視頻編碼器簡介：您需要知道的一切

視頻編碼器是流媒體行業的幕後主力。 他們採用各種格式的原始視頻和音頻源並對其進行壓縮，以便在多個平台和設備上分發和播放。 將視頻編碼為壓縮數字格式使其能夠通過有限的互聯網帶寬傳輸並在具有不同性能和顯示功能的設備上播放。

如果沒有視頻編碼器，Netflix、YouTube、Facebook Live 等平台以及全球數以千計的廣播業務將不復存在。 編碼器負責將來自相機的高帶寬信號轉換為壓縮流和文件，這些流和文件可以通過 CDN 分發，並最終在智能手機、平板電腦、流媒體設備等設備上播放。

對於任何流媒體視頻專業人士或在線分發內容的人來說，對編碼格式、方法和設備選項有基本的了解是必不可少的。 本指南將概述視頻編碼解決方案的各個組成部分，以便您可以根據流媒體或製作需求做出明智的決定。

視頻編碼器的類型：軟件、硬件、雲和 IP

任何編碼器的基本功能都是將原始視頻壓縮和轉換為適合分發和播放的格式。 但是，針對各種用例，編碼器具有不同的外形尺寸：

1. 軟件編碼器： 在使用 CPU 進行壓縮的標準計算機硬件上運行的編碼器程序。 個人用於基本流媒體，但缺乏硬件編碼器的性能和功能。
2. 硬件編碼器： 具有專用壓縮芯片的獨立編碼器設備，可處理大容量流媒體和廣播應用。 作為用於安裝的機架式編碼器或用於現場使用的便攜式編碼器。 
3. 雲編碼器： 在雲端提供多通道硬件編碼的商業編碼服務。 您將原始視頻和元數據上傳到該服務，他們通過其全球網絡處理壓縮和分發。 比現場硬件更具可擴展性，但可定制性較差。
4. IP編碼器： 專為處理 IP 攝像機視頻流的壓縮和管理而構建的硬件編碼器。 作為獨立編碼器或大型 IPTV 頭端和 NVR 的一部分。

對於專業流媒體和廣播應用，通常使用硬件編碼器，因為它們提供商業運營所需的性能、可靠性和功能。 本指南的其餘部分將主要關注硬件視頻編碼器和可供購買的選項或作為交鑰匙流媒體解決方案的一部分。

什麼是視頻編碼器？ 

視頻編碼器是一種將視聽信號壓縮並轉換為數字格式以用於流式傳輸、分發或錄製視頻的設備。 視頻編碼器採用 HDMI、SDI、IP 視頻或其他格式等輸入信號，並將其編碼為壓縮數字格式，例如 H.264 或 H.265，這需要較少的帶寬來傳輸和存儲。

視頻編碼器提供了一種通過 IP 網絡和互聯網共享高清視頻內容的簡單且經濟高效的方式。 它們用於廣播、現場製作、教育、電子競技、禮拜堂、企業傳播等市場。 

• 直播： 視頻編碼器最常見和最關鍵的應用之一是將視頻直播到在線平台或組織自己的流媒體服務器。 通過將視頻源編碼為互聯網友好格式，可以與觀眾實時共享。    
• 廣播： 對於廣播應用，視頻編碼器用於對視頻和音頻源進行編碼，以傳送到電視發射機、有線電視頭端、衛星上行鏈路和其他分發端點。 編碼器支持符合 DVB-T/T2、DVB-C、DVB-S/S2 和 ATSC 等標準的流。 
• 錄音與製作： 視頻編碼器將輸入信號編碼為 H.264 等格式，非常適合錄製、編輯和後期製作。 壓縮視頻文件質量高，但文件大小小，簡化了存儲和操作。  
• 視頻分發： 編碼的視頻流也可以通過 IP 基礎設施分發到遠程顯示器和屏幕。 編碼器有助於數字標牌、視頻牆和其他需要通過網絡在多個位置同時共享高分辨率視頻的 AV 設置。 
• 連接模擬和數字系統： 編碼器還可以充當舊式模擬視頻設備與現代基於 IP 的數字網絡和設備之間的橋樑。 編碼器將模擬或 HDMI 信號轉換為與最新的 AV over IP 技術兼容的壓縮流。

視頻編碼器提供用於捕獲和壓縮視頻的所有核心功能以及額外的企業級功能，以適應更複雜的流媒體、製作或分發工作流程。

HDMI 編碼器 - 捕獲和編碼 HDMI 視頻信號

HDMI 編碼器從相機、遊戲系統、藍光播放器和其他 AV 設備等 HDMI 源捕獲和編碼視頻信號。 他們將原始 HDMI 信號轉換為可通過 IP 網絡和互聯網傳輸的壓縮視頻流。

HDMI 編碼器通過 HDMI 電纜連接從源設備接收輸入信號。 然後，他們將視頻編碼為 H.264 和 H.265 等格式，這些格式利用高效的壓縮算法來減少流的帶寬和文件大小。 然後可以通過網絡將壓縮流發送到流媒體服務器、解碼器、監視器等。

• H.264 和 H.265 編碼： 大多數 HDMI 編碼器支持流行的 H.264 編解碼器，許多最新型號還提供 H.265/HEVC 編碼。 H.264 提供對全高清流的支持，同時與播放器和屏幕高度兼容。 對於 265K 流，H.264 的壓縮率大約是 H.4 的兩倍。 HDMI 編碼器可能支持每個編解碼器的多個配置文件，以優化質量與帶寬。
• 4K 和超高清支持： 為了共享超高清 4K 視頻，專用 4K HDMI 編碼器利用 H.265 編碼和 HDMI 2.0 輸入/輸出，為 60Hz 4K 和 HDR 內容提供帶寬。 4K 編碼器需要更先進的冷卻和處理組件來處理未壓縮 4K 信號的高數據速率。
• 幀率支持： HDMI 編碼器將指定它們可以從 60fps、30fps 和 24fps 等輸入源捕獲和編碼的幀速率。 較高的幀速率有利於快速動作的實時流和錄製，而較低的幀速率可能足以滿足某些分發需求。 支持多幀率的編碼器提供了更大的靈活性。 
• 比特率和連接性： HDMI 編碼器將列出它們可以產生的流媒體比特率和分辨率/幀率組合的範圍。 具有更高最大比特率和 4K 流媒體支持的編碼器可以處理要求更高的工作流程，但通常成本更高。 連接選項包括以太網、Wi-Fi、USB、Thunderbolt 和 SDI，具體取決於編碼器。

HDMI 編碼器在 HDMI 源和 IP 網絡之間提供了一個簡單且經濟高效的橋樑。 憑藉一組合適的特性和流媒體功能，HDMI 編碼器可作為將高清內容帶到支持互聯網的屏幕和播放設備的寶貴工具。

請參見： HDMI 編碼器終極指南

SDI 編碼器 - 對廣播質量的 SDI 信號進行編碼

SDI 編碼器從 SDI 源（如專業攝像機、切換器和其他廣播設備）捕獲和編碼視頻信號。 它們將 SDI 信號壓縮成基於 IP 的流，用於分發、流媒體和製作應用。 SDI 或串行數字接口是一種未壓縮的數字視頻標準，主要用於廣播和專業 AV 工作流程。 

• 3G、高清和標清-SDI： SDI 編碼器支持較新的 3 Gigabit、3G-SDI 以及高清 HD-SDI 和標清 SD-SDI 信號。 3G-SDI可以處理1080p/60視頻，HD-SDI可以承載1080i/p視頻，SD-SDI支持標準分辨率。 可以對所有三種格式進行編碼的 SDI 編碼器提供了靈活性，無論輸入源如何。 
• 低延遲： 由於 SDI 視頻未壓縮且沒有可察覺的延遲，因此 SDI 編碼器通常提供非常低的延遲編碼和流，通常低於 120 毫秒。 這種最小延遲對於直播、IMAG 投影和遠程監控非常重要。 SDI 編碼器可以使用 GPU 和硬件加速來實現最快的處理速度。
• 廣播編解碼器： SDI 編碼器通常使用特定於廣播的編解碼器和壓縮標準。 其中包括用於 DVD 和衛星電視的 MPEG-2、有助於向廣播設備傳輸的 DVB-ASI 和 DVB-IP，以及為 IP 分配提供 FEC 的 SMPTE 2022。 對這些高度專業化的編解碼器和協議的支持使 SDI 編碼器與眾不同。 
• 冗餘和控制： 為關鍵廣播應用製造的 SDI 編碼器可能提供雙電源、用於冗餘的網絡端口綁定和用於系統控制的串行端口接口等功能。 熱插拔組件和旁路繼電器也很常見。 這些功能確保了廣播信號的最大正常運行時間和可靠性。 
• 音頻支持： SDI 編碼器處理 SDI 信號中的任何嵌入音頻，包括 SMPTE 272M 等格式。 它們可以解嵌並通過多達 16 個音頻通道進行編碼和流式傳輸或提取和單獨處理。 音頻偏移控制使工程師能夠補償視頻和音頻流之間的任何延遲。  

對於廣播、現場製作和實時監控應用來說，極低的延遲和強大、可靠的功能集是必不可少的，SDI 編碼器是將 SDI 信號引入 IP 網絡和流媒體平台的理想編碼解決方案。 SDI 編碼器與 SDI 攝像機、切換器和基礎設施配合使用，可提供端到端的未壓縮工作流程。

請參見： SDI 編碼器終極指南

IP 編碼器 - 直接從 IP 攝像機和視頻源流式傳輸 

IP 編碼器捕獲、編碼和管理來自 IP 攝像機和其他 IP 視頻源的視頻流。 它們專為使用 RTSP、RTMP、HLS 和 SRT 等格式攝取基於網絡的視頻而設計。 IP 編碼器可以同時從多個攝像頭和編碼器設備中提取流，用於流式傳輸、錄製和視頻分發。

• 網絡攝像機支持： IP 編碼器使用常見的流媒體協議（如 RTSP、RTMP、RTP 和 SRTP）直接與基於標準的 IP 攝像機和視頻編碼器連接。 他們可以通過網絡控制 PTZ IP 攝像機、管理預設並從支持的攝像機收集分析等元數據。 IP 編碼器可用作整個攝像機網絡的中央錄像機、監控客戶端和流媒體網關。 
• ONVIF 合規性： 許多 IP 編碼器都支持 ONVIF 協議集，用於連接基於 IP 的產品，無論製造商如何。 ONVIF Profile S 確保 IP 攝像機、錄像機、編碼器、視頻管理系統和其他安全組件之間的互操作性。 ONVIF 合規性提供了一種從合規設備監視、控制、流式傳輸和記錄的標準化方法。    
• 記錄和存儲： IP 編碼器通常提供錄製功能以從 IP 源捕獲流以進行存儲和存檔。 他們可能有用於短期記錄的板載存儲，較長的記錄保存到網絡共享驅動器。 記錄選項通常包括連續的、基於運動的、預定的和由分析事件觸發的警報記錄。 保存的文件可以導出為 MP4 等格式進行播放。
• 轉換： IP 編碼器可以將一種格式或編解碼器的傳入流傳輸或轉換為其他流格式和協議。 例如，在 RTSP 到 RTMP、RTMPS 到 HLS 之間或在 H.264 和 H.265 等編解碼器之間轉換。 Transmuxing 允許單個編碼器將流提供給具有不同技術要求的播放器、CDN 和平台。 
• 流： IP 編碼器的主要功能包括攝取多個 IP 源流並對它們進行編碼以進行直播、分發和監控。 編碼器可以直接流式傳輸到 CDN、媒體服務器和平台。 它們還提供用於在監控軟件、控制室屏幕、視頻牆和標牌上解碼和顯示的流。  

對於大規模 IP 視頻監控、監控和流媒體應用，IP 編碼器提供了一個集中點，用於連接、管理、捕獲、分發和共享來自整個網絡的 IP 攝像機和視頻源的視頻。 它們充當連接所有 IP 視頻設備與流媒體平台、監控客戶端、存儲系統等的樞紐。

4K/UHD 編碼器 - 編碼和共享超高清視頻     

4K 超高清視頻以超過 8 萬像素的驚人分辨率提供前所未有的觀看體驗。 4K 編碼器專為通過網絡和連接的設備壓縮和流式傳輸這種高帶寬格式而設計。 

與普通高清視頻不同，4K 需要大量數據來存儲和分發未壓縮的素材。 4K 編碼器利用 H.265 (HEVC) 和 VP9 等較新的壓縮標準，將 4K 視頻壓縮成適合在有限帶寬網絡上流式傳輸的格式。 H.264 只能以較低的幀速率實現 4K，而 HEVC 可以編碼高質量的完整 4K 60fps 視頻。  

處理能力也是 4K 編碼的要求，因為複雜的壓縮算法需要大量計算資源才能實現及時壓縮和流式傳輸。 4K 編碼器通常配備專用硬件編碼芯片來處理這種工作負載並支持直播 4K 內容而不會丟幀。

對於 4K 流媒體，還需要更高帶寬的網絡連接。 4K 編碼器提供 10GbE、USB 3.0 或 Thunderbolt 網絡選項，以傳輸 4K 流媒體所需的巨大數據速率。 它們通常還包括 Wi-Fi 和 4G LTE 蜂窩連接，以提供更大的靈活性。  

原生支持 DASH、HLS 和 RTSP 等 4K 流媒體協議，以確保跨 4K 流媒體平台、電視、投影儀和移動設備的最大兼容性。

對 4K 內容和流媒體解決方案的需求繼續呈指數級增長。 憑藉性能、可擴展性和全天候可靠性，4K 編碼器可以為世界各地的觀眾提供完美的 4K 流媒體體驗。 完整的端到端 4K 流媒體平台可以根據特定需求進行定制。

4K 超高清視頻是內容體驗的未來。 4K 編碼器通過先進的壓縮技術、高帶寬連接以及與最新編碼和流媒體標準的兼容性使這一未來成為可能。 了解 4K 流媒體如何以前所未有的方式影響和吸引您的觀眾。

H.264 和 HEVC 編碼器 - 利用最流行的視頻編解碼器

H.264 和 HEVC 是視頻編碼和解碼中使用的兩種最流行的編解碼器。 專門使用 H.264、HEVC 或與這兩種格式兼容的編碼器為流媒體、製作和分發提供優化的壓縮。

• H.264 或 AVC（高級視頻編碼）： H.2003 於 264 年發布，已成為在線壓縮和共享視頻的無處不在的編解碼器。 它以相對較低的比特率提供高質量的高清和全高清編碼。 H.264 適用於互聯網流媒體、網絡會議和移動視頻。 它與幾乎所有媒體播放器、流媒體平台和解碼設備兼容。 H.264 編碼器將視頻壓縮到 .mp4 或 .flv 容器中，並針對 Web 傳輸和播放進行了優化。
• HEVC 或 H.265： HEVC 於 2013 年發布，提供比 H.264 顯著改進的壓縮，文件大小最多減少 50%。 它支持以合理的比特率對 4K 和超高清內容進行編碼，以便共享和流式傳輸。 HEVC 是最新、最高效的編解碼器，但需要更先進的硬件來進行實時編碼和播放。 HEVC 編碼器以 .mp4、.ts 或其他容器生成視頻。 HEVC 非常適合 4K 流媒體、4KTV 廣播和高質量網絡內容。 
• 4K和高清編碼： H.264 編碼器通常最多只能處理 1080p HD，而 HEVC 編碼器支持以 4p 分辨率和更高幀速率壓縮和流式傳輸 2160K/UHD 內容。 對於高分辨率編碼需求，HEVC 是最合適的選擇。 對於大多數標準清晰度和高清流媒體，H.264 編碼仍然非常強大。 
• 個人資料和級別： 在 H.264 和 HEVC 編解碼器中，有針對不同用例的配置文件和級別，例如低複雜度通信、標準廣播或高質量電影編碼。 編碼器將根據功能指定它們符合的配置文件，如基線、主要、高或從 1 到 5 的級別。 更高的配置文件和級別通常意味著更高的編碼質量，但也意味著更大的處理需求。  
• 硬件或軟件編碼： H.264 和 HEVC 編碼器利用專用編碼芯片和硬件進行實時、低延遲編碼和流式傳輸。 一些編碼器是基於軟件的，可以提供更大的靈活性，但可能是 CPU 密集型的，延遲更高。 對於現場製作或流媒體，通常需要硬件加速編碼器。 

H.264 和 HEVC 編碼器為通過網絡和互聯網壓縮和共享高清和 4K 內容提供了優化的解決方案。 這些編碼器支持最廣泛使用的編解碼器，可滿足流媒體、錄製、網絡視頻和媒體製作的需求。 在 H.264、HEVC 或雙格式編碼之間進行選擇取決於項目分辨率、播放要求和可用帶寬。

編碼器選擇技巧 - 為您的應用選擇合適的編碼器 

有這麼多可用選項，為您的應用選擇合適的視頻編碼器可能具有挑戰性。 以下是根據您的特定流媒體、製作或分發需求選擇編碼器的一些提示：

1. HDMI 與 SDI 與 IP： 根據您需要捕獲和編碼的視頻源，在 HDMI、SDI 或基於 IP 的編碼器之間進行選擇。 用於消費類設備的 HDMI、用於廣播設備的 SDI 或用於網絡攝像機的 IP。 一些編碼器可能支持多種輸入類型以獲得靈活性。 
2. 分辨率和幀率： 定義您需要編碼和共享的視頻分辨率、幀速率和掃描類型（逐行掃描與隔行掃描）。 這會影響所需的編碼器功能和成本。 選項範圍從基本 SD 到 4K 60p 及更高。 
3. 編解碼器和格式： 選擇提供您需要的編解碼器和容器的編碼器，如 H.264、HEVC、RTMP、HLS 等。編碼器可能支持多個選項或單個優化的編解碼器。 考慮播放設備兼容性和網絡要求。 
4. 可移植性： 在用於現場流媒體/監控的便攜式編碼器或用於永久安裝的固定機架式編碼器之間進行選擇。 便攜式編碼器通常具有較少的 I/O，但可以在不同位置之間移動。 固定編碼器為高要求工作流程提供更多可擴展性和冗餘。 
5. 單通道與多通道： 對於一個源的簡單流式傳輸，單通道編碼器就足夠了。 要同時捕獲和分配多個視頻信號，請選擇能夠處理所需輸入數量的多通道編碼器。 多通道編碼器成本更高，但無需多個設備。  
6. 公共流媒體與私人流媒體： 一些編碼器專為公共互聯網流式傳輸到 YouTube、Twitch 和 Facebook 等平台而設計。 其他人專注於使用 RTSP、SRT 和 Zixi 等協議的組織或網絡內的私人流媒體。 根據您的預期流式傳輸用途和安全要求進行選擇。 
7. 雲與硬件： 雲編碼器為視頻處理提供了一種無障礙的軟件即服務模型。 硬件編碼器利用專用組件來最大化性能。 當需要高質量、低延遲的編碼時，為了方便選擇雲或硬件。 一些提供商提供混合雲和本地編碼器。 

通過確定流媒體、製作或分發應用程序的詳細信息，您可以縮小視頻編碼器選項的範圍，以找到適合您需求的解決方案。 在選擇單通道或多通道編碼器、編解碼器、分辨率、雲與硬件等時，請考慮功能、能力、成本和便利性。 考慮到一組清晰的視頻處理要求，您可以為任何工作流程尋找編碼器。 

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視頻編碼器的常見問題和解決方案

雖然視頻編碼器旨在可靠地壓縮和流式傳輸音頻/視頻內容，但由於各種原因可能會出現問題。 編碼器遇到的一些常見問題及其解決方案是：

丟幀

流式傳輸期間丟幀意味著您的編碼器無法跟上處理需求，並且正在跳幀以趕上進度。 這會給您的觀眾帶來斷斷續續、不均勻的觀看體驗。 有一些針對丟幀的潛在修復方法：

• 降低流媒體分辨率或幀率： 減少編碼器一次需要壓縮的數據量有助於消除丟幀。 
• 關閉其他資源密集型應用程序： 在您的編碼器上運行的流媒體軟件、網絡瀏覽器和其他程序會消耗處理能力和內存，從而導致丟幀。 流式傳輸時關閉所有不必要的應用程序。 
• 添加編碼器加速器或升級編碼器： 如果您在流式傳輸期間始終看到丟幀，則您的編碼器硬件可能不夠強大，無法支持您的設置。 考慮購買加速卡或升級到具有更高級處理器規格的編碼器。 
• 有線網絡選項： 丟幀有時可能是由連接問題引起的，有線網絡連接可能提供更大的帶寬和可靠性。 如果可能，請通過以太網而不是 Wi-Fi 進行流式傳輸。

降低流質量

如果您的流質量看起來有塊狀、模糊或過度像素化，則可能表明： 

• 對於您的分辨率，您的比特率設置得太低： 更高分辨率的視頻需要更高的比特率才能獲得良好的質量。 仔細檢查您的編碼器的比特率是否與流的分辨率和幀率的推薦設置相匹配。 
• 您的網絡上傳速度不夠： 上傳速度慢意味著您的編碼器無法以足夠高的比特率發送數據以實現清晰的流式傳輸。 請聯繫您的互聯網服務提供商以增加上傳帶寬或使用有線以太網連接。 
• 硬件編碼已達到極限： 軟件編碼器利用您的 CPU 進行壓縮，這會導致過載並降低質量。 切換到專用硬件編碼器可以卸載此工作負載以獲得更好的流質量。 
• 查看器網速太慢： 雖然您可以發送高質量的流媒體，但下載速度有限的觀眾會遇到緩衝、延遲和質量下降的情況。 提供多個比特率選項，以便觀眾可以選擇他們的連接可以處理的流。  

通過解決丟幀和流媒體質量下降等問題，您可以優化編碼設備和設置，為觀眾提供完美的觀看體驗。 當您擴展流媒體操作時，需要持續監控和微調您的編碼器和連接。 與最新的編碼技術保持同步還可以確保可靠、高性能的流媒體播放。 

視頻編碼器的故障排除和維護技巧

為了讓您的視頻編碼器可靠運行，需要進行持續的故障排除和維護。 優化編碼器性能的一些技巧：

檢查是否過熱

由於壓縮和流媒體處理的密集工作負載，視頻編碼器會產生熱量。 如果您的編碼器似乎丟幀或表現不穩定，則可能是過熱問題。 確保您的編碼器位於通風良好的區域，風扇和通風口沒有灰塵，並且所有冷卻組件都正常運行。 對於機架式編碼器，一致的數據中心溫度控制和循環非常重要。 

更新固件和軟件

編碼器製造商定期發布固件和軟件更新，以修補安全問題、修復錯誤、提高穩定性和添加新功能。 讓您的編碼器保持最新的固件和流媒體軟件版本有助於防止潛在問題並確保所有組件兼容。 大多數更新可以通過編碼器接口或在技術支持的協助下完成。 

測試和校準

對於任務關鍵型流媒體事件，提前測試整個編碼和交付工作流程是關鍵。 校準所有輸入、輸出、分辨率設置、流媒體目的地和故障轉移機制，以驗證功能並根據需要進行調整。 仔細檢查您是否為電源、互聯網連接和配電網絡等組件設置了冗餘。 在主要流式傳輸之前的幾天進行試運行測試可以幫助確保您在直播時一切正常運行。  

監控使用情況和性能

大多數專業編碼器都提供使用指標、日誌記錄和警報來檢測性能異常。 定期監控 CPU 使用率、內存消耗、流調用統計信息和磁盤空間等因素，以確保編碼器正常運行。 為指示潛在問題的指標設置閾值警報，例如延遲急劇增加、丟幀或大量 502 網關錯誤。 注意資源和流媒體質量中任何無法解釋的峰值或下降。

安排例行維護

對於本地硬件編碼器，強烈建議制定定期維護計劃。 這包括：

• 吸塵通風口和風扇，以防止灰塵積聚導致過熱 
• 檢查所有電纜連接是否牢固且完好無損 
• 執行硬件診斷以及早發現潛在的組件問題
• 重新安裝模塊化組件（如採集卡）以建立安全連接    
• 磁盤碎片整理和刪除不必要的緩存文件以優化存儲 
• 如果機架安裝，檢查導軌、托盤和支架是否正確安裝 

通過執行例行故障排除程序、主動監控編碼器並進行定期維護，可以完全避免許多常見問題。 您的流媒體操作依賴於專業的視頻編碼器，因此讓它們保持最佳工作狀態對於成功至關重要。 與技術支持團隊密切合作，提前進行測試並及時了解更新，以確保在最重要的時候為您的觀眾提供流暢的流媒體體驗。 

結論

如您所見，視頻編碼器構成了全球流媒體和視頻分發的基礎。 他們負責將原始素材轉換為適合在互聯網和連接設備上播放的數字格式。 對於任何在線直播或點播視頻的組織來說，投資專業的編碼解決方案是必不可少的。 

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