TWI413101B - 增進亮度一致性的控制方法及相關亮度校正控制器與顯示裝置 - Google Patents
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Description
本發明係指一種增進亮度一致性的控制方法及相關亮度校正控制器與顯示裝置，尤指一種利用有限的亮度查找表，可使所有畫素都得到亮度校正的控制方法及相關亮度校正控制器與顯示裝置。
隨著視訊科技的不斷發展，消費者對顯示裝置的品質要求不斷提高。一般而言，衡量一個顯示裝置的品質有數個面向，比如說，顯示裝置必須穩定可靠，畫質清晰。其中，為提高畫質清晰度，顯示裝置必須具備高解析度及良好的色彩品質，此外還必須對畫面亮度的均勻性(或稱為亮度的一致性)儘量做到盡善盡美。若以液晶顯示裝置為例，由於背光裝置的亮度分布不夠均勻，以及用來驅動畫素的電壓值及畫素中液晶光學特性的差異，致使一般液晶顯示裝置的亮度表現無法達到良好的一致性，因此需要藉由其他方法補償，使亮度能夠均勻。從一般消費者的角度而言，若以肉眼仔細觀察一個未經亮度校正的液晶顯示裝置，便可發現液晶顯示裝置中不同的顯示區域之間的亮度表現常不盡相同，若進一步以光度計加以量測，則可發現不同畫素於表現相同灰階資料時，其亮度值常有不小的差別。其中，在畫面的中間區域及邊緣區域，亮度的差別尤其明顯。為使顯示裝置的亮度均勻性能夠達到一定的標準，首先必須於顯示裝置的產品設計階段，加入可供亮度校正的電路及功能，並於顯示裝置的生產過程中加入嚴謹的亮度校正程序。最後，當顯示裝置於正常模式操作時，顯示裝置能夠對輸入的影像資料進行亮度校正(或稱為亮度補償)，使畫面中所有畫素的亮度均勻性能夠符合高畫質的標準。
亮度校正的目的在於使顯示裝置之任意兩個畫素的輸入灰階值為相同時，兩個畫素所輸出的亮度值也儘可能地相同。但是由於種種因素，一個未經亮度校正的顯示裝置的任意兩畫素之間，其於輸入灰階值相同時所輸出的亮度通常不會相等，甚至有很大的誤差，因此必須經過一亮度校正的程序，以提高亮度的均勻性。亮度校正的做法在於對所輸入的灰階值進行調整，產生一新的灰階值，使兩個畫素所輸入的灰階值為相同時，其所輸出的亮度也儘可能相同。而新的灰階值與原輸入的灰階值之間的差距，稱為亮度校正值δE。一般而言，由於畫面之中的畫素總數相當驚人，若要進行畫素與畫素之間的亮度校正，則完成一顯示裝置所需的校正時間將會相當漫長，一般需要數小時至數十小時不等，時間成本非常可觀。同時，完成亮度校正後，顯示裝置必須存有對應於所有畫素之所有灰階的亮度校正值δE，因此所需之記憶空間較大，而需使用一外部的動態隨取記憶體(dynamic RAM)，成本也較高。
因此，本發明的主要目的即在於提供一種用來增進亮度一致性的控制方法及相關亮度校正控制器與顯示裝置。
本發明揭露一種增進一顯示裝置之亮度一致性的控制方法，該顯示裝置之一面板包含有複數個取樣畫素，每一取樣畫素對應於該面板之一取樣座標值，該控制方法包含有接收一輸入畫素；根據該輸入畫素對應於該面板之一座標值及該複數個取樣畫素之複數個取樣座標值，判斷該輸入畫素之複數個相鄰取樣畫素；取得該複數個相鄰取樣畫素之複數個亮度查找表，每一亮度查找表包含一相鄰取樣畫素之複數個亮度校正值；根據該輸入畫素所對應之一灰階值，分別於該複數個亮度查找表之每一亮度查找表中取得對應於該灰階值之一特定亮度校正值；以及根據該輸入畫素所對應之該座標值、該複數個相鄰取樣畫素之取樣座標值及該複數個特定亮度校正值，計算該輸入畫素之一亮度校正值。
本發明另揭露一種增進一顯示裝置之亮度一致性的亮度校正控制器，該顯示裝置之一面板包含有複數個取樣畫素，每一取樣畫素對應於該面板之一取樣座標值，該亮度校正控制器包含有一接收端，用來接收一輸入畫素；一相鄰取樣畫素判斷單元，用來根據該輸入畫素對應於該面板之一座標值及該複數個取樣畫素之複數個取樣座標值，判斷該輸入畫素之複數個相鄰取樣畫素；一查找表讀取單元，用來取得該複數個相鄰取樣畫素之複數個亮度查找表，每一亮度查找表包含一相鄰取樣畫素之複數個亮度校正值；一校正值讀取單元，用來根據該輸入畫素所對應之一灰階值，分別於該複數個亮度查找表之每一亮度查找表中取得對應於該灰階值之一特定亮度校正值；以及一補償計算單元，用來根據該輸入畫素所對應之該座標值、該複數個相鄰取樣畫素之取樣座標值及該複數個特定亮度校正值，計算該輸入畫素之一亮度校正值。
本發明另揭露一種增進亮度一致性之顯示裝置，包含有一面板，包含有複數個取樣畫素，每一取樣畫素對應於該面板之一取樣座標值；一影像接收單元，用以接收複數個輸入畫素；以及一亮度校正控制器，包含有一相鄰取樣畫素判斷單元，用來根據該複數個輸入畫素之一輸入畫素對應於該面板之一座標值及該複數個取樣畫素之複數個取樣座標值，判斷該輸入畫素之複數個相鄰取樣畫素；一查找表讀取單元，用來取得該複數個相鄰取樣畫素之複數個亮度查找表，每一亮度查找表包含一相鄰取樣畫素之複數個亮度校正值；一校正值讀取單元，用來根據該輸入畫素所對應之一灰階值，分別於該複數個亮度查找表之每一亮度查找表中取得對應於該灰階值之一特定亮度校正值；以及一補償計算單元，用來根據該輸入畫素所對應之該座標值、該複數個相鄰取樣畫素之取樣座標值及該複數個特定亮度校正值，計算該輸入畫素之一亮度校正值。
為了減少顯示裝置的校正時間，本案發明人於中華民國專利申請案第098125483號已揭露一亮度校正方法，其係利用一轉換函數進行座標轉換，將畫素的亮度與灰階之間原有的指數關係，經由座標轉換之後，在新的座標之中轉變成為一種線性關係。如此一來，可利用線性內插法，推導出每一取樣畫素中其他未經實際量測的亮度與灰階關係，成為每一取樣畫素專屬的線性校正函數。接著，將取樣畫素的線性校正函數與基準畫素的線性校正函數比較，可判斷每一取樣畫素的每一灰階值與調整後的新灰階值之間的關係，即亮度校正值δE，並據以計算、推導出每一取樣畫素的亮度查找表(Gamma Table)。由於畫面上的取樣畫素數通常僅占畫面中總畫素數的極小比例(一般而言，總畫素數約為數百萬或數十萬，而取樣畫素數約為數千或數百)，因而可以使顯示裝置所需的校正時間大幅減少。然而，當顯示裝置於正常模式操作時，包括取樣畫素在內的所有畫素都需要進行亮度校正，因此本發明揭露如何利用每一取樣畫素的亮度查找表，對所有畫素進行亮度校正。
請參考第1圖，第1圖為根據本發明實施例之一具有亮度校正功能之顯示裝置10的架構示意圖。顯示裝置10包含有一面板PANEL、一影像接收單元100及一亮度校正控制器102。面板PANEL包含有多個顯示單元依序排列成一矩陣，且部分顯示單元被定義為取樣畫素SP_1～SP_M。影像接收單元100用來從外部影像訊號流中的影像灰階資料，接收對應於面板PANEL之所有顯示單元的輸入畫素INP_1～INP_n。亮度校正控制器202用來對所接收之輸入畫素INP_1～INP_n執行亮度校正，其包含有一查找記憶體220、一相鄰取樣畫素判斷單元222、一查找表讀取單元224、一校正值讀取單元228、一補償計算單元230及一校正輸出單元232。查找記憶體220係用來儲存對應於取樣畫素SP_1～SP_M的亮度查找表(Gamma Table)GAT_1～GAT_M，任一亮度查找表GAT_x包含有一對應取樣畫素SP_x之複數個亮度校正值，其較佳地係根據中華民國專利申請案第098125483號所取得，但不以此為限。相鄰取樣畫素判斷單元222用來根據某一輸入畫素INP_i之座標值與取樣畫素SP_1～SP_M之座標值，判斷取樣畫素SP_1～SP_M中與輸入畫素INP_i相鄰的取樣畫素SP_a、SP_b、SP_c、SP_d。查找表讀取單元224用來由查找記憶體220中讀取對應於取樣畫素SP_a、SP_b、SP_c、SP_d的亮度查找表GAT_a、GAT_b、GAT_c、GAT_d。校正值讀取單元228用來根據輸入畫素INP_i所對應之一灰階值GL_i，分別於亮度查找表GAT_a、GAT_b、GAT_c、GAT_d中取得對應於灰階值GL_i之亮度校正值δE_a、δE_b、δE_c、δE_d。補償計算單元230根據輸入畫素INP_i及取樣畫素SP_a、SP_b、SP_c、SP_d所對應之座標值及亮度校正值δE_a、δE_b、δE_c、δE_d，計算輸入畫素INP_i之亮度校正值δE_i。最後，校正輸出單元232計算灰階值GL_i及亮度校正值δE_i之和，並將結果輸出至面板PANEL。
簡單來說，當影像接收單元100接收到輸入畫素INP_i時，相鄰取樣畫素判斷單元222先判斷出與輸入畫素INP_i相鄰之取樣畫素SP_a、SP_b、SP_c、SP_d，使查找表讀取單元224可由查找記憶體220中取得對應的亮度查找表GAT_a、GAT_b、GAT_c、GAT_d。校正值讀取單元228再從亮度查找表GAT_a、GAT_b、GAT_c、GAT_d中，取得與輸入畫素INP_i之灰階值GL_i相關的亮度校正值δE_a、δE_b、δE_c、δE_d。補償計算單元230則根據輸入畫素INP_i與取樣畫素SP_a、SP_b、SP_c、SP_d之座標值及亮度校正值δE_a、δE_b、δE_c、δE_d，計算輸入畫素INP_i之亮度校正值δE_i，並透過校正輸出單元232輸出輸入畫素INP_i的校正結果(GL_i+δE_i)至面板PANEL。換句話說，亮度校正控制器102係根據輸入畫素INP_i之相鄰取樣畫素SP_a～SP_d的亮度查找表GAT_a～GAT_d，判斷輸入畫素INP_i之亮度校正值δE_i。如此一來，只要利用儲存於查找記憶體220中面板PANEL部分畫素(即取樣畫素SP_1～SP_M)的亮度查找表，即可對所有畫素進行亮度校正。
需注意的是，第1圖所示之顯示裝置10係為本發明之實施例，本領域具通常知識者當可據以做不同之修飾，而不限於此。舉例來說，與輸入畫素INP_i相鄰之取樣畫素SP_a～SP_d不限於4個，亦可以是其它數量，如6、8等。此外，補償計算單元230計算輸入畫素INP_i之亮度校正值δE_i的方法，較佳地可透過一加權和方式，亦即根據輸入畫素INP_i與取樣畫素SP_a～SP_d之座標值，判斷輸入畫素INP_i與取樣畫素SP_a～SP_d的距離，再據以計算亮度校正值δE_a、δE_b、δE_c、δE_d對應於亮度校正值δE_i的加權值，以得出亮度校正值δE_i。也就是說，當輸入畫素INP_i與某一相鄰取樣畫素的距離愈大，則該相鄰取樣畫素的亮度校正值貢獻至亮度校正值δE_i的加權值將愈小；反之，若距離愈近的話，則所對應的加權值將愈大。舉例來說，請參考第2A及2B圖，第2A及2B圖分別為輸入畫素INP_1、INP_2與取樣畫素SP_a～SP_d之位置關係之示意圖。在第2A圖中，輸入畫素INP_1位於取樣畫素SP_a～SP_d的中心位置，因此，亮度校正值δE_a～δE_d的加權值皆為0.25。而在第2B圖中，輸入畫素INP_2位於較偏向取樣畫素SP_a的位置，則根據第2B圖中所標示的距離，亮度校正值δE_a～δE_d的加權值成為0.375、0.125、0.25及0.25。
除此之外，在第1圖中，查找表讀取單元224係用來讀取查找記憶體220中所儲存的亮度查找表，而根據不同系統需求或資料量，查找記憶體220的設計亦可有其它變化。例如，若亮度查找表GAT_1～GAT_M的資料量較少，則查找記憶體220可由一內建之快閃記憶體(flash memory)實現；反之，若亮度查找表GAT_1～GAT_M的資料量較大，則可增加一外接之動態隨取記憶體(dynamic RAM)來實現查找記憶體220。除此之外，查找表讀取單元224與校正值讀取單元228之間可額外增加一快取記憶體，如靜態隨取記憶體(static RAM)，用來增加資料讀取速度。例如，若亮度查找表GAT_1～GAT_M的資料量較少，則於開機時，查找表讀取單元224可將存於查找記憶體220的亮度查找表GAT_1～GAT_M(包含GAT_a～GAT_d)，傳送到快取記憶體中。相反地，若亮度查找表GAT_1～GAT_M的數量較多，所需要的記憶體容量較大，則快取記憶體可用來暫存查找表讀取單元224所讀出的亮度查找表GAT_a、GAT_b、GAT_c、GAT_d。需注意的是，前述係說明亮度校正控制器102可能的儲存介面，惟其與本發明之主要精神不衝突，本領域具通常知識者當根據不同系統需求，做適當之變化。
本發明之主要概念在於根據一輸入畫素之相鄰取樣畫素的亮度查找表中對應於該輸入畫素之灰階值的亮度校正值，判斷該輸入畫素之亮度校正值。如此一來，只要利用部分畫素(即取樣畫素)的亮度查找表，即可對所有畫素進行亮度校正。
關於顯示裝置10之運作方式，可進一步歸納為一控制流程30，如第3圖所示。控制流程30包含有以下步驟：
步驟300：開始。
步驟302：相鄰取樣畫素判斷單元222根據輸入畫素INP_i及取樣畫素SP_1～SP_M之座標值，判斷輸入畫素INP_i之相鄰取樣畫素SP_a、SP_b、SP_c、SP_d。
步驟304：查找表讀取單元224取得亮度查找表GAT_a、GAT_b、GAT_c、GAT_d。
步驟306：校正值讀取單元228根據輸入畫素INP_i之灰階值GL_i，分別於亮度查找表GAT_a、GAT_b、GAT_c、GAT_d中取得對應於灰階值GL_i之亮度校正值δE_a、δE_b、δE_c、δE_d。
步驟308：補償計算單元230根據輸入畫素INP_i及取樣畫素SP_1～SP_M之座標值及亮度校正值δE_a、δE_b、δE_c、δE_d，計算輸入畫素INP_i之亮度校正值δE_i。
步驟310：校正輸出單元232計算灰階值GL_i及亮度校正值δE_i之和，並將結果輸出至面板PANEL。
步驟312：結束。
控制流程30之詳細說明可參考前述，在此不贅述。
本發明係利用取樣畫素的亮度查找表，計算、推導出其它畫素的亮度校正值，因此可對所有的輸入畫素進行亮度校正。當然，除了適用於亮度訊號外，本發明亦可適用於對某一顏色訊號的亮度校正，並有等同之功效。
綜上所述，利用有限的亮度查找表，本發明可使畫面中的每一畫素都得到亮度校正，除了可使畫面中所有畫素的亮度均勻性能夠符合高畫質的標準，同時可減少記憶體需求，以降低成本。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
PANEL．．．面板
10．．．顯示裝置
102．．．亮度校正控制器
100．．．影像接收單元
220．．．查找記憶體
222．．．相鄰取樣畫素判斷單元
224．．．查找表讀取單元
228．．．校正值讀取單元
230．．．補償計算單元
232．．．校正輸出單元
30．．．控制流程
300、302、304、306、308、310、312．．．步驟
第1圖為根據本發明實施例之一具有亮度校正功能之顯示裝置的架構示意圖。
第2A及2B圖為一輸入畫素及於畫面中4個鄰近取樣畫素之位置關係之示意圖。
第3圖為根據本發明之增進顯示裝置亮度均勻性的控制方法之一流程示意圖。
PANEL．．．面板
10．．．顯示裝置
100．．．影像接收單元
102．．．亮度校正控制器
220．．．查找記憶體
222．．．相鄰取樣畫素判斷單元
224．．．查找表讀取單元
228．．．校正值讀取單元
230．．．補償計算單元
232．．．校正輸出單元
INP_1～INP_n．．．輸入畫素
Claims (20)
- 一種增進一顯示裝置之亮度一致性的控制方法，該顯示裝置之一面板包含有複數個取樣畫素，每一取樣畫素對應於該面板之一取樣座標值，該控制方法包含有：接收一輸入畫素；根據該輸入畫素對應於該面板之一座標值及該複數個取樣畫素之複數個取樣座標值，判斷該輸入畫素之複數個相鄰取樣畫素；取得該複數個相鄰取樣畫素之複數個亮度查找表，每一亮度查找表包含一相鄰取樣畫素之複數個亮度校正值；根據該輸入畫素所對應之一灰階值，分別於該複數個亮度查找表之每一亮度查找表中取得對應於該灰階值之一特定亮度校正值；以及根據該輸入畫素所對應之該座標值、該複數個相鄰取樣畫素之取樣座標值及該複數個特定亮度校正值，計算該輸入畫素之一亮度校正值；其中，取得該複數個相鄰取樣畫素之複數個亮度查找表之步驟包括有：利用一轉換函數將每一取樣畫素所量測之亮度與灰度之間之關係進行座標轉換；利用一線性內插法，推導出每一取樣畫素中其他未經量測之亮度與灰度關係，以得到每一取樣畫素之一線性校正函 數；以及根據該線性校正函數，推導出每一取樣畫素之亮度查找表。
- 如請求項1所述之控制方法，其另包含儲存對應於該複數個取樣畫素之亮度查找表。
- 如請求項1所述之控制方法，其中根據該輸入畫素所對應之該座標值、該複數個相鄰取樣畫素之取樣座標值及該複數個特定亮度校正值，計算該輸入畫素之該亮度校正值，包含有：根據該輸入畫素所對應之該座標值及該複數個相鄰取樣畫素之取樣座標值，計算該輸入畫素與該複數個相鄰取樣畫素之複數個距離；以及根據該複數個距離，以一加權和(weighted sum)的方式，計算該複數個特定亮度校正值對應於該輸入畫素之該亮度校正值的複數個加權值，以計算該輸入畫素之該亮度校正值。
- 如請求項1所述之控制方法，另包含有：計算該輸入畫素之該灰階值及該輸入畫素之該亮度校正值之和；以及輸出該灰階值及該亮度校正值之和至該面板，以顯示該輸入畫素。
- 一種增進一顯示裝置之亮度一致性的亮度校正控制器，該顯示 裝置之一面板包含有複數個取樣畫素，每一取樣畫素對應於該面板之一取樣座標值，該亮度校正控制器包含有：一接收端，用來接收一輸入畫素；一相鄰取樣畫素判斷單元，用來根據該輸入畫素對應於該面板之一座標值及該複數個取樣畫素之複數個取樣座標值，判斷該輸入畫素之複數個相鄰取樣畫素；一查找表讀取單元，用來取得該複數個相鄰取樣畫素之複數個亮度查找表，每一亮度查找表包含一相鄰取樣畫素之複數個亮度校正值；一校正值讀取單元，用來根據該輸入畫素所對應之一灰階值，分別於該複數個亮度查找表之每一亮度查找表中取得對應於該灰階值之一特定亮度校正值；以及一補償計算單元，用來根據該輸入畫素所對應之該座標值、該複數個相鄰取樣畫素之取樣座標值及該複數個特定亮度校正值，計算該輸入畫素之一亮度校正值；其中，該亮度校正控制器利用一轉換函數將每一取樣畫素所量測之亮度與灰度之間之關係進行座標轉換；利用一線性內插法，推導出每一取樣畫素中其他未經量測之亮度與灰度關係，以得到每一取樣畫素之一線性校正函數；以及根據該線性校正函數，推導出每一取樣畫素之亮度查找表。
- 如請求項5所述之亮度校正控制器，其另包含一查找記憶體，用來儲存對應於該複數個取樣畫素之亮度查找表。
- 如請求項6所述之亮度校正控制器，其中該查找表讀取單元係讀取該查找記憶體，以取得該複數個相鄰取樣畫素之該複數個亮度查找表。
- 如請求項5所述之亮度校正控制器，其中該查找記憶體係一動態隨取記憶體(dynamic RAM)。
- 如請求項5所述之亮度校正控制器，其另包含一快取記憶體，耦接於該查找表讀取單元與該校正值讀取單元之間，用來暫存該複數個相鄰取樣畫素之該複數個亮度查找表。
- 如請求項9所述之亮度校正控制器，其中該快取記憶體係一靜態隨取記憶體(static RAM)。
- 如請求項5所述之亮度校正控制器，其中該補償計算單元係用來根據該輸入畫素所對應之該座標值及該複數個相鄰取樣畫素之取樣座標值，計算該輸入畫素與該複數個相鄰取樣畫素之複數個距離，並根據該複數個距離，以一加權和(weighted sum)方式，計算該複數個特定亮度校正值對應於該輸入畫素之該亮度校正值的複數個加權值，以計算該輸入畫素之該亮度校正值。
- 如請求項5所述之亮度校正控制器，其另包含一校正輸出單 元，耦接於該補償計算單元與該面板之間，用來計算該輸入畫素之該灰階值及該輸入畫素之該亮度校正值之和，並將計算結果輸出至該面板。
- 一種增進亮度一致性之顯示裝置，包含有：一面板，包含有複數個取樣畫素，每一取樣畫素對應於該面板之一取樣座標值；一影像接收單元，用以接收複數個輸入畫素；以及一亮度校正控制器，包含有：一相鄰取樣畫素判斷單元，用來根據該複數個輸入畫素之一輸入畫素對應於該面板之一座標值及該複數個取樣畫素之複數個取樣座標值，判斷該輸入畫素之複數個相鄰取樣畫素；一查找表讀取單元，用來取得該複數個相鄰取樣畫素之複數個亮度查找表，每一亮度查找表包含一相鄰取樣畫素之複數個亮度校正值；一校正值讀取單元，用來根據該輸入畫素所對應之一灰階值，分別於該複數個亮度查找表之每一亮度查找表中取得對應於該灰階值之一特定亮度校正值；以及一補償計算單元，用來根據該輸入畫素所對應之該座標值、該複數個相鄰取樣畫素之取樣座標值及該複數個特定亮度校正值，計算該輸入畫素之一亮度校正值；其中，該亮度校正控制器利用一轉換函數將每一取樣畫素所 量測之亮度與灰度之間之關係進行座標轉換；利用一線性內插法，推導出每一取樣畫素中其他未經量測之亮度與灰度關係，以得到每一取樣畫素之一線性校正函數；以及根據該線性校正函數，推導出每一取樣畫素之亮度查找表。
- 如請求項13所述之顯示裝置，其另包含一查找記憶體，用來儲存對應於該複數個取樣畫素之亮度查找表。
- 如請求項14所述之顯示裝置，其中該查找表讀取單元係讀取該查找記憶體，以取得該複數個相鄰取樣畫素之該複數個亮度查找表。
- 如請求項15所述之顯示裝置，其中該查找記憶體係一動態隨取記憶體(dynamic RAM)。
- 如請求項13所述之顯示裝置，其另包含一快取記憶體，耦接於該查找表讀取單元與該校正值讀取單元之間，用來暫存該複數個相鄰取樣畫素之該複數個亮度查找表。
- 如請求項17所述之顯示裝置，其中該快取記憶體係一靜態隨取記憶體(static RAM)。
- 如請求項13所述之顯示裝置，其中該補償計算單元係用來根據該輸入畫素所對應之該座標值及該複數個相鄰取樣畫素之取樣座標值，計算該輸入畫素與該複數個相鄰取樣畫素之複數個距離，並根據該複數個距離，以一加權和(weighted sum)方式，計算該複數個特定亮度校正值對應於該輸入畫素之該亮度校正值的複數個加權值，以計算該輸入畫素之該亮度校正值。
- 如請求項13所述之顯示裝置，其另包含一校正輸出單元，耦接於該補償計算單元與該面板之間，用來計算該輸入畫素之該灰階值及該輸入畫素之該亮度校正值之和，並將計算結果輸出至該面板。
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