TWI637638B - 音訊信號處理電路 - Google Patents
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Abstract
一種音訊信號處理電路包括第一獲取單元、調整單元、第二獲取單元及合成單元。第一獲取單元用於獲取原始音訊信號中的高頻音訊信號。調整單元用於獲取原始音訊信號的音量大小並對第一獲取單元輸出的高頻音訊信號進行放大倍數與音量大小成正比的放大，以輸出音訊調整分量。第二獲取單元用於獲取原始音訊信號中的基準音訊信號。合成單元用於將音訊調整分量疊加到基準音訊信號中，以生成音質被調整了的音訊信號。
Description
本發明涉及一種音訊信號處理電路，尤其涉及一種用於調整原始音訊信號音質的音訊信號處理電路。
現有的設計中，當電視進行視頻播放時，主要是藉由其內部的音訊晶片來輸出音訊信號並直接將該音訊信號傳送至喇叭，從而來驅動喇叭發聲使使用者能在觀看電視時聽到聲音。然而，當待播放的視訊壓縮比大於一預設值時，若此時音訊晶片還是將輸出的音訊信號直接傳送至喇叭，則人耳會明顯感受到不悅耳的聲音。因此，設計一種音訊信號處理電路其然調整原始音訊信號的音質成為一大研究課題。
有鑑於此，需提供一種音訊信號處理電路，其能將調整原始音訊信號的音質。
本發明一實施方式提供的音訊信號處理電路，用於對原始音訊信號進行音質調整，以驅動音訊播放元件，該音訊信號處理電路包括第一獲取單元、調整單元、第二獲取單元及合成單元。該第一獲取單元用於獲取該原始音訊信號中的高頻音訊信號。該調整單元電連接於該第一獲取單元，用於獲取該原始音訊信號的音量大小，並對該第一獲取單元輸出的高頻音訊信號進行放大倍數與音量大小成正比的放大，以輸出音訊調整分量。該第二獲取單元用於濾除該原始音訊信號中的高頻音訊信號，以獲得基準音訊信號。該合成單元電連接於該調
整單元及該第二獲取單元，用於將該音訊調整分量疊加到該基準音訊信號中，以生成音質被調整了的音訊信號。
優選地，該第一獲取單元還用於獲取原始音訊信號中的加性高斯白色雜訊，該調整單元還用於對該加性高斯白色雜訊進行放大倍數與音量大小成正比的放大，並疊加到該放大後的高頻音訊信號中，以輸出該音訊調整分量。
優選地，該第一獲取單元還用於對獲取後的高頻音訊信號和加性高斯白色雜訊進行預設倍數的放大，後再輸出至該調整單元。
優選地，該第一獲取單元包括第一電容及第一運算放大器。該第一電容一端用於接收該原始音訊信號。該第一運算放大器包括正向輸入端、反向輸入端及輸出端，該正向輸入端接地，該反向輸入端電連接於該第一電容的另一端及該輸出端，該輸出端還電連接於該調整單元。
優選地，該調整單元包括音量獲取單元及乘法器。該音量獲取單元用於獲取該原始音訊信號的音量大小。該乘法器用於將該第一獲取單元輸出的高頻音訊信號與該原始音訊信號的音量進行乘法運算，以對該高頻音訊信號進行放大倍數與音量大小成正比的放大。
優選地，該基準音訊信號包括中頻音訊信號、低頻音訊信號及極低頻音訊信號，該音量獲取單元包括第三獲取單元及整流放大單元。該第三獲取單元用於獲取該原始音訊信號中的極低頻音訊信號。該整流放大單元用於對該極低頻音訊信號進行全波整流與放大處理，以獲取該原始音訊信號的音量大小。
優選地，該第三獲取單元包括第一電阻及第二運算放大器。該第一電阻一端用於接收該原始音訊信號。該第二運算放大器包括正向輸入端、反向輸入端及輸出端，該正向輸入端接地，該反向輸入端電連接於該第一電阻的另一端及該輸出端，該輸出端還電連接於該整流放大單元。
優選地，該整流放大單元包括第二電阻、第三運算放大器、第一二極體、第二二極體及第四運算放大器。該第二電阻一端電連接於該第三獲取單元。該第三運算放大器包括正向輸入端、反向輸入端
及輸出端，該正向輸入端接地，該反向輸入端電連接於該第二電阻與該第三獲取單元的公共端。該第一二極體正極電連接於該第三運算放大器的輸出端，負極電連接於該第三運算放大器的反向輸入端。該第二二極體正極電連接於該二電阻的另一端，負極電連接於該第三運算放大器的輸出端。該第四運算放大器包括正向輸入端、反向輸入端及輸出端，該正向輸入端接地，該反向輸入端電連接於該第二電阻與該第二二極體的公共端，該輸出端電連接於該乘法器及該反向輸入端。
優選地，該音訊信號處理電路還包括相位調整單元，用於對該第二獲取單元輸出的基準音訊信號進行相位調整，該合成單元還用於將該音訊調整分量疊加到該相位調整後的基準音訊信號中，以生成音質被調整了的音訊信號。
優選地，該相位調整單元包括第五運算放大器，該第五運算放大器包括正向輸入端、反向輸入端及輸出端，該正向輸入端接地，該反向輸入端電連接於該第二獲取單元及該輸出端，該輸出端還電連接於該合成單元。
上述音訊信號處理電路將原始音訊信號自身所包含的高頻音訊信號及加性高斯白色雜訊予以提取、並進行與音量大小成正比的放大後，疊加到去除高頻成分的原始音訊信號中，以生成音質被調整了的音訊信號來驅動音訊播放元件，進而調整入耳的聽覺感受。
102‧‧‧聲音處理晶片
200‧‧‧音訊播放元件
10‧‧‧第一獲取單元
20‧‧‧調整單元
30‧‧‧第二獲取單元
40‧‧‧合成單元
50‧‧‧相位調整單元
60‧‧‧濾波單元
202‧‧‧音量獲取單元
204‧‧‧乘法器
2022‧‧‧第三獲取單元
2024‧‧‧整流放大單元
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17‧‧‧第一至第十七電阻
C1、C2、C3、C4、C5‧‧‧第一至第五電容
OP1、OP2、OP3、OP4、OP5、OP6‧‧‧第一至第六運算放大器
D1、D2‧‧‧第一至第二二極體
圖1為本發明一實施方式中音訊信號處理電路的應用環境圖。
圖2為本發明一實施方式中音訊信號處理電路的模組圖。
圖3為本發明另一實施方式中音訊信號處理電路的模組圖。
圖4為本發明一實施方式中音訊信號處理電路的電路圖。
圖2為本發明音訊信號處理電路100一實施方式的模組圖。在本實施方式中，音訊信號處理電路100對其接收的原始音訊信號進行音質調整，並將調整後的音訊信號輸出至音訊播放元件200。其中，
音訊播放元件200可以是喇叭等能發聲的元件。舉例而言，音訊信號處理電路100可以設置在電視機、機上盒、手機、平板電腦等有音訊播放功能的電子產品中，音訊信號處理電路100接收電子產品中的聲音處理晶片102輸出的原始音訊信號並對其進行音質調整，以驅動其內部喇叭發聲，如圖1所示。在本實施方式中，原始音訊信號主要由高頻音訊信號、中頻音訊信號、低頻音訊信號及極低頻音訊信號混合而成。其中，中頻音訊信號、低頻音訊信號及極低頻音訊信號構成基準音訊信號，高頻音訊信號優選為8kHz以上的音訊信號，極低頻音訊信號優選為100Hz以下的音訊信號。同時，在實際的電路設計中，由於電子零件自身的熱效應將會產生熱雜訊，原始音訊信號在傳輸過程中還將會混合有電子零件熱雜訊，亦即加性高斯白色雜訊。
音訊信號處理電路100包括第一獲取單元10、調整單元20、第二獲取單元30及合成單元40。第一獲取單元10從原始音訊信號中獲取其包含的高頻音訊信號。調整單元20電連接於第一獲取單元10，調整單元20獲取原始音訊信號的音量大小，並對第一獲取單元10輸出的高頻音訊信號進行放大倍數與音量大小成正比的放大，以輸出音訊調整分量。第二獲取單元30濾除原始音訊信號中的高頻音訊信號以獲得其包含的基準音訊信號。合成單元40電連接於調整單元20及第二獲取單元30，合成單元40接收調整單元20輸出的音訊調整分量及第二獲取單元30輸出的基準音訊信號，並將音訊調整分量疊加到基準音訊信號中，以生成音質被調整了的音訊信號並輸出至音訊播放元件200。
作為對本發明的進一步改進，第一獲取單元10還從原始音訊信號中獲取加性高斯白色雜訊(Additive White Gaussian Noise，AWGN)，此時，調整單元20還用於對第一獲取單元10獲取的高頻音訊信號及加性高斯白色雜訊進行放大倍數與音量大小成正比的放大，以輸出音訊調整分量至合成單元40。在本實施方式中，原始音訊信號中的加性高斯白色雜訊主要來源於電子產品中的電子零件其本身的熱效應而產生的熱雜訊，經過高通濾波后，其亦為高頻信號。
作為對本發明的進一步改進，第一獲取單元10還用於對其獲
取後的高頻音訊信號，或加性高斯白色雜訊與高頻音訊信號的混合信號進行一預設倍數的放大，以輸出放大後的高頻音訊信號，或放大後的加性高斯白色雜訊與高頻音訊信號的混合信號至調整單元20。在本實施方式中，該預設倍數的大小可以根據音訊信號處理電路100應用在不同的電子產品而進行調整。
需要注意的是，在本實施方式中，調整單元20偵測並獲取的原始音訊信號的音量越大，其對高頻音訊信號，或加性高斯白色雜訊與高頻音訊信號的混合信號進行放大的倍數越大。換言之，對於音量越大的原始音訊信號，調整單元20輸出的音訊調整分量越大，從而使得大音量的原始音訊信號在進行音質調整過程中摻雜相對較大幅值的高頻音訊信號，或摻雜相對較大幅值的加性高斯白色雜訊與高頻音訊信號的混合信號。
圖3為本發明音訊信號處理電路100a一實施方式的模組圖。在本實施方式中，音訊信號處理電路100a與圖1該的音訊信號處理電路100相似，改進之處在於，音訊信號處理電路100a還包括相位調整單元50及濾波單元60，調整單元20還包括音量獲取單元202及乘法器204。音量獲取單元202接收並獲取原始音訊信號的音量大小。乘法器204將第一獲取單元10輸出的高頻音訊信號，或加性高斯白色雜訊與高頻音訊信號的混合信號與原始音訊信號的音量值進行二象限乘法運算，從而實現對高頻音訊信號，或加性高斯白色雜訊與高頻音訊信號的混合信號進行放大倍數與音量大小成正比的放大處理。
在本發明一實施方式中，音量獲取單元202包括第三獲取單元2022及整流放大單元2024。第三獲取單元2022從原始音訊信號中獲取極低頻音訊信號。整流放大單元2024電連接於第三獲取單元2022，整流放大單元2024對第三獲取單元2022獲取的極低頻音訊信號進行全波整流與放大處理，從而來獲取原始音訊信號的音量大小。音量獲取單元202獲取的音量值為正數，乘法器204將第一獲取單元10輸出的高頻音訊信號，或加性高斯白色雜訊與高頻音訊信號的混合信號來與為正數的音量值進行二象限乘法運算，以輸出音訊調整分量。
相位調整單元50電連接於第二獲取單元30，相位調整單元50
用於對第二獲取單元30輸出的基準音訊信號進行相位調整。在本實施方式中，優選地，相位調整單元50對第二獲取單元30輸出的基準音訊信號進行180。相位調整。合成單元40還用於將乘法器204輸出的音訊調整分量疊加到經過相位調整單元50調整後的基準音訊信號中，以生成音質被調整了的音訊信號。
濾波單元60電連接於合成單元40，濾波單元60用於對合成單元40輸出的調整後的音訊信號進行濾波，以截取預設頻段的音訊信號來驅動音訊播放元件200。在本實施方式中，濾波單元60優選為低通濾波器。
需要注意的是，由於極低頻音訊信號具有變化速度慢，便於採樣的特性，故在本實施方式中音訊信號處理電路100a是藉由音量獲取單元202來從原始音訊信號中獲取其包含的極低頻音訊信號進行處理，進而來表徵原始音訊信號的音量值。在本發明的其他實施方式中，音訊信號處理電路100a還可以藉由音量獲取單元202來從原始音訊信號中獲取低頻音訊信號或中頻音訊信號進行處理，進而來表徵原始音訊信號的音量值。
圖4為本發明音訊信號處理電路100b一實施方式的電路圖。在本實施方式中，第一獲取單元10包括第一電阻R1、第二電阻R2、第一電容C1及第一運算放大器OP1。第一電阻R1的一端用於接收原始音訊信號，第一電阻R1的另一端電連接於第一電容C1的一端。第一運算放大器OP1包括正向輸入端、反向輸入端及輸出端。第一運算放大器OP1的正向輸入端接地，第一運算放大器OP1的反向輸入端電連接於第一電容C1的另一端，第一運算放大器OP1的輸出端電連接於乘法器204。第二電阻R2電連接於第一運算放大器OP1的反向輸入端與輸出端之間。第一獲取單元10可以藉由調整第一電阻R1與第二電阻R2值來調整其對獲取的高頻音訊信號與加性高斯白色雜訊的放大倍數。在本發明的其他實施方式中，作為對對第一獲取單元10電路架構的變形，第一獲取單元10也可以包括第一電容C1及第一運算放大器OP1。第一電容C1一端用於接收原始音訊信號。第一運算放大器OP1的正向輸入端接地，第一運算放大器OP1的反向輸入端電連接於第一
電容的另一端C1，第一運算放大器OP1的輸出端電連接於其反向輸入端及乘法器204。
第三獲取單元2022包括第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第二電容C2、第三電容C3及第二運算放大器OP2。第三電阻R3的一端用於接收原始音訊信號，第三電阻R3的另一端電連接於第四電阻R4的一端。第二運算放大器OP2包括正向輸入端、反向輸入端及輸出端。第二運算放大器OP2的正向輸入端接地，第二運算放大器OP2的反向輸入端電連接於第四電阻R4的另一端，第二運算放大器OP2的輸出端電連接於整流放大單元2024。第二電容C2的一端電連接於第三電阻R3與第四電阻R4的公共端，第二電容C2的另一端接地。第五電阻R5的一端電連接於第三電阻R3與第四電阻R4的公共端，第五電阻R5的另一端電連接於第二運算放大器OP2的輸出端。第三電容C3電連接於第二運算放大器OP2的反向輸入端與輸出端之間。第六電阻R6的一端電連接於第二運算放大器OP2的輸出端，第六電阻R6的另一端接地。在本發明的其他實施方式中，作為對第三獲取單元2022電路架構的變形，第三獲取單元2022還可以包括第三電阻R3及第二運算放大器OP2。第三電阻R3的一端用於接收原始音訊信號。第二運算放大器OP2的正向輸入端接地，第二運算放大器OP2的反向輸入端電連接於第三電阻R3的另一端，第二運算放大器OP2的輸出端電連接於其反向輸入端及整流放大單元2024。
整流放大單元2024包括第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第十一電阻R11、第一二極體D1、第二二極體D2、第三運算放大器OP3及第四運算放大器OP4。第七電阻R7的一端電連接於第二運算放大器OP2的輸出端，第七電阻R7的另一端電連接於第八電阻R8的一端，第八電阻R8的另一端電連接於第九電阻R9的一端。第三運算放大器OP3包括正向輸入端、反向輸入端及輸出端。第三運算放大器OP3的正向輸入端接地，第三運算放大器OP3的反向輸入端電連接於第七電阻R7與第八電阻R8的公共端。第一二極體D1的正極電連接於第八電阻R8與第九電阻R9的公共端，第一二極體D1的負極電連接於第三運算放大器OP3的輸出端。第二二極體D2的正極
電連接於第三運算放大器OP3的輸出端，第二二極體D2的負極電連接於第三運算放大器OP3的反向輸入端。第十電阻R10的一端電連接於第七電阻R7的一端，第十電阻R10的另一端電連接於第九電阻的另一端。第四運算放大器OP4包括正向輸入端、反向輸入端及輸出端。第四運算放大器OP4的正向輸入端接地，第四運算放大器OP4的反向輸入端電連接於第九電阻R9與第十電阻R10的公共端，第四運算放大器OP4的輸出端電連接於乘法器204。第十一電阻R11電連接於第四運算放大器OP4的反向輸入端與輸出端之間。在本發明的其他實施方式中，作為對整流放大單元2024電路架構的變形，整流放大單元2024包括第八電阻R8、第三運算放大器OP3、第一二極體D1、第二二極體D2及第四運算放大器OP4。第八電阻R8一端電連接於第三獲取單元2022。第三運算放大器OP3的正向輸入端接地，第三運算放大器OP3的反向輸入端電連接於第八電阻R8與第三獲取單元2022的公共端。第一二極體D1的正極電連接於第三運算放大器OP3的輸出端，第一二極體D1的負極電連接於第三運算放大器OP3的反向輸入端。第二二極體D2的正極電連接於第八電阻R8的另一端，第二二極體D2的負極電連接於第三運算放大器OP3的輸出端。第四運算放大器OP4的正向輸入端接地，第四運算放大器OP4的反向輸入端電連接於第八電阻R8與第二二極體D2的公共端，第四運算放大器OP4的輸出端電連接於其反向輸入端及乘法器204。
乘法器204將第一運算放大器OP1的輸出信號與第四運算放大器OP4的輸出信號進行乘法運算，以輸出音訊調整分量。
第二獲取單元30包括第十二電阻R12、第十三電阻R13、第十四電阻R14、第十五電阻R15、第四電容C4、第五電容C5及第五運算放大器OP5。第十二電阻R12的一端用於接收原始音訊信號，第十二電阻R12的另一端電連接於第十三電阻R13的一端。第五運算放大器OP5包括正向輸入端、反向輸入端及輸出端。第五運算放大器OP5的正向輸入端接地，第五運算放大器OP5的反向輸入端電連接於第十三電阻R13的另一端，第五運算放大器OP5的輸出端電連接於相位調整單元50。第十四電阻R14的一端電連接於第十二電阻R12與第十三
電阻R13的公共端，第十四電阻R14的另一端電連接於第五運算放大器OP5的輸出端。第四電容C4的一端電連接於第十二電阻R12與第十三電阻R13的公共端，第四電容C4的另一端接地。第五電容C5電連接於第五運算放大器OP5的反向輸入端與輸出端之間。第十五電阻R15的一端電連接於第五運算放大器OP5的輸出端，第十五電阻R15的另一端接地。在本發明的其他實施方式中，作為對第二獲取單元30電路架構的變形，第二獲取單元30還可以包括第十二電阻R12及第五運算放大器OP5。第十二電阻R12的一端用於接收原始音訊信號。第五運算放大器OP5的正向輸入端接地，第五運算放大器OP5的反向輸入端電連接於第十二電阻R12的另一端，第五運算放大器OP5的輸出端電連接於其反向輸入端及相位調整單元50。
相位調整單元50包括第十六電阻R16、第十七電阻R17及第六運算放大器OP6。第十六電阻R16的一端電連接於第五運算放大器OP5的輸出端。第六運算放大器OP6包括正向輸入端、反向輸入端及輸出端。第六運算放大器OP6的正向輸入端接地，第六運算放大器OP6的反向輸入端電連接於第十六電阻R16的另一端，第六運算放大器OP6的輸出端電連接於合成單元40。第十七電阻R17電連接於第六運算放大器OP6的反向輸入端與輸出端之間。在本發明的其他實施方式中，作為對相位調整單元50電路架構的變形，相位調整單元50還可以包括第六運算放大器OP6，第六運算放大器OP6的正向輸入端接地，第六運算放大器OP6的反向輸入端電連接於第二獲取單元30，第六運算放大器OP6的輸出端電連接於其方向輸入端及合成單元40。
在本實施方式中，合成單元40優選為加法器。合成單元40藉由加法器的疊加功能來將乘法器204輸出的音訊調整分量疊加到經過相位調整單元50調整後的基準音訊信號中，以生成音質被調整了的音訊信號。
上述音訊信號處理電路將原始音訊信號自身所包含的高頻音訊信號及加性高斯白色雜訊予以提取、並進行與音量大小成正比的放大後，疊加到去除高頻成分的原始音訊信號中，以生成音質被調整了的音訊信號來驅動音訊播放元件，進而調整人耳的聽覺感受。
Claims (10)
- 一種音訊信號處理電路，用於對原始音訊信號進行音質調整，以驅動音訊播放元件，該音訊信號處理電路包括：第一獲取單元，用於獲取該原始音訊信號中的高頻音訊信號；調整單元，電連接於該第一獲取單元，用於獲取該原始音訊信號的音量大小，並對該第一獲取單元輸出的高頻音訊信號進行放大倍數與音量大小成正比的放大，以輸出音訊調整分量；第二獲取單元，用於濾除該原始音訊信號中的高頻音訊信號，以獲得基準音訊信號；及合成單元，電連接於該調整單元及該第二獲取單元，用於將該音訊調整分量疊加到該基準音訊信號中，以生成音質被調整了的音訊信號。
- 如申請專利範圍第1項所述之音訊信號處理電路，其中該第一獲取單元還用於獲取原始音訊信號中的加性高斯白色雜訊，該調整單元還用於對該加性高斯白色雜訊進行放大倍數與音量大小成正比的放大，並疊加到該放大後的高頻音訊信號中，以輸出該音訊調整分量。
- 如申請專利範圍第2項所述之音訊信號處理電路，其中該第一獲取單元還用於對獲取後的高頻音訊信號和加性高斯白色雜訊進行預設倍數的放大，後再輸出至該調整單元。
- 如申請專利範圍第3項所述之音訊信號處理電路，其中該第一獲取單元包括：第一電容，一端用於接收該原始音訊信號；第一運算放大器，包括正向輸入端、反向輸入端及輸出端，該正向輸入端接地，該反向輸入端電連接於該第一電容的另一端及該輸出端，該輸出端還電連接於該調整單元。
- 如申請專利範圍第1項所述之音訊信號處理電路，其中該調整單元包括：音量獲取單元，用於獲取該原始音訊信號的音量大小；及乘法器，用於將該第一獲取單元輸出的高頻音訊信號與該原始音訊信號的音量進行乘法運算，以對該高頻音訊信號進行放大倍數與音量大小成正比的放大。
- 如申請專利範圍第5項所述之音訊信號處理電路，其中該基準音訊信號包括中頻音訊信號、低頻音訊信號及極低頻音訊信號，該音量獲取單元包括：第三獲取單元，用於獲取該原始音訊信號中的極低頻音訊信號；及整流放大單元，用於對該極低頻音訊信號進行全波整流與放大處理，以獲取該原始音訊信號的音量大小。
- 如申請專利範圍第6項所述之音訊信號處理電路，其中該第三獲取單元包括：第一電阻，一端用於接收該原始音訊信號；及第二運算放大器，包括正向輸入端、反向輸入端及輸出端，該正向輸入端接地，該反向輸入端電連接於該第一電阻的另一端及該輸出端，該輸出端還電連接於該整流放大單元。
- 如申請專利範圍第6項所述之音訊信號處理電路，其中該整流放大單元包括：第二電阻，一端電連接於該第三獲取單元；第三運算放大器，包括正向輸入端、反向輸入端及輸出端，該正向輸入端接地，該反向輸入端電連接於該第二電阻與該第三獲取單元的公共端；第一二極體，正極電連接於該第三運算放大器的輸出端，負極電連接於該第三運算放大器的反向輸入端；第二二極體，正極電連接於該二電阻的另一端，負極電連接於該第三運算放大器的輸出端；及第四運算放大器，包括正向輸入端、反向輸入端及輸出端，該正向輸入端接地，該反向輸入端電連接於該第二電阻與該第二二極體的公共端，該輸出端電連接於該乘法器及該反向輸入端。
- 如申請專利範圍第1項所述之音訊信號處理電路，還包括相位調整單元，用於對該第二獲取單元輸出的基準音訊信號進行相位調整，該合成單元還用於將該音訊調整分量疊加到該相位調整後的基準音訊信號中，以生成音質被調整了的音訊信號。
- 如申請專利範圍第9項所述之音訊信號處理電路，其中該相位調整單元包括第五運算放大器，該第五運算放大器包括正向輸入端、反向輸入端及輸出端，該正向輸入端接地，該反向輸入端電連接於該第二獲取單元及該輸出端，該輸出端還電連接於該合成單元。
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