二维码生成原理.docx

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一、什么是QR码
QR码属于矩阵式二维码中的一个种类,由DENSO(日本电装)公司开发,由JIS和ISO将其标准化。QR码的样子其实在很多场合已经能够被看到了,我这还是贴个图展示一下:
这个图如果被正确解码,应该看到我的名字和邮箱。
二、QR码的特点
说到QR码的特点,一是高速读取(QR就是取自“QuickResponse”!字母),对读取速度的体验源自于我手机上的一个软件,象上面贴出的码图,通过摄像头从拍摄到解码到显示内容也就三秒左右,对摄像的角度也没有什么要求;
二是高容量、高密度;理论上内容经过压缩处理后可以存个数字,个字母和数字混合字符,个位字节数据,个汉字;
三是支持纠错处理;纠错处理相对复杂,目前我还没有深入了解,按照QR码的标准文档说明,QR码的纠错分为个级别,分别是:
levelL:最大%的错误能够被纠正;
levelM:最大%的错误能够被纠正;
levelQ:最大%的错误能够被纠正;
levelH:最大%的错误能够被纠正;
四是结构化;看似无规则的图形,其实对区域有严格的定义,下图就是一个模式、版本的QR图结构(关于QR码的"模式"、”版本"将在后面进行介绍):
……-:.-::--ii-——Bi;-i:-::
!……i—
i
I--
mimi・ui・ii*ui・ill・m・illillimimimimii・iu・iii・iu・iii・ill■lll■lllmimiiiiimimii・iii・iii・m・iii・“r
在上图*的矩阵中,黑白的区域在QR码规范中被指定为固定的位置,称为寻像图形(finderpattern)和定位图形(timingpattern)。寻像图形和定位图形用来帮助解码程序确定图形中具体符号的坐标。
黄色的区域用来保存被编码的数据内容以及纠错信息码。
蓝色的区域,用来标识纠错的级别(也就是LevelL到LevelH)和所谓的"Maskpattern",这个区域被称为“格式化信息”(formatinformation)。
五是扩展能力。QR码的StructureAppend特点,使一^个QR码可以分解成多个QR码,反之,也可以将多个QR码的数据组合到一个QR码中来
三、QR码的模式和版本
前面提到过QR码的模式(Model)和版本(Version)oQR码分为Model和Model两种模式,Model是对QR的初始定义,Model是对Model的扩展,目前使用较为普遍的是Model,本文的所有说明也仅用于Model。
QR图的大小(size)被定义为版本(Version),版本号从到。版本就是一^*的矩阵,每增加一"版本号,矩阵的大小就增力口
个模块(Module),因此,版本就是一"*的矩阵。(版本越高,意味着存储的内容越多,纠错能力也越强)。
三、QR码支持的编码内容
QR码支持编码的内容包括纯数字、数字和字符混合编码、位字节码和包含汉字在内的多字节字符。其中:
数字:每三个为一组压缩成bit。
字母数字混合:每两个为一组,压缩成bit。
bit字节数据:无压缩直接保存。
多字节字符:每一个字符被压缩成bit。
QR码编码原理二(编码)
编码就是把常见的数字、字符等转换成QR码的方法。说具体的编码之前,先说一下QR码的最大容量问题。
一、最大容量
QR码的最大容量取决于选择的版本、纠错级别和编码模式(Mode:数字、字符、多字节字符等)。以版本、纠错级别为LevelQ的QR码为例,可以存储个纯数字,或个字母数字混合字符或个bit字节数据。如果要存储同样多的内容同时提高纠错级别,则需要采用更高的版本。版本〜数据容量、纠错码容量对照如下表:
(version)
(errorcorrectinglevel)
(countofdatacodewords)
countofECcodewords
(numeric)
(alphanumeric)
bit
L
M
Q
H
L
M
Q
H
L
M
Q
H
L
M
Q
H
L
M
Q
H
L
M
Q
H
L
M
Q
H
L
M
Q
H
L
M
Q
H
如果要了解更详细的QR码容量信息,可以到电装的网站去看看http;//--
下面,就举例说明将“ABCDE”转换成为版本、LevelH的QR码转换方法。
二、模式标识符(ModeIndicator)
QR码的模式(Mode)就是前文提到的数字、字符、bit字节码、多字节码等。对于不同的模式,都有对应的模式标识符(ModeIndicator)来帮助解码程序进行匹配,模式标识符是bit的二进制数:
、数字模式(numericmode):
、混合字符模式(alphanumericmode):
、bitbytemode:
、日本汉字(KANJImode):
、中国汉字(GB):
由于示例文本串是混合字符,因此将选择alphanumericmode,其标识码为:
三、文本串计数标识符(Charactercountindicator)
文本串计数标识符用来存储源内容字符串的长度,在版本-的QR码中,文本串长度标识符自身的长度被定义为:
数字:bit
混合字符:bit
bit字节码:bit
多字节码:bit
在本例中,源文本串的长度为个字符,混合字符的长度为bit,因此将字符个数编码为位二进制表示:
加上混合字符模式标识码,总的编码为
四、数据内容编码
、数字模式下的编码在数字模式下,数据被限制为个数字一段,分成若干段。如:""将分成""和
"",分别被编码成lObit的二进制数。“的lObit二进制表示法为:,实际上就是二进制的。
当数据的长度不足个数字时,如果只有个数字则用bit,如果有个数字就用个bit来表示<如:""被分成""和""两段,因此被表示为""。
、混合字符模式下的编码
混合字符模式编码,其字符对照表如下:
A
K
U
+
B
L
V
-
C
M
W
D
N
X
/
E
O
Y
:
F
P
Z
G
Q
[sp]
H
R
$
I
S
%
J
T
*
编码方式为:源码被分成两个字符一段,如下所示,每段的第一个字符乘上,再用第二个数字相加。因此每段变成了bit的进制码,如果字符个数只有个,则用bit表示。
示例:
"AB"
"CD"
"E"
*+
*+
*+
*+
、bit字节数据不经编码转换直接保存。
五、编码终止符(Terminator)如果编码后的字符长度不足当前版本和纠错级别所存储的容量,则在后续补"",如果容量已满则无需添加终止符。此时得到的编码串为:
六、编成bit码字(Codewords)
将以上的编码再按bit—组,形成码字(codewords):
如果尾部数据不足bit,则在尾部充:
如果编码后的数据不足版本及纠错级别的最大容量,则在尾部补充""和"",直到全部填满。最后,版本、LevelH下的"ABCDE"的QR码是:
十进制表示法为:
QR码编码原理三(日本汉字和中文编码)
―、日本汉字(KANJI)是两个字节表示的字符码,编码的方式是将其转换为字节的二进制码制。
转换步骤为:
、对于JIS值为(hex)至i」FFC(hex)之间字符:
a)将待转换的JIS值减去(hex);
b)将高位字节乘以CO(hex);
c)将b)步骤生成的数据加上低位字节;
d)将结果转换为位二进制串。
、对于JIS值为E(hex)到EBBF(hex)之间的字符:
a)将待转换的JIS值减去C(hex);
b)将高位字节乘以C(hex);
c)将b)步骤生成的数据加上低位字节;
d)将结果转换为位二进制串。
二、中文汉字的与日文汉字转换步骤相似:
、对于第一字节为xA~xAA之间,第二字节在xA~xFE之间字符:
a)第一字节减去xA;
b)上—步结果乘以x;
c)第二字节减去xA;
d)将b)步骤的结果加上c步骤的结果;
e)将结果转换为位二进制串。
、对于第一字节为xB~xFA之间,第二字节在xA~xFE之间字符:
a)第一字节减去xA;
b)上—步结果乘以x;
c)第二字节减去xA;
d)将b)步骤的结果加上c步骤的结果;
e)将结果转换为位二进制串。