人臉識別技術繼指紋識別、虹膜識別以及聲音識別等生物識別技術之后，以其獨特的方便、經(jīng)濟及準確性而越來越受到世人的矚目。作為人臉識別系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)—人臉檢測，隨著研究的深入和應用的擴大，在視頻會議、圖像檢索、出入口控制以及智能人機交互等領域有著重要的應用前景，發(fā)展速度異常迅猛。 FPGA的制造技術不斷發(fā)展，它的功能、應用和可靠性逐漸增加，在各個行業(yè)也顯現(xiàn)出自身的優(yōu)勢。FPGA允許用戶根據(jù)自己的需要來建立自己的模塊，為用戶的升級和改進留下廣闊的空間。并且速度更高，密度也更大，其設計方法的靈活性降低了整個系統(tǒng)的開發(fā)成本，F(xiàn)PGA 設計成為電子自動化設計行業(yè)不可缺少的方法。 本文從人臉檢測算法入手，總結基于FPGA上的嵌入式系統(tǒng)設計方法，使用IBM的Coreconnect掛接自定義模塊技術。經(jīng)過訓練分類器、定點化、以及硬件加速等方法后，能夠使人臉檢測系統(tǒng)在基于Xilinx的Virtex II Pro開發(fā)板上平臺上，達到實時的檢測效果。本文工作和成果可以具體描述如下： 1. 算法分析：對于人臉檢測算法，首先確保的是檢測率的準確性程度。本文所采用的是基于Paul Viola和Michael J.Jones提出的一種基于Adaboost算法的人臉檢測方法。算法中較多的是積分圖的特征值計算，這便于進一步的硬件設計。同時對檢測算法進行耗時分析確定運行速度的瓶頸。 2. 軟硬件功能劃分：這一步考慮市場可以提供的資源狀況，又要考慮系統(tǒng)成本、開發(fā)時間等諸多因素。Xilinx公司提供的Virtex II Pro開發(fā)板，在上面有可以供利用的Power PC處理器、可擴展的存儲器、I/O接口、總線及數(shù)據(jù)通道等，通過分析可以對算法進行細致的劃分，實現(xiàn)需要加速的模塊。 3. 定點化：在Adaboost算法中，需要進行大量的浮點計算。這里采用的方法是直接對數(shù)據(jù)位進行操作它提取指數(shù)和尾數(shù)，然后對尾數(shù)執(zhí)行移位操作。 4. 改進檢測用的級聯(lián)分類器的訓練，提出可以迅速提高分類能力、特征數(shù)量大大減小的一種訓練方法。 5. 最后對系統(tǒng)的整體進行了驗證。實驗表明，在視頻輸入輸出接入的同時，人臉檢測能夠達到17fps的檢測速度，并且獲得了很好的檢測率以及較低的誤檢率。
標簽： FPGA 人臉檢測 系統(tǒng)設計
上傳時間： 2013-04-24
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軟件無線電DDC(數(shù)字下變頻)系統(tǒng)作為前端ADC與后端通用DSP器件之間的橋梁，通過降低數(shù)據(jù)流的速率，把低速數(shù)據(jù)送給后端通用DSP器件進行處理，其性能的優(yōu)劣將對整個軟件無線電系統(tǒng)的穩(wěn)定性產生直接影響。采用專用DDC芯片完成數(shù)字下變頻，雖然具有抽取比大、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，但價格昂貴，靈活性不強，不能充分體現(xiàn)軟件無線電的優(yōu)勢。FPGA工藝發(fā)展迅速，處理能力大大增強，相對于ASIC、DSP來說具有吞吐量高、開發(fā)周期短、可實現(xiàn)在線重構等諸多優(yōu)勢。正因為這些優(yōu)點，使得FPGA在軟件無線電的研究和開發(fā)中起著越來越重要的作用。 本次設計的目標是在一塊FPGA芯片上實現(xiàn)單通道數(shù)字下變頻系統(tǒng)。現(xiàn)階段主要對軟件無線電數(shù)字下變頻器的FPGA實現(xiàn)方法進行了研究分析，重點完成了其主要模塊的設計和仿真以及初步的系統(tǒng)級驗證。 論文首先對軟件無線電數(shù)字下變頻的國內外現(xiàn)狀進行了分析，然后對FPGA實現(xiàn)數(shù)字下變頻設計的優(yōu)勢作了闡述。在對軟件無線電理論基礎、數(shù)字信號處理的相關知識深入研究的基礎上重點研究軟件無線電數(shù)字下變頻技術。對數(shù)字下變頻的NCO、混頻、CIC、HB、FIR模塊的實現(xiàn)方法進行深入研究，在：MATLAB中設定整體系統(tǒng)方案、完成模塊劃分和接口定義，并對部分模塊建立數(shù)學模型并仿真、對模塊的性能進行優(yōu)化。從數(shù)字下變頻的系統(tǒng)層次上考慮了各模塊彼此問的性能制約，從而選擇合理配置、優(yōu)化系統(tǒng)結構以獲得模塊間的性能均衡和系統(tǒng)性能的最優(yōu)化。最后通過使用編寫'Verilog程序和調用部分lP Core相結合的方法完成數(shù)字下變頻各個模塊的設計并完成仿真和調試。結果表明設計的思想和結構是正確的，在下一步工作中主要完成系統(tǒng)的板級調試。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著計算機科學和視頻技術的廣泛發(fā)展,數(shù)字圖像采集在電子通信與信息處理領域得到了廣泛的應用,例如廣播電視的數(shù)字化、網(wǎng)絡視頻、監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)等. 視頻圖像采集卡作為計算機視頻應用的前端設備,承擔著模擬視頻信號向數(shù)字視頻信號轉換的任務,在多媒體時代占據(jù)著重要的位置.設計一種功能靈活,使用方便,便于嵌入到系統(tǒng)中的視頻信號采集電路具有重要的實用意義. 本文首先介紹數(shù)字圖像采集系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景,提出了本次設計的目標: 完成基于PCI總線的高分辨率圖像采集卡設計.然后簡單介紹了本次設計用到的基本理論:數(shù)據(jù)采集理論,特別說明了采樣和量化的定義與區(qū)別,以及量化的幾種方式和量化與AD技術之間的關系. 圖像采集系統(tǒng)的基本構成,是以數(shù)字信號處理器為核心,控制外圍的A/D、D/A轉換器和外圍存儲器.本文對比了當下流行的DSP芯片和IFPGA芯片作為數(shù)字處理核心的優(yōu)缺點,并根據(jù)系統(tǒng)實際需要,選用FPGA作為數(shù)字信號處理器.然后列舉了幾款常用A/D視頻芯片,還介紹了SDRAM控制的基本流程,最后提出了系統(tǒng)的整體設計方案. 圖像采集卡的硬件設計分為A/D前端模擬通道設計和FPGA數(shù)字信號傳輸及外圍電路設計.本文重點介紹了A/D芯片外圍電路連接和使用方法,對PCI總線和它的控制電路也做了詳細闡述.對圖像采集卡的PCB布局布線也有詳細說明. 圖像采集卡FPGA內部程序構成也是本文的一個重點.本次的程序設計主要分為數(shù)據(jù)采集模塊,即與A/D接口模塊,數(shù)據(jù)暫存模塊,即SDRAM讀寫控制模塊,數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊,即PCI控制模塊.重點在于對的SDRAM的連續(xù)讀寫控制和各個模塊間的協(xié)調工作.說明了.A/D采集數(shù)據(jù)從接收到存儲詳細過程,以及對SDRAM讀寫狀態(tài)機和PCI總線的操控. 最后介紹了硬件調試和FPGA程序驗證結果.詳細說明了以Modelsim為平臺的前端功能仿真和后端時序仿真,以及以SignalTapⅡ為平臺,程序下載到FPGA中進行的實時驗證.結果表明整個圖像采集系統(tǒng)基本達到了系統(tǒng)設計中所給出的性能指標,證明了整個系統(tǒng)設計的正確性和合理性.
上傳時間： 2013-04-24
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數(shù)字存儲示波器（DSO）上世紀八十年代開始出現(xiàn)，由于當時它的帶寬和分辨率較低，實時性較差，沒有具備模擬示波器的某些特點，因此并沒有受到人們的重視。隨著數(shù)字電路、大規(guī)模集成電路及微處理器技術的發(fā)展，尤其是高速模/數(shù)（A/D）轉換器及半導體存儲器（RAM）的發(fā)展，數(shù)字存儲示波器的采樣速率和實時性能得到了很大的提高，在工程測量中，越來越多的工程師用DSO來替代模擬示波器。 本文介紹了一款雙通道采樣速率達1GHz，分辨率為8Bits，實時帶寬為200MHz數(shù)字存儲示波器的研制。通過對具體功能和技術指標的分析，提出了FPGA＋ARM架構的技術方案。然后，本文分模塊詳細敘述了整機系統(tǒng)中部分模塊，包括前端高速A/D轉換器和FPGA的硬件模塊設計，數(shù)據(jù)處理模塊軟件的設計，以及DSO的GPIB擴展接口邏輯模塊的設計。 本文在分析了傳統(tǒng)DSO架構的基礎上，提出了本系統(tǒng)的設計思想和實現(xiàn)方案。在高速A/D選擇上，國家半導體公司2005年推出的雙通道采樣速率達500MHz高速A/D轉換器芯片ADC08D500，利用其雙邊沿采樣模式（DES）實現(xiàn)對單通道1GHz的采樣速率，并且用Xilinx公司Spraten-3E系列FPGA作為數(shù)據(jù)緩沖單元和存儲單元，提高了系統(tǒng)的集成度和穩(wěn)定性。其中，F(xiàn)PGA緩沖單元完成對不同時基情況下多通道數(shù)據(jù)的抽取，處理單元完成對數(shù)據(jù)正弦內插的計算，而DSO中其余數(shù)據(jù)處理功能包括數(shù)字濾波和FFT設計在后端的ARM內完成。DSO中常用的GPIB接口放在FPGA內集成，不僅充分利用了FPGA內豐富的邏輯資源，而且降低了整機成本，也減少了電路規(guī)模。 最后，利用ChipscopePro工具對采樣系統(tǒng)進行調試，并分析了數(shù)據(jù)中的壞數(shù)據(jù)產生的原因，提出了解決方案, 并給出了FPGA接收高速A/D的正確數(shù)據(jù)。
標簽： FPGA 高速實時數(shù) 字存儲 示波器
上傳時間： 2013-07-07
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數(shù)字射頻存儲器(Digital Radio FreqlJencyr：Memory DRFM)具有對射頻信號和微波信號的存儲、處理及傳輸能力，已成為現(xiàn)代雷達系統(tǒng)的重要部件。現(xiàn)代雷達普遍采用了諸如脈沖壓縮、相位編碼等更為復雜的信號處理技術，DRFM由于具有處理這些相干波形的能力，被越來越廣泛地應用于電子對抗領域作為射頻頻率源。目前，國內外對DRFM技術的研究還處于起步階段，DRFM部件在采樣率、采樣精度及存儲容量等方面，還不能滿足現(xiàn)代雷達信號處理的要求。 本文介紹了DRFM的量化類型、基本組成及其工作原理，在現(xiàn)有的研究基礎上提出了一種便于工程實現(xiàn)的設計方法，給出了基于現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array FPGA)實現(xiàn)的幅度量化DRFM設計方案。本方案的采樣率為1 GHz、采樣精度12位，具體實現(xiàn)是采用4個采樣率為250 MHz的ADC并行交替等效時間采樣以達到1 GHz的采樣率。單通道內采用數(shù)字正交采樣技術進行相干檢波，用于保存信號復包絡的所有信息。利用FPGA器件實現(xiàn)DRFM的控制器和多路采樣數(shù)據(jù)緩沖器，采用硬件描述語言(Very High Speed}lardware Description Language VHDL)實現(xiàn)了DRFM電路的FPGA設計和功能仿真、時序分析。方案中采用了大量的低壓差分信號(Low Voltage Differential Signaling LVDS)邏輯的芯片，從而大大降低了系統(tǒng)的功耗，提高了系統(tǒng)工作的可靠性。本文最后對采用的數(shù)字信號處理算法進行了仿真，仿真結果證明了設計方案的可行性。 本文提出的基于FPGA的多通道DRFM系統(tǒng)與基于專用FIFO存儲器的DRFM相比，具有更高的性能指標和優(yōu)越性。
上傳時間： 2013-06-01
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本文主要對數(shù)字下變頻器的FPGA實現(xiàn)方法進行了研究分析，重點完成了其主要模塊的設計驗證，最后進行了初步的系統(tǒng)級驗證。目標任務是利用FPGA實現(xiàn)一個單通道專用數(shù)字下變頻芯片，以目前得到廣泛應用的、代表單通道DDC器件領先水平的產品——美國Intersil公司的HSP50214B為設計目標，在整體結構和一些參數(shù)上參考了該芯片的設計。 本文在深入學習軟件無線電理論基礎、數(shù)字信號處理的相關等相關知識的基礎上，分析研究了基于FPGA的軟件無線電數(shù)字下變頻技術實現(xiàn)方法，設計實現(xiàn)的主要工作是設定整體系統(tǒng)方案、進行模塊劃分和接口定義；對各個設計中主要的相關算法進行分析比較，確定模塊的實現(xiàn)方式；運用FPGA的設計方法，完成數(shù)字下變頻器中NCO、CIC積分梳狀濾波抽取器和FIR濾波器等關鍵模塊分析設計、及其仿真等；最后在Altera公司的StratixII EP2S60的專用開發(fā)板上進行系統(tǒng)的初步調試與測試。由于系統(tǒng)的復雜性、時間和個人精力等因素，本文完成了模塊的邏輯設計及仿真驗證，系統(tǒng)總體的整合、仿真驗證還未徹底完成。但是已經(jīng)得到驗證結果表明，此次的設計結構和思想是正確的，本人下一步需要做的工作就是完成系統(tǒng)整體的仿真和驗證，并將其功能加以完善。
標簽： FPGA 數(shù)字下變頻
上傳時間： 2013-04-24
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軟件無線電是無線通信領域繼固定到移動、模擬到數(shù)字之后的第三次革命，是目前乃至未來的無線電領域的技術發(fā)展方向，它在提高系統(tǒng)靈活性上有無可比擬的優(yōu)勢，是實現(xiàn)未來無線通信系統(tǒng)的有效手段。擴頻通信具有卓越的抗干擾和保密性能。擴頻通信相對于傳統(tǒng)的窄帶通信，在頻譜利用率上也有明顯的優(yōu)勢，是未來無線通信系統(tǒng)中的關鍵技術，直接序列擴頻則是其中在民用領域使用最多的一種擴頻技術。FPGA在分布式計算、并行處理、流水線結構上有獨特的優(yōu)勢，自然成為設計擴頻軟件無線電系統(tǒng)的首選技術之一。 首先介紹了軟件無線電的理論基礎，并分析了它的硬件結構和技術關鍵。軟件無線電的關鍵思路在于構建一個通用的強大的硬件平臺，這也正是本課題的主要工作之一。而后，重點介紹了直序擴頻的理論基礎。對于發(fā)射機，其中最關鍵的是尋找一種相關特性卓越的偽隨機序列，本課題主要對m序列、OVSF碼和Gold碼進行了深入研究。最后，詳述了基于DDFS的數(shù)字調制技術和FPGA技術。 基于以上理論基礎研究，根據(jù)軟件無線電硬件結構，開發(fā)了基于Altera公司Cyclone系列FPGA的硬件平臺。該平臺具有210Mbps的高速DAC，并配有串口、USB接口、音頻CODEC輸入輸出通道、以及LVDS擴展口和SDRAM，考慮到通用性，設計中加入了足以開發(fā)出接收機的兩路40Mbps的高速ADC。FPGA的代碼開發(fā)也是核心內容，本課題編寫了大量相應的代碼，包括加擴模塊（含偽隨機序列發(fā)生器）、基于DDFS的數(shù)字調制模塊以及串口通信模塊、LCD驅動模塊，SDRAM Controller、ADC驅動模塊，并編寫了相應的測試代碼。整個系統(tǒng)測試通過。關于硬件平臺設計和代碼開發(fā)，在本文第三章和第四章詳細介紹。 總體說來，本課題基于現(xiàn)有的理論發(fā)展，在充分理解相關理論的前提下，將主要經(jīng)歷集中于具體應用的研究與開發(fā)，并取得了一定的成果。
上傳時間： 2013-06-27
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隨著數(shù)字圖像處理的應用領域不斷擴大，實時處理技術成為研究的熱點。VLSI技術的迅猛發(fā)展為數(shù)字圖像實時處理技術提供了硬件基礎。其中FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)的特點使其在圖像采集和處理方面的應用顯得更加經(jīng)濟、靈活、方便。 本文設計了一種以FPGA為工作核心，并實現(xiàn)了PCI接口的圖像采集壓縮系統(tǒng)。整個系統(tǒng)采用了自頂向下的設計方案，先把系統(tǒng)分成了三大塊，即圖像采集、PCI接口和圖像壓縮，然后分別設計各個大模塊中的子模塊。 首先，利用FPGA對專用視頻轉換器SAA7111A進行控制，因為SAA7111A是采用IC總線模塊，從而完成了對SAA7111A的控制，并通過設計圖像采集模塊、讀/寫數(shù)據(jù)模塊、總線管理模塊等，實現(xiàn)把標準的模擬視頻信號轉換成數(shù)字視頻信號并采集的功能。 其次，在了解PCI規(guī)范的前提下，深入地分析了PCI時序和地址配置空間等，設計了簡化邏輯的狀態(tài)機，并用VHDL硬件描述語言設計了程序，完成了簡化邏輯的PCI接口設計在FPGA芯片內部的實現(xiàn)，達到了一33MHz、32位數(shù)據(jù)寬度、支持猝發(fā)傳輸?shù)腜CI從設備模塊的接口功能，與傳統(tǒng)的使用PCI專用接口芯片來實現(xiàn)的PCI接口比較來看，更加節(jié)約了系統(tǒng)的邏輯資源，降低了成本，增加了設計的靈活性。 再次，設計了WINDOWS下對PCI接口的驅動程序。驅動程序可以選擇不同的方法來完成，當然每個方法都有自己的特點，對幾種主要設計驅動程序的方法作以比較之后，本文選擇了使用DRIVER WORKS工具來完成。通過對配置空間的設計、系統(tǒng)端口和內存映射的設計、中斷服務的設計等，用VC++語言編寫了驅動程序。 最后，考慮到增加系統(tǒng)的實用性和完備性，還填加設計了圖像的壓縮部分。這部分需要完成的工作是在上述系統(tǒng)完成后，再額外地把采集來的視頻數(shù)據(jù)通過另一路數(shù)據(jù)通道按照一定的格式壓縮后存儲到硬盤中。本系統(tǒng)中，這部分設計是利用Altera公司提供的IP核來完成壓縮的，同時還用VHDL語言在FPGA上設計了IDE硬盤接口，使壓縮后的數(shù)據(jù)存儲到硬盤中。
上傳時間： 2013-06-01
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FPGA是一種可通過用戶編程來實現(xiàn)各種數(shù)字電路的集成電路器件。用FPGA設計數(shù)字系統(tǒng)有設計靈活、低成本，低風險、面市時間短等好處。本課題在結合國際上FPGA器件方面的各種研究成果基礎上，對FPGA器件結構進行了深入的探討，重點對FPGA的互連結構進行了分析與優(yōu)化。FPGA器件速度和面積上相對于ASIC電路的不足很大程度上是由可編程布線結構造成的，F(xiàn)PGA一般用大量的可編程傳輸管開關和通用互連線段實現(xiàn)門器件的連接，而全定制電路中僅用簡單的金屬線實現(xiàn)，傳輸管開關帶來很大的電阻和電容參數(shù)，因而速度要慢于后者。這也說明，通過優(yōu)化可編程連接方式和布線結構，可大大改善電路的性能。本文研究了基于SRAM編程技術的FPGA器件中邏輯模塊、互連資源等對FPGA性能和面積的影響。論文中在介紹FPGA器件的體系構架后，首先對開關矩陣進行了研究，結合Wilton開關矩陣和Disioint開關矩陣的特點，得到一個連接更加靈活的開關矩陣，提高了FPGA器件的可布線性，接著本課題中又對通用互連線長度、通用互連線間的連接方式和布線通道的寬度等進行了探討，并針對本課題中的FPGA器件，得出了一套適合于中小規(guī)模邏輯器件的通用互連資源結構，仿真顯示新的互連方案有較好的速度和面積性能，在互連資源的面積和性能上達到一個很好的折中。 接下來課題中對FPGA電路的可編程邏輯資源進行了研究，得到了一種邏輯規(guī)模適中的粗粒度邏輯塊簇，該邏輯塊簇采用類似Xilinx 公司的FPGA產品的LUT加觸發(fā)器結構，使邏輯塊簇內部基本邏輯單元的聯(lián)系更加緊密，提高了邏輯資源的功能和利用率。隨后我們還研究了IO模塊數(shù)目的確定和分布式SRAM結構中編程電路結構的設計，并簡單介紹了SRAM單元的晶體管級設計原理。最后，在對FPGA構架研究基礎上，完成了一款FPGA電路的設計并設計了相應的電路測試方案，該課題結合CETC58研究所的一個重要項目進行，目前已成功通過CSMC0.6μm 2P2M工藝成功流片，測試結果顯示其完全達到了預期的性能。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著我國信息化發(fā)展進程加快，信息化覆蓋面擴大，信息安全問題也就隨之增多，其影響和后果也更加廣泛和嚴重。同時，信息安全及其對經(jīng)濟發(fā)展、國家安全和社會穩(wěn)定的重大影響，正日益突出地顯現(xiàn)出來，受到越來越多的關注。在和平年代，通過對信息載體進行大規(guī)模的物理破壞，從而達到危害信息安全的目的，在一定程度上是行不通的。然而，在信息安全的角力上，破壞者從來都沒有放棄過，他們把目標對準了信息載體中的數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)的易失性，計算機數(shù)據(jù)成為信息安全中的最大隱患，同時也是破壞信息安全的一個突破口。 本文提出研制硬盤加密卡的主要目的是為了防止對計算機數(shù)據(jù)的竊取，保護硬盤中的數(shù)據(jù)。破壞者在得到硬盤后，也不能夠得到硬盤中的數(shù)據(jù)，從而達到保護信息安全的目的。加密卡提供兩個符合ATA-6標準的接口，串接在主板IDE接口和硬盤之間。存儲在硬盤上的數(shù)據(jù)，是經(jīng)過加密以后的加密數(shù)據(jù)；從硬盤上讀出的數(shù)據(jù)，必須經(jīng)過該卡的解密才可被正常使用，否則只是一堆亂碼。加密卡采用FPGA技術實現(xiàn)IDE接口和加密算法，以減小加解密帶來的速度上的影響。 論文的工作重點主要有以下幾個方面的內容：FPGA及VHDL語言的研究，ATA協(xié)議標準研究及IDE接口的FPGA實現(xiàn)。論文對ATA協(xié)議做了細致的研究，分析了硬盤接口的工作機制以及主機與硬盤之間的通信協(xié)議，并在此基礎上，重點研究了用FPGA的編程功能來實現(xiàn)一個計算機硬件底層接口協(xié)議的方法，詳細介紹了芯片的內部框圖及FPGA的軟件流程圖，提出了在實現(xiàn)過程中應注意的要點，最終用FPGA構建了一個雙向IDE硬盤通道，實現(xiàn)了兩套符合ATA-6規(guī)范的IDE接口。
上傳時間： 2013-08-02
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