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CN102340313B - 采集设备采样丢点测试方法和装置及系统 - Google Patents

采集设备采样丢点测试方法和装置及系统 Download PDF

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CN102340313B
CN102340313B CN201010617794.8A CN201010617794A CN102340313B CN 102340313 B CN102340313 B CN 102340313B CN 201010617794 A CN201010617794 A CN 201010617794A CN 102340313 B CN102340313 B CN 102340313B
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李彬
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Abstract

本发明为一种采集设备采样丢点测试方法和装置及系统。该方法包括步骤:对信号源输出的单载波信号进行连续采样,得到多个采样点数据;将N个采样点分成N/M段,每段M个采样点;分别将各段中的采样点信号数据做快速傅氏变换,然后取绝对值,得到各段采样点数据的频谱集;以第p段信号频谱为基准,计算第p段的检测基准值集合;根据第p段的检测基准值集合,得到检测基准值的坐标分布图;判断第p段的检测基准值在坐标分布图上是否规律分布。其提高了测试效率,信号源简单,测试准确度高。

Description

采集设备采样丢点测试方法和装置及系统
技术领域
本发明涉及一种采集设备采样处理技术领域,特别是,具体涉及一种所有模拟信号数字化设备以及模拟信号数字化功能模块的采集设备采样丢点测试方法和装置及系统。
背景技术
随着信息时代的到来和采样定理的出现,信息的数字化显得越来越重要。应用领域涉及视频、图像、监测信号等等。数据采集设备是数字化的核心手段。而采集设备的丢点与否直接关系到其应用效果。尤其是在对采样点连续性要求很高的场景下,采集设备丢点特性将直接决定采集应用的成败。
所以,采集设备的丢点特性测试是采集设备测试的重中之重。
通常用到的一种测试方法是人眼观测。即用待测试采集卡对一个规则波形信号采样,然后将采样点在平面坐标系按次序打印出来,观测此波形是否和原波形一致。这种方法存在的问题是:由于丢失少数量的采样点后,对打印出来的波形影响并不是特别明显,加之人眼的主观性,使得测试不能精准的判断出是否丢点和丢点位置,更重要的是采样点信号数据量非常之大,以千万为单位计,用人眼测试费时费力,有时候甚至是不能完成的,效率非常低。
另一种测试方法是采用一个特殊的信号源,该信号源以一定频率循环发送一个数字序列,数字值由信号的幅度值决定,采集设备同步采集该循环序列。只需观察采样点知否为同样的循环序列就可以了。
但是采用特殊的信号源进行测试的方法的缺点是:第一,需要单独设计专用的信号源;第二,涉及到同步问题,即采集设备的采样频率和相位需要与信号源严格一致。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采集设备采样丢点测试方法和装置及系统,其提高了测试效率,信号源简单,测试准确度高。
为了实现上述目的,本发明提供了一种采集设备采样丢点测试方法,包括如下步骤:
步骤S1,对信号源输出的单载波信号进行连续采样,得到多个采样点信号数据;
步骤S2,将N个采样点分成N/M段,每段M个采样点;其中,N为整数,N为M的整数倍,M为2的整数次幂;
步骤S3,分别将各段中的采样点信号数据做快速傅氏变换,然后取绝对值,得到各段采样点信号数据频谱集;
步骤S4,以第p段信号频谱为基准,计算第p段的检测基准值集合;
其中,p为1,2,……N/M之中任意之一值;
步骤S5,根据第p段的检测基准值集合,得到检测基准值的坐标分布图;判断第p段的检测基准值在坐标分布图上是否规律分布;
步骤S6,如果规律分布,则除第p段信号外的其他各段的信号连续,不出现丢点情况,即除第p段外的其他各段的波段信号连续;
如果第p段的检测基准值出现异常,则第j段信号出现丢点,整个波段信号不连续。
较优地,所述采集设备采样丢点测试方法,还包括如下步骤:
步骤S7,如果第p段以外的整个波段连续,则以第q段信号频谱为基准,计算第q段的检测基准值集合;其中,q为1,2,……N/M之中任意一值,且q≠p;
步骤S8,根据第q段的检测基准值集合,得到检测基准值的坐标分布图;判断第q段的检测基准值在坐标分布图上是否规律分布;
步骤S9,如果规律分布,则除第q段信号外的其他各段的信号连续,不出现丢点情况,判断出整个检测的波段不出现丢点异常;如果第q段的检测基准值出现异常,则第j段信号出现丢点,整个波段信号不连续。
较优地,所述步骤S1中,所述单载波信号为cos(2πf0t),其中,f0为单载波信号频率,π=3.1415926…为常数;t为采样时间;cos()表示余弦函数;
采样频率为fs
所述fs和f0之间需满足尼奎斯特采样定理;
所述步骤S2中,所述N个采样点分成N/M段后的每段的长度M超过一个周期,即
Figure GDA0000501521070000031
较优地,所述步骤S4中,计算第p段的检测基准值集合,具体为:
以第p段信号频谱Sp(k)为基准,计算第p段的检测基准值集合 sump j = Σ k = 0 M - 1 | S j ( k ) - S p ( k ) | , j = 1 , . . . , N M , j ≠ p ;
较优地,所述步骤S7中,计算第q段的检测基准值集合,具体为:
以第q段信号频谱Sq(k)为基准,计算第q段的检测基准值集合 sumq j = Σ k = 0 M - 1 | S j ( k ) - S q ( k ) | , j = 1 , . . . , N M , j ≠ q ;
为实现本发明目的还提供一种采集设备采样丢点测试装置,包括存储模块,分段模块,采样数据变换模块,检测基准值计算模块,判断模块,其中:
所述存储模块,用于存储采集设备对信号源输出的单载波信号进行连续采样,得到的多个采样点信号数据;
所述分段模块,用于将N个采样点分成N/M段,每段M个采样点;其中,N为整数,N为M的整数倍,M为2的整数次幂;
所述采样数据变换模块,用于分别将所述分段模块分段得到的各段中的采样点信号数据做快速傅氏变换,然后取绝对值,得到各段采样点信号数据的频谱集合;
所述检测基准值计算模块,用于以所述采样数据变换模块得到的第p段信号频谱为基准,计算第p段的检测基准值集合;
其中,p为1,2,……N/M之中任意之一值;
所述判断模块,用于根据第p段的检测基准值集合得到检测基准值的坐标分布图;判断第p段的检测基准值在坐标分布图上是否规律分布;如果规律分布,则除第p段信号外的其他各段的信号连续,不出现丢点情况,即除第p段外的其他各段的波段信号连续;如果第p段的检测基准值出现异常,则第j段信号出现丢点,整个波段信号不连续。
为实现本发明目的更提供一种采集设备采样测试系统,包括信号发生器、信号采集设备,采集设备采样丢点测试装置;
所述采集设备采样丢点测试装置,包括存储模块,分段模块,采样数据变换模块,检测基准值计算模块,判断模块,其中:
所述存储模块,用于存储对所述采集设备输出的单载波信号进行连续采样,得到的N个连续的采样点信号数据;其中,N为整数;
所述分段模块,用于将多个采样点的N个采样点分成N/M段,每段M个采样点;其中,N为M的整数倍,M为2的整数次幂;
所述采样数据变换模块,用于分别将所述分段模块分段得到的各段中的采样点信号数据做快速傅氏变换,然后取绝对值,得到各段采样点信号数据频谱集;
所述检测基准值计算模块,用于以所述采样数据变换模块得到的第p段信号频谱为基准,计算第p段的检测基准值集合;
其中,p为1,2,……N/M之中任意之一值;
所述判断模块,用于根据第p段的检测基准值集合得到检测基准值的坐标分布图;判断第p段的检测基准值在坐标分布图上是否规律分布;如果规律分布,则除第p段信号外的其他各段的信号连续,不出现丢点情况,即除第p段外的其他各段的波段信号连续;如果第p段的检测基准值出现异常,则第j段信号出现丢点,整个波段信号不连续。
本发明的有益效果:本发明的采集设备采样丢点测试方法和装置及系统,无需人眼直接观测采样点,只需观察运算后结果分布是否出现异常即可,而且“异常”具有非常明显的特征,很方便识别,使得测试比较客观,并且提高了测试效率;信号源简单,只要用常用的信号发生器即可;测试准确度高,只要丢失一个采样点,就会在运算结果上由非常明显的显示,具有很强的可操作性。
附图说明
图1是本发明实施例的采集设备采样丢点测试方法流程图;
图2是实施例测试结果分布规律示意图;
图3为实施例测试结果分布异常示意图;
图4是本发明实施例的采集设备采样丢点测试装置的结构示意图;
图5是本发明实施例的采集设备采样丢点测试系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明的采集设备采样丢点测试方法和装置及系统进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
下面将结合各个附图,依次对本发明的采集设备采样丢点测试方法和装置及系统的具体实施方法做进一步详细描述。
本发明的采集设备采样丢点测试方法,如图1所示,包括如下步骤:
步骤S1,对信号源输出的单载波信号进行连续采样,得到N个采样点信号数据;
作为一种可实施方式,对信号源(如信号发生器)输出的单载波信号cos(2πf0t)进行连续采样,采样频率为fs,得到N个采样点信号数据集合si;i=1,2,…,N;其中,f0为单载波信号频率,π=3.1415926…为常数;t为采样时间;cos()表示余弦函数。
较佳地,所述fs和f0之间需满足乃奎斯特(Nyquist)采样定理。
所述采集设备包括但不限于现有技术中的各种信号发生器。
步骤S2,将N个采样点分成N/M段,每段M个采样点sk,k=0,1,…,M-1;
较佳地,其中,N为M的整数倍,M为2的整数次幂;每段长度超过一个周期,即
Figure GDA0000501521070000061
作为一种可实施方式,可以用f0=100kHz的余弦信号作为信号源,选择采样频率fs为大于5MHz的数值;采样点N选择为20480000,分段长度M为2048。应当可以理解的是,本发明实施例所选用的信号源等各个参数仅作为一种实施参考,其并不意图对本发明保护范围进行限制,本领域技术人员可根据检测要求,不需要任何创造性劳动,而选择出相应的符合要求的检测参数。
步骤S3,分别将各段中的采样点信号数据做快速傅氏变换(Fast FourierTransformation,FFT),然后取绝对值,得到各段采样点信号数据频谱的集合,即频谱集;
作为一种可实施方式,具体地,分别对各段中的采样点信号数据做快速傅氏变换(FFT),然后取绝对值,得到各段采样点信号数据频谱集Sj(k);k=0,1,…,M-1;j=1,2,…,
Figure GDA0000501521070000062
步骤S4,以第p段信号频谱为基准,计算第p段的检测基准值集合;
其中,p为1,2,……N/M之中任意之一值。
具体地,以第p段信号频谱Sp(k)为基准,计算第p段的检测基准值集合 sump j = Σ k = 0 M - 1 | S j ( k ) - S p ( k ) | , j = 1,2 , . . . , N M , j ≠ p ;
步骤S5,根据第p段的检测基准值集合sumpj,j=1,2,…,得到检测基准值的坐标分布图;判断第p段的检测基准值sumpj在坐标分布图上是否规律分布;
步骤S6,如果规律分布,则除第p段信号外的其他各段的信号连续,不出现丢点情况,即除第p段外的其他各段的波段信号连续;
如果第p段的检测基准值sumpj(即检测基准值集合中的之一)出现异常,则第j段信号出现丢点,整个波段信号不连续。
本发明实施例中,所述规律分布是指在坐标分布图中各个检测基准值sumPj点之间的连接曲线在直角坐标系下平滑,如果存在某个点明显的处于该平滑曲线之外,则认为异常,即非规律分布,平滑和异常两种情况的图示如图2和图3所示。
本发明实施例经过反复试验证明,一旦波段出现异常,利用本发明实施例的方法,就可以很容易被区别出来异常波段,具有可操作性。
较佳地,为了进一步检测第p段是否出现丢点,以及以第p段为基准进行丢点检测结果的可靠性,本发明的采集设备采样丢点测试方法,还包括下列步骤:
步骤S7,如果第p段以外的整个波段连续,即第p段的检测基准值sumPj在坐标分布图上规律分布,则以第q段信号频谱Sq(k)为基准,计算第q段的检测基准值集合 sumq j = Σ k = 0 M - 1 | S j ( k ) - S q ( k ) | , j = 1,2 , . . . , N M , j ≠ q ; 其中,q为1,2,……N/M之中任意一值,且q≠p;
步骤S8,根据第q段的检测基准值集合sumqj,j=1,2,…,
Figure GDA0000501521070000072
得到检测基准值的坐标分布图;判断第q段的检测基准值sumqj在坐标分布图上是否规律分布;
步骤S9,如果规律分布,则除第q段信号外的其他各段的信号连续,不出现丢点情况,即除第q段外的其他各段的波段信号连续,因q≠p,所以,可以判断出整个检测的波段不出现丢点异常,也进一步检验了第p段的丢点检测结果的可靠性;
如果第q段的检测基准值sumqj(即检测基准值集合中的之一)出现异常,则第j段信号出现丢点,整个波段信号不连续,其表明或者是第p段存点丢点情况,或者是第p段的检测结果不可靠,需要进一步检测或者重新检测。
下面举例说明本发明采集设备采样丢点测试方法步骤4、5的实现过程,如图1所示:
以第1段信号为基准,计算第1段的检测基准值集合 sum 1 j = Σ k = 0 M - 1 | S j ( k ) - S 1 ( k ) | , j = 2 , . . . , N M ;
根据第1段的检测基准值集合sum1j,j=2,…,
Figure GDA0000501521070000082
得到检测基准值的坐标分布图;
判断第1段的检测基准值sum1j在坐标分布图上是否规律分布;
如果规律分布,则除第1段信号外的其他各段的信号连续,不出现丢点情况,即除第1段外的其他各段的波段信号连续;
如果第1段的检测基准值sum1j(即检测基准值集合中的之一)出现异常,则第j段信号出现丢点,整个波段信号不连续。
如果第1段以外的整个波段连续,即第1段的检测基准值sum1j在坐标分布图上规律分布,则以第2段信号为基准,计算第2段的检测基准值 sum 2 j = Σ k = 0 M - 1 | S j ( k ) - S 2 ( k ) | , j = 1 , 3 , . . . , N M ;
根据第2段的检测基准值集合sum2j,j=0,1,…,
Figure GDA0000501521070000084
得到检测基准值的坐标分布图;
判断第2段的检测基准值sum2j在坐标分布图上是否规律分布;
如果规律分布,则除第2段信号外的其他各段的信号连续,不出现丢点情况,即除第2段外的其他各段的波段信号连续,则可以判断整个检测的波段不出现丢点异常,也进一步检验了第1段的丢点检测结果的可靠性;
如果第2段的检测基准值sum2j(即检测基准值集合中的之一)出现异常,则第j段信号出现丢点,整个波段信号不连续,其表明或者是第1段存点丢点情况,或者是第1段的检测结果不可靠,需要进一步检测或者重新检测。
作为一种可实施方式,其中的第1段、第2段,也可以是其它的段而实现本发明实施例的测试方法。
作为一种可实施的方式,本发明还根据所述的采集设备采样丢点测试方法,提供一种采集设备采样丢点测试装置1,如图4所示,其包括存储模块11,分段模块12,采样数据变换模块13,检测基准值计算模块14,判断模块15,其中:
存储模块11,用于存储对信号源(如信号发生器)输出的单载波信号进行连续采样,得到的N个连续的采样点信号数据;
分段模块12,用于将多个采样点的N个采样点分成N/M段,每段M个采样点sk,k=0,1,…,M-1;
采样数据变换模块13,用于分别将分段模块分段得到的各段中的采样点信号数据做快速傅氏变换(FFT),然后取绝对值,得到各段采样点信号数据频谱集;
检测基准值计算模块14,用于以采样数据变换模块13得到的第p段信号频谱为基准,计算第p段的检测基准值集合;
其中,p为1,2,……N/M之中任意之一值。
判断模块15,用于根据第p段的检测基准值集合得到检测基准值的坐标分布图;判断第p段的检测基准值在坐标分布图上是否规律分布;如果规律分布,则除第p段信号外的其他各段的信号连续,不出现丢点情况,即除第p段外的其他各段的波段信号连续;如果第p段的检测基准值出现异常,则第j段信号出现丢点,整个波段信号不连续。
较佳地,所述检测基准值计算模块14,还用于如果第p段以外的整个波段连续,即第p段的检测基准值集合在坐标分布图上规律分布,则以第q段信号频谱为基准,计算第q段的检测基准值集合;
其中,q为1,2,……N/M之中任意一值,且q≠p;
所述判断模块15,还用于根据第q段的检测基准值集合得到检测基准值的坐标分布图;判断第q段的检测基准值在坐标分布图上是否规律分布;如果规律分布,则除第q段信号外的其他各段的信号连续,不出现丢点情况,即除第q段外的其他各段的波段信号连续;如果第q段的检测基准值出现异常,则第j段信号出现丢点,整个波段信号不连续。
作为一种可实施方式,本发明实施例中的采集设备采样丢点测试装置1,以与本发明所述的采集设备采样丢点测试方法相同的过程工作,因此,在本发明实施例中,对本发明实施例的采集设备采样丢点测试装置,不再一一详细重复描述。
作为一种可实现方式,本发明实施例的采集设备采样丢点测试装置1,可以是计算机运算平台。作为另一种可实施方式,本发明实施例的采集设备采样丢点测试装置实现的计算机运算平台,也可以有其它的运算器,如FPGA系统或者单片机或者DSP芯片,代替计算机平台实现运算过程。
如图5所示,为本发明实施例的采集设备采样丢点测试装置1与信号发生器2(信号源)、信号采集设备3组成的采集设备采样测试系统结构示意图。
信号发生器2即为信号源,其作用是产生单载波信号;该单载波信号经过信号采集设备3采样后采样点的采集数据,采集数据存储到采集设备采样丢点测试装置1的存储模块11中。
采集设备采样丢点测试装置1为计算机运算平台,其将信号采集设备3采样数据进行采样丢点测试,并可以将运算结果在通过计算机运算平台的显示器显示,从而利用判断出采集设备丢点测试结果。
同样地,作为一种可实施方式,本发明实施例中的采集设备采样丢点测试系统,其中的采样丢点测试装置以与本发明所述的采集设备采样丢点测试方法相同的过程工作,因此,在本发明实施例中,对本发明实施例的采集设备采样丢点测试系统,不再一一详细重复描述。
本发明实施例的采集设备采样丢点测试方法和装置及系统,无需人眼直接观测采样点,只需观察运算后结果分布是否出现异常即可,而且“异常”具有非常明显的特征,很方便识别,使得测试比较客观,并且提高了测试效率;信号源简单,只要用常用的信号发生器即可;测试准确度高,只要丢失一个采样点,就会在运算结果上由非常明显的显示,具有很强的可操作性。
最后应当说明的是,很显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (4)

1.一种采集设备采样丢点测试方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤S1,用采集设备对信号源输出的单载波信号进行连续采样存储,得到多个采样点信号数据;
步骤S2,将N个采样点分成N/M段,每段M个采样点;其中,N为整数,N为M的整数倍,M为2的整数次幂;
步骤S3,分别将各段中的采样点信号数据做快速傅氏变换,然后取绝对值,得到各段采样点信号数据的频谱集;
步骤S4,以第p段信号频谱为基准,计算第p段的检测基准值集合;
其中,p为1,2,……N/M之中任意之一值;
所述计算第p段的检测基准值集合,具体为:
以第p段信号频谱Sp(k)为基准,计算第p段的检测基准值集合 sump j = Σ k = 0 M - 1 | S j ( k ) - S p ( k ) | , j = 1,2 , . . . , N M , j ≠ p ;
步骤S5,根据第p段的检测基准值集合,得到检测基准值的坐标分布图;判断第p段的检测基准值在坐标分布图上是否规律分布;
步骤S6,如果规律分布,则除第p段信号外的其他各段的信号连续,不出现丢点情况,即除第p段外的其他各段的波段信号连续;
如果第p段的检测基准值出现异常,则第j段信号出现丢点,整个波段信号不连续;
步骤S7,如果第p段以外的整个波段连续,则以第q段信号频谱为基准,计算第q段的检测基准值集合;其中,q为1,2,……N/M之中任意一值,且q≠p;
所述计算第q段的检测基准值集合,具体为:
以第q段信号频谱Sq(k)为基准,计算第q段的检测基准值集合 sumq j = Σ k = 0 M - 1 | S j ( k ) - S q ( k ) | , j = 1,2 , . . . , N M , j ≠ q ;
步骤S8,根据第q段的检测基准值集合,得到检测基准值的坐标分布图;判断第q段的检测基准值在坐标分布图上是否规律分布;
步骤S9,如果规律分布,则除第q段信号外的其他各段的信号连续,不出现丢点情况,判断出整个检测的波段不出现丢点异常;如果第q段的检测基准值出现异常,则第j段信号出现丢点,整个波段信号不连续。
2.根据权利要求1所述的采集设备采样丢点测试方法,其特征在于:
所述步骤S1中,所述单载波信号为COS(2πf0t),其中,f0为单载波信号频率,π=3.1415926…为常数;t为采样时间;COS()表示余弦函数;
采样频率为fs
所述fs和f0之间需满足Nyquist采样定理;
所述步骤S2中,所述N个采样点分成N/M段后的每段的长度M超过一个周期,即
Figure FDA0000501521060000021
3.一种采集设备采样丢点测试装置,其特征在于:包括存储模块,分段模块,采样数据变换模块,检测基准值计算模块,判断模块,其中:
所述存储模块,用于存储采集设备对信号源输出的单载波信号进行连续采样,得到的多个采样点信号数据;
所述分段模块,用于将N个采样点分成N/M段,每段M个采样点;其中,N为整数,N为M的整数倍,M为2的整数次幂;
所述采样数据变换模块,用于分别将所述分段模块分段得到的各段中的采样点信号数据做快速傅氏变换,然后取绝对值,得到各段采样点信号数据频谱集;
所述检测基准值计算模块,用于以所述采样数据变换模块得到的第p段信号频谱为基准,计算第p段的检测基准值集合;
其中,p为1,2,……N/M之中任意之一值;
所述计算第p段的检测基准值集合,具体为:
以第p段信号频谱Sp(k)为基准,计算第p段的检测基准值集合 sump j = Σ k = 0 M - 1 | S j ( k ) - S p ( k ) | , j = 1,2 , . . . , N M , j ≠ p ;
所述判断模块,用于根据第p段的检测基准值集合得到检测基准值的坐标分布图;判断第p段的检测基准值在坐标分布图上是否规律分布;如果规律分布,则除第p段信号外的其他各段的信号连续,不出现丢点情况,即除第p段外的其他各段的波段信号连续;如果第p段的检测基准值出现异常,则第j段信号出现丢点,整个波段信号不连续;
所述检测基准值计算模块,还用于如果第p段以外的整个波段连续,即第p段的检测基准值在坐标分布图上规律分布,则以第q段信号频谱为基准,计算第q段的检测基准值集合;
其中,q为1,2,……N/M之中任意一值,且q≠p;
所述计算第q段的检测基准值集合,具体为:
以第q段信号频谱Sq(k)为基准,计算第q段的检测基准值集合 sumq j = Σ k = 0 M - 1 | S j ( k ) - S q ( k ) | , j = 1,2 , . . . , N M , j ≠ q ;
所述判断模块,还用于根据第q段的检测基准值集合,得到检测基准值的坐标分布图;判断第q段的检测基准值在坐标分布图上是否规律分布;如果规律分布,则除第q段信号外的其他各段的信号连续,不出现丢点情况,即判断出整个检测的波段不出现丢点异常;如果第q段的检测基准值出现异常,则第j段信号出现丢点,整个波段信号不连续。
4.根据权利要求3所述的采集设备采样丢点测试装置,其特征在于:所述采集设备采样丢点测试装置为计算机运算平台,或者为FPGA系统,或者为单片机,或者为DSP芯片。
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