二維碼的生成細節和原理(一 簡)

二維碼的定義:

二維碼(2-dimensional bar code),是用某種特定的幾何圖形按一定規律在平面(二維方向上)分佈的黑白相間的圖形記錄數據符號信息的。

在許多種類的二維條碼中,常用的碼制有:Data Matrix, Maxi Code, Aztec, QR Code, Vericode, PDF417, Ultracode, Code 49, Code 16K等。


  1.堆疊式/行排式二維條碼,如,Code 16K、Code 49、PDF417(如下圖)等
         
    2.陣式二維碼,最流行莫過於QR CODE


二維碼的名稱是相對與一維碼來說的,比如以前的條形碼就是一個“一維碼”,它的優點有:二維碼存儲的數據量更大;可以包含數字、字符,及中文文本等混合內容;有一定的容錯性(在部分損壞以後可以正常讀取);空間利用率高等。

二維碼原理介紹:

QR(Quick-Response) code是被廣泛使用的一種二維碼,解碼速度快。它可以存儲多用類型

         
 
如上圖時一個qrcode的基本結構,其中:

        位置探測圖形、位置探測圖形分隔符、定位圖形:用於對二維碼的定位,對每個QR碼,位置都是固定存在的,只是大小規格會有所差異;

        校正圖形:規格確定,校正圖形的數量和位置也就確定了;
        格式信息:表示改二維碼的糾錯級別,分爲L、M、Q、H;
        版本信息:即二維碼的規格,QR碼符號共有40種規格的矩陣(一般爲黑白色),從21x21(版本1),到177x177(版本40),每一版本符號比前一版本 每邊增加4個模塊。
        數據和糾錯碼字:實際保存的二維碼信息,和糾錯碼字(用於修正二維碼損壞帶來的錯誤)。

簡要的編碼過程:
    1. 數據分析:確定編碼的字符類型,按相應的字符集轉換成符號字符; 選擇糾錯等級,在規格一定的條件下,糾錯等級越高其真實數據的容量越小。
    2. 數據編碼:將數據字符轉換爲位流,每8位一個碼字,整體構成一個數據的碼字序列。其實知道這個數據碼字序列就知道了二維碼的數據內容。
          
          


        
 
            數據可以按照一種模式進行編碼,以便進行更高效的解碼,例如:對數據:01234567編碼(版本1-H),
            1)分組:012 345 67

            2)轉成二進制:

                012→0000001100

                345→0101011001
                67 →1000011
            3)轉成序列:0000001100 0101011001 1000011
            4)字符數 轉成二進制:8→0000001000
            5)加入模式指示符(上圖數字)0001:0001 0000001000 0000001100 0101011001 1000011
           對於字母、中文、日文等只是分組的方式、模式等內容有所區別。基本方法是一致的

    3. 糾錯編碼:按需要將上面的碼字序列分塊,並根據糾錯等級和分塊的碼字,產生糾錯碼字,並把糾錯碼字加入到數據碼字序列後面,成爲一個新的序列。
             
         
 
        在二維碼規格和糾錯等級確定的情況下,其實它所能容納的碼字總數和糾錯碼字數也就確定了,比如:版本10,糾錯等級時H時,總共能容納346個碼字,其中224個糾錯碼字。
        就是說二維碼區域中大約1/3的碼字時冗餘的。對於這224個糾錯碼字,它能夠糾正112個替代錯誤(如黑白顛倒)或者224個據讀錯誤(無法讀到或者無法譯碼),
        這樣糾錯容量爲:112/346=32.4%
       
    4. 構造最終數據信息:在規格確定的條件下,將上面產生的序列按次序放如分塊中
        按規定把數據分塊,然後對每一塊進行計算,得出相應的糾錯碼字區塊,把糾錯碼字區塊 按順序構成一個序列,添加到原先的數據碼字序列後面。
        如:D1, D12, D23, D35, D2, D13, D24, D36, ... D11, D22, D33, D45, D34, D46, E1, E23,E45, E67, E2, E24, E46, E68,...
    5. 構造矩陣:將探測圖形、分隔符、定位圖形、校正圖形和碼字模塊放入矩陣中。
         

 把上面的完整序列填充到相應規格的二維碼矩陣的區域中

    6. 掩摸:將掩摸圖形用於符號的編碼區域,使得二維碼圖形中的深色和淺色(黑色和白色)區域能夠比率最優的分佈。
    7. 格式和版本信息:生成格式和版本信息放入相應區域內。
        版本7-40都包含了版本信息,沒有版本信息的全爲0。二維碼上兩個位置包含了版本信息,它們是冗餘的。
        版本信息共18位,6X3的矩陣,其中6位時數據爲,如版本號8,數據位的信息時 001000,後面的12位是糾錯位。
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