二維條碼技術(shù)及應(yīng)用淺析

[摘要] 本文系統(tǒng)闡述了條碼技術(shù)，重點(diǎn)介紹了二維碼編碼技術(shù)、二維碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、手機(jī)二維碼和圖書二維碼的應(yīng)用。

[關(guān)健詞] 條碼技術(shù)二維條碼手機(jī)二維碼圖書二維碼

一、條碼技術(shù)

條碼技術(shù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門集編碼、印刷、識(shí)別、數(shù)據(jù)采集和處理于一身的技術(shù)。條碼技術(shù)廣泛應(yīng)用于商業(yè)、郵政、圖書管理、倉(cāng)儲(chǔ)、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制、交通等領(lǐng)域，在當(dāng)今的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)中占有重要的地位。條碼就是由一組規(guī)則排列的條、空以及對(duì)應(yīng)的字符組成的標(biāo)記，“條”指對(duì)光線反射率較低的部分，“空”指對(duì)光線反射率較高的部分，這些條和空組成的數(shù)據(jù)表達(dá)一定的信息，并能夠用特定的設(shè)備識(shí)讀，轉(zhuǎn)換成與計(jì)算機(jī)兼容的二進(jìn)制和十進(jìn)制信息。通常對(duì)于每一種物品，它的編碼是唯一的，對(duì)于普通的一維條碼來(lái)說(shuō)，還要通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)建立條碼與物品信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)條碼的數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)上時(shí)，由計(jì)算機(jī)的應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行操作和處理。因此，普通的一維條碼在使用過(guò)程中僅作為識(shí)別信息，它的意義是通過(guò)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中提取相應(yīng)的信息而實(shí)現(xiàn)的。而條碼系統(tǒng)則是由條碼符號(hào)的設(shè)計(jì)、制作及掃描閱讀組成的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。條碼是迄今為止最經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。條碼技術(shù)具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：

1.可靠準(zhǔn)確。用鍵盤輸入平均每300個(gè)字符一個(gè)錯(cuò)誤，而條碼輸入平均每15000個(gè)字符一個(gè)錯(cuò)誤。如果加上校驗(yàn)位出錯(cuò)率是千萬(wàn)分之一。

2.數(shù)據(jù)輸入速度快。鍵盤輸入，一個(gè)每分鐘打90個(gè)字的打字員1.6秒可輸入12個(gè)字符或字符串，而使用條碼，做同樣的工作只需0.3秒，速度提高了5倍。

3.經(jīng)濟(jì)便宜。與其他自動(dòng)識(shí)別技術(shù)相比較，推廣應(yīng)用條碼技術(shù)，所需費(fèi)用較低。

4.靈活實(shí)用。條碼符號(hào)作為一種識(shí)別手段可以單獨(dú)使用，也可以和有關(guān)設(shè)備組成識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化識(shí)別，還可和其他控制設(shè)備聯(lián)系起來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化管理。同時(shí)，在沒(méi)有自動(dòng)識(shí)別設(shè)備時(shí)，也可實(shí)現(xiàn)手工鍵盤輸入。

5.自由度大。識(shí)別設(shè)備與條碼標(biāo)簽相對(duì)位置的自由度要比OCR大得多。因?yàn)橹辉谝痪S方向上表達(dá)信息的條碼，同一條碼上所表示的信息完全相同并且連續(xù)，這樣即使是標(biāo)簽有部分缺欠，仍可以從正常部分讀取正確的信息。

6.識(shí)讀設(shè)備簡(jiǎn)單。條碼符號(hào)識(shí)別設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，無(wú)需專門訓(xùn)練。

7.易于制作。條碼可印刷，被稱作“可印刷的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言”，條碼標(biāo)簽易于制作，對(duì)印刷技術(shù)設(shè)備和材料無(wú)特殊要求。

條碼主要分有一維條碼和二維條碼。一維條碼只是在一個(gè)方向（一般是水平方向）表達(dá)信息，而在垂直方向則不表達(dá)任何信息，其一定的高度通常是為了便于閱讀器的對(duì)準(zhǔn)。一維條碼的應(yīng)用可以提高信息錄入的速度，減少差錯(cuò)率，一維條碼的主要特征是簡(jiǎn)單直觀，條碼表示的信息與其下方的數(shù)字一致，生成設(shè)備與識(shí)讀設(shè)備品種多、價(jià)格低，對(duì)生成設(shè)備要求不高，管理方案眾多、成熟。但是一維條碼也存在一些不足之處：

數(shù)據(jù)容量較小，30個(gè)字符左右（如EAN/UPC、CODE 39 、CODE128、EAN、UPC等，只能作為一個(gè)簡(jiǎn)單的編碼，離開(kāi)了數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，這類條碼變得毫無(wú)意義）；只能包含字母和數(shù)字；條碼尺寸相對(duì)較大（空間利用率較低）；條碼遭到損壞后便不能閱讀。

二維條碼（2-dimensional bar code）是在水平和垂直方向的二維空間存儲(chǔ)信息。二維條碼具有信息容量大、安全性強(qiáng)、保密性高（可加密）、識(shí)別率高、編碼范圍廣等特點(diǎn)。同一維條碼相比，二維條碼也有一些缺點(diǎn)，如要有專門的生成程序 ，識(shí)讀設(shè)備價(jià)格比較昂貴，對(duì)于在線掃描，即先有碼后賦值的模式，不能發(fā)揮其特點(diǎn)。

二、二維條碼的編碼原理

與一維條碼一樣，二維條碼也有許多不同的編碼方法或稱碼制。就這些碼制的編碼原理而言，通常可分為以下三種類型：

線性堆疊式（或稱層排式）二維碼（stacked bar code）：是在一維條碼編碼原理的基礎(chǔ)上，將多個(gè)一維碼在縱向堆疊而產(chǎn)生的。在編碼設(shè)計(jì)、校驗(yàn)原理、識(shí)讀方式等方面繼承了一維條碼的特點(diǎn)，識(shí)讀設(shè)備與條碼印刷與一維條碼技術(shù)兼容，這類二維條碼有CODE49、PDF417、CODE16K等。

矩陣式二維碼（dot matrix bar code）：是在一個(gè)矩形空間里通過(guò)黑、 白像素在矩陣中的不同分布進(jìn)行編碼。矩陣式二維條碼是建立在計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)、組合編碼原理等基礎(chǔ)之上的一種新型的圖像符號(hào)自動(dòng)識(shí)別處理碼制。有代表性的有CODE ONE、DATA MATRIX 、CP碼等。

郵政碼:通過(guò)不同長(zhǎng)度的“條”進(jìn)行編碼，主要用于郵件編碼。

二維條碼具有以下特點(diǎn)：

信息容量大，在一個(gè)二維條碼中可以存儲(chǔ)1000個(gè)字節(jié)以上，一個(gè)載體上可以有幾個(gè)二維條碼；信息密度高，同樣大小的二維條碼是一維條碼信息密度的100倍以上；識(shí)別率極高，由于二維碼有極強(qiáng)的錯(cuò)誤修正技術(shù)，即便破損、玷污50%的面積也能正確讀出全部信息；保密性、防偽能力強(qiáng)，由于二維碼的編碼技術(shù)十分巧妙，因此非常有效地防止偽造；編碼范圍廣，可以將照片、指紋、掌紋、手寫簽名等凡是可以數(shù)字化的信息均可編碼；制作容易、使用成本低，可以打印在普通的紙張、PVC或其他材料上，與一維條碼的制造成本相當(dāng)。

三、二維條碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)外對(duì)二維條碼技術(shù)的研究始于20世紀(jì)80年代末，已研制出多種碼制，全球現(xiàn)有的一、二維條碼多達(dá)250種以上，其中常見(jiàn)的有PDF417，QRCode，Code49，Code16K，CodeOne等20余種。二維條碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在全球范圍得到了應(yīng)用和推廣。美國(guó)訊寶科技公司(Symbol)和日本電裝公司(Denso)都是二維條碼技術(shù)的佼佼者。

目前得到廣泛應(yīng)用的二維碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有QR碼、PDF417碼、DM碼和CM碼。

QR碼是由日本Denso公司于1994年9月研制的一種矩陣二維條碼符號(hào)，其全稱為Quickly Response，意思是快速響應(yīng)。它除具有一維條碼及其他二維條碼所具有的信息容量大、可靠性高、可表示漢字及圖像多種文字信息、保密防偽性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)外，還可高效地表示漢字，相同內(nèi)容，其尺寸小于相同密度的PDF417條碼。它是目前日本主流的手機(jī)二維碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目前市場(chǎng)上的大部分條碼打印機(jī)都支持QRcode條碼。

PDF417碼是由美籍華人王寅敬(音)博士發(fā)明的。PDF是取英文Portable Data File三個(gè)單詞的首字母的縮寫，意為“便攜數(shù)據(jù)文件”。因?yàn)榻M成條碼的每一符號(hào)字符都是由4個(gè)條和4個(gè)空構(gòu)成，如果將組成條碼的最窄條或統(tǒng)稱為一個(gè)模塊，則上述的4個(gè)條和4個(gè)空的總模塊數(shù)一定為17，所以稱417碼或PDF417碼。

DM碼，其全稱為DataMatrix，中文名稱為數(shù)據(jù)矩陣。DM采用了復(fù)雜的糾錯(cuò)碼技術(shù)，使得該編碼具有超強(qiáng)的抗污染能力。主要用于電子行業(yè)小零件的標(biāo)識(shí)，如Intel的奔騰處理器的背面就印制了這種碼，DM碼由于其優(yōu)秀的糾錯(cuò)能力成為韓國(guó)手機(jī)二維碼的主流技術(shù)。

MC（Maxicode）碼（又稱牛眼碼），是一種中等容量、尺寸固定的矩陣式二維條碼，它由緊密相連的六邊形模組和位于符號(hào)中央位置的定位圖形所組成。Maxicode是特別為高速掃描而設(shè)計(jì)，主要應(yīng)用于包裹搜尋和追蹤上。是由美國(guó)聯(lián)合包裹服務(wù)(UPS)公司研制的，用于包裹的分揀和跟蹤。Maxicode的基本特征：外形近乎正方形，由位于符號(hào)中央的同心圓(或稱公牛眼)定位圖形 (Finder Pattern)，及其周圍六邊形蜂巢式結(jié)構(gòu)的資料位元所組成，這種排列方式使得Maxicode可從任意方向快速掃描。

在我國(guó)，GM 《二維碼網(wǎng)格矩陣碼(GM)》SJ/T11349-2006和CM《二維碼緊密矩陣碼(CM)》SJ/T11350-2006標(biāo)準(zhǔn)是由原國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部于2006年5月25日所頒布的兩項(xiàng)國(guó)產(chǎn)行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)。此兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)于2006年5月30日起實(shí)施。

GM碼其全稱為網(wǎng)格碼（Grid Matrix Code）是一種正方形的二維碼碼制，該碼制的碼圖由正方形宏模塊組成，每個(gè)宏模塊由6乘6個(gè)正方形單元模塊組成。網(wǎng)格碼可以編碼存儲(chǔ)一定量的數(shù)據(jù)并提供5個(gè)用戶可選的糾錯(cuò)等級(jí)。

CM碼意為“緊密矩陣”，是英文Compact Matrix的縮寫。碼圖采用齒孔定位技術(shù)和圖像分段技術(shù)，通過(guò)分析齒孔定位信息和分段信息可快速完成二維條碼圖像的識(shí)別和處理。

四、二維碼的應(yīng)用

1.手機(jī)二維碼

手機(jī)與二維碼的結(jié)合，進(jìn)一步拓展了二維碼應(yīng)用價(jià)值，促進(jìn)了行業(yè)的融合。隨著市場(chǎng)、產(chǎn)業(yè)鏈、商業(yè)模式的不斷成熟，手機(jī)二維碼將為通信、媒體以及其他傳統(tǒng)行業(yè)帶來(lái)更多的商機(jī)，手機(jī)二維碼將在未來(lái)走進(jìn)更多人的生活。隨著全球信息通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，以手機(jī)為終端的各種應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，在未來(lái)，手機(jī)無(wú)疑將成為移動(dòng)商務(wù)賴以發(fā)展的最重要的終端之一，而手機(jī)二維碼的發(fā)展將在移動(dòng)商務(wù)的發(fā)展中扮演重要角色。

手機(jī)二維碼由一個(gè)二維碼矩陣圖形和一個(gè)二維碼號(hào)，以及下方的說(shuō)明文字構(gòu)成。用戶通過(guò)手機(jī)攝像頭對(duì)二維碼圖形進(jìn)行掃描，或輸入二維碼號(hào)即可以進(jìn)入相關(guān)網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行手機(jī)上網(wǎng)。作為一種新型的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，二維碼能將多種無(wú)線通信手段進(jìn)行集成（SMS/MMS/WAP/CRBT），通過(guò)二維碼的信息導(dǎo)航與信息承載，二維碼將成為中國(guó)運(yùn)營(yíng)商打造新媒體的重要平臺(tái)。手機(jī)二維碼有兩種典型業(yè)務(wù)：(1)識(shí)讀。識(shí)讀就是借助二維碼生成軟件和手機(jī)應(yīng)用軟件，用手機(jī)對(duì)準(zhǔn)條碼，直接讀出碼上信息。(2)被讀。被讀是指，推廣公司會(huì)發(fā)一條含二維碼的短信或彩信到手機(jī)上，拿商場(chǎng)或檢票口的識(shí)讀裝置掃描，就可以得到優(yōu)惠或門票確認(rèn)。

(1)手機(jī)二維碼的典型應(yīng)用

①電子商務(wù)

主要包括電子支付回執(zhí)、電子票務(wù)、電子折扣等，其中電子回執(zhí)的主要推動(dòng)力量來(lái)自中國(guó)移動(dòng)，自從短消息業(yè)務(wù)之后，中國(guó)移動(dòng)一直希望找到下一個(gè)增值業(yè)務(wù)的殺手級(jí)應(yīng)用，因此對(duì)電子回執(zhí)業(yè)務(wù)寄予了很大的期望。如圖3所示，電子回執(zhí)目前完整的產(chǎn)業(yè)鏈包括技術(shù)提供商、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)銀聯(lián)、票務(wù)和用戶。電子回執(zhí)將手機(jī)作為支付工具，將信用卡作為支付平臺(tái)，使得消費(fèi)者在獲得發(fā)送到手機(jī)的電子支付回執(zhí)憑條后，可憑此領(lǐng)取所購(gòu)買的物品或享受折扣、售后服務(wù)、VIP服務(wù)等。而電子票務(wù)的實(shí)現(xiàn)方式結(jié)合售票單位的網(wǎng)站、售票信息發(fā)布平臺(tái)共同完成。首先消費(fèi)者有購(gòu)票的需求，查找相關(guān)的票務(wù)信息，接觸到票務(wù)信息后，根據(jù)相關(guān)信息發(fā)短信至售票系統(tǒng)，按提示進(jìn)行手機(jī)支付。支付完成后，售票系統(tǒng)會(huì)把電子票以二維碼的形式發(fā)送到購(gòu)票者手機(jī)中，完成購(gòu)票流程。

②防偽功能

通過(guò)手機(jī)電子二維碼識(shí)別驗(yàn)證可享受專項(xiàng)服務(wù)的證據(jù)，具有客戶惟一性。利用安裝了二維碼閱讀引擎的手機(jī)，即可有效解決上述問(wèn)題。二維條碼具有多重防偽特性，它可以采用密碼防偽、軟件加密及利用所包含的信息如指紋、照片等進(jìn)行防偽，因此具有極強(qiáng)的保密防偽性能。

(2)手機(jī)二維碼在全球市場(chǎng)的應(yīng)用概況

①日本：QR碼

QR碼最初由夏浦等日系廠商共同制定，為了方便手機(jī)上網(wǎng)而開(kāi)發(fā)。目前日本市場(chǎng)上已有很成熟的QR手機(jī)二維碼市場(chǎng)應(yīng)用，QR條形碼在日本得到相當(dāng)規(guī)模的應(yīng)用，日本的海報(bào)、游覽手冊(cè)、傳單、折扣券、電子票證，甚至連樹(shù)上都貼著二維碼，成為日本手機(jī)用戶登錄網(wǎng)站以及獲得廣告商品信息的非常便捷的方式。如圖1所示，NTT Docomo推出的手機(jī)中將有超過(guò)90％具有QR編碼識(shí)別功能。

②韓國(guó)：DM碼

在韓國(guó)，DM碼則大行其道，最近用戶突破了千萬(wàn)，也被證明是成功的模式。韓國(guó)的鈴聲下載和游戲已成最熱門DM讀碼服務(wù)，許多的游戲廠商和內(nèi)容提供商，每天都會(huì)在報(bào)紙上刊出不同服務(wù)的二維條碼，讓消費(fèi)者更快去找到使用的內(nèi)容。

③歐洲：DM碼

在歐洲，DM碼已在德國(guó)、烏克蘭、奧地利、瑞士、意大利等國(guó)家應(yīng)用，尤其是在銷售足球賽門票時(shí)廣泛使用手機(jī)購(gòu)買的電子票。而英國(guó)也計(jì)劃在2010年推出手機(jī)二維碼登機(jī)牌，乘客不需要機(jī)票和登機(jī)牌，只需要用手機(jī)上的登機(jī)二維碼掃描即可。

④中國(guó)：QR和DM碼并行

中國(guó)目前用手機(jī)瀏覽WAP網(wǎng)頁(yè)的用戶還很少，手機(jī)上網(wǎng)多按照信息流量來(lái)收費(fèi)，通信費(fèi)都比較昂貴。但中國(guó)手機(jī)二維碼用戶量在未來(lái)幾年將呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，到2010年有望達(dá)到2.7億人。目前中國(guó)移動(dòng)采用的是矩陣式的QR和DM碼。

(3)手機(jī)二維碼的安全與監(jiān)管

①安全性

從技術(shù)角度來(lái)看，手機(jī)二維碼如果用于一般的商業(yè)用途，基本上不會(huì)出現(xiàn)安全隱患。惟一需要防范的是，某些造假者具有生成二維碼的能力。對(duì)于掌握各種二維碼的生成源程序的廠家來(lái)說(shuō)，可以在生成手機(jī)條碼的過(guò)成中采用二維條碼內(nèi)部的加密，保證二維條碼具有防止偽造的充分可靠性。另外，為進(jìn)一步保證手機(jī)條碼使用的安全性，可以在第一次顯示二維條形碼時(shí)，將手機(jī)ID發(fā)送至指定服務(wù)商。之后每次使用時(shí)，再將這一數(shù)據(jù)與手機(jī)的ID相對(duì)照，不管相符與否，均可由系統(tǒng)發(fā)回一個(gè)確認(rèn)短信，以此判斷是否非法持有該“二維碼”。這樣，無(wú)論手機(jī)持有者是利用短信轉(zhuǎn)發(fā)的功能還是其他的方式去復(fù)制，都無(wú)法改變二維條碼中的特征信息。

②監(jiān)管

從整體上看，韓日的手機(jī)二維碼市場(chǎng)都存在不足。在日本，手機(jī)二維碼的運(yùn)營(yíng)模式是全開(kāi)放式的，二維碼掃描是手機(jī)上的一項(xiàng)功能，而不是運(yùn)營(yíng)商提供的一種服務(wù)。二維碼的技術(shù)商將解碼軟件提供給運(yùn)營(yíng)商后，按手機(jī)的裝機(jī)量收取版權(quán)費(fèi)，運(yùn)營(yíng)商則將軟件的解碼完全公開(kāi)，用戶可以進(jìn)行任意編碼。日本由于編碼完全開(kāi)放，無(wú)法形成有效的產(chǎn)業(yè)鏈，使得整個(gè)手機(jī)條碼市場(chǎng)的價(jià)值沒(méi)有真正得以發(fā)掘。而韓國(guó)，由于二維碼專利權(quán)益是推動(dòng)這個(gè)市場(chǎng)的主要?jiǎng)恿?，造成了各電信巨頭都開(kāi)發(fā)自己的碼制，競(jìng)爭(zhēng)也趨于惡性，市場(chǎng)的大規(guī)模推廣困難重重。我們?cè)谑謾C(jī)二維碼業(yè)務(wù)推廣中要借鑒日、韓兩的成功經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)不能照搬，而應(yīng)采用有效過(guò)濾的管理模式。因?yàn)槿绻謾C(jī)鏈接的內(nèi)容是黃色網(wǎng)站、政治性網(wǎng)站或虛假、低俗信息，勢(shì)必對(duì)社會(huì)產(chǎn)生不良影響。

2.圖書二維碼

利用二維碼可以對(duì)漢字或圖片進(jìn)行編碼的特性，可以很容易地將圖書在版編目（CIP）數(shù)據(jù)、版權(quán)信息、內(nèi)容提要、防偽信息，甚至封面圖案、作者照片及指紋等一切可以數(shù)字化的信息編入二維碼中，可以有效地解決圖書信息的可機(jī)讀及真?zhèn)伪鎰e問(wèn)題。在圖書管理、銷售、收藏等單位的計(jì)算機(jī)上錄入出版物編目數(shù)據(jù)等信息時(shí)，只需幾秒鐘就可以準(zhǔn)確地完成，不僅節(jié)約了圖書登記、圖書管理人員的寶貴時(shí)間，還避免了人工錄入較易發(fā)生的差錯(cuò)，確保了圖書信息的可靠性，因此可廣泛地運(yùn)用于出版物。

出版行業(yè)采用二維碼技術(shù)對(duì)于解決目前出版物物流信息處理中存在的交換格式不規(guī)范、書號(hào)不惟一、信息傳遞滯后，影響物流通暢、重復(fù)編目浪費(fèi)巨大等問(wèn)題極為有效。

將二維碼應(yīng)用于圖書等出版物，不僅能夠起到有效保護(hù)版權(quán)的作用，還能夠?qū)崿F(xiàn)增值服務(wù)、提高讀者黏性。提供最簡(jiǎn)單可行的版權(quán)管理、銷售監(jiān)控機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)侵權(quán)行為的快速發(fā)現(xiàn)達(dá)到保護(hù)版權(quán)的目的，進(jìn)而在用戶中樹(shù)立版權(quán)概念并拉動(dòng)參與。二維碼圖書管理系統(tǒng)能夠建立交互的服務(wù)和增值模式，以圖書內(nèi)容為核心實(shí)現(xiàn)對(duì)讀者更好售后和增值服務(wù)；并可建立編者-讀者、讀者-讀者、讀者-銷售渠道之間的多向交互。這樣還可以借助圖書銷售反饋信息提高印量預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性、降低退貨損失、甚至可以開(kāi)展預(yù)售、個(gè)性化印刷。通過(guò)版權(quán)保護(hù)和服務(wù)提升拉動(dòng)品牌形象，對(duì)讀者行為進(jìn)行跟蹤分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶群和行業(yè)整體的把握，為出版行業(yè)帶來(lái)無(wú)限商機(jī)。

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