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[项目] 【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(6)

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偶然脑子发热心血来潮,想要做一个声音可视化的系列专题。这个专题的难度有点高,涉及面也比较广泛,相关的FFT和FHT等算法也相当复杂,不过还是打算从最简单的开始,实际动手做做试验,耐心尝试一下各种方案,逐步积累些有用的音乐频谱可视化的资料,也会争取成型一些实用好玩的音乐可视器项目。

【花雕动手做】有趣好玩的音乐可视化系列小项目(06)---点阵频谱灯
项目所需材料如下:

00.jpg

驴友花雕  初级技神
 楼主|

发表于 2021-10-13 18:02:12

  【花雕动手做】音乐可视化系列小项目(06)---点阵频谱灯
   项目之三:arduinoFFT浮点频谱灯

   实验开源代码

  1. /*
  2.   【花雕动手做】音乐可视化系列小项目(06)---点阵频谱灯
  3.   项目之三:arduinoFFT浮点频谱灯
  4. */
  5. #include <arduinoFFT.h>
  6. #include <MD_MAX72xx.h>
  7. #include <SPI.h>
  8. #define SAMPLES 64            
  9. #define HARDWARE_TYPE MD_MAX72XX::FC16_HW   
  10. #define MAX_DEVICES  4   
  11. #define CLK_PIN   13  
  12. #define DATA_PIN  11  
  13. #define CS_PIN    10  
  14. #define  xres 32      
  15. #define  yres 8      
  16. int MY_ARRAY[]={0, 128, 192, 224, 240, 248, 252, 254, 255};
  17. int MY_MODE_1[]={0, 128, 192, 224, 240, 248, 252, 254, 255};
  18. int MY_MODE_2[]={0, 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1};
  19. int MY_MODE_3[]={0, 128, 192, 160, 144, 136, 132, 130, 129};
  20. int MY_MODE_4[]={0, 128, 192, 160, 208, 232, 244, 250, 253};
  21. int MY_MODE_5[]={0, 1, 3, 7, 15, 31, 63, 127, 255};
  22. double vReal[SAMPLES];
  23. double vImag[SAMPLES];
  24. char data_avgs[xres];
  25. int yvalue;
  26. int displaycolumn , displayvalue;
  27. int peaks[xres];
  28. const int buttonPin = 2;   
  29. int state = HIGH;            
  30. int previousState = LOW;   
  31. int displaymode = 1;
  32. unsigned long lastDebounceTime = 0;  
  33. unsigned long debounceDelay = 50;   
  34. MD_MAX72XX mx = MD_MAX72XX(HARDWARE_TYPE, CS_PIN, MAX_DEVICES);   
  35. arduinoFFT FFT = arduinoFFT();                                    
  36. void setup() {
  37.    
  38.     ADCSRA = 0b11100101;      
  39.     ADMUX = 0b00000000;      
  40.     pinMode(buttonPin, INPUT);
  41.     mx.begin();           
  42.     delay(50);            
  43. }
  44. void loop() {
  45.    // ++ Sampling
  46.    for(int i=0; i<SAMPLES; i++)
  47.     {
  48.       while(!(ADCSRA & 0x10));        
  49.       ADCSRA = 0b11110101 ;               
  50.       int value = ADC - 512 ;                 
  51.       vReal[i]= value/8;                     
  52.       vImag[i] = 0;                        
  53.     }
  54.   
  55.     FFT.Windowing(vReal, SAMPLES, FFT_WIN_TYP_HAMMING, FFT_FORWARD);
  56.     FFT.Compute(vReal, vImag, SAMPLES, FFT_FORWARD);
  57.     FFT.ComplexToMagnitude(vReal, vImag, SAMPLES);
  58.    
  59.     int step = (SAMPLES/2)/xres;
  60.     int c=0;
  61.     for(int i=0; i<(SAMPLES/2); i+=step)  
  62.     {
  63.       data_avgs[c] = 0;
  64.       for (int k=0 ; k< step ; k++) {
  65.           data_avgs[c] = data_avgs[c] + vReal[i+k];
  66.       }
  67.       data_avgs[c] = data_avgs[c]/step;
  68.       c++;
  69.     }
  70.      
  71.     for(int i=0; i<xres; i++)
  72.     {
  73.       data_avgs[i] = constrain(data_avgs[i],0,80);            
  74.       data_avgs[i] = map(data_avgs[i], 0, 80, 0, yres);      
  75.       yvalue=data_avgs[i];
  76.       peaks[i] = peaks[i]-1;   
  77.       if (yvalue > peaks[i])
  78.           peaks[i] = yvalue ;
  79.       yvalue = peaks[i];   
  80.       displayvalue=MY_ARRAY[yvalue];
  81.       displaycolumn=15-i;
  82.       mx.setColumn(displaycolumn, displayvalue);              
  83.      }   
  84.      
  85.     displayModeChange ();         
  86. }
  87. void displayModeChange() {
  88.   int reading = digitalRead(buttonPin);
  89.   if (reading == HIGH && previousState == LOW && millis() - lastDebounceTime > debounceDelay)
  90.   
  91.   {
  92.    switch (displaymode) {
  93.     case 1:   
  94.       displaymode = 2;
  95.       for (int i=0 ; i<=8 ; i++ ) {
  96.         MY_ARRAY[i]=MY_MODE_2[i];
  97.       }
  98.       break;
  99.     case 2:   
  100.       displaymode = 3;
  101.       for (int i=0 ; i<=8 ; i++ ) {
  102.         MY_ARRAY[i]=MY_MODE_3[i];
  103.       }
  104.       break;
  105.     case 3:   
  106.       displaymode = 4;
  107.       for (int i=0 ; i<=8 ; i++ ) {
  108.         MY_ARRAY[i]=MY_MODE_4[i];
  109.       }
  110.       break;
  111.     case 4:   
  112.       displaymode = 5;
  113.       for (int i=0 ; i<=8 ; i++ ) {
  114.         MY_ARRAY[i]=MY_MODE_5[i];
  115.       }
  116.       break;
  117.     case 5:   
  118.       displaymode = 1;      
  119.       for (int i=0 ; i<=8 ; i++ ) {
  120.         MY_ARRAY[i]=MY_MODE_1[i];
  121.       }
  122.       break;
  123.   }
  124.     lastDebounceTime = millis();
  125.   }
  126.   previousState = reading;
  127. }
复制代码


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驴友花雕  初级技神
 楼主|

发表于 2021-10-9 21:22:26

Arduino 系列传感器和执行器模块实验目录清单:
一块扩展板完成Arduino的10类37项实验(代码+图形+仿真)
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-280845-1-1.html
连杆形式的腿机构十一种:盘点机器人行走背后的机械原理
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-308097-1-1.html
【花雕动手做】超低成本,尝试五十元的麦克纳姆轮小车!
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-307863-1-1.html
【花雕动手做】超迷你哦,用徽商香烟盒做个智能小车!
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-307907-1-1.html
【花雕动手做】太搞笑啦,一支胶管制成二只蠕动机器人
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-308046-1-1.html
【花雕动手做】快餐盒盖,极低成本搭建机器人实验平台
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-308063-1-1.html
【花雕动手做】特别苗条,使用微波传感器控制的纤细小车
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-308866-1-1.html
【花雕动手做】脑洞大开、五花八门的简易机器人66种
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-307900-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(1)---LED节奏灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311167-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(2)---OLED频谱灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311174-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(3)---RGB律动灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311183-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(4)---WS2812条灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311190-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(5)---WS2812柱跳灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311192-1-1.html
【花雕动手做】看见声音,基于Arduino系列音乐可视器(6)---点阵频谱灯
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311201-1-1.html

实验一百五十八:QMC5883L电子指南针罗盘模块 三轴磁场传感器GY-271
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-308195-1-1.html
实验一百六十三:BMI160 6轴惯性运动传感器 16位3轴加速度+超低功耗3轴陀螺仪  I2C/SPI 14LGA
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-310371-1-1.html
实验一百六十五:2.4 英寸 TFT LCD 触摸屏模块 XPT2046 PCB ILI9341 240x320 像素 8 位 SPI 串口显示器 300mA
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-309803-1-1.html
实验一百七十六:6mm大尺寸8x8LED方块方格点阵模块 可级联 红绿蓝白色 可选8级亮度
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-309845-1-1.html
实验一百七十九:0.66英寸OLED显示模块 液晶屏模块IIC/I2C接口 64*48像素 SSD1306驱动芯片
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311179-1-1.html
实验一百八十一:1.3寸OLED液晶屏  I2C IIC通信 4针模块 1106/1306驱动 128*64像素
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311123-1-1.html
实验一百八十三:GY-530 VL53L0X 激光测距 ToF测距 飞行时间测距传感器模块 IIC通信协议
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-310273-1-1.html
实验一百八十五:MAX4466声音传感器 驻极体话筒放大器 麦克风可调功放模块 microphone
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-310193-1-1.html
实验一百八十九:TDA1308 硅麦克风 数字咪头放大模块 拾音器放大板 楼氏SUNLEPHANT
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-310246-1-1.html
实验一百九十三:TCS34725颜色识别传感器 RGB IIC明光感应模块 ColorSensor
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-310209-1-1.html
实验二百:RCWL-0515微波雷达感应开关 人体感应 智能感应探测传感器 12-15米远距离2.7G微波检测模块
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-310313-1-1.html
实验二百零一:OPT101模拟光照传感器 TEMT6000光强度模块 单片光电二极管 YourCee
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-311164-1-1.html
实验二百零三:Air724UG合宙 Cat14G模块 DTU物联网UART串口通信数据TCP透传 核心板组合套餐
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-310342-1-1.html
实验二百零七:I2C红色8*8LED点阵模块ht16k33驱动1088BS树莓派物联网可扩展编程
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-310951-1-1.html
实验二百零九:Gravity: I2C & UART BC20 NB-IoT & GNSS通信模块 NB-IoT广域低功耗无线通信 GPS/北斗精准定位
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-310433-1-1.html

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驴友花雕  初级技神
 楼主|

发表于 2021-10-12 08:38:13

【花雕动手做】音乐可视化系列小项目(06)---点阵频谱灯
   项目之一:八段分频8X8点阵屏的音乐频谱灯

   实验开源代码

  1. /*
  2.   【花雕动手做】音乐可视化系列小项目(06)---点阵频谱灯
  3.   项目之一:八段分频8X8点阵屏的音乐频谱灯
  4.   接脚连线:MAX9814 接A0
  5.   MAX7219      UNO
  6.   VCC  →→→→→ 5V
  7.   GND  →→→→→ GND
  8.   DIN  →→→→→ D12(数据,数据接收引脚)
  9.   CS   →→→→→ D11(负载,命令接收引脚)
  10.   CLK  →→→→→ D10(时钟,时钟引脚)
  11. */
  12. #include "LedControl.h"
  13. /* Led matrix - Max7219 Declared */
  14. LedControl lc = LedControl(12, 11, 10, 1);
  15. const int maxScale = 11;
  16. /* Sensor - Max9812 Declared */
  17. const int sensorPin = A4;
  18. const int sampleWindow = 50; // 50ms = 20Hz
  19. unsigned int sample;
  20. unsigned long startMillis;
  21. unsigned long timeCycle;
  22. unsigned int signalMax = 0;
  23. unsigned int signalMin = 1024;
  24. unsigned char index = 0;
  25. unsigned int peakToPeak[8];
  26. unsigned int displayPeak[8];
  27. unsigned int temp[8]={0,0,0,0,0,0,0,0};
  28. unsigned int signalMaxBuff[8];
  29. unsigned int signalMinBuff[8];
  30. void setup() {
  31. // Led matrix
  32. lc.shutdown(0, false); // bật hiện thị
  33. lc.setIntensity(0, 1); // chỉnh độ sáng
  34. lc.clearDisplay(0); // tắt tất cả led
  35. Serial.begin(9600);
  36. }
  37. void loop() {
  38. startMillis = millis();
  39. //peakToPeak = 0;
  40. signalMax = 0;
  41. signalMin = 1024;
  42. // Get data in 50ms
  43. while (millis() - startMillis < sampleWindow) {
  44. sample = analogRead(sensorPin);
  45. if (sample < 1024) {
  46. if (sample > signalMax) {
  47. signalMax = sample;
  48. }
  49. if (sample < signalMin) {
  50. signalMin = sample;
  51. }
  52. }
  53. // 20Hz - 64Hz - 125Hz - 250Hz - 500Hz - 1kHz (timeCycle = 1/F)(ms)
  54. timeCycle = millis() - startMillis;
  55. if (timeCycle == 1 || timeCycle == 2 || timeCycle == 4 || timeCycle == 8
  56. || timeCycle == 16 || timeCycle == 32 || timeCycle == 40 || timeCycle == 50) {
  57. signalMaxBuff[index] = signalMax;
  58. signalMinBuff[index] = signalMin;
  59. index = (index + 1) % 8;
  60. delay(1);
  61. //Serial.println(timeCycle);
  62. }
  63. }
  64. // Delete pointer to array
  65. index = 0;
  66. // Calculation after get samples
  67. for (int i = 0; i < 8; i++) { // i = row (led matrix)
  68. // sound level
  69. peakToPeak[i] = signalMaxBuff[i] - signalMinBuff[i];
  70. // Map 1v p-p level to the max scale of the display
  71. displayPeak[i] = map(peakToPeak[i], 0, 1023, 0, maxScale);
  72. // Show to led matrix
  73. displayLed(displayPeak[i], i);
  74. // Led drop down
  75. if (displayPeak[i] >= temp[i]) {
  76. temp[i] = displayPeak[i];
  77. }
  78. else {
  79. temp[i]--;
  80. }
  81. lc.setLed(0, i, temp[i], true);
  82. delayMicroseconds(250);
  83. }
  84. }
  85. void displayLed(int displayPeak, int row) {
  86. switch (displayPeak) {
  87. case 0 : lc.setRow(0, row, 0x80); break;
  88. case 1 : lc.setRow(0, row, 0xC0); break;
  89. case 2 : lc.setRow(0, row, 0xE0); break;
  90. case 3 : lc.setRow(0, row, 0xF0); break;
  91. case 4 : lc.setRow(0, row, 0xF8); break;
  92. case 5 : lc.setRow(0, row, 0xFC); break;
  93. case 6 : lc.setRow(0, row, 0xFE); break;
  94. case 7 : lc.setRow(0, row, 0xFF); break;
  95. }
  96. }
复制代码


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驴友花雕  初级技神
 楼主|

发表于 2021-10-12 06:36:49

05-1.jpg

MAX7219
是美国MAXIM 公司推出的多位LED 显示驱动器,采用3 线串行接口传送数据,可直接与单片机接口连接,用户能方便修改其内部参数,以实现多位LED 显示。它内含硬件动态扫描电路、BCD译码器、段驱动器和位驱动器。此外,其内部还含有8X8 位静态RAM,用于存放8 个数字的显示数据。显然,它可直接驱动64 段LED点阵显示器。当多片MAX7219 级联时,可控制更多的LED 点阵显示器。显示的数据通过单片机数据处理后,送给MAX7219 显示。


MAX7219点阵显示模块(8X8 LED共阴)模块参数:
1.单个模块可以驱动一个8*8共阴点阵
2.模块工作电压:5V
3.模块尺寸:长5厘米X宽3.2厘米X高1.5厘米
4.带4个固定螺丝孔,孔径3mm,可使用本店M3铜柱固定
5.模块带输入输出接口,支持多个模块级联

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驴友花雕  初级技神
 楼主|

发表于 2021-10-12 06:45:39

MAX7219模块电原理图


05-6.jpg
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驴友花雕  初级技神
 楼主|

发表于 2021-10-12 06:55:53

MAX9814是一款低成本高性能麦克风放大器,具有自动增益控制(AGC)和低噪声麦克风偏置。器件具有低噪声前端放大器、可变增益放大(VGA)、输出放大器、麦克风偏置电压发生器和AGC控制电路。
●自动增益控制(AGC)
●3种增益设置(40dB、50dB、60dB)
●可编程动作时间
●可编程动作和释放时间比
●电源电压范围2.7V~5.5V  
●低THD:0.04% (典型值)
●低功耗关断模式
●内置2V低噪声麦克风偏置

000.jpg

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驴友花雕  初级技神
 楼主|

发表于 2021-10-12 09:56:52

实验场景图

01.jpg
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驴友花雕  初级技神
 楼主|

发表于 2021-10-12 13:38:48

  【花雕动手做】音乐可视化系列小项目(06)---点阵频谱灯
  项目之一:八段分频8X8点阵屏的音乐频谱灯

   实验视频剪辑

https://v.youku.com/v_show/id_XNTgxMjY3Nzc4MA==.html?firsttime=0



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驴友花雕  初级技神
 楼主|

发表于 2021-10-12 13:49:35

   实验场景动态图

03.gif

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ndqFNC53TIA9  学徒

发表于 2021-10-12 19:05:07

挺好看的,可以自己做
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发表于 2021-10-13 06:04:05

ndqFNC53TIA9 发表于 2021-10-12 19:05
挺好看的,可以自己做

试试看,多交流
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驴友花雕  初级技神
 楼主|

发表于 2021-10-13 09:23:18

【花雕动手做】音乐可视化系列小项目(06)---点阵频谱灯
   项目之一:两位点阵屏八段分频音乐频谱仪
   实验场景图  

11.jpg

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驴友花雕  初级技神
 楼主|

发表于 2021-10-13 09:36:25

实验场景动态图

40.gif

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驴友花雕  初级技神
 楼主|

发表于 2021-10-13 09:45:12

【花雕动手做】音乐可视化系列小项目(06)---点阵频谱灯
   项目之两位点阵屏八段分频音乐频谱仪

   实验视频剪辑

https://v.youku.com/v_show/id_XNTgxMjgzMTQ5Mg==.html?firsttime=0



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驴友花雕  初级技神
 楼主|

发表于 2021-10-13 13:09:27

【花雕动手做】音乐可视化系列小项目(06)---点阵频谱灯
   项目之二:FFT算法,八段音乐可视化动态频谱仪

   实验开源代码

  1. /*
  2. 【花雕动手做】音乐可视化系列小项目(06)---点阵频谱灯
  3. 项目之二:FFT算法,八段音乐可视化动态频谱仪
  4. */
  5. #include <arduinoFFT.h>
  6. #include <MD_MAX72xx.h>
  7. #include <SPI.h>
  8. MD_MAX72XX disp = MD_MAX72XX(MD_MAX72XX::FC16_HW, 10, 4);
  9. arduinoFFT FFT = arduinoFFT();
  10. double realComponent[64];
  11. double imagComponent[64];
  12. int spectralHeight[] = {0b00000000,0b10000000,0b11000000,
  13.                         0b11100000,0b11110000,0b11111000,
  14.                         0b11111100,0b11111110,0b11111111};
  15. int index, c, value;
  16. void setup()
  17. {
  18.   disp.begin();
  19.   Serial.begin(9600);
  20. }
  21. void loop()
  22. {
  23.   int sensitivity = map(analogRead(A6),0,1023,50,100);
  24.   Serial.println (analogRead(A6));
  25.   for(int i=0; i<64; i++)
  26.   {
  27.     realComponent[i] = analogRead(A7)/sensitivity;
  28.     imagComponent[i] = 0;
  29.   }
  30.   FFT.Windowing(realComponent, 64, FFT_WIN_TYP_HAMMING, FFT_FORWARD);
  31.   FFT.Compute(realComponent, imagComponent, 64, FFT_FORWARD);
  32.   FFT.ComplexToMagnitude(realComponent, imagComponent, 64);
  33.   for(int i=0; i<32; i++)
  34.   {
  35.     realComponent[i] = constrain(realComponent[i],0,80);
  36.     realComponent[i] = map(realComponent[i],0,80,0,8);
  37.     index = realComponent[i];
  38.     value = spectralHeight[index];
  39.     c = 31 - i;
  40.     disp.setColumn(c, value);
  41.   }
  42. }
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驴友花雕  初级技神
 楼主|

发表于 2021-10-13 13:21:25

【花雕动手做】音乐可视化系列小项目(06)---点阵频谱灯
   项目之二:FFT算法,八段音乐可视化动态频谱仪

   实验视频剪辑

https://v.youku.com/v_show/id_XN ... hcb.playlsit.page.1




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驴友花雕  初级技神
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发表于 2021-10-13 13:25:23

   实验场景动态图

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驴友花雕  初级技神
 楼主|

发表于 2021-10-13 14:00:43

【花雕动手做】音乐可视化系列小项目(06)---点阵频谱灯
   项目之十六段音乐可视化动态频谱仪(使用FFT算法)

   实验视频剪辑

https://v.youku.com/v_show/id_XNTgxMjkxMjkxNg==.html?firsttime=0



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发表于 2021-10-13 14:02:57

   实验场景动态图

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驴友花雕  初级技神
 楼主|

发表于 2021-10-13 18:26:24

  【花雕动手做】音乐可视化系列小项目(06)---点阵频谱灯
   项目之三:arduinoFFT浮点频谱灯

   实验视频剪辑

https://v.youku.com/v_show/id_XNTgxMjk4ODQyMA==.html?firsttime=0



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