KR100351829B1 - 디지털 통신 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 성능이 향상된 디지털 통신 시스템을 제공하기 위한 것으로서, 부가 데이터의 오류를 정정하기 위하여, 상기 TCM 부호의 신호 매핑을 고려하여 설계된 추가오류정정 부호기, 먹스(MUX), 상기 추가 오류정정 부호기의 상기 상태전이 과정들과 상응하게 동작하는 TCM 부호기, 그리고 신호 송신부로 구성되는 송신부가 있고, 상기 신호 송신부로부터 수신하는 제 1 수신부, TCM 복호기, 리미터(limiter)와 RS 복호기와 디랜덤마이저(derandomizer)로 구성된 제 2 수신부, 그리고 추가오류정정정 복호부로 구성되는 수신부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 디지털 통신 시스템은 TCM부호 외부에 TCM 부호기의 매핑(mapping)을 고려하여 설계된 추가오류정정 부호기를 추가함으로써 낮은 신호대잡음비에서 신뢰성 높은 데이터를 전송하기 때문에 시스템의 성능을 향상시킨다.
Description
본 발명은 디지털 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 VSB(versatial Side Band)방식으로 변조하여 이를 복조하는 디지털 통신시스템에 관한 것이다.
미국에서는 지상파 디지털 방송을 위해 8VSB 전송 시스템을 1995년 표준으로 채택하여 1998년 하반기부터 시험방송을 하고 있으며 우리 나라에서도 미국 방식을기본으로 한 지상파 디지털 방송 표준을 채택하여 현재 실험방송을 실시중이다.
이러한 디지털 방송방식은 전송된 신호가 공중채널을 통해서 수신기로 수신되는데 채널에 따른 노이즈에 대해 수신기 측에서 신호 복원이 잘 될 수 있도록 여러 가지 코딩을 하여 전송을 하게 되고 수신기는 이에 상응하여 채널 디코딩 과정을 수행하여 전송신호를 복원하게 된다.
이러한 디지털 방송은 주로 오디오 및 비디오 데이터를 보내게 되는데 최근에는 각종 부가 데이터를 방송국에서 추가로 보내려고 하고 있다. 이러한 부가 데이터는 여러 가지가 될 수 있는데 예를 들면 증권정보, 날씨, 프로그램 가이드 정보,HTML,실행파일 등을 들 수 있다.
그러나 이러한 부가데이터는 채널전송시 일반 오디오/비디오 데이터와는 달리 채널노이즈의 영향에 치명적이 될 수 있는데 예를 들면 일반 오디오/비디오 데이터는 데이터 손실시 약간의 화면이나 음성손실을 주지만 부가데이터의 경우에는 그 정보자체가 잘못되어 시청자에게 부적절한 정보를 줄 수 있다. 특히, 수치를 나타내는 부가데이터나 실행파일일 경우에는 약간의 데이터 오류가 생겨도 전체가 동작되지 않음으로서 더욱 치명적일 수 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 부가데이터 전송에 적합하고 노이즈에 강한 새로운 VSB 전송시스템 및 이에 따른 복원시스템을 제안하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 기존 VSB시스템과 호환 가능한 새로운 VSB전송시스템 및 이에 따른 복원 시스템을 제안하는데 그 목적이 있다. 또한 기존에 본 출원인이 출원(출원번호 00-55854)한 시스템에 적용할 수 있는 새로운 VSB전송시스템 및 이에 따른 복원 시스템을 제안하는데 그 목적이 있다.
도 1은 ATSC 8VSB 시스템의 TCM 부호기 및 신호 매퍼(mapper)를 나타낸 도면
도 2는 도 1의 TCM 부호에서 사용하는 셋 분할(set partitioning)을 나타낸 도면
도 3은 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널에서 8VSB 시스템의 TCM 부호의 성능을 나타낸 그래프
도 4는 본 발명에 따른 디지털 통신 시스템을 나타낸 도면
도 5는 본 발명에 따른 디지털 통신 시스템의 송신부를 나타낸 도면
도 6은 본 발명에 따른 디지털 통신 시스템의 수신부를 나타낸 도면
도 7a 및 도 7b는 TCM 부호기를 나타낸 도면
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디지털 통신 시스템은 부가 데이터의 오류를 정정하기 위하여, 상기 부가 데이터에 대해 임의의 부호화방식을 사용하여 부호화된 TCM부호기의 신호매핑을 고려하여 설계된 추가오류정정 부호화기와 상기 부호화된 부가 데이터와 ATSC 데이터를 먹싱(muxing)하는 먹스(MUX)와, 상기 ATSC 데이터 및 부가 데이터를 부호화하는 TCM 부호기와, 그리고 상기 TCM 부호기로부터의 상기 ATSC 데이터 및 부가 데이터를 RF(radio frequency) 변환하여 수신부를 향해 전송하는 신호 송신부로 구성되는 송신부가 있다.
상기에서 추가오류정정 부호화기의 부호화 방식은 길쌈부호화 방식으로 부호화 할 수도 있고, 다른 부호화 방식을 사용할 수도 있다. 또한, 이러한 시스템은 부가데이터 입력시에는 기존 VSB 전송시 오류정정을 위한 랜덤마이저는 랜덤마이징되지 않도록 바이패스를 한다. 이는 수신기의 추가오류정정 복호기에서 소프트 입력을 받아서 처리할 수 있도록 하기 위한 것이다. 또한, 상기 TCM부호기는 부가데이터 또는 ATSC데이터가 입력되는가에 따라 TCM부호기내의 프리코더(Pre-coder)를 경유하게 하거나 또는 경유하지 않게 하는 신호경로 선택부가 더 포함되어 있다. 이러한 프리코더의 경유여부는 추가오류정정 부호기의 종류에 따라 결정될 수 있다. 여기서, 상기 ATSC 데이터는 기존의 VSB방식으로 전송하기 위한 오디오 및 비디오 데이터를 의미한다.
이에 상응하여 수신부는 신호 송신부로부터 부가 데이터 및 ATSC 데이터를 수신하여 튜닝하는 튜너부와, 상기 ATSC 데이터 및 부가 데이터를 디코딩하여 출력하는 TCM 복호기와, 상기 TCM 복호기로부터의 출력된 데이터를 디인터리빙하는 디인터리버와 디인터리버의 출력 데이터의 종류(ATSC,부가데이터)에 따라 제1경로(ATSC),제2경로(부가데이타)로 디먹싱하는 디먹스와, 제1경로에 의해 출력된 데이터에 대해 하드 디시젼(hard decision)하는 리미터(limiter), RS 복호기, 디랜덤마이저(derandomizer)로 구성된 ATSC 복호부와, 그리고 제2경로로 출력된 데이터에 대해 송신시 부가된 RS-패리티(RS-Parity)를 제거하는 RS-패리티 제거부와, 추가오류 부호화된 부가데이터를 복호하는 추가오류정정정 복호부로 구성된다.
여기서, 수신기에서의 TCM 복호화는 소프트입력을 가지고 소프트 출력을 만들어 내는 복호기이다.
이때, 상기 추가 오류정정 부호기의 상기 상태전이 과정들과 상응하게 동작하는 TCM 부호기는 입력비트를 받아 바이패스(bypass)시켜 제 1 출력비트로 출력하고, 상기 입력비트를 메모리부 및 가산기를 이용하여 제 2 출력비트로 출력하는 프리코더와, 2 출력비트를 반전시켜 제 3 출력비트로 출력하는 인버터(inverter)와, 상기 제 1, 제 2 출력비트 값을 비교하는 비교기와, 그리고 상기 비교기의 비교결과 상기 제 1 출력비트 값과 제 2 출력비트 값이 같을 경우에는 상기 제 2 출력비트를 출력하고, 상기 제 1 출력비트 값과 제 2 출력비트 값이 다를 경우에는 상기 제 3 출력비트를 출력하는 스위치로 구성된다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 디지털 통신 시스템의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널에서 8VSB 시스템의 TCM 부호의 성능을 나타낸 그래프이다.
도 3은 부호화되지 않은 비트(uncoded bit) d1과 부호화된 비트(coded bit) d0의 비트오류율 및 두 비트를 한 스트림으로 간주했을 때의 전체 비트오류율을 나타내고 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 부호화되지 않은 비트의 비트오류율이 부호화된 비트에 비해서 낮다. 그리고, 전체 비트오류율은 각각의 비트오류율의 평균에 해당하기 때문에 부호화된 비트로 서브셋을 결정하고, 부호화되지 않은 비트로 서브셋 내의 신호를 결정하게 된다.
TCM 부호의 셋 분할을 보게 되면, 한 서브셋 내에 있는 신호간 거리가 서브셋이 다른 신호간 거리보다 크게 할당되었기 때문에 서브셋 내의 신호를 결정하는 부호화되지 않은 비트의 성능이 우수하게 된다. 이러한 특성을 이용하여 부호화된 비트에 비해 비트오류율이 낮은 부호화되지 않은 비트 d1에 중요도가 높은 데이터를 입력하고, 부호화되지 않은 비트에 비해 비트오류율이 높은 부호화된 비트 d0에 중요도가 낮은 데이터를 입력함으로써 보다 효율적인 시스템을 설계할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 디지털 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 부가 데이터의 오류를 정정하기 위하여, 상기 부가 데이터 상에 TCM 부호기의 신호 매핑을 고려하여 설계된 추가오류정정 부호기와, 먹스(MUX)와, 상기 추가 오류정정 부호기의 상기 상태전이 과정들과 상응하게 동작하는 TCM 부호기와, 그리고 신호 송신부로 구성되는 송신부가 있고, 상기 신호 송신부로부터 수신하는 제 1 수신부와, TCM 복호기와, 리미터(limiter), RS 복호기, 디랜덤마이저(derandomizer)로 구성된 제 2 수신부와, 그리고 추가오류정정정 복호부로 구성되는 수신부가 있다.
도 5는 본 발명에 따른 디지털 통신 시스템의 송신부를 나타낸 도면이다.
일반 ATSC 데이터와 달리 실행 파일, HTML 등과 같은 부가 서비스를 위한 부가 데이터는 노이즈에 의한 성능 저하를 방지하기 위한 추가오류정정 부호기가 필요하다.
먼저, 오류정정을 위하여 추가오류정정 부호기를 거친 부가 데이터와 추가오류정정 부호기를 거치지 않은 일반 ATSC 데이터는 먹스(MUX)에서 먹싱(muxing)된다.
먹스로부터의 부가 데이터 및 ATSC 데이터는 랜덤마이저(randomizer)를 거치게 된다.
이때, 상기 부가 데이터는 랜덤마이저를 바이패스하게 되고, 상기 ATSC 데이터는 상기 랜덤마이저를 거쳐 ATSC 데이터는 랜덤하게 된다.
그리고, 상기 부가 데이터 및 ATSC 데이터는 RS 부호기(reed-solomon encoder)에서 패러티(parity)가 첨가되고, 채널상에서 발생될 수 있는 버스트 노이즈(burst noise)에 대해 데이터를 보호하기 위한 인터리버(interleaver)에서는 상기 부가 데이터 및 ATSC 데이터는 인터리빙(interleaving) 된다.
이어, 상기 인터리버로부터의 부가 데이터 및 ATSC 데이터는 TCM 부호기에서 부호화된다.
여기서, 상기 TCM 부호기는 도 7b에 도시한 바와 같이 기존의 프리코더가 변형된 것으로서 입력비트(d1)를 받아 바이패스(bypass)시켜 제 1 출력비트(①)로 출력하고 상기 입력비트(d1)를 메모리부 및 가산기를 이용하여 제 2 출력비트(②)로 출력하는 프리코더와, 상기 제 2 출력비트(②)를 반전시켜 제 3 출력비트(③)로 출력하는 인버터(inverter)와, 상기 제 1 출력비트(①) 값과 제 2 출력비트(②) 값을 비교하는 비교기와, 그리고 상기 비교기의 비교결과, 상기 제 1 출력비트(①) 값과 제 2 출력비트(②) 값이 같을 경우에는 상기 제 2 출력비트(②)를 출력하고 상기 제 1 출력비트(①) 값과 제 2 출력비트(②) 값이 다를 경우에는 상기 제 3 출력비트(③)를 출력하는 스위치로 구성된다.
또한, 상기 TCM 부호기는 상기 추가오류정정 부호기의 상기 상태전이 과정들과 상응하게 동작한다. 즉, 상기 추가오류정정 부호기와 상기 TCM 부호기는 호환성을 갖는다.
따라서 도 7b와 같은 TCM 부호기를 거친 부가 데이터와 ATSC 데이터는 도 7a와 같은 기존의 스위칭 기능이 없는 프리코더를 사용하는 경우와 달리 부가 데이터를 입력하는 경우에도 오류가 발생하지 않는다.
예를 들어, 먼저 프리코더의 메모리에 비트 0이 들어 있고 도 7a에 도시한 바와 같이 기존의 프리코더 입력 비트열이 다음과 같다고 가정하자.
101100100010111011001
여기서, 밑줄 그은 부분은 추가오류정정 부호화된 부가 데이터 구간이다. 이 비트열은 부가 데이터 구간에서는 프리코더를 통과시키지 않고 기존 ATSC 부호 구간만 프리코더를 통과시키면 다음과 같다.
110110100011011011001
이 비트열을 모두 포스트 디코더를 통과시키면 포스트 디코더의 출력은 다음과 같다.
101101110010110110 101
진한색으로 표시된 비트는 기존 ATSC 데이터 구간의 비트열에 속하는데 오류가 발생한 것이다. 즉, 상기 입력 비트열과 상기 포스트 디코더의 출력 비트열을 비교하였을 때 부가 데이터 구간(밑줄친 부분의 비트)을 제외한 기존 ATSC 데이터 구간에서 상기 포스트 디코더의 출력 비트열 중 진한색으로 표시된 비트가 다르다는 것을 알 수 있다.
그러나 상기 입력 비트열이 도 7b의 변형된 프리코더를 통과하면 다음과 같다.
110110100011011011110
이 비트열을 모두 포스트 디코더를 통과시키면 포스트 디코더의 출력은 다음과 같다.
101101110010110110001
따라서 상기 변형된 프리코더를 통과한 후 포스트 디코더를 통과시킨 포스트디코더의 출력은 기존 ATSC 데이터 구간 부분에서 상기 입력 비트열과 동일하다. 즉, 기존 ATSC 데이터 구간의 비트열 오류는 발생하지 않게 된다.
지금까지 설명한것은 추가오류정정 부호기와 TCM부호기와의 관계에따라 일실시예를 설명한것으로 이러한 프리코더의 경유여부는 추가오류정정 부호기의 종류에따라 선택될 수 있다. 따라서 또다른 추가오류정정 부호기는 기존의 TCM부호기를 그대로 사용할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 디지털 통신 시스템의 수신부를 나타낸 도면이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 도 5의 송신부로부터의 부가 데이터 및 ATSC 데이터를 수신하여 튜닝하는 RF 튜너가 있다.
그리고, 상기 RF 튜너로부터의 상기 ATSC 데이터 및 부가 데이터는 VSB 복조기를 거쳐 TCM 복호기에서 디코딩되어 소프트 신호 형태로 출력된다.
여기서, 추가오류정정 부호기의 성능을 최대한 발휘하기 위해서는 내부부호의 복호기에서 소프트 출력을 만들어 주어야 한다. 트렐리스 부호화된 입력열에 대하여 소프트 출력을 만들어내는 알고리즘으로는 SOVA(Soft Output Viterbi Algorithm)와 MAP(Maximum A Posteriori) 알고리즘이 있는데 심벌 오류의 관점에서는 MAP 알고리즘이 더 우수한 성능을 가진다. 그러나 최적의 MAP 알고리즘은 익스포넨셜(exponential) 도메인에서 확률을 계산하고, 채널의 잡음 분산을 추정해야 하는 단점이 있다.
그러나, 성능저하가 크지 않으면서 확률을 로그도메인에서 계산하고, 잡음분산의 추정이 필요 없는 MAP 알고리즘으로 SSA(Suboptimum Soft output Algorithm)가 있다.
따라서 복호 알고리즘으로 SSA 알고리즘을 사용하면 부호기의 입력 비트 d1,d0에 대해서 아래의 수학식1과 같은 네 개의 소프트 출력을 생성한다.
SSA 복호기가 만들어 내는 소프트 출력은 복호 후에 얻어지는 d1d0의 네 가지 조합에 대한 확률값에 대한 측정이다. 외부부호로 길쌈부호를 사용하는 경우에는 이러한 소프트 출력을 바로 브랜치 메트릭(branch metric)으로 사용하게 된다.
이어, 상기 TCM 복호기로부터의 상기 소프트 신호 형태의 ATSC 데이터 및 부가 데이터는 디인터리버에서 디인터리빙(deinterleaving)된다.
이때, 상기 디인터리버로부터의 ATSC 데이터는 수신부에서 랜덤마이저에서 랜덤하게 되었기 때문에 디랜덤마이저를 거치게 되고, 상기 디랜덤마이저는 하드(hard) 신호 형태를 필요로 하기 때문에 상기 디인터리버로부터 소프트 출력된 상기 ATSC 데이터를 하드 디시젼(hard decision) 해야한다.
그러나, 상기 디인터리버로부터의 부가 데이터는 디랜덤마이저를 거치지 않기 때문에 하드 디시젼 과정을 필요로 하지 않는다.
따라서, 상기 디인터리버로부터의 상기 ATSC 데이터는 하드 디시젼(hard decision)하는 리미터(limiter), RS 복호기, 디랜덤마이저를 거친다.
그러나, 상기 디인터리버로부터의 상기 부가 데이터는 하드 디시젼 과정 없이 패러티(parity) 제거를 위해 RS 패러티 제거부를 거쳐 오류정정을 위해 상기 추가오류정정정 복호부를 거치게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 디지털 통신 시스템은 TCM부호 외부에 TCM 부호기의 매핑(mapping)과 호환이 가능한 상태 전이도를 갖는 추가오류정정 부호기를 추가함으로써 낮은 신호대잡음비에서 신뢰성 높은 데이터를 전송하기 때문에 시스템의 성능을 향상시킨다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
Claims (9)
- 부가 데이터의 오류를 정정하기 위하여, 상기 부가 데이터 상에 상태전이 과정들을 수행하는 추가오류정정 부호기, 상기 부가 데이터와 ATSC 데이터를 먹싱(muxing)하는 먹스(MUX), 상기 추가 오류정정 부호기의 상기 상태전이 과정들과 상응하게 동작하고 상기 ATSC 데이터 및 부가 데이터를 부호화하는 TCM 부호기, 그리고 상기 TCM 부호기로부터의 상기 ATSC 데이터 및 부가 데이터를 RF(radio frequency) 변환하여 수신부를 향해 전송하는 신호 송신부로 구성되는 송신부와;상기 신호 송신부로부터 부가 데이터 및 ATSC 데이터를 수신하여 튜닝하는 제 1 수신부, 상기 ATSC 데이터 및 부가 데이터를 디코딩하여 소프트 신호를 출력하는 TCM 복호기, 상기 TCM 복호기로부터의 상기 소프트 신호 형태의 ATSC 데이터를 하드 디시젼(hard decision)하는 제 2 수신부, 그리고 오류정정을 위해 상기 TCM 복호기로부터의 상기 소프트 신호 형태의 부가 데이터를 처리하는 추가오류정정정 복호부로 구성되는 수신부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 먹스와 상기 TCM 부호기 사이에 랜덤마이저(randomizer), RS 부호기, 인터리버(interleaver)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 통신 시스템.
- 제 2 항에 있어서,상기 랜덤마이저는 상기 부가 데이터는 바이패스(bypass)시키고, 상기 ATSC 데이터는 프로세싱하는 것을 특징으로 하는 디지털 통신 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 TCM 부호기와, 상기 신호 전송부 사이에 VSB 변조기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 통신 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 수신부는 리미터(limiter), RS 복호기(reed solomon decoder), 디랜덤마이저(deramdomizer)로 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 통신 시스템.
- 부가 데이터의 오류정정을 위한 추가오류정정 부호기와;상기 부가 데이터 및 ATSC 신호를 먹싱(muxing)하는 먹스(MUX)와;상기 부가 데이터는 바이패스시키고, 상기 ATSC 데이터를 랜덤(random)하도록 하는 랜덤마이저(randomizer)와;상기 부가 데이터 및 ATSC 데이터에 패러티(parity)를 첨가하는 RS 부호기와;상기 RS 부호기로부터의 부가 데이터 및 ATSC 데이터를인터리빙(interleaving)하는 인터리버(interleaver)와;상기 인터리버에서로부터의 부가 데이터는 바이패스시키고, ATSC 데이터는 부호화하는 TCM 부호기와;상기 TCM 부호기로부터의 부가 데이터 및 ATSC 데이터를 변조하는 VSB 변조기와; 그리고상기 VSB 변조기로부터의 RF(radio frequency) 변환하는 RF 변환기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 통신 시스템.
- 제 6 항에 있어서,상기 TCM 부호기는입력비트를 받아 바이패스(bypass)시켜 제 1 출력비트로 출력하고, 상기 입력비트를 메모리부 및 가산기를 이용하여 제 2 출력비트로 출력하는 프리코더;상기 제 2 출력비트를 반전시켜 제 3 출력비트로 출력하는 인버터(inverter);상기 제 1, 제 2 출력비트 값을 비교하는 비교기; 그리고상기 비교기의 비교결과, 상기 제 1 출력비트 값과 제 2 출력비트 값이 같을 경우에는 상기 제 2 출력비트를 출력하고, 상기 제 1 출력비트 값과 제 2 출력비트 값이 다를 경우에는 상기 제 3 출력비트를 출력하는 스위치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 통신 시스템.
- 신호 송신부로부터 ATSC 데이터 및 부가 데이터를 수신하여 튜닝하는 RF 튜너;상기 ATSC 데이터 및 부가 데이터를 복조하는 VSB 복조기;상기 복조된 데이터 중 부가 데이터는 바이패스시키고, 상기 ATSC 데이터는 디코딩하여 소프트 출력(soft output)하는 TCM 복호기;상기 부가 데이터 및 ATSC 데이터를 디인터리빙하는 디인터리버;상기 소프트 출력된 ATSC 데이터를 하드 디시젼(hard decision)하는 리미터(limiter);상기 하드 출력된 ATSC 데이터를 복호하는 RS 복호기;상기 RS 복호기를 거친 ATSC 데이터를 디랜덤하게 만드는 디랜덤마이저;그리고,상기 소프트 출력된 부가 데이터를 오류정정 하는 추가오류정정정 복호부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 통신 시스템.
- 제 8 항에 있어서,상기 부가 데이터의 패러티(parity)를 제거하기 위해 상기 디인터리버와 추가오류정정 복호부 사이에 RS 패러티 제거부가 있는 것을 특징으로 하는 디지털 통신 시스템.
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