二维码原理与编码介绍

来源:互联网 发布:银行业大数据应用 编辑:程序博客网 时间:2024/04/28 10:03

一 简介


二维条码(二维码)是用某种特定的几何图形按一定规律在平面(二维方向)分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的。

二维码是DOI(Digital Object Unique Identifier,数字对象唯一识别符)的一种。

在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”、“1”比特流的概念,使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息,

通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。在许多种类的二维条码中,

常用的码制有:Data Matrix,MaxiCode, Aztec,QR Code, Vericode,PDF417,Ultracode, Code 49, Code 16K 等,

QR Code码是1994年由日本DW公司发明。QR来自英文「Quick Response」的缩写,即快速反应的意思,源自发明者希望QR码可让其内容快速被解码。

QR码最常见于日本、韩国;并为目前日本最流行的二维空间条码。

但二维码的安全性也正备受挑战,带有恶意软件和病毒正成为二维码普及道路上的绊脚石。

发展与防范二维码的滥用正成为一个亟待解决的问题。

每种码制有其特定的字符集;每个字符占有一定的宽度;具有一定的校验功能等。

同时还具有对不同行的信息自动识别功能及处理图形旋转变化等特点。
二维码是一种比一维码更高级的条码格式。一维码只能在一个方向(一般是水平方向)上表达信息,而二维码在水平和垂直方向都可以存储信息。

一维码只能由数字和字母组成,而二维码能存储汉字、数字和图片等信息,因此二维码的应用领域要广得多。



二 QR CODE 介绍


QR(Quick-Response) code是被广泛使用的一种二维码,解码速度快。它可以存储多用类型。

如下图时一个qrcode的基本结构,其中:位置探测图形、位置探测图形分隔符、定位图形:

用于对二维码的定位,对每个QR码来说,位置都是固定存在的,只是大小规格会有所差异;

校正图形:规格确定,校正图形的数量和位置也就确定了;

格式信息:表示改二维码的纠错级别,分为L、M、Q、H;

版本信息:即二维码的规格,QR码符号共有40种规格的矩阵(一般为黑白色),

从21x21(版本1),到177x177(版本40),每一版本符号比前一版本 每边增加4个模块。

数据和纠错码字:实际保存的二维码信息,和纠错码字(用于修正二维码损坏带来的错误)。




三 编码过程

数据分析:确定编码的字符类型,按相应的字符集转换成符号字符; 

选择纠错等级,在规格一定的条件下,纠错等级越高其真实数据的容量越小。

数据编码:将数据字符转换为位流,每8位一个码字,整体构成一个数据的码字序列。

其实知道这个数据码字序列就知道了二维码的数据内容。

数据可以按照一种模式进行编码,以便进行更高效的解码,

例如:对数据:01234567编码(版本1-H),1)分组:012 345 672)转成二进制:

012→0000001100               

345→0101011001                 

67 →10000113)

转成序列:0000001100 0101011001 10000114)

字符数 转成二进制:8→00000010005)

加入模式指示符(上图数字)0001:0001 0000001000 0000001100 0101011001 1000011

对于字母、中文、日文等只是分组的方式、模式等内容有所区别。

基本方法是一致的



四 纠错编码


按需要将上面的码字序列分块,并根据纠错等级和分块的码字,产生纠错码字,

并把纠错码字加入到数据码字序列后面,成为一个新的序列。

在二维码规格和纠错等级确定的情况下,其实它所能容纳的码字总数和纠错码字数也就确定了,

比如:版本10,纠错等级时H时,总共能容纳346个码字,其中224个纠错码字。

就是说二维码区域中大约1/3的码字时冗余的。对于这224个纠错码字,

它能够纠正112个替代错误(如黑白颠倒)或者224个据读错误(无法读到或者无法译码),

这样纠错容量为:112/346=32.4%



五 构造最终数据信息


在规格确定的条件下,将上面产生的序列按次序放如分块中,按规定把数据分块,

然后对每一块进行计算,得出相应的纠错码字区块,把纠错码字区块 按顺序构成一个序列,

添加到原先的数据码字序列后面。

如:D1, D12, D23, D35, D2, D13, D24, D36, ... D11, D22, D33, D45, D34, D46, E1, E23,E45, E67, E2, E24, E46, E68,...

构造矩阵:将探测图形、分隔符、定位图形、校正图形和码字模块放入矩阵中。



来源: http://jingyan.baidu.com/article/86f4a73e520e3b37d6526981.html




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