物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)院的應(yīng)用

引言

長(zhǎng)期以來(lái)，人類一直面臨著各種惡性疾病的困擾，特別是一些傳染性疾病，給我們的生活帶來(lái)了極大的困難。尤其是那些戰(zhàn)斗在一線的醫(yī)務(wù)工作者，他們是離病源最近的健康人群，也是積極主動(dòng)接近病源的人群。為了人們的健康，他們不得不接近病人、走近疾病，這給他們的健康帶來(lái)了極大的威脅。為了保證他們的健康，我們要盡可能為他們創(chuàng)造一個(gè)遠(yuǎn)離病源的工作環(huán)境！

近年來(lái)，一些不法分子把罪惡的手伸到了醫(yī)院，嚴(yán)重危害著醫(yī)院和病人的生命財(cái)產(chǎn)安全，他們實(shí)行扒、竊、搶、破壞等卑劣手段，擾亂醫(yī)院的工作秩序、竊取他人錢財(cái)、破壞醫(yī)院治安。為了我們的健康，也為了社會(huì)的安寧，良好的醫(yī)院環(huán)境受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。為了更好地改善醫(yī)院的環(huán)境，本文給出了一種醫(yī)院安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。該系統(tǒng)能夠自動(dòng)報(bào)警，并具有免接觸監(jiān)護(hù)、免接觸探視等多種現(xiàn)代化醫(yī)院管理功能。

1設(shè)計(jì)原則

本物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院管理項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)遵循技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、性能穩(wěn)定、節(jié)約成本的原則，綜合考慮施工、維護(hù)及操作因素，并為今后的發(fā)展、擴(kuò)建、改造等因素留有擴(kuò)充的余地。設(shè)計(jì)方案具有科學(xué)性、合理性、可操作性。其設(shè)計(jì)原則如下：

1.1先進(jìn)性與適用性

系統(tǒng)的技術(shù)性能和質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平；同時(shí),系統(tǒng)的安裝調(diào)試、軟件編程和操作使用應(yīng)簡(jiǎn)便易行，容易掌握,并應(yīng)適合中國(guó)國(guó)情和本項(xiàng)目特點(diǎn)。

1.2經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性

系統(tǒng)要充分考慮用戶實(shí)際需要和信息技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，根據(jù)用戶現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，設(shè)計(jì)應(yīng)選用功能適合現(xiàn)場(chǎng)情況、符合用戶要求的系統(tǒng)配置方案，通過(guò)嚴(yán)密、有機(jī)的組合，實(shí)現(xiàn)最佳的性能價(jià)格比，以節(jié)約工程投資，同時(shí)保證系統(tǒng)功能實(shí)施的需求,經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

1.3可靠性與安全性

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)具有較高的可靠性，在系統(tǒng)故障或事故造成中斷后，能確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性和一致性，并具備迅速恢復(fù)的功能，同時(shí)系統(tǒng)還應(yīng)具有一整套完整的系統(tǒng)管理策略，可以保證系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

1.4開(kāi)放性

以現(xiàn)有成熟的產(chǎn)品為對(duì)象設(shè)計(jì)，同時(shí)考慮到周邊信息通信環(huán)境的現(xiàn)狀和技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，可以消防、防盜，聚光系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，并具有RJ-45網(wǎng)絡(luò)通訊口，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

1.5可擴(kuò)充性

系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到今后技術(shù)的發(fā)展和使用的需要，要具有更新、擴(kuò)充和升級(jí)的可能。根據(jù)今后該項(xiàng)目工程的實(shí)際要求擴(kuò)展系統(tǒng)功能，同時(shí)，本方案在設(shè)計(jì)中要留有冗余，以滿足今后的發(fā)展要求。

1.6最優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)備配置

在滿足用戶對(duì)功能、質(zhì)量、性能、價(jià)格和服務(wù)等各方面要求的前提下，設(shè)計(jì)應(yīng)追求最優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)備配置，以盡量降低系統(tǒng)造價(jià)。

2系統(tǒng)功能特點(diǎn)

2.1系統(tǒng)功能

本著系統(tǒng)既要先進(jìn)、實(shí)用、成熟、可靠，又要做到系統(tǒng)開(kāi)放性、可擴(kuò)展性好，同時(shí)還應(yīng)兼顧投資合理、效益最佳的設(shè)計(jì)目的。系統(tǒng)中的閉路電視的主要任務(wù)是對(duì)建筑物內(nèi)重要部位的事態(tài)、人流等動(dòng)態(tài)狀況進(jìn)行宏觀監(jiān)視和控制，以便對(duì)各種異常情況進(jìn)行實(shí)時(shí)取證、復(fù)核，達(dá)到及時(shí)處理目的。系統(tǒng)所應(yīng)具備的功能如下：

（1）可實(shí)現(xiàn)各種遙控信號(hào)。云臺(tái)要能實(shí)現(xiàn)上、下、左、右控制；鏡頭能實(shí)現(xiàn)變焦、聚集、光圈控制；錄像控制包括定點(diǎn)錄像和時(shí)序錄像。

（2）對(duì)視頻信號(hào)能進(jìn)行時(shí)序、定點(diǎn)切換和編程。

（3）能察看和記錄圖像，應(yīng)有字符區(qū)分并作時(shí)間(年、月、日)的顯示。

（4）可實(shí)現(xiàn)電源同步或外同步切換。

（5）可接收安全防范系統(tǒng)中各子系統(tǒng)信號(hào)，并根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)控制聯(lián)動(dòng)或系統(tǒng)集成。

（6）可以進(jìn)行內(nèi)外通信聯(lián)系。

（7）安保監(jiān)視電視系統(tǒng)與安全報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)切換、顯示、記錄報(bào)警部位的圖像信號(hào)及報(bào)警時(shí)間。

（8）在電源控制方面，攝像機(jī)應(yīng)由安?？刂剖乙龑＞€統(tǒng)一供電，并由安?？刂剖也僮魍?、斷。對(duì)離安?？刂剖逸^遠(yuǎn)的攝像機(jī)，統(tǒng)一供電確有困難時(shí)，也可就近解決。如果系統(tǒng)采用電源同步方式，則必須與安?？刂剖覟橥嗟目煽侩娫?。

2.2系統(tǒng)特點(diǎn)

2.2.1H.264壓縮技術(shù)

H.264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)是專為中高質(zhì)量運(yùn)動(dòng)圖像壓縮所設(shè)計(jì)的低碼率圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。H.264采用運(yùn)動(dòng)視頻編碼中常見(jiàn)的編碼方法，該方法將編碼過(guò)程分為幀內(nèi)編碼和幀間編碼兩個(gè)部分。幀內(nèi)用改進(jìn)的DCT變換并量化，幀間則采用1/2像素運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)補(bǔ)償技術(shù)，以使運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償更加精確，量化后使用改進(jìn)的變長(zhǎng)編碼表(VLC)對(duì)量化數(shù)據(jù)進(jìn)行熵編碼，從而得到最終的編碼系數(shù)。

2.2.2MPEG-4壓縮技術(shù)

如果說(shuō)，MPEG-1"文件小，但質(zhì)量差”而MPEG-2則“質(zhì)量好，但更占空間”的話，那么MPEG-4則很好地結(jié)合了前兩者的優(yōu)點(diǎn)。它于1998年10月定案，在1999年1月成為一個(gè)國(guó)際性標(biāo)準(zhǔn)，隨后為擴(kuò)展用途，又進(jìn)行了第二版的開(kāi)發(fā),于1999年底結(jié)束。MPEG-4是超低碼率運(yùn)動(dòng)圖像和語(yǔ)言的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，它不僅是針對(duì)一定比特率下的視頻、音頻編碼，而且更加注重多媒體系統(tǒng)的交互性和靈活性。MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)主要應(yīng)用于視像電話(VideoPhone)、視像電子郵件(VideoEmail)和電子新聞(ElectronicNews)等，其傳輸速率要求較低，在4800~64000b/s之間，分辨率為176X144。MPEG-4利用很窄的帶寬，可通過(guò)幀重建技術(shù)來(lái)壓縮和傳輸數(shù)據(jù)，以求以最少的數(shù)據(jù)獲得最佳的圖像質(zhì)量。與MPEG-1和MPEG-2相比，MPEG-4為多媒體數(shù)據(jù)壓縮提供了一個(gè)更為廣闊的平臺(tái)。MPEG-4更多定義的是一種格式、一種架構(gòu)，而不是具體的算法，它可以將各種各樣的多媒體技術(shù)充分用進(jìn)來(lái)，包括壓縮本身的一些工具、算法，也包括圖像合成、語(yǔ)音合成等技術(shù)。MPEG-4的特點(diǎn)是其更適于交互AV服務(wù)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控。MPEG-4是第一個(gè)使你由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)(不再只是觀看，允許你加入其中，即有交互性)的動(dòng)態(tài)圖像標(biāo)準(zhǔn)；它的另一個(gè)特點(diǎn)是其綜合性，從根源上說(shuō)，MPEG-4試圖將自然物體與人造物體相溶合(視覺(jué)效果意義上的)。MPEG-4的設(shè)計(jì)目標(biāo)具有更廣的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性。

3系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)由傳輸系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、圖像監(jiān)控系統(tǒng)、硬盤(pán)錄像系統(tǒng)等四個(gè)部分構(gòu)成，同時(shí)具有對(duì)圖像信號(hào)的分配切換、存儲(chǔ)、處理、還原等功能。其原理圖如圖1所示。

3.1傳輸系統(tǒng)

由于監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)和控制中心總有一定距離，從監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)到控制中心需要圖像信號(hào)傳輸圖像信號(hào)，同時(shí)從控制中心的控制信號(hào)也要傳送到現(xiàn)場(chǎng)，所以，本系統(tǒng)的傳輸系統(tǒng)包括視頻信號(hào)和控制信號(hào)傳輸兩部分。

3.1.1視頻信號(hào)傳輸

視頻基帶信號(hào)一般采用同軸電纜傳輸，也可采用光纜傳送電視信號(hào)以及用平衡電纜對(duì)也就是利用電話電纜傳送。一般電纜對(duì)外界的靜電場(chǎng)和電磁波有屏蔽作用，可減少串?dāng)_，傳輸損失也較小。但是，用電纜作為長(zhǎng)距離傳送媒體時(shí)，會(huì)發(fā)生對(duì)地不平衡低頻地電流的影響，有時(shí)也會(huì)有高頻干擾。信號(hào)傳輸帶寬為50Hz~4MHz。當(dāng)傳輸距離在200m以內(nèi)時(shí),用同軸電纜傳送，其衰減的影響一般可不予考慮；而當(dāng)傳輸距離大于200m時(shí)，電纜的衰減量就比較大，為了能對(duì)整個(gè)帶寬內(nèi)不同頻率的信號(hào)進(jìn)行傳輸，必須使用電纜補(bǔ)償放大器。在某些場(chǎng)合，布線非常困難時(shí)，可以釆用無(wú)線傳輸（如微波定向傳輸），但它要占用頻率資源，需經(jīng)無(wú)線電管理委員會(huì)核準(zhǔn)。

圖1系統(tǒng)構(gòu)成結(jié)構(gòu)框圖

3.1.2控制信號(hào)傳輸

對(duì)于閉路電視系統(tǒng)，常用的控制方式有直接控制、編碼控制、同軸視控等。目前，直接控制由于線纜過(guò)多，很少采用。編碼控制是將全部控制命令數(shù)字化（調(diào)制）后再傳輸，到控制設(shè)備后再解調(diào)，以將其還原成直接控制量。這種方式可節(jié)約線纜，傳輸距離長(zhǎng)，目前工程中采用較多。同軸視控就是控制信號(hào)與視頻信號(hào)共用一條同軸電纜，并利用頻率分割或視頻信號(hào)消隱期傳輸控制信號(hào)的方式傳輸，但這種方式價(jià)格較貴。

3.2控制系統(tǒng)

3.2.1視頻矩陣切換器

視頻矩陣切換器用于對(duì)多路視頻輸入信號(hào)和多路視頻輸出信號(hào)進(jìn)行切換和控制，可以通過(guò)電子開(kāi)關(guān)組成切換矩陣,使任一路輸入可切換至任一路輸出。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足必要的視頻輸入/輸出容量，并易擴(kuò)展。一個(gè)閉路電視系統(tǒng)除主控鍵盤(pán)外，還可根據(jù)需要設(shè)置分控鍵盤(pán)。

3.2.2雙工多畫(huà)面視頻處理器

該處理器能把多路視頻信號(hào)合成一幅圖像，達(dá)到在一臺(tái)監(jiān)視器上同時(shí)觀看多路攝像機(jī)信號(hào)。常用的有16畫(huà)面分割器,又稱多畫(huà)面視頻處理器。雙工的另一個(gè)用途是用一臺(tái)錄像機(jī)同時(shí)錄制多路視頻信號(hào)，并具有單路回放功能，即能選擇同時(shí)錄下的多路視頻信號(hào)的任意一路在監(jiān)視器上回放。

3.2.3多畫(huà)面分割器

將多個(gè)畫(huà)面通過(guò)視頻數(shù)字處理合并成分割狀的一個(gè)畫(huà)面，就出現(xiàn)了多畫(huà)面分割?，F(xiàn)有4畫(huà)面分割器、9畫(huà)面分割器、16畫(huà)面分割器。這樣，就能用一臺(tái)監(jiān)視器、一臺(tái)錄像機(jī)同時(shí)監(jiān)看和記錄4、9、16個(gè)畫(huà)面。多畫(huà)面分割器通常分為三類:第一是單工畫(huà)面處理器，用于單純監(jiān)看一個(gè)畫(huà)面，記錄分割畫(huà)面；第二是雙工畫(huà)面處理器，可在監(jiān)視單畫(huà)面、分割畫(huà)面的同時(shí)進(jìn)行記錄；第三是全雙工畫(huà)面處理器，可在監(jiān)視、記錄的同時(shí)進(jìn)行記錄信號(hào)的回放。

3.2.4視頻分配器

通過(guò)視頻分配器可以把一路視頻信號(hào)同時(shí)分配成多路視頻輸出。

3.3數(shù)字化圖像監(jiān)控系統(tǒng)

用同軸電纜傳輸視頻信號(hào)稱之為傳統(tǒng)的模擬信號(hào)傳輸方式。這種方式的傳輸，在較短距離內(nèi)（如200m左右），其視頻信號(hào)的衰減不大，如果超過(guò)200m，則必須對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償放大。常規(guī)的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)較適合在一座建筑物或較小的地域范圍內(nèi)使用。

數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)與閉路電視技術(shù)相結(jié)合，適用于遠(yuǎn)距離傳輸多路視、音頻信號(hào)。實(shí)際上就是將模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，并對(duì)其壓縮編碼，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及數(shù)字多媒體技術(shù)來(lái)傳輸視頻圖像。

數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)可將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)與圖像監(jiān)控技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，能高清晰、同步地傳輸圖像信號(hào),是一項(xiàng)全新的安保電視系統(tǒng)，現(xiàn)已成為現(xiàn)代化樓宇管理的有力工具。數(shù)字化圖像監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控，能把分散在各地的監(jiān)控點(diǎn)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有機(jī)聯(lián)系在一起，并利用多媒體技術(shù)，增強(qiáng)整體安全和圖像監(jiān)控的自動(dòng)化管理能力。

目前，不少公司的產(chǎn)品均使用了特殊的壓縮方法，并采用了動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)技術(shù)，從而保證了圖像的質(zhì)量。數(shù)據(jù)壓縮和圖像、聲音的復(fù)合全部由硬件完成，在一個(gè)系統(tǒng)上可實(shí)現(xiàn)16路的實(shí)時(shí)監(jiān)控。16路信號(hào)可同時(shí)存儲(chǔ)，而且視頻圖像不丟幀。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)技術(shù)保證了監(jiān)控端圖像的連續(xù)性和高清晰度。

3.4數(shù)字硬盤(pán)錄像系統(tǒng)

數(shù)字硬盤(pán)錄像是當(dāng)今安保電視系統(tǒng)領(lǐng)域最新型、性能最卓越的數(shù)字化圖像記錄設(shè)備，它可對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)中所有的攝像機(jī)所攝取的畫(huà)面進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)字壓縮并錄制存檔，也可以根據(jù)任意檢索要求對(duì)所記錄的圖像進(jìn)行隨機(jī)檢索。由于采用了數(shù)字記錄技術(shù)，大大增強(qiáng)了錄制圖像的抗衰減、抗干擾能力，因此，無(wú)論經(jīng)過(guò)多少次的檢索或錄像回放都不會(huì)影響播放圖像的清晰度；而傳統(tǒng)的模擬方式記錄的錄像帶在經(jīng)過(guò)若干次檢索及回放后，圖像質(zhì)量將會(huì)有一定的衰減并引起信號(hào)信噪比的下降。當(dāng)需要對(duì)已存儲(chǔ)的圖像進(jìn)行復(fù)制時(shí)，數(shù)字記錄的圖像不存在復(fù)制劣化的問(wèn)題，而模擬方式記錄的圖像每經(jīng)過(guò)一次

復(fù)制就要劣化一次。

由于數(shù)字硬盤(pán)錄像設(shè)置在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，信息可以自由傳遞到網(wǎng)絡(luò)能夠到達(dá)的范圍，因此，監(jiān)控圖像的顯示不再拘于傳統(tǒng)的圖像切換方式，而可以根據(jù)需要在任何被授權(quán)的地點(diǎn)監(jiān)控任何一處的被控圖像，使系統(tǒng)具有極強(qiáng)的安全管理能力。監(jiān)控圖像通過(guò)圖像錄制模塊以高壓縮率存儲(chǔ)于大容量磁盤(pán)陣列中,可隨時(shí)供調(diào)閱、快速檢索。也就是說(shuō)，可將多個(gè)攝像機(jī)(目前最多為16個(gè))的多路圖像實(shí)時(shí)顯示于一臺(tái)監(jiān)視器上，同時(shí)，還可將所有的圖像錄制于其內(nèi)置的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中，以備回放、查找和轉(zhuǎn)換，并可將圖像備份至外置硬盤(pán)中。所有操作都可在遙控器上完成，從而擺脫了Windows操作系統(tǒng)，避免了死機(jī)現(xiàn)象。相對(duì)于傳統(tǒng)的磁帶記錄方式，操作簡(jiǎn)便，可靠性和回放質(zhì)量都更高。所有記錄可供長(zhǎng)時(shí)間保存，重復(fù)利用率極高，還可被轉(zhuǎn)錄制成光盤(pán)用于存檔保存。在大于40GB的硬盤(pán)配置下，動(dòng)態(tài)錄像可以存儲(chǔ)大約一個(gè)月甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。

數(shù)字監(jiān)控硬盤(pán)錄像系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下：

3.4.1高效耐用，維修費(fèi)用低

數(shù)字硬盤(pán)錄像使得已錄制圖像的抗衰減、抗干擾能力大大增強(qiáng)，可以反復(fù)錄像、回放、檢索而不失真，高效耐用，并可節(jié)省很多維修費(fèi)用。與傳統(tǒng)的錄像帶的圖像存儲(chǔ)經(jīng)長(zhǎng)期使用容易損壞相比較，具有極大優(yōu)越性。

3.4.2采用特殊的壓縮存儲(chǔ)技術(shù)

由于采用特殊的壓縮存儲(chǔ)技術(shù)，因此可同時(shí)滿足高活動(dòng)性的動(dòng)態(tài)清晰度錄像以及高效率的壓縮存儲(chǔ)這兩方面的要求。目前，有的借用標(biāo)準(zhǔn)的MPEG壓縮存儲(chǔ)技術(shù)，有的采用D-TEG編碼壓縮方法來(lái)達(dá)到高效壓縮比。

3.4.3高速搜索和清晰度靜像

由于系統(tǒng)采用硬盤(pán)存儲(chǔ)圖像，因此，系統(tǒng)能提供快速捜索功能和高清晰度靜像。圖像分辨率一般可達(dá)：752X582或640X480像素。錄像速度為25幀/s，回放速度為25幀/s。錄像和回放前，都可以準(zhǔn)確到年/月/日/時(shí)/分/秒，并可以獨(dú)立調(diào)節(jié)每路畫(huà)面的色彩、亮度、對(duì)比度和色飽和度。

3.4.4保密性強(qiáng)

傳統(tǒng)電視監(jiān)控系統(tǒng)一般使用磁帶記錄所發(fā)生的實(shí)時(shí)圖像，如果一旦為犯罪分子所掌握，就為犯罪分子銷毀證據(jù)、替換或抹掉錄像帶內(nèi)容等多項(xiàng)技術(shù)犯罪提供了機(jī)會(huì)，因?yàn)槿魏稳藛T，只要能夠接觸到錄像機(jī)，就可以進(jìn)行各種操作。而數(shù)字化電視監(jiān)控系統(tǒng)中的圖像播放是由計(jì)算機(jī)程序來(lái)控制的,對(duì)圖像存檔、回放和狀態(tài)設(shè)置等操作均有嚴(yán)格的密碼控制,即使是操作人員，如果不知道密碼或其密碼的權(quán)限不包含有上述操作內(nèi)容，就無(wú)法知道已錄制圖像的內(nèi)容。另外，由于采用的是硬盤(pán)錄像，不需要更換存儲(chǔ)媒體，任何人都很難取走硬盤(pán),或者取走也無(wú)法回放，因而保密性極強(qiáng)。

4結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)集國(guó)際眾多先進(jìn)技術(shù)于一身，體現(xiàn)了當(dāng)前計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新發(fā)展水平，適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求。同時(shí)，本系統(tǒng)是面向各種管理層次使用的系統(tǒng)，其功能的配置以能給用戶提供舒適、安全、方便、快捷為準(zhǔn)則，其操作也簡(jiǎn)便易學(xué)。

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