TWI807868B - 具環境適應性之Gamma自動調校系統及其方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種具環境適應性之Gamma自動調校系統及其方法，係裝置於一顯示裝置中而選擇一影像訊號源，使接收並轉換一影像訊號為複數個第一YUV訊號的同時，偵測周邊情境而截取獲知至少一環境數據，以依據該環境數據運算獲知該顯示裝置之顯示屏幕之一Gamma控制參數。並且，運算該環境數據而獲知一最大亮度電流值的同時，利用該Gamma控制參數計算該等第一YUV訊號為複數個第二YUV訊號，傳送該最大亮度電流值及該等第二YUV訊號予該顯示裝置而供顯示該影像。據此，即可達隨時依據周邊情境自動校正Gamma值而調整一影像呈現予人的灰階層次感的效果。

Description

具環境適應性之Gamma自動調校系統及其方法
本發明涉及一種顯示裝置之Gamma校正系統，特別涉及一種具環境適應性之Gamma自動調校系統及其方法。
透過顯示屏幕投放數位影像時，如果影像未經過Gamma(伽瑪)校正就顯示於面板上，觀賞者往往會感覺影像泛白、過亮或偏暗，而這則是因顯示器感光功能：像素的光亮強度和輸入的電壓強度非呈線性關係，及人眼捕捉亮度的方式是不成比例：在非極度黑暗或極度光亮的情況下，人眼正常視力對於暗色調變化更為敏銳等因素所造成的問題。為此，市面上各式顯示裝置除透過調節背光亮度或面板驅動電流來調整影像色彩效果外，無不積極完善Gamma校正的精確度，以期透過精準地調節像素值中色彩灰階的平衡性而實現校正整體影像的視覺亮度效果。
只是，傳統顯示裝置在調整Gamma值時，往往是透過整體裝置電路的末端驅動IC進行，而此種架構係增加驅動IC的電路設計複雜度，尤其是對於利用複數個中小型面板組接成大屏幕的顯示裝置而言，將由於每一該中小型面板上的驅動IC皆需進行同步或串聯訊號設定而更加劇設計複雜度。再者，若顯示屏幕所接收的影像輸入訊號為RGB信號時，則因RGB每一信號源都要改變其設定值而進一步增加軟體設計的繁複度，實不利產業發展的經濟效益。有感於此，如何利用YCbCr轉換技術將任一種影像輸入訊號源轉換為YUV信號的同時，依據即時裝置周邊環境參數運算出或查表出最佳Gamma值，藉以改善上述 習知技術之缺失，而優化影像色彩灰階的平衡性並達最舒適人眼觀看的影像顯示效果，即為本發明所欲探究之課題。
本發明之主要目的在於提供一種可依環境條件自動校正Gamma值之調校系統，以透過環境參數最佳化顯示屏幕之驅動電流及影像色彩灰階值而達優化整體影像品質的效果。
為實現上述目的，本發明係揭露一種具環境適應性之Gamma自動調校系統，係裝置於一顯示裝置中而供隨時依據周邊情境自動校正Gamma值，以調整一影像呈現予人的灰階層次感，其特徵在於：該具環境適應性之Gamma自動調校系統係設有一訊號接收模組、一情境截取模組及一層次感控制模組，該訊號接收模組選擇一影像訊號源而接收並轉換一影像訊號為複數個第一YUV訊號；該情境截取模組偵測周邊情境而截取獲知至少一環境數據，以依據該環境數據運算獲知該顯示裝置之顯示屏幕之一Gamma控制參數；該層次感控制模組運算該環境數據而獲知一最大亮度電流值的同時，利用該Gamma控制參數計算該等第一YUV訊號為複數個第二YUV訊號，傳送該最大亮度電流值及該等第二YUV訊號予該顯示裝置，以供該顯示屏幕依據該最大亮度電流值及該等第二YUV訊號顯示該影像。
其中，該環境數據係包含空氣品質。該環境數據係包含天氣情形。該環境數據係包含環境亮度。該顯示裝置係採用8位元、13位元、16位元或24位元之灰階影像顯示該影像，而當灰階層次大於256階層次時，該層次感控制模組將於利用該Gamma控制參數計算獲得該等第二YUV訊號時，更運用一適應偏移補償來調校第0~8個灰階層之亮度值，以使第0~8個灰階層的亮度值無連續0輸出；其中，該適應偏移補償係統計第1~8個灰階層中亮度值為0的階層總 數及讀取第1~8個灰階層中最小亮度值，並列表第1~8個灰階層中非連續數值範圍內缺漏之十進制整數數值及其數量後，使此最小亮度值填入第1灰階層中，再依序利用此十進制整數數值線性調整第0~8個灰階層中至少部份之亮度值。該顯示裝置係採用8位元、13位元、16位元或24位元之灰階影像顯示該影像，而當灰階層次大於256階層次時，該層次感控制模組將於利用該Gamma控制參數計算獲得該等第二YUV訊號時，更運用一適應調節來調校第0~8個灰階層之亮度值，以使第0~8個灰階層的亮度值無連續4個以上的0亮度值輸出。
並且，該顯示屏幕係由複數個顯示面板所組成，且該顯示裝置使該等顯示面板之其中一者為司令者而其餘者為服從者，司令者之該顯示面板接收該層次感控制模組所傳送之該等第二YUV訊號及該最大亮度電流值後，驅使其餘服從者之該等顯示面板隨同利用該等第二YUV訊號及該最大亮度電流值顯示該影像，據此，使該顯示屏幕顯示之該影像呈現統一的灰階層次感。該層次感控制模組係設有一記憶儲存組件，以供該層次感控制模組利用該Gamma控制參數計算獲知對應之該等第二YUV訊號緩存至該記憶儲存組件中，或者，利用該Gamma控制參數查表獲知儲存於該記憶儲存組件中之該等第二YUV訊號；其中，該記憶儲存組件及該顯示裝置之記憶體係分別設有一第一Gamma參數轉換表及一第二Gamma參數轉換表，以供該層次感控制模組透過該第一Gamma參數轉換表搭配該第二Gamma參數轉換表進行查表獲知該等第二YUV訊號，據此使該記憶儲存組件於低記憶儲存容量的情況下仍提供有多選擇性的Gamma組數；該層次感控制模組係設有一溫度保護組件及一最大亮度轉換組件，該溫度保護組件電性連接該顯示屏幕而接收該顯示屏幕回饋之即時工作溫度，並於判斷獲知該即時工作溫度未介於一安全區間值時，驅使該最大亮度轉換組件調整該最大亮度電流值；另外，該層次感控制模組更轉換該等第二YUV訊號為複數個RGB訊號。
該訊號接收模組係分析該影像訊號而獲知對應之一影像灰階分佈資料，該層次感控制模組解析該影像灰階分佈資料而框出影像灰階主要集中分佈之範圍後，利用該範圍中之該影像訊號計算該Gamma控制參數而獲得對應全灰階層次之該等第二YUV訊號，據此以提升該範圍中灰階呈現的細膩度而使整體偏暗或偏亮之該影像得進一步豐富細部影像的呈現而滿足人眼的視覺感受。
綜上所述，本發明係利用該層次感控制模組預先處理該影像訊號而直接提供白平衡後最大電流參數及最適人眼舒適度之該等第二YUV訊號予該顯示裝置，以供該顯示屏幕得以無需分別對R、G、B各訊號分別進行運算即可運用所接收參數或數據直接投放該影像，進而降低該顯示裝置中IC的軟體設計複雜度及硬體規格需求層級。而，為提供最適人眼舒適度之該等第二YUV訊號，本發明人係利用該情境截取模組截取出之該環境數據後運算出該Gamma控制參數，據此，基於周邊環境真實情況而選出最適人眼感受的Gamma值，係使即使該影像為黑夜裡的飛行烏鴉仍可無歧異地清晰呈現予觀賞者，亦即達最優化的顯示品質而完善人眼目視的舒適性。
1:Gamma自動調校系統
10:訊號接收模組
100:第一YUV訊號
11:情境截取模組
110:環境數據
111:Gamma控制參數
12:層次感控制模組
1200:第二YUV訊號
121:記憶儲存組件
122:最大亮度轉換組件
1220:最大亮度電流值
123:溫度保護組件
20:顯示屏幕
S10~S14:步驟
S20~S250:步驟
第1圖，為本發明一較佳實施例之架構圖。
第2圖，為本發明一較佳實施例之流程圖。
第3圖，為本發明二較佳實施例之架構示意圖。
第4圖，為本發明二較佳實施例之流程圖。
第5圖，為本發明二較佳實施例之應用示意圖。
為使本領域具有通常知識者能清楚了解本新型之內容，謹以下列說明搭配圖式，敬請參閱。
請參閱第1、2圖，其係分別為本發明一較佳實施例之架構圖及流程圖。如圖所示，該具環境適應性之Gamma自動調校系統1係裝置於一顯示裝置(圖未示)中而供隨時依據周邊情境自動校正Gamma值，以調整一影像呈現予人的灰階層次感，其設有一訊號接收模組10、一情境截取模組11及一層次感控制模組12，且該Gamma自動調校系統1之自動調校方法可包含下列步驟。
步驟S10，該訊號接收模組10選擇一影像訊號源，以接收一影像訊號並轉換為複數個第一YUV訊號100。步驟S11，該情境截取模組11偵測周邊情境而截取獲知至少一環境數據110，以依據該環境數據110運算獲知該顯示裝置之顯示屏幕20之一Gamma控制參數111。步驟S12，該層次感控制模組12運算該環境數據110而獲知一最大亮度電流值1220的同時，步驟S13，該層次感控制模組12利用該Gamma控制參數111計算該等第一YUV訊號100為複數個第二YUV訊號1200。步驟S14，該層次感控制模組12傳送該最大亮度電流值1220及該等第二YUV訊號1200予該顯示裝置，以供該顯示屏幕20依據該最大亮度電流值1220及該等第二YUV訊號1200顯示該影像。
請參閱第3~5圖，其係分別為本發明二較佳實施例之架構圖、流程圖及各示意圖。如圖所示，具環境適應性之該Gamma自動調校系統1係裝置於一顯示裝置(圖未示)中並設有一訊號接收模組10、一情境截取模組11及一層次感控制模組12，其供隨時依據周邊情境自動校正Gamma值而調整一影像呈現予人的灰階層次感。該層次感控制模組12設有一記憶儲存組件121、一最大亮度 轉換組件122及一溫度保護組件123，該溫度保護組件123電性連接該顯示屏幕20，且該Gamma自動調校系統1之自動調校方法可包含下列步驟。
步驟S20，該訊號接收模組10選擇一影像訊號源，例如HDMI、eDP/DP、DVI、LVDS、VGA、MHL、V-by-One HS或MIPI-DSI而接收一影像訊號(SigIma.)，且轉換該影像訊號為複數個第一YUV訊號100。步驟S21，該情境截取模組11偵測周邊情境而截取獲知至少一環境數據110，諸如空氣品質(PM)、天氣情形(D)及環境亮度(A)等，以依據該環境數據110運算獲知該顯示裝置之顯示屏幕20之一Gamma控制參數(G)111。步驟S22，該層次感控制模組12運算該環境數據110而獲知一最大亮度電流值1220的同時，步驟S23，該層次感控制模組12利用該Gamma控制參數111計算該等第一YUV訊號100為具最佳人眼舒適性效果之複數個第二YUV訊號1200並緩存至該記憶儲存組件121中，或者，該層次感控制模組12利用該Gamma控制參數111查表(Look-up-Table,LUT)獲知儲存於該記憶儲存組件121中之該等第二YUV訊號1200。其中，該記憶儲存組件121及該顯示裝置之記憶體可分別設有一第一Gamma參數轉換表及一第二Gamma參數轉換表，以供該層次感控制模組12透過該第一Gamma參數轉換表搭配該第二Gamma參數轉換表進行查表獲知該等第二YUV訊號1200，如此，若該記憶儲存組件121為低記憶儲存容量而使內置的Gamma查表組數受限時，配合該顯示裝置之記憶體的運用而依據其內存之該第二Gamma參數轉換表進一步查表轉換，仍可提供多選擇性的Gamma組數予該層次感控制模組12，以達到使該影像的影示色彩亮度確實適應周邊環境的效果。
步驟S24，傳送該最大亮度電流值1220及該等第二YUV訊號1200予該顯示裝置之驅動IC(Dr.IC)，以供該顯示屏幕20依據已考量周邊環境參數之 該最大亮度電流值1220及具最佳人眼舒適性效果之該等第二YUV訊號1200顯示該影像，據此，使有效減少各灰階色彩誤差並完善暗場灰階色彩的細節度，達清晰呈現諸如黑夜裡黑人打烏鴉之該影像的效果，進而滿足人眼影像觀賞的期望值。順帶一提的是，該顯示屏幕20可由複數個顯示面板所組成，且該顯示裝置使該等顯示面板之其中一者為司令者而其餘者為服從者，司令者之該顯示面板接收該層次感控制模組12所傳送之該等第二YUV訊號1200及該最大亮度電流值1220後，驅使其餘服從者之該等顯示面板隨同利用該等第二YUV訊號1200及該最大亮度電流值1220顯示該影像，據此，使該顯示屏幕20顯示之該影像呈現統一的灰階層次感而展現一致的亮度色彩。
並且，該層次感控制模組12更可轉換該等第二YUV訊號1200為複數個RGB訊號後，再與該最大亮度電流值1220一同傳送予該顯示屏幕20。步驟S25，該溫度保護組件123接收該顯示屏幕20回饋之即時工作溫度(Temp.)，並判斷該即時工作溫度是否介於一安全區間值，例如55℃~80℃中？若否，該即時工作溫度高於或低於該安全區間值，步驟S250，該溫度保護組件123驅使該最大亮度轉換組件122調整該最大亮度電流值1220。於本實施例中，該訊號接收模組10可於接收該影像訊號時，分析該影訊號而獲知對應之一影像灰階分佈資料，且該層次感控制模組12解析該影像灰階分佈資料而框出影像灰階主要集中分佈之範圍後，利用該範圍中之該影像訊號計算該Gamma控制參數111而獲得對應全灰階層次之該等第二YUV訊號1200，據此以提升該範圍中灰階呈現的細膩度而使整體偏暗或偏亮之該影像得進一步豐富細部影像的呈現而滿足人眼的視覺感受。
再者，該顯示裝置可採用8位元、13位元、16位元或24位元之灰階影像顯示該影像，而當灰階層次大於256階層次時，該層次感控制模組12將於利用該Gamma控制參數111計算獲得該等第二YUV訊號1200時，更運用一適應偏移補償來調校暗場中第0~8個灰階層之亮度值而使第0~8個灰階層的亮度值無連續0輸出；或者，更可運用一適應調節來調校第0~8個灰階層之亮度值，以使第0~8個灰階層的亮度值無連續4個以上的0亮度值輸出。舉例而言，顯示13位元影像時，透過本發明人提出之該等第二YUV訊號1200轉換公式可得如下表所示之Y灰階數值，其中，於Gamma 1.8曲線中發現暗場灰階有連續為0的亮度值，此時，該適應偏移補償可統計第1~8個灰階層中亮度值為0的階層總數及讀取第1~8個灰階層中最小亮度值，並列表第1~8個灰階層中非連續數值範圍內缺漏之十進制整數數值及其數量後，使此最小亮度值填入第1灰階層中，再依序利用此十進制整數數值線性調整第0~8個灰階層中至少部份之亮度值。換言之，該層次感控制模組12可對Gamma 1.8曲線中灰階亮度值進行該適應偏移補償，而統計獲知第1~8個灰階層中亮度值為0的階層總數：1、第1~8個灰階層中最小亮度值，且第1~8個灰階層中非連續數值範圍內缺漏之十進制整數數值：3、5、7、8、10、11、13、14及15等9個數後，使用亮度值1填入第1灰階層中，再利用缺漏之十進制整數數值3線性調整第0~8個灰階層中亮度值，據此，使進一步提升暗場灰階層級的亮度分佈細節，進而再次完善該影像品質。
Figure 111122663-A0305-02-0009-1
Figure 111122663-A0305-02-0010-2
其中，本發明所述之模組，係透過硬體或軟體輔以硬體之方式予以實現，例如該訊號接收模組10、該情境截取模組11及該層次感控制模組12等之定義本質上即指為諸如CPU、微型處理器、記憶體或訊號傳輸器等各種硬體設備之集成，並輔以軟體程序予以實現之技術特徵。另外，本發明當然可設有GUI介面而供觀賞者自行調整Gamma值或亮度、或切換進入睡眠的黑屏模式等，且該記憶儲存組件121可整合設置於一FPGA電路板上而使本發明所輸出之該等第二YUV訊號1200及該最大亮度電流值1220等透過該FPGA電路整合匯出予該顯示屏幕20之驅動IC進行動作。
惟，以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明實施之範圍；故在不脫離本發明之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之專利範圍內。
S10~S14:步驟

Claims (8)

  1. 一種具環境適應性之Gamma自動調校系統，係裝置於一顯示裝置中而供隨時依據周邊情境自動校正Gamma值，以調整一影像呈現予人的灰階層次感，其特徵在於：該具環境適應性之Gamma自動調校系統係設有一訊號接收模組、一情境截取模組及一層次感控制模組，該訊號接收模組選擇一影像訊號源而接收並轉換一影像訊號為複數個第一YUV訊號；該情境截取模組偵測周邊情境而截取獲知至少一環境數據，以依據該環境數據運算獲知該顯示裝置之顯示屏幕之一Gamma控制參數；該層次感控制模組運算該環境數據而獲知一最大亮度電流值的同時，利用該Gamma控制參數計算該等第一YUV訊號轉換為複數個第二YUV訊號，傳送該最大亮度電流值及該等第二YUV訊號予該顯示裝置，以供該顯示屏幕依據該最大亮度電流值及該等第二YUV訊號顯示該影像；其中，該環境數據係包含空氣品質、天氣情形及環境亮度之其中至少一者；該顯示屏幕係由複數個顯示面板所組成，且該顯示裝置使該等顯示面板之其中一者為司令者而其餘者為服從者，司令者之該顯示面板接收該層次感控制模組所傳送之該等第二YUV訊號及該最大亮度電流值後，驅使其餘服從者之該等顯示面板隨同利用該等第二YUV訊號及該最大亮度電流值顯示該影像，據此，使該顯示屏幕顯示之該影像呈現統一的灰階層次感。
  2. 如請求項1所述之具環境適應性之Gamma自動調校系統，其中，該層次感控制模組係設有一記憶儲存組件，以供該層次感控制模組利用該Gamma控制參數計算獲知對應之該等第二YUV訊號緩存至該記憶儲存組件中，或者，利用該Gamma控制參數查表獲知儲存於該記憶儲存組件中之該等第二YUV訊 號；其中，該記憶儲存組件及該顯示裝置之記憶體係分別設有一第一Gamma參數轉換表及一第二Gamma參數轉換表，以供該層次感控制模組透過該第一Gamma參數轉換表搭配該第二Gamma參數轉換表進行查表獲知該等第二YUV訊號，據此使該記憶儲存組件於低記憶儲存容量的情況下仍提供有多選擇性的Gamma組數；該層次感控制模組係設有一溫度保護組件及一最大亮度轉換組件，該溫度保護組件電性連接該顯示屏幕而接收該顯示屏幕回饋之即時工作溫度，並於判斷獲知該即時工作溫度未介於一安全區間值時，驅使該最大亮度轉換組件調整該最大亮度電流值；另外，該層次感控制模組更轉換該等第二YUV訊號為複數個RGB訊號。
  3. 如請求項2所述之具環境適應性之Gamma自動調校系統，其中，該顯示裝置係採用8位元、13位元、16位元或24位元之灰階影像顯示該影像，而當灰階層次大於256階層次時，該層次感控制模組將於利用該Gamma控制參數計算獲得該等第二YUV訊號時，更運用一適應偏移補償來調校第0~8個灰階層之亮度值，以使第0~8個灰階層的亮度值無連續0輸出；其中，該適應偏移補償係統計第1~8個灰階層中亮度值為0的階層總數及讀取第1~8個灰階層中最小亮度值，並列表第1~8個灰階層中非連續數值範圍內缺漏之十進制整數數值及其數量後，使此最小亮度值填入第1灰階層中，再依序利用此十進制整數數值線性調整第0~8個灰階層中至少部份之亮度值。
  4. 如請求項2所述之具環境適應性之Gamma自動調校系統，其中，該顯示裝置係採用8位元、13位元、16位元或24位元之灰階影像顯示該影像，而當灰階層次大於256階層次時，該層次感控制模組將於利用該Gamma控制參數 計算獲得該等第二YUV訊號時，更運用一適應調節來調校第0~8個灰階層之亮度值，以使第0~8個灰階層的亮度值無連續4個以上的0亮度值輸出。
  5. 一種具環境適應性之Gamma自動調校系統，係裝置於一顯示裝置中而供隨時依據周邊情境自動校正Gamma值，以調整一影像呈現予人的灰階層次感，其特徵在於：該具環境適應性之Gamma自動調校系統係設有一訊號接收模組、一情境截取模組及一層次感控制模組，該訊號接收模組選擇一影像訊號源而接收並轉換一影像訊號為複數個第一YUV訊號；該情境截取模組偵測周邊情境而截取獲知至少一環境數據，以依據該環境數據運算獲知該顯示裝置之顯示屏幕之一Gamma控制參數；該層次感控制模組運算該環境數據而獲知一最大亮度電流值的同時，利用該Gamma控制參數計算該等第一YUV訊號轉換為複數個第二YUV訊號，傳送該最大亮度電流值及該等第二YUV訊號予該顯示裝置，以供該顯示屏幕依據該最大亮度電流值及該等第二YUV訊號顯示該影像；其中，該環境數據係包含空氣品質、天氣情形及環境亮度之其中至少一者；該訊號接收模組係分析該影像訊號而獲知對應之一影像灰階分佈資料，該層次感控制模組解析該影像灰階分佈資料而框出影像灰階主要集中分佈之範圍後，利用該範圍中之該影像訊號計算該Gamma控制參數而獲得對應全灰階層次之該等第二YUV訊號，據此以提升該範圍中灰階呈現的細膩度而使整體偏暗或偏亮之該影像得進一步豐富細部影像的呈現而滿足人眼的視覺感受。
  6. 如請求項5所述之具環境適應性之Gamma自動調校系統，其中，該層次感控制模組係設有一記憶儲存組件，以供該層次感控制模組利用該Gamma控制參數計算獲知對應之該等第二YUV訊號緩存至該記憶儲存組件中，或者， 利用該Gamma控制參數查表獲知儲存於該記憶儲存組件中之該等第二YUV訊號；其中，該記憶儲存組件及該顯示裝置之記憶體係分別設有一第一Gamma參數轉換表及一第二Gamma參數轉換表，以供該層次感控制模組透過該第一Gamma參數轉換表搭配該第二Gamma參數轉換表進行查表獲知該等第二YUV訊號，據此使該記憶儲存組件於低記憶儲存容量的情況下仍提供有多選擇性的Gamma組數；該層次感控制模組係設有一溫度保護組件及一最大亮度轉換組件，該溫度保護組件電性連接該顯示屏幕而接收該顯示屏幕回饋之即時工作溫度，並於判斷獲知該即時工作溫度未介於一安全區間值時，驅使該最大亮度轉換組件調整該最大亮度電流值；另外，該層次感控制模組更轉換該等第二YUV訊號為複數個RGB訊號。
  7. 如請求項6所述之具環境適應性之Gamma自動調校系統，其中，該顯示裝置係採用8位元、13位元、16位元或24位元之灰階影像顯示該影像，而當灰階層次大於256階層次時，該層次感控制模組將於利用該Gamma控制參數計算獲得該等第二YUV訊號時，更運用一適應偏移補償來調校第0~8個灰階層之亮度值，以使第0~8個灰階層的亮度值無連續0輸出；其中，該適應偏移補償係統計第1~8個灰階層中亮度值為0的階層總數及讀取第1~8個灰階層中最小亮度值，並列表第1~8個灰階層中非連續數值範圍內缺漏之十進制整數數值及其數量後，使此最小亮度值填入第1灰階層中，再依序利用此十進制整數數值線性調整第0~8個灰階層中至少部份之亮度值。
  8. 如請求項6所述之具環境適應性之Gamma自動調校系統，其中，該顯示裝置係採用8位元、13位元、16位元或24位元之灰階影像顯示該影像，而當灰階層次大於256階層次時，該層次感控制模組將於利用該Gamma控制參數 計算獲得該等第二YUV訊號時，更運用一適應調節來調校第0~8個灰階層之亮度值，以使第0~8個灰階層的亮度值無連續4個以上的0亮度值輸出。
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