KR100589584B1 - Ｈｄｄｓ 시스템에서 픽셀 비 매칭 이미지 보상방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 재생 시 픽셀 비 매칭을 보상하는 이미지 보정방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 HDDS 시스템에서 1:1 픽셀 매칭 신호처리를 통해 홀로그래픽 저장매체에 기록된 페이지 단위 정보 이미지를 CCD에 의해 디코딩 할 시 CCD 픽셀 비 매칭을 보상하는 이미지 보정방법에 있어서, 데이터 픽셀과 CCD 검출 픽셀 간 비 매칭량(δ)에 따른 CCD 검출 인접 픽셀에서의 간섭영향을 룩업 테이블로 미리 저장하여 두고, 재생 시 데이터 픽셀과 CCD 검출 픽셀 간 비 매칭량에 대응되는 룩업 테이블의 인접 픽셀 간섭영향 값을 이용하여 CCD 검출 픽셀의 이미지 데이터를 보정함으로써, 비 매칭에 따른 이미지 보상의 신호처리 시간을 줄이며, 보다 신뢰성 있는 데이터 디코딩이 가능하도록 한다.

Description

ＨＤＤＳ 시스템에서 픽셀 비 매칭 이미지 보상방법{METHOD FOR COMPENSATING IMAGE ON OCCASION OF PIXEL MISALIGN IN A HDDS}

도 1은 종래 HDDS 시스템에서 광학 모델링을 이용한 이미지 보정 처리 개념도,

도 2는 본 발명의 실시 예가 적용되는 HDDS 시스템의 개략적인 블록 구성도,

도 3, 도 4, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 픽셀과 CCD 검출 픽셀 간 비 매칭 예시도,

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 HDDS 시스템에서 픽셀 비 매칭 이미지 보정 처리 흐름도,

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 픽셀 비 매칭량(δ)에 따른 이미지 보정 방향 설정 예시도,

도 8, 도 9, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그래픽 저장매체 원본 데이터 패턴의 CCD 복원 예시도.

본 발명은 HDDS(Holographic Digital Data Storage) 시스템에 관한 것으로, 특히 HDDS 시스템에서 1:1 픽셀 매칭 신호처리를 통해 홀로그래픽 저장매체에 기록된 페이지 단위 정보 이미지를 CCD에 의해 디코딩할 시 CCD 픽셀 비 매칭을 보상하는 이미지 보정방법에 관한 것이다.

통상적으로 HDDS 시스템은 데이터 기록/재생의 원리상 체적 홀로그램의 원리를 이용하는 페이지 지향적인 메모리(Page-oriented Memory)로써 입출력 방식으로 병렬 데이터 처리 방식을 사용하여 입출력 속도를 1Gbps 이상으로 초고속화 시킬 수 있으며, 기계적인 구동 부를 배제한 시스템 구성이 가능하므로 데이터 접근 시간도 100㎲ 이하로 매우 빠르게 구현할 수 있는 등 차세대 메모리로 각광받고 있다.

한편, 상기한 HDDS 시스템에서는 재생 시 저장매체에 기록된 페이지 단위 정보 이미지를 CCD에 의해 검출하여 디코딩 하게 되는데, 저장매체에서 재생된 페이지 단위의 이미지 데이터, 즉 2진 픽셀 데이터를 CCD 등을 통해서 원래 데이터로 복원하기 위해서 1:1 매칭의 신호처리 과정을 거쳤다. 즉, 저장매체에서 재생된 이미지의 픽셀과 CCD 어레이의 픽셀을 1:1로 매칭시켜 원래 픽셀 데이터를 복원하였다.

그러나 위와 같은 1:1 픽셀 매칭을 적용한 쉬프트 멀티플렉싱(shift multiplexing) 방식의 시스템에서는 재생 이미지와 CCD 픽셀간의 크기 오차가 CCD 픽셀 크기의 1/2로 발생하는 경우 CCD 어레이(array)에서 검출된 데이터에 심각한 열화가 발생하는 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위해 종래에는 IBM 의 Burr 가 제안한 방법으로 광학적 모델 을 기반으로 광학 모델의 역변환을 이용하여 SLM의 온(on), 오프(off) 레벨(level)을 역 계산하여 비 매칭된 픽셀을 보정하는 방법에 제안되었는데, Burr에 의해 제안된 방법에서는 PSF(point spread function)을 sinc 함수로 가정하면, SLM(fill factor: ffs)을 통과한 optical field는 퓨리에 트랜스폼 에퍼쳐(fourier transform aperture)의 폭을 D로, 나이키스트 에퍼쳐(Nyquist aperture)의 폭을 D_N으로 사용하였을 경우 아래의 [수학식 1]에서와 같이 나타낼 수 있다.

이때 SLM으로부터 전송된 신호 세기를 도 1에서 보여지는 바와 같이 p₁,p₂,p₃라하고, 만일 PSF가 픽셀 피치(pixel pitch)보다 빔이 확산(spread)되지 않는 다고 가정하면, 위 그림에서 ccd 검출부에서 검출하는 optical field r₂는 p₁,p₂에 의해서만 영향을 받게 되므로, 이때 r₂는 아래의 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.

이때 ff_d는 검출기의 필 팩터(fill factor)이므로, 위의 [수학식 2]를 정리 하면 아래의 [수학식 3]에서와 같이 3개의 항으로 나타내어진다.

이때 여기에서 H₀₀, H₀₁, H₁₁은 검출기 픽셀(detector pixel)에서 검출되는 optical field의 값으로, 위와 같은 광학모델을 이용하면, p₁을 얻는 경우 p₂는 아래의 [수학식 4]에서와 같이 구할 수 있어 검출기에서 검출되는 optical field 값을 통해 역으로 p₀, p₁, p₂의 SLM의 On, Off레벨을 역 계산할 수 있음으로써, 재생 시 픽셀 비 매칭이 발생하더라도 검출기에서 검출되는 이미지에 대한 보정이 가능하게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 Burr의 광학 모델을 이용한 픽셀 비 매칭(misalign) 이미지 보정 방법에서는 검출기 픽셀로부터 감지되는 optical field 값을 이용하여 SLM 통과시의 원 신호의 인텐시티(intensity)값을 계산하는데, 너무 많은 시간이 소요되어 이미지 데이터 처리 속도가 늦어지는 문제점이 있었다.

한편, 위와 같은 1:1 픽셀 매칭 적용 시 CCD 어레이에서 검출된 데이터에 심각한 열화가 발생하는 문제점을 해결하기 위한 또 다른 방법으로 저장 매체의 재생된 이미지의 픽셀 하나를 CCD 어레이의 픽셀 9개로 오버 샘플링(over sampling)하고 그 중 가운데 중심의 한 개 픽셀 데이터만을 원래 데이터로 복원하는 오버 샘플링 방법이 제안되었는데, 이는 상기한 Burr의 광학적 모델링 방법보다는 계산량이 작으면서도 비교적 정확한 데이터 복원이 가능하다는 장점은 있으나, 재생 시 원 이미지 데이터에 대한 오버 샘플링을 수행하여야 함에 따라 CCD어레이의 크기가 커지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 HDDS 시스템에서 1:1 픽셀 매칭 신호처리를 통해 홀로그래픽 저장매체에 기록된 페이지 단위 정보 이미지를 CCD에 의해 디코딩할 시 CCD 픽셀 비 매칭을 보상하는 이미지 보정방법을 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 HDDS 시스템에서 재생 시 픽셀 비 매칭을 보상하는 이미지 보정방법으로서, (a)재생 시 상기 HDDS 시스템내 디코딩부에서 CCD를 통해 저장된 페이지 단위 이미지를 데이터 픽셀과 CCD 검출 픽셀 간 1:1 픽셀 매칭으로 검출하는 단계와, (b)상기 1:1 픽셀 매칭에서 CCD 어레이 각 픽셀의 비 매칭이 발생하는 경우, 상기 디코딩부에서 데이터 픽셀과 CCD 검출 픽셀 간 비 매칭량(δ)을 산출하는 단계와, (c)상기 디코딩부에서 상기 픽셀 간 비매칭량에 따른 CCD 검출 픽셀에서의 인접 픽셀에 의한 간섭영향을 산출하여 CCD 검출 픽셀의 이미지 데이터를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예의 동작을 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예가 적용되는 HDDS 시스템 블록 구성을 도시한 것이다. 이하 상기 도 5를 참조하여 HDDS 시스템에서 홀로그래픽 데이터 기록/재생 동작을 살펴보기로 한다.

먼저 광 분리기(202)에서는 광원(200)으로부터 입사되는 레이저광을 기준 광과 물체 광으로 분기하는 데, 여기에서 분기된 수직 편광의 기준 광은 기준 광 처리 경로(S1)로 제공되고 분기된 물체 광은 물체 광 처리 경로(S2)로 제공된다. 그리고 기준 광 처리 경로(S1)상에는 셔터(204), 반사경(206)이 기준광의 출사 방향으로 구비되며, 이러한 광 전달 경로를 통해 기준 광 처리 경로(S1)에서는 홀로그램 데이터의 기록 또는 재생에 필요한 기준 광을 기 설정된 소정의 편향 각으로 반사시켜 저장 매체(216)에 제공한다.

따라서, 광 분리기(202)로부터 분기되어 셔터(204)의 개구를 통해 입사되는 수직 편광된 기준 광은 광학 렌즈(도시하지 않았음) 등을 통해 조정되고 임의의 크기로 확장(즉, 후술하는 물체 광 처리 경로(S2)에서 빔 확장기를 통해 확장되는 물체광의 크기를 커버하기에 충분한 정도의 크기로 확장)되며, 반사경(206)을 통해 기설정된 소정 각도, 예를 들면 기록시의 기록 각 또는 재생을 위해 기 설정된 재생 각으로 편향된 후 저장 매체(216)로 입사된다. 여기에서, 기록 또는 재생 시에 이용되는 기준 광은 각 페이지 단위의 2진 데이터를 저장 매체(216)에 기록할 때마다 반사경(206)을 회전시켜 그 편향각도(θ)를 변화시키는 방법으로 제어되는데, 이러한 기준 광 편향 기법을 통해 수백 내지 수천 개의 홀로그램 데이터를 저장 매체(216)에 저장하거나 혹은 저장된 홀로그램 데이터를 재생할 수 있다.

한편, 물체 광 처리 경로(S2)상에는 셔터(210), 반사경(212) 및 공간 광 변조기(214)가 물체광의 출사 방향으로 순차 구비되는 데, 셔터(210)는 기록모드 시에는 개방 상태를 유지하고, 재생모드 시에는 차단 상태를 유지한다. 광 분리기(202)로부터 분기되어 셔터(210)의 개구를 통해 입사되는 물체 광은 반사경(212)을 통해 소정의 편향 각으로 반사된 후 공간 광 변조기(214)로 전달된다.

이어서, 공간 광 변조기(214)에서는 반사경(212)으로부터 전달되는 물체 광을 데이터 코딩부(224)로부터 제공되는 입력 데이터에 따라 픽셀들이 이루는 명암으로 된 2진 데이터의 한 페이지 단위로 변조, 즉 일 예로서 입력 데이터가 영상의 한 프레임 단위로 된 화상 데이터일 때 공간 광 변조기(214)로 입사되는 물체 광은 한 프레임 단위의 신호 광으로 변조된 후, 기준 광 처리 경로(S1)의 반사경(206)에서 입사되는 기준 광과 동기를 맞추어 저장 매체(216)로 입사된다. 따라서, 저장 매체(216)에서는, 기록모드 시에, 공간 광 변조기(214)로부터 제공되는 2진 데이터의 페이지 단위로 변조된 신호 광과 이에 대응하는 편향각도(θ)를 가지고 반사경(206)으로부터 입사되는 기록용 기준 광간의 간섭을 통해 얻어지는 간섭 무늬가 기록된다. 즉, 변조된 물체 광과 기준 광간의 간섭에 의해 얻어지는 간섭 무늬의 강도에 따라 저장 매체(216) 내부에서 운동 전하의 광 유도 현상이 발생하는 데, 이러한 과정을 통해 저장 매체(216)에 3차원 상 홀로그램 데이터의 간섭 무늬 가 기록된다.

이어 저장 매체(216)에 기록된 홀로 그래픽 데이터를 재생하는 경우에는 물체 광 처리 경로(S2)측의 셔터(210)는 차단 상태로 되고 기준 광 처리 경로(S1)측의 셔터(204)는 개방 상태로 된다. 그러면 광 분리기(202)로부터 분기된 기준 광(재생용 기준 광)은 반사경(206)을 통해 반사되어 저장 매체(216)로 조사되며, 그 결과 저장 매체(216)에서는 판독용 기준 광에 의해 기록된 간섭 무늬가 입사된 판독용 기준 광을 회절 시켜 원래의 픽셀 명암으로 구성되는 한 페이지의 2진 데이터로 복조 되며, 복조된 재생 신호는 CCD(218)로 조사된다. 이에 따라 CCD(218)에서는 저장 매체(216)로부터 조사되는 재생 출력을 원래의 데이터, 즉 전기신호로 복원되며, 여기에서 복원된 재생 신호는 데이터 디코딩부(220)를 통해 재생 출력된다.

한편, 이때 상기 디코딩부(220)에서는 본 발명의 실시 예에 따라 재생 시 오버샘플링을 수행하지 않고, 1:1 픽셀 매칭으로 데이터를 복원해 내는데, 1:1 매칭의 신호처리 과정 시 재생 이미지와 CCD 픽셀간 비 매칭으로 인한 데이터 열화를 보상하기 위해 CCD 어레이에서 검출되는 이미지 픽셀의 비 매칭 이동량을 계산하고, 픽셀의 측정된 인텐시티값과 픽셀 비 매칭으로 인한 인접 픽셀의 간섭을 고려하여 재생된 이미지에 대한 보정을 수행하게 된다.

이하 디코딩부(220)에서의 동작을 보다 상세히 살펴보기로 한다. 먼저 SLM, 퓨리에 트랜스폼 에퍼쳐(D)와 나이키스트 에퍼쳐(D_N)를 통과하여 CCD에서 검출되는 1개의 온 픽셀은 Burr의 광학적 모델에서와 같이 상기 [수학식 1]과 같이 모델링된다.

즉 CCD 검출 픽셀에서의 optical field는 도 3에서 보여지는 바와 같이 나타나게 되는데, 상기 도 3에서 I^s(0)은 CCD 검출 픽셀에서 노출시간동안의 상기 [수학식 1]의 h(x)의 optical field를 적분한 값이 되며,

이와 같이 한 개의 온 픽셀이 존재하는 경우 δ만큼의 비 매칭이 발생하면 도 4에서 보여지는 바와 같이 optical field가 이동하여 인접 CCD 검출 픽셀에 영향을 주게된다.

따라서, 상기 도 4에서와 같이 I^s(δ)는 δ만큼의 비 매칭이 일어난 경우 CCD 디코딩부(220)에서 검출하는 인텐시티를 나타내며, I^s _p(δ)는 δ만큼의 비 매칭으로 인한 인접 CCD 검출 픽셀에 추가되는 인텐시티를 나타내게 되며, 이때 만일 도 5에서와 같이 인접한 픽셀에 또 다른 온 픽셀이 있는 경우 홀로그래픽 저장장치에 사용되는 광이 간섭을 일으키는 광이므로 인접한 또 다른 온 픽셀에 의해서도 간섭을 받게된다.

즉, 위의 도 5에 도시된 바와 같이 I(δ)는 단순히 I^s _p(δ)+I^s(δ)로 구한 값과는 다른 값이 되는데, 이는 인접한 온 픽셀에 의하여 1번의 optical field가 간섭을 일으켰기 때문이다. 따라서 이러한 인접한 픽셀의 optical field로 인한 간섭 영향을 I_int(δ)로 표현한다면, I(δ)는 아래의 [수학식 5]에서와 같이 나타낼 수 있다.

따라서 현재 CCD 디코딩부(220)에서 검출한 optical field 인텐시티에서 인접 온 픽셀의 정보로 인한 영향을 제거하면 아래의 [수학식 6]과 같이 나타낼 수 있으며,

이때 한 개의 온 픽셀이 존재하는 경우 비 매칭이 δ만큼 발생할 때 CCD 디코딩부(220)에서 검출되는 값을 구할 수 있다. 또한 비 매칭의 양을 알 수 있다면, 기본적인 실험으로 I_diff(0,δ)를 구할 수 있기 때문에 CCD 검출 픽셀에서 검출된 I(δ)값으로부터 비 매칭의 영향을 보정하여 아래의 [수학식 7]에서와 같이 I^s(0)을 계산해 낼 수 있게 된다.

도 6은 상기 HDDS 시스템의 디코딩부(220)에서 재생 시 픽셀의 비 매칭 이미지를 보정하는 동작 제어 흐름을 도시한 것으로, 이하 상기 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

즉, HDDS 시스템의 디코딩부(220)는 홀로그래픽 저장매체에 대한 재생 요구가 있는 경우 (S600)단계에서 이에 응답하여 (S602)단계로 진행해서 홀로그래픽 저장매체에 기록된 페이지 단위 정보 이미지를 CCD에 의해 검출한다.

이어 디코딩부(220)는 (S604)단계에서 도 8에 도시된 바와 같이 홀로그래픽 저장매체로부터 재생된 데이터 픽셀과 CCD 픽셀간 비 매칭이 발생한 경우 데이터 픽셀과 CCD 픽셀 간 비 매칭량(δ)을 검출한다. 이는 전술한 바와 같이 CCD 검출 픽셀에서 검출된 I(δ)값으로부터 비 매칭량의 영향을 보정하여 I^s(0)를 산출하기 위함이다.

이어 디코딩부(220)는 (S606)단계에서 비 매칭량(δ)이 0.5픽셀을 초과하는지 여부를 검사하여 비 매칭된 이미지의 인텐시티값 보정 방향을 결정하게 된다.

이때 만일 위 도 7의 (b)에서와 같이 CCD 픽셀과 데이터 픽셀 간 비 매칭량(δ)이 0.5픽셀을 초과하는 경우 이는 CCD 픽셀에서 좌측으로 픽셀이 비 매칭된 것 으로, 이때 CCD 픽셀의 2번에 온 픽셀이 존재한다면 그 영향이 1번 CCD 픽셀에 미치게 되어 본 발명의 이미지 보정 방법의 α를 결정하는 인접 픽셀이 2번이 되는 것으므로, 디코딩부(220)는 상기 (S606)단계에서 (S608)단계로 진행해서 CCD 검출 픽셀의 우측방향으로 이미지 보정을 수행하게 된다.

그러나 이와 달리 위 도 7의 (a)에서와 같이 CCD 픽셀과 데이터 픽셀 간 비 매칭량(δ)이 0.5 픽셀을 초과하지 않는 경우 이는 CCD 픽셀에서 우측으로 픽셀이 비 매칭된 것으로, 이때 비 매칭된 CCD 검출 픽셀은 2번의 온 픽셀의 영향을 받을 수 있게 되므로, 디코딩부(220)는 상기 (S606)단계에서 (S610)단계로 진행해서 CCD 검출 픽셀의 좌측방향으로 이미지 보정을 수행하게 된다.

따라서 위와 같은 도 6의 이미지 보정 처리 흐름을 적용함에 따라 도 8에서 도시된 바와 같은 데이터 패턴에 대한 이미지 복원 시 0.5 픽셀 비 매칭이 일어나는 경우 도 9에서와 같이 픽셀 비 매칭에 의하여 온 픽셀의 정보가 오프 픽셀이 검출 되어야할 CCD 픽셀에도 영향을 미쳐 데이터가 열화 된 이미지가 발생하는 종래 문제점의 해결을 가능하게 하여 도 10에서와 같이 원 데이터 패턴 이미지가 그대로 복원될 수 있게 된다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 HDDS 시스템에서 1:1 픽셀 매칭 신호처리를 통해 홀로그래픽 저장매체에 기록된 페이지 단위 정보 이미지를 CCD에 의해 디코딩 할 시 CCD 픽셀 비 매칭을 보상하는 이미지 보정방법에 있어서, 데이터 픽셀과 CCD 검출 픽셀 간 비 매칭량(δ)에 따른 CCD 검출 인접 픽셀에서의 간섭영향을 룩업 테이블로 미리 저장하여 두고, 재생 시 데이터 픽셀과 CCD 검출 픽셀 간 비 매칭량에 대응되는 룩업 테이블의 인접 픽셀 간섭영향 값을 이용하여 CCD 검출 픽셀의 이미지 데이터를 보정함으로써, 비 매칭에 따른 이미지 보상의 신호처리 시간을 줄이며, 보다 신뢰성 있는 데이터 디코딩이 가능하도록 하는 이점이 있다.

Claims (5)

1. HDDS 시스템에서 재생 시 픽셀 비 매칭을 보상하는 이미지 보정방법으로서,

   (a)재생 시 상기 HDDS 시스템내 디코딩부에서 CCD를 통해 저장된 페이지 단위 이미지 데이터를 데이터 픽셀과 CCD 검출 픽셀 간 1:1 픽셀 매칭으로 검출하는 단계와,

   (b)상기 1:1 픽셀 매칭에서 CCD 어레이 각 픽셀의 비 매칭이 발생하는 경우, 상기 디코딩부에서 데이터 픽셀과 CCD 검출 픽셀 간 비 매칭량(δ)을 산출하는 단계와,

   (c)상기 디코딩부에서 상기 픽셀 간 비 매칭량에 따른 CCD 검출 픽셀에서의 인접 픽셀에 의한 간섭영향을 산출하여 CCD 검출 픽셀의 이미지 데이터를 보정하는 단계

   를 포함하는 HDDS 시스템에서 픽셀 비 매칭 이미지 보정방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 (c)단계는, (c1)상기 비 매칭량이 0.5픽셀 이상인 경우 상기 디코딩부에서 CCD 검출 픽셀 우측방향의 인접 온 픽셀의 간섭영향을 산출하여 CCD 검출 픽셀의 이미지 데이터를 보정하는 단계와,

   (c2)상기 비 매칭량이 0.5픽셀 이하인 경우 상기 디코딩부에서 CCD 검출 픽셀 좌측방향의 인접 온 픽셀의 간섭영향을 산출하여 CCD 검출 픽셀의 이미지 데이터를 보정하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 HDDS 시스템에서 픽셀 비 매칭 이미지 보정방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 인접 픽셀에 의해 간섭된 CCD 검출 픽셀 이미지 보정값(I(δ))은, 아래의 [수학식]에서와 같이 산출되는 것을 특징으로 하는 HDDS 시스템에서 픽셀 비 매칭 이미지 보정방법.

   [수학식]

   

   I^s(δ) : 인접픽셀 오프 시 비 매칭된 CCD검출 픽셀의 인텐시티값

   I_p ^s (delta) : 비 매칭된 인접 CCD 검출 픽셀에 의한 인텐시티값

   I_int(δ) : 비 매칭된 인접 CCD 검출 픽셀에 의한 간섭 인텐시티값
4. 제1항에 있어서,

   상기 비 매칭량에 따른 CCD 검출 픽셀의 비 매칭 인텐시티값(I_diff(0,δ))은, 아래의 [수학식]에서와 같이 산출되는 것을 특징으로 하는 HDDS 시스템에서 픽셀 비 매칭 이미지 보정방법.

   [수학식]

   

   I^s(0) : 데이터 픽셀과 매칭된 CCD 검출 픽셀의 인텐시티값

   I^s(δ) : 데이터 픽셀과 δ만큼 비 매칭된 CCD 검출 픽셀의 인텐시티값
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