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CDRW光碟技术特徵.docx

CDRW光碟技术特徵

CD-RW光碟技術特徵

姓名:

王仁華

學號:

D8839355

系級:

自控四乙

授課老師:

林宸生

 

日期:

2002/12/20

早期的儲存設備

早期的儲存設備並不像現在那麼快速與龐大,個人用的儲存設備只能用5.24或是3.5軟碟,其容量只有1MB左右。

不過那時軟體還不算龐大,影像資料也不普及,對個人使用者而言還可以勉強應付。

只是對於有龐大重要資料要備份或是影像處理藝術者來說,只能用類似錄音帶的磁帶來儲存,不過磁帶有個缺點,因為磁帶是線性的儲存,這意味著要搜尋磁帶中的資料就像在錄音帶找某首歌一樣,是需要時間的,因為無法像硬碟一樣的目了然所有的資料。

CD的運作方式不是以傳統的磁氣記憶,像是磁碟片、硬碟機就是以這種方法來記錄的,這種方法雖然不需要高科技,但是卻不方便,所以光學技術就呼之欲出了。

光學技術的運作原理是以雷射光射在光碟片的光滑平面上,這個光滑面上佈滿肉眼無法辨識的坑洞,這些坑洞就是儲存數位資料的地方。

光線從這些小坑洞反射回來,然後由讀取頭讀取資料。

一般而言可儲存650MB,74分鐘的影像,也有的光碟技術聲稱可以做到700MB,84分鐘的影像檔。

而CD-ROM就是CD光碟片的讀取機器,不過一般使用者只能讀取,廠商才可以進行壓片,而且只能儲入一次。

相對於CD-ROM,CD-R是一種可將資料存入CD的技術,而且儲存的技術不再是商家所壟斷,個人使用者可以用相較與以往為便宜的價錢買到CD-R燒錄器,再利用幾種像是EasyCD、CloneCD之類的燒錄軟體就可以輕鬆地備份資料或是錄製資料龐大的影像檔了。

新近加入CD家族的是可重寫CD技術,這種技術使CD-RW光碟像磁碟一樣能夠進行刪除和覆寫。

跟CD-R產品一樣,CD-RW光碟可存儲650MB的資料或74分鐘的高質CD音樂/視訊。

長期以來,光學技術產品均被應用為個人電腦(PC)的記憶媒體。

唯讀光碟(CD-ROM)、可單次燒錄光碟(CD-R)和可重複燒錄光碟(CD-RW)等產品在多年的研究開發後,已逐一打進PC市場,時至今日,光碟(CD)技術已經為資料的存儲和放送提供了大量的選擇。

何謂CD-RW

所謂CD-RW,是為CD-ReWritable的縮寫,為一種可以將光碟重覆燒錄的技術,而將這種技術應用在光碟燒錄機上的產品即稱為CD-RW。

而CD-RW在燒錄所使用的光碟片也稱為CD-RW光碟片。

CD-RW除了了燒錄CD-RW光碟片之外,理所當然也有向前整合的功能,也就是說,CD-RW也能燒錄一般的CD-R光碟片。

技術原理

此種燒錄的原理為在光碟片內部鍍上一層200~500埃(1唉=10-8cm)的薄膜,而此種薄膜的材質多為銀,銦,硒或碲的結晶層,這個結晶層的特色是能呈現出結晶與非結晶的狀態,故藉由雷射光的照射,使其在兩種狀態之間互換,而這兩種狀態也在光碟片上呈現出平面(Land)與凹洞(Pit)的效果。

同樣的,而在一般光碟機讀取這些平面(Land)與凹洞(Pit)所產生的0與1的訊號,經過解碼器分析後,組織成我們想要看或聽的資料。

這種光碟片的結構有六層,資料記錄在相變合金屬(Phase-changemetalalloylayer),是具備高度反射性的晶體結構,在燒錄資料時CD-RW使用最高功率的雷射於寫入資料1的位置加熱,將小區域的合金物資融化,然後能凝結成非結晶的組織,使它無法像原先那樣擁有良好的反射姓,至於晶體結構的恢復,只要用中等功率的雷射,就可以產生足夠溫度,將非結晶的組織還原成晶體結構。

CD-RW使用相變技術(phasechangetechnology),以雷射激光將一個點加熱到一個特定溫度來寫入資料,而當加熱到另一個特定的溫度時,則可使此點發生變化重新結晶。

這種技術使CD-RW光碟能夠被重寫多達1,000次。

由於度層材料的特性,而且此類材質對於雷射光的反射率較差,大約只有15%,不及於CD-R光碟片的65%,因此,以CD-RW技術寫出的光碟只能用於具有多讀出制式功能(Multi-Readformat)的CD-ROM驅動器。

今日市場上的家用VCD/CD播放器均不具備這種多讀出制式功能。

而PC市場上的大部分CD-ROM驅動器均已配備此多讀出功能。

特殊功能

由於CD-RW具備重複寫入的功能,它可以作為超級軟碟機,以成本方面來看,CD-RW的單位儲存成本比軟碟機低,但是在使用的便利上稍微遜色一點因為燒錄CD-RW的方法是將整筆資料寫入,無法對個別資料作任意的刪除和修改,不過有些軟體可以讓CD-RW像磁碟一樣,將整筆資料以滑鼠拖曳的方式寫入,或是直接刪除某個特定資料,例如AdaptecDirectCD,不過要讀取這種格式的光碟資料,讀取的電腦上也必須安裝這套軟體,雖然可以透過光碟自動安裝的方式解決,不過比不上磁碟可以直接使用的方便,但仍不失為一個可以接受的替代方案。

CD-RW光碟結構

保護層--材料:

硬化壓克力樹脂;

功用:

保護反射層免於氧化刮傷,作為印刷之底面。

染料層--材料:

相變化型合金;

功用:

吸收雷射光,形成坑洞記錄。

反射層--材料:

鋁、黃金或銅合金;

功用:

反射雷射光訊號。

基板--材料:

光學級聚碳酸脂塑膠;

功用:

透射雷射光。

前言:

CD-RW是一種記錄媒體,利用相變化(Phase&Change)的原理,達到可重覆讀寫的功能,CD-RW光碟片搭配CD-RW燒錄器可反覆讀寫1000次以上,適用於符合橘皮書(OrangeBookPartIII)規格的燒錄機。

燒錄片的種類

金片:

適合燒錄資料可保存100年。

金綠片:

適合燒錄資料,相容性極佳。

綠片:

適合燒錄資料,相容性極佳。

藍片:

適合燒錄音樂和VCD。

水藍片:

適合燒錄音樂和VCD,相容性比藍片佳。

 

光碟資料格式種類

標準

應用

差異處

紅皮書

音樂CD

最早提出的光碟標準

黃皮書

資料CD

Mode1:

原始資料格式

Mode2

Form1:

具ECC修正碼,為資料性CD

Form2:

不具ECC修正碼,為影音/音樂CD

綠皮書

CD-i(互動式CD)

專為CD-i制訂的規格

橘皮書

可燒錄模式CD

Part1:

CD-MO(Magneto-Optical,磁性-光碟)

Part2:

CD-WO(可燒錄一次,包含PhotoCD的混合格式)

Part3:

CD-RW(可重複燒錄CD)

白皮書

VideoCD

專為CD-i制訂的規格

藍皮書

CDExtra

內含兩個Session,前者為Audio,後者為Data,又稱CD-Plus

燒錄時如何選擇檔案格式?

並非所有的檔案格式接適用於所有的作業系統,各檔案格式適用作業系統之整理如下表所示:

檔案格式

作業系統

DOS

Windows95

Windows98

WindowsNT3.51

WindowsNT4.0

ISO96608+3Chars

AnyMS-DOS8+3Chars

Joliet

Shortname

不可

Joliet(CDCreator3.x)

不可

不可

Longfilename

不可

Romeo

不可

UDF(DirectCD)

不可

但須安裝DirectCD或UDFreader

不可

但須安裝DirectCD或UDFreader

常見問題

(一)、為什麼用DirectCD格式化完之後,容量少了許多?

DirectCD對CD-RW光碟片所採用的是UDF格式,也就是封包寫入(packetwriting)的固定長度格式。

UDF格式將光碟片上分為一個個32KB大小的Block,讓燒錄器可對每一個Block做寫入及刪除的動作,使得CD-RW光碟片可像硬碟或軟碟一般的讀寫及刪除資料,但也因為如此,必須犧牲一些空間來記錄每一個Block在光碟片上的詳細位置,這大約佔掉一百多MB的空間。

因此使用DirectCD格式化後的CDRW光碟片,容量的確會減少。

但其便利性會增加許多(在Windows下可直接以拖拉方式複製、刪除檔案)。

(二)、在光碟片上寫字,為什麼會引響相容性好壞?

如果使用專用的筆寫,基本上是ok的,但還是不建議這麼做。

最保險的作法寫在內圈的透明區域,貼上小標籤的作法也不建議,因為那會影響片子的balance,提高高速讀取的困難度。

千萬別用含溶劑或酒精的筆寫,那會吃掉片子上層的lacquer。

由於Lacquer的厚度只有幾個微米,因此一些較堅硬的筆尖會壓迫到塑料基版,導致基版變形,因此在燒錄會有問題。

(三)、何謂BufferUnderrun?

BufferUnderrun意為緩衝區資料不足。

一般CD-RW在燒錄資料的時候,資料先由硬碟透過IDE界面傳送到主機,再由IDE界面傳送到CD-RW的緩衝記憶體,也就是所謂的Buffermemory。

最後CD-RW把儲存在Buffermemory裡的資料,燒錄到CD-R或CD-RW光碟片上。

這一連串的動作,必須環環相扣、不能中斷;只要其中任何一個環節稍有中斷、或是速度降低,就會造成CD-RW無法把資料寫入光碟片,進而造成光碟片無法使用的狀況。

(四)、造成BufferUnderrun的主要原因有以下幾大項?

★硬碟

硬碟的磁區過於分散。

硬碟可用空間不足。

使用壓縮過的硬碟。

舊式硬碟的熱校正(Thermalcalibration)功能,會令資料輸出暫時中斷。

★其他硬體

使用中的光碟機突然停止轉動。

正在使用中的原始檔遭到修改。

控制台或燒錄軟體裡的設定不正確。

讀取與寫入速度無法同步。

電腦執行速度不夠快。

與舊式的驅動程式相衝突,在Windows95/98裡不得使用16位元的驅動程式。

★網路

燒錄來自網路(無論是Internet或區域網路)的檔案,會因傳輸過慢造成BufferUnderrun。

先下載到本機硬碟再做燒錄。

★檔案問題

燒錄過多小檔案。

原始檔案被破壞。

燒錄目前系統使用中的檔案。

★其他

CD片刮傷、不乾淨、或已經被破壞。

燒錄器故障。

(四)、如何防止BufferUnderrun?

★請每週整理硬碟一次。

★避免由網路傳輸的方式燒錄檔案,請由本機硬碟中燒錄。

★如果所使用的硬碟已經超過五年,請確定它的運轉溫度不會過高,或考

慮更換新硬碟。

★如果要複製音樂CD,請選擇較低的速度來複製。

一則避免BufferUnderrun,二則能確保音質良好。

★以低速燒錄,可以讓緩衝區資料消耗速度慢些。

★保持光碟片清潔。

★燒錄時,請關閉所有其他的應用程式、螢幕保護程式、以及掃毒程式。

★電腦裡的電源管理功能會讓系統運作速度變慢,燒錄時請暫停使用電源管理。

★保持CD-ReWriter燒錄機冷卻,有時溫度過高會導致寫入不正常。

★不得複製空目錄、0位元大小的檔案、或是系統也正在使用的檔案。

★如果一次要複製的檔案數目超過一萬個,請先建立一個磁片對映檔(DiskImageFile),再利用此對映檔進行燒錄。

★保持硬碟裡有足夠的可用空間,至少需要保留所要燒錄的檔案中,最大的檔案的兩倍空間。

★嘗試使用不同品牌的光碟片。

應用

原理:

CD-R利用775nm~795nm的雷射光在CD-R有機染料紀錄面直接加熱而燒出坑(Pit)或是使有機染料曾發生化學性退化(Degrade),總而言之就是要改變有機染料紀錄面對光的反射率。

發展趨勢:

CD-R光碟片僅可寫入一次資料,而MO光碟片為可重覆寫入資料的,但隨著科技演進,CD-RW(CDReWriter)可抹寫式光碟機因其結合CD-R及MO的優點,以及較低廉的硬體、儲存媒體的置購成本等特性,逐漸地成為使用者購買光學儲存設備的最佳選擇,隱然有取代CD-R燒錄機的趨勢。

應用:

燒錄器的種類:

燒錄器可分為CD-R及CD-RW。

CD-R燒錄機僅能讀寫不能把資料刪除重寫,而CD-RWDrive則像是軟硬碟一樣可以重覆使用,但必須用CD-RW片才行。

CD-RW片的價格約為CD-R片的6~8倍。

燒錄器的介面:

依介面分有IDE、SCSI及Printerport等等。

一般IDE介面多是內接,使用主機板現有的IDEPort即可。

最好不要把IDE介面變成printerport外接,因為速度太慢易燒壞片子。

未來:

在不久的將來,CD-RW產品將具有不同的介面,以適應市場的多種需要。

這些介面如USB、iLINK、PCMCIA、SCSI以及ATAPI將會成為進入我們家居和辦公室的通道,確保用戶能夠選擇最切合他們需要的連接。

光碟機的迷思

CD-R機器是利用Laser功率在CD-R片子上的染料上燒出記號,而CD-R上的染料與組成卻有好幾種方式,一般常見的大分類為Cyanine與Phthalocyanine而各種片子的組成與配方會形成片子不同的感度,機器廠商就必須蒐集所有的片子針對其特性制定一套writingstrategy何謂writingstrategy扼要的用下圖來解釋。

例如你想燒出黑色部分大小的點在CD-R片子上,而你利用最上圖的時間來驅動Laser時,那可能會燒出紅色部分過大的點而讓資料錯誤成最下圖的信號,所以我們必須在最上圖縮短Laser驅動時間(如黑色部分)來燒出正確的黑色部分點,這就與片子的感度有相當關係,所以機器廠商在機器內建立一套writingstrategy來對應各種不同的片子,當然其中也有某些不明廠牌的片子機器是使用default值來燒錄。

但非常不幸的,台灣目前有近三十五家CD-R片子的廠商。

這些廠商為了競爭,經常在更動組成與材料而且品質的控制也極不穩定。

在這種狀況下就容易造成某些片子突然不能寫入,而別的牌子的燒錄器可能剛好在某一範圍內所以可以燒入。

理銘非常努力在收集各廠商的片子分析而建立到我們的writingtable中,但不管我們如何努力都比不上台灣片子的善變,這也是為何有些人會發現有某一舊版的韌體對某種片子突然有較好的狀況對某一些又不好的原因,我真誠的建議各位多花一點點錢買真正有能力製造片子的大廠牌產品,但請注意有能力製造片子這句話的用意,因為有些大品牌雖品牌大但是對於片子的知識卻少的可憐,只是請台灣廠商代為製造卻無法有效管制品質,那此種商品也實與一般無牌的沒有差異。

有一個有趣的現象各位可以思考一下,台灣片子的工廠最近都非常的賺錢而日本的公司卻滿辛苦的,為何會造成此狀況?

大家用的設備都是一樣的全自動化設備,某些材料也類似縱使有差價也不應該如此大,這其中有兩個極大的因素影響成本,那就是品檢的標準與次級品的處理,因為CD-R片子是寫一次的片子所以在做訊號檢驗時只能採取在某一批量下抽樣檢驗,不通過檢驗就整批變成次級品,以理光為例,次級品是完全作廢不再販賣出去,但是台灣廠商還是會賣出去,那整體成本就可以降低。

另外一個因素就是品檢標準因為訊號檢驗是採抽檢,所以必須加高抽驗標準來確保整批可以在一定的可靠度上,但有些廠商就放低此標準來降低批退數量與成本,因此就可能發生突然某一批量超出標準的狀況,此部份使用者不可不注意。

光碟CD-R技術

CD的開發是為了滿足市場對可燒錄CD的需求。

90年代初期推出的首部CD-R驅動器的價格高達100,000美元,而且其體積龐大。

時至今日,入門版的CD-R驅動器價格已低至200美元,一隻CD-R亦只需數美元,完全可以為用家接受。

一張CD-R可以存儲650MB的電腦資料或74分鐘的高質CD音樂。

CD-R是一種"一次寫入"的技術,資料一旦被記錄下來,就會被永久變更和保存。

在技術上說,所傳遞的資料被分解為"1s",然後被燒至CD-R光碟的記錄層,成為記錄層上的暗點。

用這種方法,CD-R光碟內的資料便能夠如CD-ROM光碟一般被讀出。

記錄好的CD-R光碟可以用任何標準的CD-ROM驅動器播放,因其寫入格式與壓模製CD完全相同。

CD-R的兼容性,CD-R和CD-ROM同樣採用ISO9660的文件格式,以確保CD-R完全兼容於CD-ROM驅動器和CD播放器。

此外,為了提供更多的寫入格式選擇,出現了一種稱為通用光碟格式(UDF)的新系統,提供更為靈活有效的CD光碟寫入格式,但其不便之處是要作業系統必須安裝一套能夠讀取UDF的程式。

竹科研究開發(嘉信光電股份有限公司)

(1)公司主要營業項目

公司主要營業項目為紅光雷射、光纖通訊用的主動元件/模組之研發、製造與銷售。

(二)技術層次

計畫產品製造及生產技術之開發主要項目為雷射結構之設計、雷射材料磊晶技術、晶片及晶粒製程技術、元件封裝技術、元件特性量測與可靠度測試技術。

本計畫擬擬以所提及之製造及生產技術開發用於可讀寫式光碟系統之高功率雷射二極體、發光波長為785nm,可以高速讀寫CD-R及CD-RW光碟片。

相變式材料作為資料寫入之媒體乃是利用相變式有機材料在吸收雷射光能量後溫度上升因而產生有機分子排列之相變,造成材料光學折射率及碟片反射率之改變。

可想而知,雷射二極體功率越高,寫入資料所需時間也就越短。

在光碟機倍速追高之潮流下,對雷射二極體之高功率需求也越殷切。

本計畫開發產品之目標設定為連續操作輸出功率70mW以上,而脈衝操作輸出功率則為90mW以上,足以滿足8倍速CD-R及4倍速CD-RW光碟機系統之需求。

(三)市場前景

自從1980年雷射二極體成功地應用於CD及CD-ROM光碟讀取系統後,光碟機已廣泛地被應用於消費性電子產品及電腦資訊產品市場。

基本上,CD-ROM光碟機早已是個人電腦之標準配備之一,這也使光碟讀取系統成為雷射二極體用量最大之應用市場。

不過,可讀寫式光學讀取系統則一直無法普及開來,一來由於需求較高功率之雷射二極體,二來早期可讀寫式光學讀取系統多採用磁光(Magneto-optical,簡稱MO)效應進行資料之寫入,系統較複雜因此售價也相對高許多。

除此之外,由於採用磁光效應,碟片之製作成本亦較高。

這些都是可讀寫式光學讀取系統一直無法普及開來的原因。

近年來,相變式可讀寫有機材料成功開發應用後,產生了可錄寫一次(writeonce)之CD-R光碟片及可重複錄寫(rewritable)之CD-RW光碟片。

不但簡化了光學讀寫系統,而且碟片之製作成本亦大幅降低。

尤其,國內多家碟片廠商,如中環及錸得等,都相繼投入CD-R,及CD-RW碟片之大量生產,更使得碟片之價格劇降。

據報導,目前台灣已是全球碟片出貨量最大的國家。

以上因素再加上可與CD及CD-ROM光碟機之讀取相容,已使得CD-R及CD-RW成為可讀寫光碟系統市場上之新寵。

雖然CD及CD-ROM將逐漸為DVD所取代,而且以DVD碟片規格為相容主軸之可讀寫式碟片規格,亦受到廣泛之討論,例如,DVD-R,DVD-RW,DVD+RW以及DVD-RAM等。

然而據日本市場分析家指出,來自不同集團之上述多種規格不但已造成市場之混沌情況,而且每一種規格亦尚存在技術之困難點。

DVD-R/DVD-RW是其中與DVD-ROM最相容之規格,但是由於必須使用波長為635nm之雷射二極體,而635nmLD之技術尚未瑧成熟,尤其在700C高溫之可靠度特性上遭遇到相當大的困難。

而DVD-RAM及DVD+RW則皆有碟片價格高的問題。

更進一步分析,由於CD系列之智慧財產權幾乎皆為SONY及PHILIPS掌握,但是DVD系列產品則是由Toshiba及Matsushita掌握了較多資源,為了能延長CD系列產品壽命及持續其獲利,SONY及PHILIPS始終不願意降低DVD系列產品智財權利金之門檻,以達到延緩DVD系列產品取代CD系列產品速度之目的。

預料此機制將在電腦資訊市場造成相當大的衝擊,更可能引發化學反應從根本上影響未來電腦光碟產品之發展趨勢。

試想,DVD-ROM相較於CD-ROM最大的好處,在於其容量大可以處理完整之視訊信號,加速電腦資訊系統邁向多媒體之新紀元,然而缺乏讀寫功能、高貴的價格再加上前述權利金之門檻在在限制了其發展及普遍性。

其結果乃造就了CD-R/CD-RW快速發展的契機。

據料,短程之效應為由於CD-R/CD-RW適時提供了滿足市場需求可讀寫式光碟系統之方案,因此在現階段其市場潛力將不亞於甚至可能勝於尚在啟蒙階段之DVD-ROM。

事實上從1996年開始,CD-R已逐漸被消費者接受,並且在碟片價格大幅下落的助長下,展現驚人成長及市場潛力。

這也使得當時尚未成熟之DVD-ROM光碟機設計不得不作適當之修正而必須增加一780nm雷射二極體及CD讀取系統使其得以讀取CD-R碟片。

而一但CD-R/CD-RW光碟機成功地攻佔電腦資訊市場而能達到足夠大量之經濟規模時,可以想見不久將來的DVD-ROM光碟機設計必然將結合CD-R/CD-RW光碟讀寫系統,使其成為一可以讀取CD/DVD且可以讀寫CD-R/CD-RW之系統。

根據Disk/Trend的報導,CD-RW光碟機是1998年光儲存產業中成長最快的光碟機。

1998年CD-RW光碟機全球市場為500萬台,較1997年成長了約10倍,成長相當快速,預計1999年將達1200萬台,而2000年則預計將成長至1800萬台。

HP之預測則更為樂觀,認為資訊市場之強勁需求將使其數量明顯增加,2000年時應有2500萬台CD-RW光碟機之市場量。

這一觀點乃是認為雖然CD-ROM光碟機面臨淘汰之轉折點,但是DVD-ROM在生產數量及價格上還無法完全替代CD-ROM光碟機之市場需求,CD-RW光碟機因此得以在兼具低價及可讀寫之功能下,逐漸取代CD-ROM光碟機成為電腦周邊基本配備。

當然,CD-RW光碟機仍必須面對DVD系列之可讀寫式光碟系統,如DVD-RW、DVD+RW及DVD-RAM等之挑戰,不過,如同前述產品開發說明中所論,此三種規格尚各有其技術問題待突破,估計真要對市場產生衝擊還需要相當一段時間。

(四)產品照片

時勢

胡釗維/台北報導 CD-RW的倍速發展,在短短一年內從二十四倍速提昇到極限的五十二倍速,在倍速發展已達極限下,價格則成為所有光碟機廠唯一能夠競爭的籌碼,而這也使得光碟機廠間的競爭,從過去的倍速競爭,轉變為擴大產能規模來迎接市場佔有率的爭奪戰。

面臨CD-RW持續跌價的趨勢,光碟機廠大者恆大態勢也更加明顯。

  上半年拜國內光碟機廠大規模搶進CD-RW市場之賜,價格戰就已殺得腥風血雨。

今年第一季我國CD-RW出貨六百八十九萬台,每部平均出貨價約七十四美元,而目前的市場行情則為四十八倍速已降至四十美元,而各廠商冀望甚深可以拉高平均單價的五十二倍速機種,更由於光碟片倍速發展未予配合下,市場需求提振困難。

  由於各廠商都已陸續推出五十二倍速的極限產品,已經很難再仰賴研發出更先進技術以取得代工訂單,目前各廠商只能拿價格作為競爭手段,因此大者恆大情形更為明顯。

尤其大廠具備有經濟規模,能夠扮演價格破壞者的角色,將迫使小廠出局。

事實上,去年第四季全球前十大CD-RW製造商已囊括八三‧九%市佔率,至今年第一季時更擴大為八五‧八%,而從最新出爐的資料來看,今年一至七月全球前十大CD-RW業者,包辦有超過九成五的產量。

  大者恆大的趨勢在前三大尤其明顯,去年全球CD

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