TWI409794B - 顯示器的色彩調校裝置 - Google Patents

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TWI409794B
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Chun Hsien Chou
Ray Chin Wu
Chih Cheng Fu
Cheng Chieh Wu
Shing Shi Tseng
Chia Ming Huang
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Chunghwa Picture Tubes Ltd
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Description

顯示器的色彩調校裝置
本發明是有關於一種顯示器的色彩調校裝置,且特別是有關於一種針對顯示器的串擾現象進行估測的色彩調校裝置。
隨著科技的進步與發達,人們對於物質生活以及精神層面的享受一向都只有增加而從未減少。以精神層面而言,在這科技日新月異的年代,人們希望能夠藉由顯示器來實現天馬行空的想像力,以達到身歷其境的效果。
隨著光電與半導體技術的演進,所以帶動了顯示器之蓬勃發展,而在諸多顯示器中,液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)近來已被廣泛地使用並近一步取代陰極射線管顯示器(Cathode Ray Tube,CRT)。液晶顯示器基於其低電壓操作、無輻射線散射、重量輕以及體積小等優點,因而成為顯示器產品之主流。然而,人們對於顯示畫面的色彩品質也愈來愈講究。因此,提升顯示畫面的色彩品質是目前顯示技術所需努力追求的方向。
請特別注意,若是使用影像信號的數據值來直接產生顯示器的驅動電信號以驅動顯示器,通常會使顯示器產生一個並不是使用者所預期的顯示影像。為了補償此間的誤差,在習知的顯示技術中,通常會提供關於三原色(紅色、藍色以及綠色)伽瑪轉換曲線來轉換所產生的驅動電信號。使顯示器在接收轉換過的驅動電信號所產生的顯示影像可以更貼近使用者原先的預期。不過,這種習知的作法,並未針對色彩間相互混色所存在的串擾(cross talk)現象而發生的失真來進行處理。也因此,應用習知技術的顯示器在顯示多色彩(非僅有三原色)的顯示影像時,會產生相當程度的失真。
本發明提供一種顯示器的色彩調校裝置法,用以補償色彩間的串擾現象,並提升顯示影像的品質。
本發明提供一種顯示器的色彩調校裝置,包括色彩調校估測器,用以接收影像信號的第一初始色、第二初始色以及第三初始色的數據值。色彩調校估測器則包括第一運算器、灰階電光轉換器、混色電光轉換器、初始色電光轉換器、線性轉換器以及權重運算器。第一運算器針對第一初始色、第二初始色以及第三初始色的數據值進行算術運算,並藉以獲得灰階數據、混色數據以及初始色數據。灰階電光轉換器針對灰階數據依據多個灰階轉換曲線以及多個混色轉換曲線分別進行轉換並產生第一轉換輸出以及第二轉換輸出。混色電光轉換器針對混色數據依據灰階轉換曲線以及多個初始色轉換曲線分別進行轉換並產生第三轉換輸出以及第四轉換輸出。初始色電光轉換器針對初始色數據依據初始色轉換曲線進行轉換並產生第五轉換輸出。線性轉換器分別接收第一、二、三、四及五轉換輸出以進行線性轉換,並分別獲得第一、二、三、四及五線性轉換輸出。權重運算器接收該第一、二、三、四及五線性轉換輸出以及灰階權重、混色權重以及初始色權重,藉由依據第一線性轉換輸出與灰階權重的運算結果、第二及三線性轉換輸出與混色權重的運算結果以及第四、五線性轉換輸出與初始色權重的運算結果來產生分析輸出信號。
於本發明的一實施例中,上述之色彩調校裝置更包括驅動電信號產生器,用以接收影像信號的第一初始色、第二初始色以及該三初始色的數據值。驅動電信號產生器包括目標電光轉換器、第二運算器以及電光轉換逆運算器。目標電光轉換器接收第一初始色、第二初始色以及第三初始色的數據值並進行電光轉換,並產生第一目標初始色、第二目標初始色以及第三目標初始色。第二運算器接收並針對第一、二及三目標初始色進行算術運算,並藉以獲得目標灰階數據、目標混色數據以及目標初始色數據。電光轉換逆運算器接收目標灰階數據、目標混色數據以及目標初始色數據,並針對目標灰階數據、目標混色數據以及目標初始色數據進行逆運算轉換,並進而產生應用灰階數據、應用混色數據以及應用初始色數據。其中逆運算轉換為色彩調校估測器藉由灰階電光轉換器、混色電光轉換器、初始色電光轉換器、線性轉換器以及權重運算器所進行的信號轉換及運算的反向運算。
基於上述,本發明之顯示器的色彩調校裝置利用加入初始色轉換曲線、灰階轉換曲線及混色轉換曲線來進行色彩調校估測,以消除顯示器因色彩串擾現象所產生的失真。並利用對應灰階數據的灰階權重、對應混色數據的混色權重以及初始色數據的初始色權重來進行運算,以降低顯示器實際量測的顯示效果與理論值間的誤差。有效的提升顯示器整體的影像顯示品質。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
首先請參照圖1,圖1繪示本發明的一實施例的顯示器的色彩調校裝置100的色彩調校估測器110的示意圖。其中,色彩調校估測器110用以接收影像信號的三個初始色(例如紅色、綠色及藍色)的數據值dR 、dG 及dB 。而色彩調校估測器110中包括運算器120、灰階電光轉換器123、混色電光轉換器122、初始色電光轉換器121、線性轉換器131~135及權重運算器140。
其中,運算器120接收並針對三個初始色的數據值dR 、dG 及dB 來進行算術運算,其中,初始色的數據值dR 、dG 及dB 分別表示影像信號中的紅色數據值、綠色數據值以及藍色數據值。而其進行算術運算後則對應產生灰階數據L1、混色數據U1以及初始色數據H1。
為更清楚說明運算器120的實施方式,以下請同時參照圖1、圖2A及圖2B,其中的圖2A及圖2B分別繪示運算器120的實施電路示意圖及實施原理示意圖。在圖2A的繪示中,運算器120以排序單元111以及減法單元112相互串接來實施。其中,排序單元111接收三個初始色的數據值dR 、dG 及dB 並針對這三個初始色的數據值dR 、dG 及dB 的大小關係來進行排序。排序單元111排序出中初始色的數據值dR 、dG 及dB 最大的為最大數據MAX,排序出初始色的數據值dR 、dG 及dB 中次大的為次大數據MID,以及排序出初始色的數據值dR 、dG 及dB 中最小的為最小數據MIN。
接著,減法單元112接收最大數據MAX、次大數據MID及最小數據MIN來進行減法運算。其中,減法單元112利用次大數據MID減去最小數據MIN以獲得混色數據U1,利用最大數據MAX減去次大數據MID以獲得初始色數據H1,並直接輸出最小數據MIN為灰階數據L1。
在圖2B的繪示中,例如排序單元111所排序出的最大數據MAX為初始色的數據值dR ,次大數據MID為初始色的數據值dG ,而最小數據MIN為初始色的數據值dB 。因此,減法單元112直接輸出初始色的數據值dB 為灰階數據L1,並利用次大數據MID(等於初始色的數據值dG )減去最小數據MIN(等於初始色的數據值dB )以獲得混色數據U1,且並利用最大數據MAX(等於初始色的數據值dR )減去次大數據MID(等於初始色的數據值dG )以獲得初始色數據H1。
請重新參照圖1,灰階電光轉換器123、混色電光轉換器122以及初始色電光轉換器121則耦接至運算器120並分別接收灰階數據L1、混色數據U1以及初始色數據H1。其中,初始色電光轉換器121依據初始色轉換曲線1211針對初始色數據H1進行轉換以產生轉換輸出Pn (H)。混色電光轉換器122依據混色轉換曲線1222針對混色數據U1進行轉換以產生轉換輸出Sn (U),混色電光轉換器122並依據初始色轉換曲線1221針對混色數據U1進行轉換以產生轉換輸出Pn (U)。灰階電光轉換器123則依據灰階轉換曲線1232針對灰階數據L1進行轉換以產生轉換輸出Kn (L),灰階電光轉換器123並依據混色轉換曲線1231針對灰階數據L1進行轉換以產生轉換輸出Sn (L)。
在此請注意,上述的初始色轉換曲線1211、1221是針對初始色(例如三原色的紅色、藍色或綠色的其中之一)進行轉換所需的伽瑪轉換曲線,而混色轉換曲線1222、1231則是針對兩個初始色混合而成的混色(例如黃色、青綠色或洋紅色的其中之一)進行轉換所需的伽瑪轉換曲線。相對的,灰階轉換曲線1232則是針對三個初始色混合而成的灰階(只有亮度)進行轉換所需的伽瑪轉換曲線。而由於在超過一個初始色相混合的狀況下,由顏色間的串擾現象,會使得不同的混色狀況會需要不同的伽瑪轉換曲線。
舉例來說,三個初始色(紅色、藍色及綠色)需要3個不同的伽瑪轉換曲線,而三個混色(黃色、青綠色或洋紅色)則需要6個不同的伽瑪轉換曲線(每個混色需要對應2個伽瑪轉換曲線,如黃色需要紅色與綠色在相混合時的伽瑪轉換曲線),而灰階則需要3個不同的伽瑪轉換曲線(紅色、藍色及綠色相混合時的伽瑪轉換曲線)。換言之,本發明實施例的色彩調校裝置100最多需要12個不同的伽瑪轉換曲線。
並且,上述的不同的伽瑪轉換曲線是利用針對色彩調校裝置100所要應用的顯示器,依據實際的量測數據來建立的。簡單來說,就是依據當顯示器顯示全黃色(或其他顏色或灰階)時,所量測出的驅動電信號與顯示光信號的關係來建立各個不同的伽瑪轉換曲線。
上述的轉換輸出Pn (H)、Pn (U)、Sn (U)、Sn (L)及Kn (L)分別被輸至線性轉換器131~135進行線性轉換,並對應產生線性轉換輸出
權重運算器140則接收線性轉換輸出 以及灰階權重WK 、混色權重WS 以及初始色權重WP 。權重運算器140依據線性轉換輸出與灰階權重WK 的運鼻結果、線性轉換輸出 與混色權重WS 的運算結果以及線性轉換輸出與初始色權重WP 的運算結果來產生分析輸出信號
值得一提的是,上述的灰階權重WK 、混色權重WS 以及初始色權重WP 可以利用量測色彩調校裝置100所要應用的顯示器所得到的數據與理論值間的誤差,並針對這個誤差進行最小化均方估測誤差的最佳化計算來獲得。關於最小化均方估測誤差的計算,為本領域具通常知識者都熟知的技術,在此恕不詳述。
另外,分析輸出信號對應到CIE色平面上可以獲知被處理的影像信號在人類的眼中所會呈現的色彩狀況。換句話說,藉由分析輸出信號,使用者可以獲知被處理的影像信號所應該呈現的顯示狀態。並且,使用者也可以由分析輸出信號來獲知其所要進行的相關的色彩調整的資訊。舉例來說,使用者可以藉由改變灰階權重WK 、混色權重WS 以及初始色權重WP 的大小,來移動分析輸出信號在CIE色平面上的位置,藉以達到色彩調整的目的。
而關於權重運算器140的實施方式,權重運算器140包括乘法單元MX1~MX3、減法單元SUB1~SUB2以及加成單元SUM1。乘法單元MX1線性轉換輸出與灰階權重WK 相乘,以獲得第一乘法結果。減法單元SUB2則使線性轉換輸出相減,並將相減的結果藉由乘法單元MX2乘上混色權重WS 以獲得第二乘法結果。減法單元SUB1則使線性轉換輸出相減,並將相減的結果藉由乘法單元MX3乘上初始色權重WP 以獲得第三乘法結果。加成單元SUM1則加成第一、二及三乘法結果以獲得分析輸出信號
接著請參照圖3,圖3繪示本發明實施例的色彩調校裝置100的驅動電信號產生器300的示意圖。驅動電信號產生器300包括目標電光轉換器310、運算器320以及電光轉換逆運算器330。驅動電信號產生器300接收影像信號的三個初始色的數據值dR1 、dG1 及dB1 。這裡的初始色的數據值dR1 、dG1 及dB1 等同於提供至色彩調校估測器110的初始色的數據值dR1 、dG1 及dB1 。目標電光轉換器310接收初始色的數據值dR1 、dG1 及dB1 並針對初始色的數據值dR 、dG 及dB 進行電光轉換,藉以產生目標初始色R、目標初始色G以及目標初始色B。
運算器320則接收並針對目標初始色R、G以及B進行算術運算,並藉以獲得目標灰階數據L、目標混色數據U以及目標初始色數據H。在此,運算器320與之前所說明的運算器120的運算原理及方法是相同的,此處不多贅述。
電光轉換逆運算器330則接收目標灰階數據L、目標混色數據U以及目標初始色數據H。電光轉換逆運算器330針對目標灰階數據L、目標混色數據U以及目標初始色數據H來進行逆運算轉換,並藉以產生應用灰階數據dL 、應用混色數據dU 以及應用初始色數據dH
在此請注意,上述的逆運算轉換是依據色彩調校估測器110中的灰階電光轉換器123、混色電光轉換器122、初始色電光轉換器121、線性轉換器131~135以及權重運算器140所進行的信號轉換的反向運算。若以數學式來表示,目標灰階數據L、目標混色數據U以及目標初始色數據H與應用灰階數據dL 、應用混色數據dU 以及應用初始色數據dH 的對應關係可以表示如下式(1)、(2)及(3)所示:
其中為對應灰階數據L的灰階轉換曲線的反運算,為對應混色數據U及初始色數據H的混色轉換曲線的反運算,而則為對應初始色數據H的初始色換曲線的反運算。另外,TRCk(U) 為對應混色數據U的灰階轉換曲線的轉換運算,TRCk(H) 為對應初始色數據H的灰階轉換曲線的轉換運算,TRCp(H) 為對應初始色數據H的初始轉換曲線的轉換運算,TRCs((H,U),U) 、TRCs((H,U),H) 為對應混色數據U及初始色數據H的混色轉換曲線的轉換運算。
請繼續參照圖3,逆運算轉換330用來實施數學式(1)~(3)的模組331~333可以利用查對表(look up table)的方式來實施。在數位的系統中,設計者可以針對不同數值的初始數據H、混色數據U以及灰階數據L套入實際的數學式(1)~(3)進行計算,並得出多組的應用灰階數據dL 、應用混色數據以及應用初始色數據dH 。接著,再依據計算出來的初始數據H、混色數據U以及灰階數據L與應用灰階數據dL 、應用混色數據dU 以及應用初始色數據dH 的關係建立出查對表。這個查對表就可以用來實施模組331~333,並針對所接收的初始數據H、混色數據U以及灰階數據L對應查對出應用灰階數據dL 、應用混色數據dU 以及應用初始色數據dH
值得一提的是,上述的查對表可以儲存在記憶單元(記憶體、磁碟機等可提供資料儲存的元件)中,而這個記憶單元可以內建在電光轉換逆運算器330中,也可以外掛在電光轉換逆運算器330外並提供電光轉換逆運算器330讀取。
以下更針對結合色彩調校估測器以及驅動電信號產生器的顯示器色彩調校裝置提出一個實施例來說明。期使本領域具通常知識者更能瞭解本發明的重要特徵,且得以據以實施。
請參照圖4,圖4繪示本發明的顯示器色彩調校裝置400的另一實施例的示意圖。應用到顯示器430的色彩調校裝置400包括色彩調校估測器410以及驅動電信號產生器420。色彩調校估測器410由外掛的(或內建的)儲存單元440讀取以查對表的方式儲存的灰階轉換曲線、混色轉換曲線以及初始色轉換曲線。儲存單元440還可以用來存儲灰階權重、混色權重以及初始色權重。
色彩調校估測器410接收並針對初始色的數據值dR 、dG 及dB 進行估測。色彩調校估測器410並提供其所使用的灰階轉換曲線、混色轉換曲線以及初始色轉換曲線及灰階權重、混色權重以及初始色權重等相關資料至驅動電信號產生器420中,使驅動電信號產生器420可以利用查對表來實施電光轉換逆運算器421。
驅動電信號產生器420同樣接收初始色的數據值dR 、dG 及dB ,並藉由電光轉換逆運算器421的逆運算流程,產生應用灰階數據dL 、應用混色數據dU 以及應用初始色數據dH 。同時,驅動電信號產生器420輸出應用灰階數據dL 、應用混色數據dU 以及應用初始色數據dH 至顯示器430,並使得顯示器430可以顯示免於受顏色混合時,顏色與顏色間的串擾現象而產生的失真的顯示影像。
另外,在本發明的實施例中,當顯示器430被更換時,只要將新連接的顯示器的灰階轉換曲線、混色轉換曲線、初始色轉換曲線以及灰階權重、混色權重以及初始色權重更新至儲存單元440中。色彩調校裝置400就可以有效的使新連接的顯示器顯示出免於受串擾現象而產生的失真的顯示影像。
綜上所述,本發明之色彩調校裝置可以藉由加入灰階轉換曲線、混色轉換曲線、初始色轉換曲線、灰階權重、混色權重以及初始色權重等資料來進行色彩調校估測。並藉由依據灰階轉換曲線、混色轉換曲線、初始色轉換曲線、灰階權重、混色權重以及初始色權重所進行的電光轉換逆運算來產生可以使顯示器產生免於受串擾現象而產生的失真的顯示影像的驅動電信號。
然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100...色彩調校裝置
110、410...色彩調校估測器
120、320...運算器
121、122、123...電光轉換器
140...權重運算器
131~135...線性轉換器
111...排序單元
112...減法單元
1211、1221、1222、1231、1232...轉換曲線
300、420...驅動電信號產生器
310...目標電光轉換器
330、421...電光轉換逆運算器
331~333...模組
400...色彩調校裝置
440...儲存單元
430...顯示器
R、G、B...目標初始色
Pn (H)、Sn (U)、Pn (U)、Kn (L)、Sn (L)、 ...轉換輸出
WK 、WS 、WP ...權重
...分析輸出信號
SUB1~SUB3...減法單元
MX1、MX2、MX3...乘法單元
SUM1...加成單元
dR 、dG 、dB 、dR1 、dG1 、dB1 、MAX、MID、MIN...數據值
L、U、H、L1、U1、H1、dH 、dL 、dU ...數據
圖1繪示本發明的一實施例的顯示器的色彩調校裝置100的色彩調校估測器110的示意圖。
圖2A及圖2B分別繪示運算器120的實施電路示意圖及實施原理示意圖。
圖3繪示本發明實施例的色彩調校裝置100的驅動電信號產生器300的示意圖。
圖4繪示本發明的顯示器色彩調校裝置400的另一實施例的示意圖。
100...色彩調校裝置
110...色彩調校估測器
120...運算器
121、122、123...電光轉換器
140...權重運算器
131~135...線性轉換器
1211、1221、1222、1231、1232...轉換曲線
Pn (H)、Sn (U)、Pn (U)、Kn (L)、Sn (L)、 ...轉換輸出
WK 、WS 、WP ...權重
...分析輸出信號
SUB1、SUB2...減法單元
MX1、MX2、MX3...乘法單元
SUM1...加成單元
dR 、dG 、dB ...數據值
L1、U1、H1...數據

Claims (8)

  1. 一種顯示器的色彩調校裝置,包括:一色彩調校估測器,用以接收一影像信號的一第一初始色、一第二初始色以及一第三初始色的數據值,包括:一第一運算器,針對該第一初始色、該第二初始色以及該第三初始色的數據值進行一算術運算,並藉以獲得一灰階數據、一混色數據以及一初始色數據;一灰階電光轉換器,針對該灰階數據依據多數個灰階轉換曲線以及多數個混色轉換曲線分別進行轉換並產生一第一轉換輸出以及一第二轉換輸出;一混色電光轉換器,針對該混色數據依據該些混色轉換曲線以及多數個初始色轉換曲線分別進行轉換並產生一第三轉換輸出以及一第四轉換輸出;一初始色電光轉換器,針對該初始色數據依據該些初始色轉換曲線進行轉換並產生一第五轉換輸出;多數個線性轉換器,分別接收該第一、二、三、四及五轉換輸出以進行線性轉換,並分別獲得一第一、二、三、四及五線性轉換輸出;以及一權重運算器,接收該第一、二、三、四及五線性轉換輸出以及一灰階權重、一混色權重以及一初始色權重,藉由依據該第一線性轉換輸出與該灰階權重的運算結果、該第二及三線性轉換輸出與該混色權重的運算結果以及該第四、五線性轉換輸出與該初始色權重的運算結果來產生一分析輸出信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器的色彩調校裝置,其中該第一運算器包括:一排序單元,用以排列出該第一初始色、該第二初始色以及該第三初始色的數據值的大小關係,並獲得一最大數據、一次大數據以及一最小數據;以及一減法單元,利用該次大數據減去該最小數據以獲得該混色數據,利用該最大數據減去該次大數據以獲得該初始色數據,並直接輸出該最小數據為該灰階數據。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器的色彩調校裝置,其中該灰階電光轉換器、該混色電光轉換器以及該初始色電光轉換器所具有的該些灰階轉換曲線、初始色轉換曲線及初始色轉換曲線是依據量測該顯示器所接收的多數個驅動電信號以及對應輸出的多數個顯示光信號的關係所獲得。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器的色彩調校裝置,其中該權重運算器包括:一第一乘法單元,使該第一線性轉換輸出與該灰階權重相乘,以獲得一第一乘法結果;一第一減法單元,使該第三線性轉換輸出減去該第二線性轉換輸出;一第二乘法單元,使該第一減法單元的輸出乘上該混色權重,以獲得一第二乘法結果;一第二減法單元,使該第五線性轉換輸出減去該第四線性轉換輸出;一第三乘法單元,使該第二減法單元的輸出乘上該初始色權重,以獲得一第三乘法結果;以及一加成單元,加成該第一、二及三乘法結果,並藉以獲得該分析輸出信號。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器的色彩調校裝置,其中更包括:一驅動電信號產生器,用以接收該影像信號的該第一初始色、該第二初始色以及該第三初始色的數據值,包括:一目標電光轉換器,接收該第一初始色、該第二初始色以及該第三初始色的數據值並進行電光轉換,並產生一第一目標初始色、一第二目標初始色以及一第三目標初始色;一第二運算器,接收並針對該第一、二及三目標初始色進行該算術運算,並藉以獲得一目標灰階數據、一目標混色數據以及一目標初始色數據;以及一電光轉換逆運算器,接收該目標灰階數據、該目標混色數據以及該目標初始色數據,並針對該目標灰階數據、該目標混色數據以及該目標初始色數據進行一逆運算轉換,並進而產生一應用灰階數據、一應用混色數據以及一應用初始色數據;其中該逆運算轉換為該色彩調校估測器藉由該灰階電光轉換器、該混色電光轉換器、該初始色電光轉換器、該些線性轉換器以及該權重運算器所進行的信號轉換反運算的反向運算。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之顯示器的色彩調校裝置,其中該第二運算器包括:一排序單元,用以排列出該第一目標初始色、該第二目標初始色以及該第三目標初始色的數據值的大小關係,並獲得一最大數據、一次大數據以及一最小數據;以及一減法單元,利用該次大數據減去該最小數據以獲得該目標混色數據,利用該最大數據減去該目標混色數據以獲得該目標初始色數據,並直接輸出該最小數據為該目標灰階數據。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之顯示器的色彩調校裝置,其中該應用灰階數據、該應用混色數據以及該應用初始色數據用以提供至該顯示器,使該顯示器依據一底色分離法來顯示該影像信號對應的影像。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器的色彩調校裝置,其中更包括:至少一儲存單元,以查對表的方式,來儲存該些灰階轉換曲線、該些混色轉換曲線、該些初始色轉換曲線,該儲存單元更用以存儲該灰階權重、該混色權重以及該初始色權重。
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