主题:设想个游戏,理解一下数据与采样
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设想个操作游戏玩儿,请各位耐心看完。

一模一样两个桶,下雨天放到院子里,那么一阵雨后,两个桶里应该是接到了同样多的水(都没装满,但是足够多,比如3/4)。

现在把水变成油漆,天上掉下的是油漆。

有两把刷子,毛的厚度一样都是1厘米,宽度有区别,1号刷子是40#,  2号刷子宽点儿是50#。

预备两根木棍,粗细一样,足够长。

用两个刷子去蘸取油漆,一次让毛刷吸足油墨,然后横向在木棍上横着刷,一次只能在同一圈上刷,每次刷到毛刷上的墨完全耗尽,再去蘸取下一次刷紧挨着的下一圈。
有点儿常识的应该知道,这种刷法,等把桶中的油漆用完,因为1号毛刷每次蘸取的墨相对较少,每圈刷上去的颜色会稍淡一点儿,但是可以刷更多圈,比如450圈;而2号毛刷宽一点,蘸取的墨多一点儿,每圈刷完色彩会稍厚重一点儿,但是可能刷的圈数较少,比如可能只能刷400圈。

前边说了两个毛刷宽度一样,所以1号毛刷刷了450厘米的长度,而2号毛刷刷了400厘米的长度。

现在我要换个说法,我说我用1号毛刷对应桶的油漆我做了450份的采样,用2号毛刷的做了400份的采样,采样精度1号的高于2号的。
现在问题是,两个桶里原本装的是同样多的油漆,1号虽然刷出了更长的长度,但是色彩略淡一点儿,2号刷的短了一点儿,但是色彩厚重一些。 到底是采样数高的好,还是刷的更厚重更结实的好?谁能告诉我,这两个哪个高级?

如果1号毛刷淡淡的刷了 2^14=16384圈,而2号毛刷浓浓的刷了2^12=4096圈 ,谁能告诉我,这两个桶哪个高级?

如果我是卖油漆的,我说我这同样容量一桶漆可以刷16384个圈,而隔壁那家的只能刷4096圈,您是不是觉得我这个特别好?
本帖由安卓客户端编辑于:2018-11-03 22:58:56
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iZaZaD 发表于 2018-11-5 09:58
改完的图:
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疑问:

1、A 与 B两种采样,我们到底应该追求哪种? 作为一个普通用户,是需要记录下更大范围的亮度信息,还是更需要在关心的亮度范围内尽可能精细记录?

2、采用这两种不同风格输出的传感器,哪个好?

3、各类评测机构,考虑了这个因素没?

4、如果存在A与B的两种情况,出图表现是什么样的结果?


补充:

是否会存在以下三种不同的记录方式的情况,如图:

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C1注重表现高光部分细节,密集采样高光部分细节,但是可能造成暗光部分细节不够;
C2与C1相反,注重暗光部分细节;
C3注重中间调部分细节。

哪一个出片效果漂亮好看?
哪一个更有利于后期的哪一些调整? 本帖最后由 iZaZaD 于 2018-11-5 10:06 编辑
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无际 发表于 2018-11-4 22:45
你这么理解 就用jpg的8位来看 照片区间只有0-255级 你去映射0-30000e 另一种是只映射一半 肯定是一半的在有效区间的信息丰富

再就是映射不一定是线性的 在两头可能是非线性

另外图改一下


改完的图:
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疑问:

1、A 与 B两种采样,我们到底应该追求哪种? 作为一个普通用户,是需要记录下更大范围的亮度信息,还是更需要在关心的亮度范围内尽可能精细记录?

2、采用这两种不同风格输出的传感器,哪个好?

3、各类评测机构,考虑了这个因素没?

4、如果存在A与B的两种情况,出图表现是什么样的结果?

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iZaZaD 发表于 2018-11-4 21:15
你说的这个问题是我想搞明白的一个问题:一个成像系统,到底是应该A)去更多的记录传感器所能感受到的光线变化范围,还是应该B)更多的记录我关心的这个画面内容附近的动态范围(比如在10000~11000e-范围周围)?

如果目标是A,那么这个产品的数据会很好看,但是可能会记录了很多并不受关注的内容,比如0~3000e- 或者 >30000e-的内容;
如果目标是B,那么这个产品的数据可能稍差,但是在我关心的内容周围,比如4000~18000e-附近有良好的记录细节;

是不是这样?

补充个图:

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你这么理解 就用jpg的8位来看 照片区间只有0-255级 你去映射0-30000e 另一种是只映射一半 肯定是一半的在有效区间的信息丰富

再就是映射不一定是线性的 在两头可能是非线性

另外图改一下 本帖最后由 无际 于 2018-11-4 22:49 编辑
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无际 发表于 2018-11-4 20:50
这个是人为控制的 佳能的动态小 一方面是避开了传感器弱点

然后 你想想 在这段范围里 如果出现一个人 他占多少亮度范围 比如10000-11000e?他不管站在暗处还是亮处 范围都不会大

如果是设计把动态加大 那么人的灰度范围就很小 没有层次 也就是扁平的

如果想要人物有层次 必然会把中间这一段展开 这时当然就得略去高与低


你说的这个问题是我想搞明白的一个问题:一个成像系统,到底是应该A)去更多的记录传感器所能感受到的光线变化范围,还是应该B)更多的记录我关心的这个画面内容附近的动态范围(比如在10000~11000e-范围周围)?

如果目标是A,那么这个产品的数据会很好看,但是可能会记录了很多并不受关注的内容,比如0~3000e- 或者 >30000e-的内容;
如果目标是B,那么这个产品的数据可能稍差,但是在我关心的内容周围,比如4000~18000e-附近有良好的记录细节;

是不是这样?

补充个图:

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本帖最后由 iZaZaD 于 2018-11-4 21:29 编辑
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iZaZaD 发表于 2018-11-4 20:44
第一句如果觉得我说的不专业,那换个专业名词:

1、假设某个像素的满肼容量是  36000e- ,那么,我是把这0~36000e- 分成14个等级表示用14位亮度级别表现出来的画质好,还是分成12个等级表示12个亮度级别的画质好?

这个是人为控制的 佳能的动态小 一方面是避开了传感器弱点

然后 你想想 在这段范围里 如果出现一个人 他占多少亮度范围 比如10000-11000e?他不管站在暗处还是亮处 范围都不会大

如果是设计把动态加大 那么人的灰度范围就很小 没有层次 也就是扁平的

如果想要人物有层次 必然会把中间这一段展开 这时当然就得略去高与低
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无际 发表于 2018-11-4 20:35
对于第1句 你这是文科生的杜撰 我完全可以绕过去 当然你要说最大光 那么我可以告诉你 佳能的高光比索尼尼康都要好

对于第2句 传感器是传感器 A/D(模/数)转换器是转换器 虽然它们有时是合在一起的 我只能说索尼的传感器工艺好于佳能的 这就导致了索尼的热噪小 换句话说暗部噪点小 换来的也就是暗部信号可用 经得起后期提拉 至于A/D转换器12位还是14位 是另外一回事

佳能的人像优势 很显然不是传感器技术先进 也不是A/D位数或精度高 而是软件算法先进!


第一句如果觉得我说的不专业,那换个专业名词:

1、假设某个像素的满肼容量是  36000e- ,那么,我是把这0~36000e- 分成14个等级表示用14位亮度级别表现出来的画质好,还是分成12个等级表示12个亮度级别的画质好?

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iZaZaD 发表于 2018-11-4 20:30
我的疑问可以直接说:

1、假设某个像素最大的感光转换能力是1万个光电子,那么,我是把这0~10000个光电子分成14个等级表示14位亮度级别表现出来的画质好,还是分成12个等级表示12个亮度级别的画质好?

2、同样的一个传感器,用14位采样就比12位采样出来的画质好吗?

3、采样位数高,就代表传感器的动态范围高吗?

第3 动态范围高是因为传感器底噪音小 与A/D传感器没有太大关系 因为传感器信号会经过放大后 才到A/D转换器 这时它不是瓶颈

最后还是那句 即便信号再保真 动态再大 没有好的算法 色彩一样是个问题 撇开人像 索尼的白平衡不准也是事实 本帖最后由 无际 于 2018-11-4 20:41 编辑
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iZaZaD 发表于 2018-11-4 20:30
我的疑问可以直接说:

1、假设某个像素最大的感光转换能力是1万个光电子,那么,我是把这0~10000个光电子分成14个等级表示14位亮度级别表现出来的画质好,还是分成12个等级表示12个亮度级别的画质好?

2、同样的一个传感器,用14位采样就比12位采样出来的画质好吗?


对于第1句 你这是文科生的杜撰 我完全可以绕过去 当然你要说最大光 那么我可以告诉你 佳能的高光比索尼尼康都要好

对于第2句 传感器是传感器 A/D(模/数)转换器是转换器 虽然它们有时是合在一起的 我只能说索尼的传感器工艺好于佳能的 这就导致了索尼的热噪小 换句话说暗部噪点小 换来的也就是暗部信号可用 经得起后期提拉 至于A/D转换器12位还是14位 是另外一回事

佳能的人像优势 很显然不是传感器技术先进 也不是A/D位数或精度高 而是软件算法先进! 本帖最后由 无际 于 2018-11-4 20:36 编辑
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无际 发表于 2018-11-4 20:18
如果一个公司的芯片 当然是12位比14位的采样精度高

一种情况是用相同工艺制作的12和14位芯片 虽然这两个芯片的进度误差一致 但是14位的采样精度为16384分级 12位的采样精度为4096

另一种情况是 14位芯片的工艺好于12位芯片 这样14的位精度误差就会高于12位芯片

还没有哪个公司 会让高配芯片的工艺 低于低配芯片的工艺

所以你完全不用臆想这种情况会发生

也许你想表达别的什么 但绝对不是这种文科比喻


我的疑问可以直接说:

1、假设某个像素最大的感光转换能力是1万个光电子,那么,我是把这0~10000个光电子分成14个等级表示14位亮度级别表现出来的画质好,还是分成12个等级表示12个亮度级别的画质好?

2、同样的一个传感器,用14位采样就比12位采样出来的画质好吗?

3、采样位数高,就代表传感器的动态范围高吗?

本帖最后由 iZaZaD 于 2018-11-4 20:32 编辑
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iZaZaD 发表于 2018-11-4 20:11
这个我知道。

ADC电路就是把像素上的电压信号转换成数字。比如某个电压,如果用14位ADC采集到的数字是8192 ,如果换成12位的就是2048。

我想表达的意思是,ADC电路位数的高低,并不代表产生被测量的的这个电压的电路(像素)的性能好坏。

如果一个公司的芯片 当然是14位比12位的采样精度高

一种情况是用相同工艺制作的12和14位芯片 虽然这两个芯片的精度误差一致 但是14位的采样精度为16384分级 12位的采样精度为4096

另一种情况是 14位芯片的工艺好于12位芯片 这样14的位精度误差就会高于12位芯片

还没有哪个公司 会让高配芯片的工艺 低于低配芯片的工艺

所以你完全不用臆想这种情况会发生

也许你想表达别的什么 但绝对不是这种文科比喻 本帖最后由 无际 于 2018-11-4 20:21 编辑
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无际 发表于 2018-11-4 20:07
cmos感应亮度后 转换为模拟电平信号 也就是暗部为低电平 亮部为高电平 比如电平是0-5V

采样是对这个电平信号的高低来分割 来进行细分 也就是0-5V电压 是用12位的模数转换器 还是用14位的模数转换器来采样

并不是对整个画面的面积分割细分

采样信号只能对灰度等级采样 (中间省去。。。)然后合成为能识别颜色的raw文件格式


这个我知道。

ADC电路就是把像素上的电压信号转换成数字。比如某个电压,如果用14位ADC采集到的数字是8192 ,如果换成12位的就是2048。

我想表达的意思是,ADC电路位数的高低,并不代表产生被测量的的这个电压的电路(像素)的性能好坏。
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iZaZaD 发表于 2018-11-4 19:23
不是稀释,是均分。

刷子每次刷一次,就是取其中一份。

用14位采样像素的满容量对应16384份,用12位采样是4096份。

采样是传感器的外部电路,只是相当于一把测量的尺子。 能用一个尺子的性能优劣来说传感器的好坏吗?一个14位采样的手机摄像头传感器能比12位采样的全画幅传感器成像好不?


cmos的每个像素感应亮度后 转换为模拟电平信号 也就是暗部为低电平 亮部为高电平 比如电平是0-5V

采样是对这个电平信号的高低来分割 来进行细分 也就是0-5V电压 是用12位的模数转换器 还是用14位的模数转换器来采样

并不是对整个画面的面积分割细分

采样信号只能对灰度等级采样 (中间省去。。。)然后合成为能识别颜色的raw文件格式

采样12位或14位 是对每个像素都进行的 对每个像素的灰度等级进行细分 本帖最后由 无际 于 2018-11-4 20:10 编辑
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skyshui 发表于 2018-11-4 13:11
为何大刷子刷的比小刷子厚重,而不是一次刷的面积更大?形象一点,大刷子是由两个小刷子拼合而成,一次蘸的油漆多,但是粉刷面积确是小刷子的两倍,最后一桶油漆粉刷面积相同。


因为我主题里说了,刷子的厚度是一样的都是1厘米,但是宽度不一样,每次只能在木棍上刷1厘米宽度的一圈上刷完。

如楼上所说,这里做的不是稀释,是均分。

一个像素感应到的光电荷数量,14位采样就是把像素装满的电荷分成16384份来计数,12位采样是分成4096份。

用最大多少份去计量,并不代表像素本身感光能力的好坏。 本帖最后由 iZaZaD 于 2018-11-4 19:47 编辑
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无际 发表于 2018-11-4 12:13
扯蛋 不懂得采样原理

采样是步距 采样精度是步距误差

步距小不能用稀释来理解


不是稀释,是均分。

刷子每次刷一次,就是取其中一份。

用14位采样像素的满容量对应16384份,用12位采样是4096份。

采样是传感器的外部电路,只是相当于一把测量的尺子。 能用一个尺子的性能优劣来说传感器的好坏吗?一个14位采样的手机摄像头传感器能比12位采样的全画幅传感器成像好不?

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为何大刷子刷的比小刷子厚重,而不是一次刷的面积更大?形象一点,大刷子是由两个小刷子拼合而成,一次蘸的油漆多,但是粉刷面积确是小刷子的两倍,最后一桶油漆粉刷面积相同。
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典型的简单问题复杂化,只要计算机处理性能满足要求,毫无疑问是采样精度越高越好,楼主举例说的那个采样多色彩就淡的属于理解跑偏,同样容量的油漆应该对应同样大小的棍子摆放面积,真正的高精度采样在于同样大小的面积,小刷子涂油漆的棍子更细了,而色彩厚度是没变的,然而同样棍子多了,因此其对应的色彩可调节细腻程度就更好,如果将这块面积缩小看待就是一个像素点
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扯蛋 不懂得采样原理

采样是步距 采样精度是步距误差

步距小不能用稀释来理解
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windecay 发表于 2018-11-4 00:12
这就有个撞墙的概念了,现有物料发展下去,转换率达到瓶颈就得考虑更换(找不找得到就不知道了)。前些年不过是爆炸发展时期而已。。


会不会像CMOS替代CCD一样呢。。。。爆炸发展期和瓶颈期都是相对的,总会有瓶颈,克服之后又是坦途。。。

只是到时候CNS还能剩多少

当然,他们都会有某种形式永垂不朽的,这点我确定。
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iZaZaD 发表于 2018-11-4 05:18
见笑了,只是做个不很实际的比喻而已。

同样大小的容器,采用不同的刻度的两种计量方法,我能说计量方法A测量的容器比使用B方法测量的容器更好吗?  

还是接下雨的那两桶水,一个我用儿童小饭勺去舀出来,每舀一下计一个数;另一个用汤勺,也是每舀一下计个数,直到水舀干。然后我说,用小勺的这个桶好,比用大勺的那个好,是不是不太对?

回到刷漆的那俩毛刷,相当于把同等量的漆分成不同数量的两组,把每一份均匀刷到相同面积上,那么显然小刷子分成更多份数可以刷更大面积,大刷子份数少刷的面积小。区别在于同样量的漆刷到了不同面积上,刷出的效果会有区别的,大刷子刷的厚重。

现在的光学、光电信号转换设备(传感器)和像素(输出)之间的关系,还是经过技术人员权衡妥协后的结果。
当然不会无限制上像素机。

但是像你说的,油漆掉到桶里,本身就涉及一个损耗问题,好笔桶上有个筛子。技术越发达,这个筛子透过率越高,也就是说随着技术进步,桶里的漆会越多。这也好理解为啥近年来相机的输出像素越来越高的原因(手机是异端,先不讨论)

插值算法确实是无奈,不过我相信随着技术发展,以后不靠插值都能上五千万上一亿,只要输出端前的光学透镜和光电转换设备的转换效率越来越高。
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fei01_LT 发表于 2018-11-03 23:51
底的档次和镜头档次本身就是技术水平最重要的体现。

俺认为论重要性依次为:感应器第一(像素数,单个像素的性能);镜头第二(通光量...


先谈单个像素的性能再谈信号处理。

十五年前的传感器理论上也可以用14位采样,只是慢些;成像效果未必比当今的传感器用12位采样的好,差异在于传感器像素捕捉光子的能力。同样大小的像素,同样光照条件下的一次曝光,十年前传感器的一个像素可以抓到50万个,而当今的可以抓到100万个。

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sylphia 发表于 2018-11-03 23:06
天上掉的是珐琅漆、硝基漆、所谓水性漆,还是聚氨酯双组份漆?

油漆干透速度条件不一样(技术水平不处在同一个时代)

某...


见笑了,只是做个不很实际的比喻而已。

同样大小的容器,采用不同的刻度的两种计量方法,我能说计量方法A测量的容器比使用B方法测量的容器更好吗?  

还是接下雨的那两桶水,一个我用儿童小饭勺去舀出来,每舀一下计一个数;另一个用汤勺,也是每舀一下计个数,直到水舀干。然后我说,用小勺的这个桶好,比用大勺的那个好,是不是不太对?

回到刷漆的那俩毛刷,相当于把同等量的漆分成不同数量的两组,把每一份均匀刷到相同面积上,那么显然小刷子分成更多份数可以刷更大面积,大刷子份数少刷的面积小。区别在于同样量的漆刷到了不同面积上,刷出的效果会有区别的,大刷子刷的厚重。
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sylphia 发表于 2018-11-3 23:59
重要性是钱钱钱

其实底的档次的概念是

同时代同技术同厂家,大底肯定更花心思,小底肯定阉割功能

但是你拿10年后的小底和10年前的大底比,还是小底更好。

所以技术代差后面用的是乘号,而非加号。


技术必须是同代,否则就没有可比性,毫无意义。

光电感应器是基于半导体技术的,这意味着什么大多数人应该明白。(如果不明白,可以想想十年前的电脑,手机)

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sylphia 发表于 2018-11-03 23:59
重要性是钱钱钱

其实底的档次的概念是

同时代同技术同厂家,大底肯定更花心思,小底肯定阉割功能

但是你拿1...

这就有个撞墙的概念了,现有物料发展下去,转换率达到瓶颈就得考虑更换(找不找得到就不知道了)。前些年不过是爆炸发展时期而已。。
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fei01_LT 发表于 2018-11-3 23:51
底的档次和镜头档次本身就是技术水平最重要的体现。

俺认为论重要性依次为:感应器第一(像素数,单个像素的性能);镜头第二(通光量,几何失真度,色散...);光电信号采集和处理。

重要性是钱钱钱

其实底的档次的概念是

同时代同技术同厂家,大底肯定更花心思,小底肯定阉割功能

但是你拿10年后的小底和10年前的大底比,还是小底更好。

所以技术代差后面用的是乘号,而非加号。 本帖最后由 sylphia 于 2018-11-4 00:01 编辑
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sylphia 发表于 2018-11-3 23:10
光信号转电信号也好,镜头收集+传输光学数据的损耗也好,如果单纯用一个简化公式

那就是信息传递效率=技术水平*(底的档次+镜头档次)

10年前的效率和现在就不是一个档次

10年后的效率和现在也不是一个档次

如果信号传递效率能达到理想化的100%,也就是光转电、镜头都是零损耗。

那当然像素越高越好,因为油漆桶几乎是取之不尽用之不竭的。。。。

对,相机厂的技术人员都是朝这个方向去努力的(仅技术人员而已)


底的档次和镜头档次本身就是技术水平最重要的体现。

俺认为论重要性依次为:感应器第一(像素数,单个像素的性能);镜头第二(通光量,几何失真度,色散...);光电信号采集和处理。

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光信号转电信号也好,镜头收集+传输光学数据的损耗也好,如果单纯用一个简化公式

那就是信息传递效率=技术水平*(底的档次+镜头档次)

10年前的效率和现在就不是一个档次

10年后的效率和现在也不是一个档次

如果信号传递效率能达到理想化的100%,也就是光转电、镜头都是零损耗。

那当然像素越高越好,因为油漆桶几乎是取之不尽用之不竭的。。。。

对,相机厂的技术人员都是朝这个方向去努力的(仅技术人员而已)
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天上掉的是珐琅漆、硝基漆、所谓水性漆,还是聚氨酯双组份漆?

油漆干透速度条件不一样(技术水平不处在同一个时代)

某种情况(双组份漆但不用固化剂)你那个圈永远刷不完(刷子反复把之前涂抹的油漆带走回来带走回来)
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windecay 发表于 2018-11-03 22:47
有笔误,最后那里两个都写成14bit了。


改了。
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有笔误,最后那里两个都写成14bit了。
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