치를 구비하고 있는 종류도 있다. 예를 들어 대한민국 특허등록번호 제322520호에는 자동이득 증폭기(Automatic Gain Controller:AGC)를 부가적으로 이용하여 이와 같은 노이즈 성분을 제거한다. 이같은 종래의 특허발명은 적외선 신호와 노이즈신호가 서로 다른 듀티비(duty ratio)를 갖고 있는 점을 착안한 것이다. 이 종래의 특허발명에 따르면 정상신호의 경우에는 신호가 입력되는 데이터 프레임 간격동안 듀티비가 50%이하이므로 커패시터의 충전, 방전을 이용한 전압을 만든 후 이 전압을 이용하여 수신장치 내부의 자동이득조절장치의 이득을 조절하는 방법을 사용하여 노이즈를 억제하고 있다. 그러나 이러한 종래의 적외선 수신장치에서는 비교기의 기준전압레벨 보다 큰 노이즈 신호가 수신되면 비교기에서 노이즈에 의한 출력이 발생하게 되는 단점이 있다. 이러한 이상출력이 발생하면 결국 적외선 수신장치의 오동작을 유발하게 되어 제품의 성능이 저감되거나 제품의 신뢰성 문제를 야기시킨다. 또 이와 같은 방법은 신호와 노이즈의 듀티비를 이용하여 신호와 노이즈를 구분하는 방법이므로 듀티비가 명확히 나누어지지 않을 경우 이 역시 신호와 노이즈의 구분이 쉽지않은 단점도 있다.

전자기기의 기능이 점차 복잡, 다양화해짐에 따라서 적외선 리모콘 및 적외선 수신장치도 복잡, 다양한 신호를 처리해야함은 물론이다. 외부로부터 입력되는 적외선 신호가 점차 다양화해짐에 따라 신호의 듀티비 또한 다양화되고 있는 현재 기술발전의 추세를 감안하면 듀티비로 신호와 노이즈를 구분하는 종래의 방식은 노이즈 제거 내지 억제 효과가 점차 떨어짐을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 적외선 수신장치로 유입되는 여러 종류의 노이즈 성분을 효과적으로 억제 또는제거하여 신뢰성 있는 적외선 수신장치 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이와 같은 신뢰성 있는 수신장치로 인해 본 발명의 수신장치를 내장하고 있을 전자기기의 신뢰성 있는 동작을 보장케 하는데 있다.

도 1은 종래의 적외선 수신장치를 블록도로 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 적외선 수신장치의 블록도를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 으한 적외선 수신장치 중에서 자동이득조절부, 비교부 및 복조부를 나타내는 블록도를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 의한 적외선 수신장치에 사용되는 자동이득조절부의 동작을 나타내는 플로우 차트를 도시한 것이다.

도 5는 통상적인 적외선 수신장치에 입력되는 적외선 신호와 적외선 수신장치의 출력신호를 나타내는 실시예를 도시한 것이다.

도 6은 형광램프에서 발생되어 적외선 수신장치내부로 유입된 노이즈 신호의 한 실시예를 도시한 것이다.

도 7은 형광램프에서 발생되어 적외선 수신장치내부로 유입된 노이즈 신호의 또 다른 실시예를 도시한 것이다.

도 8은 자동이득조절증폭기의 이득과 조절전압과의 관계 그래프를 도시한 것이다.

도 9는 업/다운 카운터의 카운트된 값과 자동이득조절전압과의 관계 그래프를 도시한 것이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세히 설명하기로 한다.본 발명의 구성 및 작용은 본 발명의 적외선 수신장치를 블록도 형식으로 나타낸 도 2를 참조로 하여 설명하면 다음과 같다. 편의상 도 2에 나타낸 본원발명의 구성요소에 붙여진 기호는 도 1에 나타낸 종래의 적외선 수신장치의 구성요소들과 같은 기호를 사용하였음을 유의하여야 한다. 또한 편의상 도 2에는 도 1에 나타낸 것과 같은 커패시터들은 생략하였다. 이 커패시터들의 역할은 위에서 상술한 바와 같다.

도 2는 본 발명에 의한 적외선 수신장치의 블럭도를 도시한 것으로, 적외선 검출부(10), 제1 증폭부(11), 제2 증폭부(12), 필터링부(13), 비교부(14), 복조부(15), 출력부(16) 및 자동이득조절부(17)로 이루어진다.적외선 검출부(10)는 적외선 신호를 검출하여 전기신호로 바꾸어 주기 위한 것으로, 포토다이오드를 사용한다.제1 증폭부(11)는 상기 적외선 검출부(10)로부터 발생된 전기신호를 증폭한다.제2 증폭부(12)는 상기 자동이득조절부(17)에 의해 이득이 조절되고, 상기 제1 증폭부(11)의 출력신호를 자동적으로 다시 증폭하는 것으로, 자동이득조절 증폭기(AGC Amp)라고도 한다.필터링부(13)는 자동이득조절부(17)로부터 신호를 받아 일정한 주파수 대역폭을 갖는 신호만을 통과시키는 수단으로, 상기 제2 증폭부(12)의 출력신호의 여러 성분 가운데 특정한 성분을 걸러낸다.비교부(14)는 상기 필터링부(13)의 출력신호와 소정의 기준전압을 서로 비교 한다.복조부(15)는 상기 비교부(14)와 전기적으로 결합되어 비교부(14)로부터의 출력신호를 복조한다.출력부(16)는 상기 복조부(15)와 전기적으로 결합되고 상기 복조부(15)의 출력신호를 적외선 수신장치 외부로 출력한다.자동이득조절부(17)는 상기 복조부(15)의 출력을 이용하고 정상입력신호와 노이즈 신호의 로우(low)구간이 다름을 이용하여 상기 제2 증폭부(12)의 이득을 조절한다.

상술한 본 발명의 각 구성요소별 동작과 동작상의 특징을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 의한 적외선 수신장치 중에서 비교부, 복조부 및 자동이득조절부를 상세하게 나타내는 블럭도를 도시한 것이다.비교부(14)는 두 개의 비교기(comparator)로 구성되어 있다. 하단의 비교기에는 대역통과필터(13)의 출력신호 BPFOut과 제1 기준전압(Vt high)가 입력으로 연결되어 있고, 상단의 비교기 입력으로는 대역통과필터의 출력신호 BPFOut과 제 2 기준전압(Vt low)가 연결되어 있다. 비교부(14)에서 출력되는 두 개의 출력신호는 복조부(15)로 입력된다. 제1 기준전압(Vt high)이 제2 기준전압(Vt low)보다 높게 설정되어 있다.복조부(15)는 상기 비교부(14)와 마찬가지로 상, 하 두개의 복조기로 이루어져 있다. 이들 상, 하 두 개의 복조기의 입력에는 각각 두 개의 비교기 출력이 연결되어 있는데 하단의 복조기는 하단의 비교기와, 상단의 복조기는 상단의 비교기와 전기적으로 연결되어 있다. 하단 복조기의 출력(Vhigh_demod)은 출력부(16)의 입력으로 연결되어 있다.자동이득조절부(17)는 복조부(15)로 부터 전달받은 신호가 노이즈 신호인지 정상신호인지 판별하여 노이즈 신호일 경우는 자동이득조절증폭기(12)의 이득을 감소시키고, 정상신호일 경우에는 자동이득조절증폭기(12)의 이득을 유지시키고, 아무런 신호도 입력되지 않을 때에는 자동이득조절증폭기(12)의 이득을 증가시키는 역할을 수행하여 노이즈 신호가 자동이득조절증폭기에서 효과적으로 감쇠, 억제 내지는 제거되도록 하는 동작을 한다.

도 3에서 나타난 자동이득조절부(17) 내부의 각 구성의 동작은 다음과 같다.클럭신호발생부(Clock Ggeneration Block:171)는 오실레이터부(Oscillator Block:170)의 출력을 받아 여러 가지 종류의 내부 클럭신호(clock1 ~ clockN)를 만들어 낸다.

휴지기 검출부(Gap Time Detection Block)는 복조부(15)에서 출력된 신호가 일정기간(예컨대 25ms)이상 전달되면 출력신호인 GapTimeSig을 곧바로 "high"로 만들어 출력하고 일정기간 이하이면 "low"로 만들어 낸다.

신호 검출부(signal detection block)는 복조부(15)의 출력신호가 정상신호인지 노이즈 신호인지 구별해내는 동작을 하는 부분이다. 도 5에 보인 바와 같이 본 발명의 경우에는 복조된 신호의 "low"구간은 포토 다이오드 입력신호의 버스트 구간에 대응하고, 복조된 신호의 "hign" 구간은 포토 다이오드 입력신호의 나머지 구간에 대응하는 구간이다.도 6에 나타내었듯이 형광램프에서 발생되는 노이즈 신호는 상대적으로 "low"인 구간이 짧아서 정상신호와 구분이 가능하다. 도 6에서는 4ms 정도의 "low"구간을 갖고있는 노이즈 신호를 나타낸 것이다. 도 7에는 형광램프 신호의 또 다른 예를 나타낸 것이다. 도 7에서는 신호의 "low"구간이 특별하게 구분되어 나타나 있지는 않다.상술한 바와 같이 노이즈신호는 정상신호에 비해서 펄스폭 가운데 "low"로 유지되는 시간이 비교적 짧은 편인데 이 특징을 이용하여 소정의 폭보다 짧은 구간의 "low" 펄스가 들어오면 노이즈로 판단하여 신호 검출부(173)의 출력신호 NOSIG을 "high"로 바꾸는 역할을 한다.

노펄스 검출부(NOPULSE Detection Block:174)는 그 입력신호가 계속 "high"이거나 "low" 이면 그 출력신호 NOPULSE 신호를 "high"로 출력하고, 입력에 펄스가 들어오면 NOPLUSE 신호가 "low"가 되게 하는 블럭이다. 즉, 입력신호의 특성에 따라서 출력신호의 "high/low" 상태가 결정되는 회로이다.

카운터 제어부(Counter Control Block:175)는 휴지기 검출부(172), 신호 검출부(173) 및 노펄스 검출부(174)의 출력을 받아 N bit의 업/다운(up/down) 카운팅에 필요한 신호 UPDN와 카운터 클럭신호 CntClk를 발생시키고, 또한 상기 세 종류의 검출부에 사용될 리셋(reset)신호인 GapTimeRst를 발생시키는 부분이다.적외선 수신장치 외부로부터 입력되는 신호가 노이즈일 경우에는 휴지기 검출부 출력신호인 GapTimeSig 또한 "low"를 발생시킬 것이므로 카운터 제어부(175)의 신호 UPDN은 "high"가 되고 카운터의 클럭신호인 CntClk가 발생하여 N bit의 업/다운 카운터가 "up" 카운팅을 하게 된다. GapTimeSig이 "high"이면서 동시에 NOSIG 신호가 "high"인 경우는 다음과 같은 두가지의 경우가 존재하게 된다.첫째는 노이즈 입력이 들어오는 경우다. 이때는 NOPULSE 신호가 "low"이다. 이 경우는 업/다운 카운팅을 결정하는 신호은 UPDN 신호가 "high"가 되고 CntClk 신호가 발생하게 되어 N bit 업/다운 카운터가 "업" 카운팅을 시작하게 된다. 이때 자동이득증폭기(12)의 이득은 증가한다.둘째는 외부로부터 아무런 입력이 들어오지 않은 경우로 NOPULSE = "high" 이고 UPDN = "low"가 되고 CntClk 역시 발생하게되어 N bit 업/다운 카운터가 "다운" 카운팅을 시작하게 된다. 이때 자동이득증폭기(12)의 이득은 감소한다.만약 GapTimeSig="high", NOSIG="low"라면 적외선 수신장치 외부로부터 들어오는 신호가 정상적인 신호임을 가리키는 경우이다. 이때는 카운터의 클럭신호인 CntClk가 발생하지 않아 N bit의 업/다운 카운터(176)가 동작을 하지 않게 되고, 따라서 자동이득조절증폭기의 이득을 변하지 않게 유지하게 된다.

N 비트(bit)의 업/다운 카운터(176)의 특징점 가운데 하나는 UPDN 신호와 클럭신호에 따라 "positive(혹은 negative) edge triggered" 로 업, 혹은 다운 카운팅으로 동작하는 도중에 업 카운팅에 의해 오버플로우(overflow)가 발생하게 되면 카운팅 동작을 더 이상 수행하지 않고 카운터의 최대값을 그대로 유지한다는 점이다. 다운 카운팅시에도 이와 유사하게 언더플로우(underflow)가 발생하게 되면 카운팅을 더 이상 수행하지 않고 카운터의 최소값을 그대로 유지한다.

카운터 AGC 인터페이스부(177)는 N bit 업/다운카운터(176)의 CounterOut 출력을 받아서 카운터값에 해당하는 자동이득조절증폭기(12) 제어전압 Vagc를 발생시키는 부분이다.

위에서 도 3을 참조하여 각 블럭들의 기능과 상호동작관계를 설명하였으나 이를 플로우차트로 나타내면 도 4와 같이 된다.

도 5는 전형적인 적외선 리모콘 등의 장치에서 발생되는 신호, 즉 적외선 수신장치의 입력신호와 그 출력신호의 패턴을 나타낸 것이다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 수신되는 입력신호가 잠깐 쉬는 구간, 즉 휴지기가 존재한다. 여기서는 이러한 휴지기가 대략 20 ~ 25ms인 경우를 표현한 것이다.

도 8은 자동이득조절증폭기의 이득과 자동이득조절전압 Vagc의 관계를 나타낸 것으로 Vagc가 증가할수록 증폭기의 이득은 감소하도록 설계되어 있음을 알 수 있다.

도 9는 N bit 업/다운 카운터의 카운팅 값을 십진수로 변환한 값과 Vagc 전압과의 관계를 나타낸 것이다. 카운팅된 값이 증가할수록 Vagc 전압 값도 증가함을 알 수 있다.

이상에서, 본 발명에 따른 구성 및 작용을 도면을 참조하여 설명하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과한 것이어서 여러 가지 설계변경이 가능할 것이다. 예를 들어 휴지기의 검출부에서 20~25ms 이상이나 이하의 휴지기를 검출할 수 있도록 한다든지, 신호검출부나 노펄스 검출부의 검출동작시 기준을 변화시킨다든지 혹은 비교부의 기준전압을 바꾸는 등, 본원 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경실시가 가능할 것이다.

본 발명은 적외선 수신장치의 입력신호를 처리하는 데에 있어서 입력신호의 특성, 즉 노이즈 신호와 정상적인 입력의 특성이 서로 다름을 감안하여 종래의 방법과는 달리 적외선 수신장치 내부의 증폭기 이득을 노이즈 신호인 경우와 정상적인 신호인 경우 각각 달리 조절 가능하게 한다. 이러한 본원 발명에 의해 신뢰성 있는 적외선 수신장치를 제공할 수 있게 되고 적외선 수신장치를 내장하고 있는 전자기기의 신뢰성 역시 제고할 수 있게 된다.

Claims (7)

1. 적외선 수신장치에 있어서,

   적외선 신호를 검출하여 전기신호로 바꾸어주기 위한 적외선 검출부;

   상기 적외선 검출부로부터 발생된 전기신호를 증폭하기 위한 제1 증폭부;

   상기 제1 증폭수단의 출력을 입력으로 받고 이득이 조절 가능하도록 구성된 제2 증폭부;

   상기 제2 증폭부 출력신호의 여러 성분 가운데 특정한 성분을 걸러내기 위한 필터링부;

   상기 필터링부의 출력신호와 소정의 기준전압을 서로 비교하기 위한 비교부;

   상기 비교부의 출력신호를 복조하기 위한 복조부; 및

   상기 복조부로부터 출력되는출력신호가 노이즈 신호인지 정상신호인지 판별 하기 위하여 신호입력 중 소정기간의 휴지기(gap time)를 검출하는 휴지기 검출부를 구비하여 상기 휴지기 검출부의 휴지기 검출여부에 의하여 상기 제2 증폭부의 이득을 조절하는 자동이득조절부;를 포함함을 특징으로 하는 적외선 수신장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 자동이득조절부는

   상기 복조부로부터 출력된 신호가 소정의 기준기간 이상 또는 이하로 전달되었는지를 검출하기 위한 휴지기 검출부;

   상기 휴지기 검출부로부터 출력된 출력신호가 정상신호인지 노이즈 신호인지 구별하는 신호 검출부;

   상기 신호검출부로부터 입력된 입력신호의 특성에 따라서 출력신호의 상태를 결정하는 노펄스 검출부;

   상기 휴지기 검출부, 상기 신호 검출부 및 상기 노펄스 검출부의 출력을 받아 N 비트(bit)의 업/다운(up/down) 카운팅에 필요한 신호(UPDN)와 카운터 클럭신호를 발생시키고, 상기 휴지기 검출부, 상기 신호 검출부 및 상기 노펄스 검출부에 사용될 리셋(reset)신호를 발생시키는 카운터 제어부;

   상기 카운트 제어부의 업/다운(UPDN)신호에 의해 카운트 되는 업/다운 카운터; 및

   상기 업/다운 카운터의 출력을 받아서 카운트 값에 해당하는 자동이득조절증폭기의 제어전압(Vagc)를 발생시키는 카운터 인터페이스부로 구성된 것을 특징으로 하는 적외선 수신장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 업/다운 카운터는

   업다운(UPDN) 신호와 클럭신호에 따라 "+/- 엣지 트리거"로 업(UP), 혹은 다운(DN) 카운팅으로 동작하는 도중에 업 카운팅에 의해 오버플로우(overflow)가 발생하게 되면 카운팅 동작을 더 이상 수행하지 않고 카운터의 최대값을 그대로 유지하며, 다운 카운팅시에도 이와 유사하게 언더플로우(underflow)가 발생하게 되면 카운팅을 더 이상 수행하지 않고 카운터의 최소값을 그대로 유지하는 것을특징으로 하는 적외선 수신장치.
4. 제 2항에있어서, 상기 카운터 제어부는

   적외선 수신장치 외부로부터 입력되는 신호가 노이즈일 경우에는 상기 업/다운 카운터에 "업(UP)" 카운팅을 하도록 제어하여 상기 제2 증폭기의 이득을 증가시키는 것을 특징으로 하는 적외선 수신장치
5. 제2 항에있어서, 상기 카운터 제어부는

   적외선 수신장치 외부로부터 아무런 입력이 들어오지 않는 경우에는 상기 업/다운 카운터에 "다운" 카운팅을 하도록 제어하여 상기 제2 증폭기의 이득을 감소 시키는 것을 특징으로 하는 적외선 수신장치.
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