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  • 二维码的编码规则
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    2019-01-17 10:44:52

    QR码生成原理(一)

    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“Quick Response”的首字母),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7089个数字,4296 个字母和数字混合字符,2953个8位字节数据,1817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4个级别,分别是:

    • level L : 最大 7% 的错误能够被纠正;
    • level M : 最大 15% 的错误能够被纠正;
    • level Q : 最大 25% 的错误能够被纠正;
    • level H : 最大 30% 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2、版本1的QR图结构(关于QR码的"模式"、"版本"将在后面进行介绍):

    在上图21*21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(finder pattern) 和 定位图形(timing pattern)。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Level L到Level H)和所谓的"Mask pattern",这个区域被称为“格式化信息”(format information)。

    五是扩展能力。QR码的Structure Append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)。QR码分为Model1和Model2两种模式,Model1是对QR的初始定义,Model2是对Model1的扩展,目前使用较为普遍的是Model2,本文的所有说明也仅用于Model2。

    QR图的大小(size)被定义为版本(Version),版本号从1到40。版本1就是一个21*21的矩阵,每增加一个版本号,矩阵的大小就增加4个模块(Module),因此,版本40就是一个177*177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、8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10bit。

    字母数字混合:每两个为一组,压缩成11bit。                                  

    8bit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13bit。

    QR码编码原理(二)

    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1、纠错级别为Level Q的QR码为例,可以存储27个纯数字,或17个字母数字混合字符或11个8bit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1~9 数据容量、纠错码容量对照如下表:

    (version)(error correcting level)(count of data code words)count of EC code words(numeric)(alphanumeric)8bit
    1L197412517
    M1610342014
    Q1313271611
    H91717107
    2L3410774732
    M2816633826
    Q2222482920
    H1628342014
    3L55151277753
    M44261016142
    Q3436774732
    H2644583524
    4L802018711478
    M64361499062
    Q48521116746
    H3664825034
    5L10826255154106
    M864820212284
    Q62721448760
    H46881066444
    6L13636322195134
    M10864255154106
    Q769617510874
    H601121398458
    7L15640370224154
    M12472293178122
    Q8810820712586
    H661301549364
    8L19448461279192
    M15488365221152
    Q110132259157108
    H8615620212284
    9L23260552335230
    M182110432262180
    Q132160312189130
    H10019223514398

    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://www.denso-wave.com/qrcode/vertable1-e.html

     

    下面,就举例说明将“ABCDE123”转换成为版本1、Level H的QR码转换方法。

    二、模式标识符(Mode Indicator)

    QR码的模式(Mode)就是前文提到的数字、字符、8bit 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(Mode Indicator)来帮助解码程序进行匹配,模式标识符是4bit的二进制数:

    1、数字模式(numeric mode ): 0001
    2、混合字符模式(alphanumeric mode) : 0010
    3、8bit byte mode: 0100
    4、日本汉字(KANJI mode) : 1000

    5、中国汉字(GB2312):1101

    由于示例文本串是混合字符,因此将选择alphanumeric mode,其标识码为:0010

    三、文本串计数标识符(Character count indicator)

    文本串计数标识符用来存储源内容字符串的长度,在版本1-9的QR码中,文本串长度标识符自身的长度被定义为:
    数字 : 10bit 
    混合字符 : 9bit
    8bit 字节码 : 8bit
    多字节码 : 8bit

    在本例中,源文本串的长度为8个字符,混合字符的长度为9bit,因此将字符个数8编码为9位二进制表示:000001000

    加上混合字符模式标识码,总的编码为0010 000001000

    四、数据内容编码

     1、数字模式下的编码

    在数字模式下,数据被限制为3个数字一段,分成若干段。如:"123456" 将分成"123" 和 "456",分别被编码成10bit的二进制数。“123”的10bit二进制表示法为:0001111011,实际上就是二进制的123。

    当数据的长度不足3个数字时,如果只有1个数字则用4bit,如果有2个数字就用7个bit来表示。
    如:"9876"被分成"987"和"6"两段,因此被表示为"1111011011 0110"。

    2、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:

     0   A  10   K  20   U  30   +  40 
    11 B11 L21 V31 -41
    22 C12 M22 W32 .42
    33 D13 N23 X33 /43
    44 E14 O24 Y34 :44
    55 F15 P25 Z35
    66 G16 Q26 [sp]36
    77 H17 R27 $37
    88 I18 S28 %38
    99 J19 T29 *3

     

    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45,再用第二个数字相加。因此每段变成了11bit的2进制码,如果字符个数只有1个,则用6bit表示。

     

    示例: 

      "AB""CD""E1""23"
      45*10+1145*12+1345*14+145*2+3
      46155363193
    001000000100000111001101010001010010100111011100001011101


    3、8bit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"0000",如果容量已满则无需添加终止符。此时得到的编码串为:

    0010 000001000 00111001101 01000101001 01001110111 000010111010000
    六、编成8bit码字(Code words)

    将以上的编码再按8bit一组,形成码字(code words):

     00100000 01000001 11001101 01000101 00101001 11011100 00101110 10000
    如果尾部数据不足8bit,则在尾部充0:

    00100000 01000001 11001101 01000101 00101001 11011100 00101110 10000000
    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 "11101100" 和 "00010001",直到全部填满。最后,版本1、Level H下的"ABCDE123" 的QR码是:

    00100000 01000001 11001101 01000101 00101001 11011100 00101110 1000000011101100

    十进制表示法为:

    32 65 205 69 41 220 46 128 236

    QR码编码原理三(日本汉字和中文编码)

    一、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13字节的二进制码制。

    转换步骤为:

    1、对于JIS值为8140(hex) 到9FFC(hex)之间字符:

    a)将待转换的JIS值减去8140(hex);

    b)将高位字节乘以C0(hex);

    c)将b)步骤生成的数据加上低位字节;

    d)将结果转换为13位二进制串。

    2、对于JIS值为E040(hex)到EBBF(hex)之间的字符:

    a)将待转换的JIS值减去C140(hex);

    b)将高位字节乘以C0(hex);

    c)将b)步骤生成的数据加上低位字节;

    d)将结果转换为13位二进制串。

     

    二、中文汉字的与日文汉字转换步骤相似:

    1、对于第一字节为0xA1~0xAA之间,第二字节在0xA1~0xFE之间字符:

    a)第一字节减去0xA1;

    b)上一步结果乘以0x60;

    c)第二字节减去0xA1;

    d)将b)步骤的结果加上c步骤的结果;

    e)将结果转换为13位二进制串。

    1、对于第一字节为0xB0~0xFA之间,第二字节在0xA1~0xFE之间字符:

    a)第一字节减去0xA6;

    b)上一步结果乘以0x60;

    c)第二字节减去0xA1;

    d)将b)步骤的结果加上c步骤的结果;

    e)将结果转换为13位二进制串。

     

    一、使用jquery-qrcode生成二维码

    先简单说一下jquery-qrcode,这个开源的三方库(可以从https://github.com/jeromeetienne/jquery-qrcode 获取),

    qrcode.js 是实现二维码数据计算的核心类,

    jquery.qrcode.js 是把它用jquery方式封装起来的,用它来实现图形渲染,其实就是画图(支持canvas和table两种方式)

     

    支持的功能主要有:

     

    Js代码  

    text     : "https://github.com/jeromeetienne/jquery-qrcode"  //设置二维码内容  

    Js代码 

    render   : "canvas",//设置渲染方式  
    width       : 256,     //设置宽度  
    height      : 256,     //设置高度  
    typeNumber  : -1,      //计算模式  
    correctLevel    : QRErrorCorrectLevel.H,//纠错等级  
    background      : "#ffffff",//背景颜色  
    foreground      : "#000000" //前景颜色  

     

    使用方式非常简单

     

    Js代码  

    jQuery('#output').qrcode({width:200,height:200,correctLevel:0,text:content});  

     

     经过简单实践,

     

    使用canvas方式渲染性能还是非常不错的,但是如果用table方式,性能不太理想,特别是IE9以下的浏览器,所以需要自行优化一下渲染table的方式,这里就不细述了。

     

    二、JS生成中文二维码

    其实上面的js有一个小小的缺点,就是默认不支持中文。

    这跟js的机制有关系,jquery-qrcode这个库是采用 charCodeAt() 这个方式进行编码转换的,

    而这个方法默认会获取它的 Unicode 编码,一般的解码器都是采用UTF-8, ISO-8859-1等方式,

    英文是没有问题,如果是中文,一般情况下Unicode是UTF-16实现,长度2位,而UTF-8编码是3位,这样二维码的编解码就不匹配了。

    解决方式当然是,在二维码编码前把字符串转换成UTF-8,具体代码如下:

     

    Js代码  

    function utf16to8(str) {  
        var out, i, len, c;  
        out = "";  
        len = str.length;  
        for(i = 0; i < len; i++) {  
        c = str.charCodeAt(i);  
        if ((c >= 0x0001) && (c <= 0x007F)) {  
            out += str.charAt(i);  
        } else if (c > 0x07FF) {  
            out += String.fromCharCode(0xE0 | ((c >> 12) & 0x0F));  
            out += String.fromCharCode(0x80 | ((c >>  6) & 0x3F));  
            out += String.fromCharCode(0x80 | ((c >>  0) & 0x3F));  
        } else {  
            out += String.fromCharCode(0xC0 | ((c >>  6) & 0x1F));  
            out += String.fromCharCode(0x80 | ((c >>  0) & 0x3F));  
        }  
        }  
        return out;  
    } 

     

    三、参考

     

    https://github.com/jeromeetienne/jquery-qrcode

    http://www.onicos.com/staff/iz/amuse/javascript/expert/utf.txt

    二维码生成原理

    转自骆定华的博客:http://blog.csdn.net/jason_ldh/article/details/11801355

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    二维码

    1 QR码符号的结构

    QR 码符号的结构如下:
    在这里插入图片描述

    1.1 定位图案

    • Position Detection Pattern是定位图案,用于标记二维码的矩形大小。这三个定位图案有白边叫Separators for Postion Detection Patterns。之所以三个而不是四个意思就是三个就可以标识一个矩形了。
    • Timing Patterns也是用于定位的。原因是二维码有40种尺寸,尺寸过大了后需要有根标准线,不然扫描的时候可能会扫歪了。
    • Alignment Patterns 只有Version 2以上(包括Version2)的二维码需要这个东东,同样是为了定位用的。

    1.2 功能性数据

    • Format Information 存在于所有的尺寸中,用于存放一些格式化数据的。
    • Version Information 在 >=Version 7以上,需要预留两块3 x 6的区域存放一些版本信息。

    1.3 数据码和纠错码

    • 除了上述的那些地方,剩下的地方存放 Data Code 数据码 和 Error Correction Code 纠错码。

    2 定位符

    问题:为什么定位符是如下形式?
    在这里插入图片描述
    寻象图形包括三个相同的位置探测图形,分别位于符号的左上角、右上角和左下角,如图 2 所示。每个位置探测图形可以看作是由 3 个重叠的同心的正方形组成,它们分别为 7 × 7 7 \times 7 7×7 个深色模块、 5 × 5 5 \times 5 5×5 个浅模块和 3 × 3 3 \times 3 3×3 个深色模块。如图 9 所示,位置探测图形的模块宽度比为 1:1:3:1:1。符号中其他地方遇到类似图形的可能性极小,因此可以在视场中迅速地识别可能的 QR 码符号。识别组成寻象图形的三个位置探测图形,可以明确地确定视场中符号的位置和方向。
    定位符有三种:

    • Position Detection Pattern(位置探测图形)是定位图案,用于标记二维码的矩形大小。这三个定位图案有白边叫Separators for Position Detection Patterns。之所以三个而不是四个意思就是三个就可以标识一个矩形了。
    • Timing Patterns(定位图形)也是用于定位的。原因是二维码有40种尺寸,尺寸过大了后需要有根标准线,不然扫描的时候可能会扫歪了。
    • Alignment Patterns(矫正图形) 只有Version 2以上(包括Version2)的二维码需要这个东东,同样是为了定位用的。

    3 QR版本

    问题:QR 码规格是固定的吗?
    QR 码符号共有 40 种规格,分别为版本 1、版本 2……版本 40。版本 1 的规格为 21 模块×21 模块,版本 2 为 25 模块×25 模块,以此类推,每一版本符号比前一版本每边增加 4 个模块,直到版本 40,规格为 177 模块×177 模块。图 3至 8 为版本 1,2,6,7,14,21 和 40 的符号结构。
    在这里插入图片描述

    4 QR码重要信息部分

    问题:QR 码哪些部分是重要的,哪些部分不重要,可以损失?

    5 数据编码

    Table 2 是各个编码格式的“编号”,这个东西要写在Format Information中。注:中文是1101

    Table 3 表示不同版本(尺寸)的二维码,对于数字、字符、字节和Kanji模式下,对于单个编码的2进制的位数。(在二维码的规格说明书中,有各种各样的编码规范表,后面还会提到)

    5.1 Numeric mode 数字编码

    从0到9。如果需要编码的数字的个数不是3的倍数,那么,最后剩下的1或2位数会被转成4或7bits,则其它的每3位数字会被编成 10、12、14bits,编成多长还要看二维码的尺寸(表3说明了这点)
    例子
    在Version 1的尺寸下,纠错级别为H的情况下,编码: 01234567

    1. 把上述数字分成三组: 012 345 67
    2. 把他们转成二进制: 012 转成0000001100345 转成 010101100167 转成 1000011
    3. 把这三个二进制串起来: 0000001100 0101011001 1000011
    4. 把数字的个数转成二进制 (version 1-H是10 bits ): 8个数字的二进制是 0000001000
    5. 把数字编码的标志0001和第4步的编码加到前面: 0001 0000001000 0000001100 0101011001 1000011

    5.2 Alphanumeric mode 字符编码

    包括 0-9,大写的A到Z(没有小写),以及符号$ % * + – . / :包括空格。这些字符会映射成一个字符索引表。如表5所示:(其中的SP是空格,Char是字符,Value是其索引值) 编码的过程是把字符两两分组,然后转成下表的45进制,然后转成11bits的二进制,如果最后有一个落单的,那就转成6bits的二进制。而编码模式和字符的个数需要根据不同的Version尺寸编成9, 11或13个二进制(如表3)

    例子
    在Version 1的尺寸下,纠错级别为H的情况下,编码: AC-42

    1. 从字符索引表中找到 AC-42 这五个字条的索引 (10,12,41,4,2)
    2. 两两分组: (10,12) (41,4) (2)
    3. 把每一组转成11bits的二进制:
      (10,12) 1045+12 等于 462 转成 00111001110
      (41,4) 41
      45+4 等于 1849 转成 11100111001
      (2) 等于 2 转成 000010
    4. 把这些二进制连接起来:00111001110 11100111001 000010
    5. 把字符的个数转成二进制 (Version 1-H为9 bits ): 5个字符,5转成 000000101
    6. 在头上加上编码标识 0010 和第5步的个数编码: 0010 000000101 00111001110 11100111001 000010

    5.3 kanji编码

    这是日文编码,也是双字节编码。同样,也可以用于中文编码。日文和汉字的编码会减去一个值。如:在0X8140 to 0X9FFC中的字符会减去8140,在0XE040到0XEBBF中的字符要减去0XC140,然后把结果前两个16进制位拿出来乘以0XC0,然后再加上后两个16进制位,最后转成13bit的编码。如下图示例:

    5.4 Byte mode字节编码

    字节编码,可以是0-255的ISO-8859-1字符。有些二维码的扫描器可以自动检测是否是UTF-8的编码。

    5.5 Extended Channel Interpretation (ECI) mode

    主要用于特殊的字符集,并不是所有的扫描器都支持这种编码。

    5.6 Structured Append mode

    用于混合编码,也就是说,这个二维码中包含了多种编码格式。

    5.7 FNC1 mode

    这种编码方式主要是给一些特殊的工业或行业用的。比如GS1条形码之类的。

    5.8 结束符和补齐符

    假如我们有个HELLO WORLD的字符串要编码,根据5.2节字符编码的例子,我们可以得到下面的编码:

    编码字符数HELLO WORLD的编码
    001000000101101100001011 01111000110 10001011100 10110111000 10011010100 001101

    5.8.1 结束符

    我们还要加上结束符

    编码字符数HELLO WORLD的编码结束符
    001000000101101100001011 01111000110 10001011100 10110111000 10011010100 0011010000

    5.8.2 按8bits重排

    如果所有的编码加起来不是8个倍数我们还要在后面加上足够的0,比如上面一共有78个bits,所以,我们还要加上2个0,然后按8个bits分好组:

    00100000 01011011 00001011 01111000 11010001 01110010 11011100 01001101 01000011 01000000

    5.8.3 补齐码(Padding Bytes)

    最后,如果如果还没有达到我们最大的bits数的限制,我们还要加一些补齐码(Padding Bytes),Padding Bytes就是重复下面的两个bytes:11101100 00010001 (这两个二进制转成十进制是236和17,我也不知道为什么,只知道Spec上是这么写的)关于每一个Version的每一种纠错级别的最大Bits限制,可以参看QR Code Spec的第28页到32页的Table-7一表。

    假设我们需要编码的是Version 1的Q纠错级,那么其最大需要104个bits,而我们上面只有80个bits,所以,还需要补24个bits,也就是需要3个Padding Bytes,我们就添加三个,于是得到下面的编码:

    00100000 01011011 00001011 01111000 11010001 01110010 11011100 01001101 01000011 01000000 11101100 00010001 11101100
    上面的编码就是数据码了,叫Data Codewords,每一个8bits叫一个codeword,我们还要对这些数据码加上纠错信息。

    6 纠错机制及纠错码

    问题:纠错码的位置及纠错原理?
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    上面我们说到了一些纠错级别,Error Correction Code Level,二维码中有四种级别的纠错,这就是为什么二维码有残缺还能扫出来,也就是为什么有人在二维码的中心位置加入图标。

    错误修正容量
    L水平7%的字码可被修正
    M水平15%的字码可被修正
    Q水平25%的字码可被修正
    H水平30%的字码可被修正

    那么,QR是怎么对数据码加上纠错码的?首先,我们需要对数据码进行分组,也就是分成不同的Block,然后对各个Block进行纠错编码,对于如何分组,我们可以查看QR Code Spec的第33页到44页的Table-13到Table-22的定义表。注意最后两列:

    • Number of Error Code Correction Blocks :需要分多少个块。
    • Error Correction Code Per Blocks:每一个块中的code个数,所谓的code的个数,也就是有多少个8bits的字节。

    举个例子:上述的Version 5 + Q纠错级:需要4个Blocks(2个Blocks为一组,共两组),头一组的两个Blocks中各15个bits数据 + 各 9个bits的纠错码(注:表中的codewords就是一个8bits的byte)(再注:最后一例中的(c, k, r )的公式为:c = k + 2 * r,因为后脚注解释了:纠错码的容量小于纠错码的一半

    下表给一个5-Q的示例(因为二进制写起来会让表格太大,所以,我都用了十进制,我们可以看到每一块的纠错码有18个codewords,也就是18个8bits的二进制数)

    数据对每个块的纠错码
    1167 85 70 134 87 38 85 194 119 50 6 18 6 103 38213 199 11 45 115 247 241 223 229 248 154 117 154 111 86 161 111 39
    2246 246 66 7 118 134 242 7 38 86 22 198 199 146 687 204 96 60 202 182 124 157 200 134 27 129 209 17 163 163 120 133
    21182 230 247 119 50 7 118 134 87 38 82 6 134 151 50 7148 116 177 212 76 133 75 242 238 76 195 230 189 10 108 240 192 141
    270 247 118 86 194 6 151 50 16 236 17 236 17 236 17 236235 159 5 173 24 147 59 33 106 40 255 172 82 2 131 32 178 236

    注:二维码的纠错码主要是通过Reed-Solomon error correction(里德-所罗门纠错算法)来实现的。

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    7 最终编码:穿插放置

    如果你以为我们可以开始画图,你就错了。二维码的混乱技术还没有玩完,它还要把数据码和纠错码的各个codewords交替放在一起。如何交替呢,规则如下:

    对于数据码:把每个块的第一个codewords先拿出来按顺度排列好,然后再取第一块的第二个,如此类推。如:上述示例中的Data Codewords如下:

    块167857013487388519411950618610338
    块224624666711813424273886221981991466
    块31822302471195071181348738826134151507
    块4702471188619461515016236172361723617236

    我们先取第一列的:67, 246, 182, 70

    然后再取第二列的:67, 246, 182, 70, 85,246,230 ,247

    如此类推:67, 246, 182, 70, 85,246,230 ,247 ……… ……… ,38,6,50,17,7,236

    对于纠错码,也是一样:

    块 121319911451152472412232292481541171541118616111139
    块 28720496602021821241572001342712920917163163120133
    块 314811617721276133752422387619523018910108240192141
    块 423515951732414759331064025517282213132178236

    和数据码取的一样,得到:213,87,148,235,199,204,116,159,…… …… 39,133,141,236

    然后,再把这两组放在一起(纠错码放在数据码之后)得到:

    67, 246, 182, 70, 85, 246, 230, 247, 70, 66, 247, 118, 134, 7, 119, 86, 87, 118, 50, 194, 38, 134, 7, 6, 85, 242, 118, 151, 194, 7, 134, 50, 119, 38, 87, 16, 50, 86, 38, 236, 6, 22, 82, 17, 18, 198, 6, 236, 6, 199, 134, 17, 103, 146, 151, 236, 38, 6, 50, 17, 7, 236, 213, 87, 148, 235, 199, 204, 116, 159, 11, 96, 177, 5, 45, 60, 212, 173, 115, 202, 76, 24, 247, 182, 133, 147, 241, 124, 75, 59, 223, 157, 242, 33, 229, 200, 238, 106, 248, 134, 76, 40, 154, 27, 195, 255, 117, 129, 230, 172, 154, 209, 189, 82, 111, 17, 10, 2, 86, 163, 108, 131, 161, 163, 240, 32, 111, 120, 192, 178, 39, 133, 141, 236

    这就是我们的数据区。

    Remainder Bits

    最后再加上Reminder Bits,对于某些Version的QR,上面的还不够长度,还要加上Remainder Bits,比如:上述的5Q版的二维码,还要加上7个bits,Remainder Bits加零就好了。关于哪些Version需要多少个Remainder bit,可以参看QR Code Spec的第15页的Table-1的定义表。

    8 画二维码图

    8.1 Position Detection Pattern

    首先,先把Position Detection图案画在三个角上。(无论Version如何,这个图案的尺寸就是这么大)
    在这里插入图片描述

    8.2 Alignment Pattern

    然后,再把Alignment图案画上(无论Version如何,这个图案的尺寸就是这么大)
    在这里插入图片描述
    关于Alignment的位置,可以查看QR Code Spec的第81页的Table-E.1的定义表(下表是不完全表格)
    在这里插入图片描述
    下图是根据上述表格中的Version8的一个例子(6,24,42)
    在这里插入图片描述

    8.3 Timing Pattern

    接下来是Timing Pattern的线(这个不用多说了)
    在这里插入图片描述

    8.4 Format Information

    再接下来是Formation Information,下图中的蓝色部分。
    在这里插入图片描述
    Format Information是一个15个bits的信息,每一个bit的位置如下图所示:(注意图中的Dark Module,那是永远出现的)
    在这里插入图片描述
    这15个bits中包括:

    • 5个数据bits:其中,2个bits用于表示使用什么样的Error Correction Level,3个bits表示使用什么样的Mask
    • 10个纠错bits。主要通过BCH Code来计算

    然后15个bits还要与101010000010010做XOR操作。这样就保证不会因为我们选用了00的纠错级别和000的Mask,从而造成全部为白色,这会增加我们的扫描器的图像识别的困难。

    下面是一个示例:
    在这里插入图片描述
    关于Error Correction Level如下表所示:
    在这里插入图片描述
    关于Mask图案如后面的Table 23所示。

    8.5 Version Information

    再接下来是Version Information(版本7以后需要这个编码),下图中的蓝色部分。
    在这里插入图片描述
    Version Information一共是18个bits,其中包括6个bits的版本号以及12个bits的纠错码,下面是一个示例:
    在这里插入图片描述
    而其填充位置如下:
    在这里插入图片描述

    8.6 数据和数据纠错码

    然后是填接我们的最终编码,最终编码的填充方式如下:从左下角开始沿着红线填我们的各个bits,1是黑色,0是白色。如果遇到了上面的非数据区,则绕开或跳过。
    在这里插入图片描述

    8.7 掩模图形

    问题:为什么需要掩模?
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    9 接下来的工作

    https://blog.csdn.net/search_129_hr/article/details/120841195

    展开全文
  • 最全一维码、二维码编码规则文档。 Code 39码、128码、EAN码、UPC码、ISBN、ISSN、ITF、25码等中文编码规则,一分钟看懂编码规则。 全面详细的QRcode(中英文)、PDF417(中英文)、DataMatrix(英文)编码规范,非常全面...
  • 信息编码基本原理 我们日常甚或中

    编码原理

    我们日常生活中通过扫描二维码可以获得相应信息,例如:扫描百度首页的二维码就可以进入到百度首页,百度首页二维码图像中存储的其实是字符信息——百度首页的地址:https://www.baidu.com
    又因为计算机中数据都是通过二进制数编码存储的,所以字符信息可以看做是一串具有规则的1、0排列字符串。
    假如对应字符的编码为(4bit位随便编排一种): w:0000 ,b:0001,a:0010,i:0011,.:0100,d:0101,u:0110 … …

     www.baidu.com
    相应存储编码:0000 0000 0000 0100 0001 0010 0011 0101 0110... ...        
                 w    w    w   .     b     a    i    d   u... ...
    

    那么通过这些0、1字符串,将其按0代表白色方块,1代表黑色方块,按规律可视化成我们现在所看到的的二维码,通过工具扫描之后即可访问相应信息。

    以上就是二维码的内涵所在,但是要真正按要求画出一个现在计算机可以识别成功的二维码图像还得遵循统一的字符编码要求和二维码图像的绘制要求,并不是想象中那么简单,现在所见的二维码是分了板块的,有固定的算法和功能模块。对于能识别出的二维码具体的绘制要求和算法,就不展开介绍了,感兴趣的读者可以自行了解。

    字符编码

    为什么要统一字符编码?

    具体用哪些二进制数字表示哪个符号,当然每个人都可以约定自己的一套(这就叫编码),而大家如果要想互相通信而不造成混乱,那么大家就必须使用相同的编码规则。
    计算机全世界的人都在用,每个国家的字符都是不一样的,但是不存在外国人写的代码中国人运行出来结果不同,或者是中国人在代码中写的汉字,在国外人运行出来出现乱码的情况。前提是使用同一个编码标准。
    目前的文字编码标准主要有 ASCII、GB2312、GBK、Unicode等。ASCII 编码是最简单的西文编码方案GB2312、GBK、GB18030 是汉字字符编码方案的国家标准ISO/IEC 10646 和 Unicode 都是全球字符编码的国际标准

    注:GBK编码中文占2个字节,英文占1个字节;
            UTF-8编码中文占3个字节,英文占1个字节

    ANSI:

    ANSI并不是某一种特定的字符编码,而是在不同的系统中,ANSI表示不同的编码——系统设置编码。你的美国同事Bob的系统中ANSI编码其实是ASCII编码(ASCII编码不能表示汉字,所以汉字为乱码),而你的系统中(“汉字”正常显示)ANSI编码其实是GBK编码,而韩文系统中(“한국어”正常显示)ANSI编码其实是EUC-KR编码。

    常见字符编码

    ASCII编码:

    由于计算机是美国人发明的,因此,最早只有128个字母(0~127)被编码到计算机里,也就是大小写英文字母、数字和一些符号,这个编码表被称为ASCII编码,比如大写字母 A 的编码是65,小写字母 z 的编码是122。
      但是要处理中文显然一个字节是不够的,至少需要两个字节,而且还不能和ASCII编码冲突,所以,中国制定了GB2312编码,用来把中文编进去。
      全世界有上百种语言,日本把日文编到Shift_JIS里,韩国把韩文编到Euc-kr里,各国有各国的标准,就会不可避免地出现冲突,结果就是,在多语言混合的文本中,显示出来会有乱码。为此引入Unicode编码。
    部分ASCII码展示:  在这里插入图片描述
      … …
    在这里插入图片描述

    统一码(Unicode)

    Unicode 是为了解决传统的字符编码方案的局限而产生的,它为每种语言中的每个字符设定了统一并且唯一的二进制编码,以满足跨语言、跨平台进行文本转换、处理的要求。就是将世界上所有的文字用2个字节统一进行编码。那样,像这样统一编码,2个字节就已经足够容纳世界上所有的语言的大部分文字了。
    现在用的是UCS-2,即2个字节编码,而UCS-4是为了防止将来2个字节不够用才开发的(非常偏僻的字符)。

    ASCII编码是1个字节,而Unicode编码通常是2个字节,举例如下
    字母 A 用ASCII编码是十进制的65,二进制的01000001;

    字符 0 用ASCII编码是十进制的48,二进制的00110000,注意字符 ‘0’ 和整数 0 是不同的;

    汉字 已经超出了ASCII编码的范围,用Unicode编码是十进制的20013,二进制的01001110 00101101。

    如果把ASCII编码的 A 用Unicode编码,只需要在前面补0就可以,因此, A 的Unicode编码是00000000 01000001。
    但是,可以发现 写的文本基本上全部是英文的话,用Unicode编码比ASCII编码需要多一倍的存储空间,在存储和传输上就十分不划算。为此可以改变一下Unicode的编码方案(下文介绍)。

    部分Unicode编码:在这里插入图片描述
    汉字在Unicode中的编码范围:
    链接: 汉字编码详细查询.
    在这里插入图片描述

    UTF-8

    UTF-8是针对Unicode的一种可变长度字符编码。它可以用来表示Unicode标准中的任何字符,而且其编码中的第一个字节仍与ASCII相容,使得原来处理ASCII字符的软件无须或只进行少部分修改后,便可继续使用。

    Unicode只是确定了所有字符的编码数值,但是它并没有指定代码点如何在计算机上存储。 UCS4、UTF-8、UTF-16(UTF后的数字代表编码的最小单位,如UTF-8表示最小单位1字节(=8 bits),所以它可以使用1、2、3字节等进行编码存储,UTF-16表示最小单位2字节,所以它可以使用2、4字节进行编码)都是Unicode的编码方案。其中UTF-8因可以兼容ASCII而被广泛使用。
    eg:UTF-8
    当存储到英文字母 A 的时候,只分配一个字节8bit大小就足够了,于是存储01000001
    当存储到中文 的时候,分配三个字节24bit大小空间存储,于是存储11100100 10111000 10101101
    概括来讲就是按需分配编码位

    UTF-8基本编码规则:1)对于单字节的符号,字节的第一位设为0,后面7位为这个符号的unicode码。因此对于英语字母,UTF-8编码和ASCII码是相同的。
    2)对于n字节的符号(n>1),第一个字节的前n位都设为1,第n+1位设为0,后面字节的前两位一律设为10。剩下的没有提及的二进制位,全部为这个符号的unicode码。
    如下表所示:字母x表示可用编码的位。

    Unicode符号范围 | UTF-8编码方式
    (十六进制) | (二进制)
    0000 0000-0000 007F | 0xxxxxxx
    0000 0080-0000 07FF | 110xxxxx 10xxxxxx (可填11位unicode码)
    0000 0800-0000 FFFF | 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx (可填16位unicode码)
    0001 0000-0010 FFFF | 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx (可填21位unicode码)

    以“中”(01001110 00101101)为例,依上表可知“二”在UTF-8编码中为三个字节
    使用格式1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx,从最后一个二进制位开始,依次从后向前填入格式中的x,多出的位补0。这样就得到了
    11100100 10111000 10101101 加黑字体顺序连接就为Unicode编码

    Java实现简易二维码

    由于UTF-8编码规则较为复杂,将其简化:对于英文,分配8bit,采用Unicode编码,不够8bit,补0;对于中文,分配3字节24bit位,第一个字节全为1,表示向后获取2个字节的真实数据,后两个字节是按照Unicode编码。

    重要数据结构:

    //生成二维码
    //将String转为char,再转为二进制字符串
    char c=text.charAt(i);
    cbinary=Integer.toBinaryString(c);	//将c变为二进制字符串
    toBinaryString()形参本来为int型,char传入发生自动转型,获得char的十进制数
    
    
    //解析二维码图片获得文字信息
    int rgb=buff.getRGB(m, j);
    if(rgb==Color.white.getRGB())
       rebinarytext=rebinarytext+"0";
    else
       rebinarytext=rebinarytext+"1";   
       //将字符串rebinarytext按照二进制转为十进制整型数
       Integer.parseInt(rebinarytext, 2)
       //强制转型整型为char,获得字符串
       retext=retext+(char)Integer.parseInt(rebinarytext, 2);
    
    

    实现效果

    二维码生成器 2021-07-26 12-39-18

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  • 聊聊二维码

    2022-01-09 16:03:21
    一维码(条形码) 在介绍二维码之前,先来看看它的“大哥”一维...一维码的编码规则 全球的条形码标准都是由一个叫GS1的非营利性组织管理和维护的,通常情况下条形码由 95 条红或黑色的平行竖线组成,前三条是由黑-白-

    一维码(条形码)

    在介绍二维码之前,先来看看它的“大哥”一维码,一维码也叫条形码(好像在日常生活中都是叫这个),它是由不同宽度的黑条和白条按照一定的顺序排列组成的平行线图案,它的宽度记录着数据信息,长度没有记录信息,条形码常用于标出物品的生产国、制造厂家、商品名称、生产日期、图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等信息,比如大部分食品包装袋背后都会印有条形码。

    一维码的编码规则

    全球的条形码标准都是由一个叫GS1的非营利性组织管理和维护的,通常情况下条形码由 95 条红或黑色的平行竖线组成,前三条是由黑-白-黑 组成,中间的五条由白-黑-白-黑-白组成,最后的三条和前三条一样也是由黑-白-黑组成,这样就把一个条形码分为左、右两个部分。剩下的 84 (95-3-5-3=84) 条按每 7 条一组分为 12 组,每组对应着一个数字,不同的数字的具体表示因编码方式而有所不同,不过都遵循着一个规律:右侧部分每一组的白色竖线条数都是奇数个。这样不管你是正着扫描还是反着扫描都是可以识别的。

    中国使用的条形码大部分都是 EAN-13 格式的,条形码数字编码的含义从左至右分别是前三位标识来源 国家编码 ,比如中国为:690–699,后面的 4 ~ 8 位数字代表的是厂商公司代码,但是位数不是固定的,紧接着后面 的 9~12 位是商品编码,第 13 位是校验码,这就意味着公司编码越短,剩余可用于商品编码的位数也越多,可表示的商品也就越多,当然公司代码出售价格也相应更昂贵,另外用在商品上的 EAN-13 条码是要到 国家物品编码中心 去申请的。

    ean13-example.jpg

    二维码

    二维码 是在一维码的基础之上扩展出来的,二维码有不同的种类,大体上可以分为这两种 ① 堆叠式/行排式二维条码 ② 矩阵式二维码,其中矩阵式二维码最为流行(下文的二维码指矩阵式二维码),它与一维码所不同的是它的宽度和长度均有记录数据信息,存储的数据量更大,除此之外还增加了“定位点”和“容错机制”。通过“定位点”使读码机正确识别进行解读,所以二维码不管是从何种方向读取都是可以被识别的。

    “容错机制”可以在没有识别到全部条码时也能正确推断和还原出原始的条码信息,维码的纠错级别,按照不同的纠错率(全部码字与可以纠错的码字的比率)分为 L (约 7%)、M (约 15%)、Q (约 25%)、H (约 30%) 四个不同的级别。比如下面的「mghio」公众号二维码尽管中间有公众号头像,但是依然可以正确识别出来就是这个“容错机制”的功能。不管是条形码(一维码)还是二维码其本质上都是对信息的编码,区别只是对信息的编码方式有所不同。

    mghio-official-account.jpg

    二维码的结构

    二维码的版本从 1 ~ 40 共 40 个不同的版本,每个版本的基本结构都是相同的,所不同的是每个版本的码元(构成二维码的方形黑白点)数量不同,从版本 1 (21 × 21 码元) 至版本 40 (177 × 177 码元) 依次递增。

    qrcode-version.png

    二维码可以分为这几不同的功能区域,分别是版本信息格式信息数据及容错定位标志校正标志等主要区域,其中定位标识用来对二维码进行定位,版本信息表示二维码的版本,有 40 种不同版本的二维码,从版本 1 到版本 40 ,每一版本比前一个版本每边增加 4 个码元,数据及容错用于实际保存的二维码数据信息和用于修正二维码损坏带来的错误的纠错码字,二维码的编码规则比较复杂,感兴趣的朋友可以去看看它的编码规范。

    qr-code-structure.png

    普通二维码存在的问题

    以上介绍的这种普通二维码只是对文字、网址、电话等信息进行编码,不支持图片、音频、视频等内容,且生成二维码后内容无法改变,在信息内容较多时生成的二维码图案复杂,不容易识别和打印,正是由于存在这些特性故称之为静态二维码。静态二维码的好处就是无需联网也能识别,但是有些时候在线下场景经常需要打印二维码出来让用户去扫码,或者在一些运营场景下需要对用户的扫码情况进行数据统计和分析,再使用普通的二维码就无法提供这些功能了,这时候就要使用动态二维码了。

    static-qrcode-theory.png

    动态二维码(活码)及其原理

    动态二维码也称之为活码,关键就在于“活”,“活”就是内容可变,但是二维码不变。活码的优点其实就是静态二维码的缺点,支持随时修改二维码的内容且二维码图案不变,可跟踪扫描统计数据,支持存储大量文字、图片、文件、音视、视频等内容,同时生成的图案简单易扫。

    实际上二维码是按照指定的规则编码后的一串字符串,通常大部分情况下是一个网址,在二维码出现之前,我们访问一个网址是打开浏览器输入网址后按下回车即可访问相应的网站,而有了二维码之后,我们使用软件扫描二维码,软件首先会做一次从二维码到文本的解析、转换,然后根据解析出来的文本结果判断是否是链接,是则跳转到这个链接,尽管对我们而言操作方式改变了,但其原理是相同的。

    既然二维码背后是网址,要解决静态二维码生成后内容无法修改的问题,是不是只要把网址做成“活的”就行了,即可操控内容的链接,对外暴露的依然还是同一个网址,服务端只需要对这个网址做个二次跳转就行,实际上“活码”就是这么干的,这个对外暴露固定不变的网址也称为“活址”。此时脑海里浮现着计算机科学界一句著名的话:

    计算机科学的任何一个问题,都可以通过增加一个中间层来解决。

    上面的这个“活址”就是一个“中间层”的角色,屏蔽和隔离了二维码内容的变化,对外始终都只是暴露一个固定的网址。

    live-qrcode-theory.png

    静态二维码和动态二维码(活码)的区别

    比较项普通二维码动态二维码(活码)
    内容修改不支持可以随时修改
    内容类型支持文字、网址、电话等支持文字、图片、文件、音视、视频等内容
    二维码图案内容越多越复杂活码图案简单
    数据统计不支持支持
    样式排版不支持支持

    总结

    本文主要对条形码静态二维码动态二维码的一些基本概念做了简单的介绍,想要深入了解二维码的实现细节和原理的朋友可以看看耗子叔的这篇文章 二维码的生成细节和原理 或者到 官网 查看相关文档。虽然现在绝大部分人对于二维码都非常熟悉,几乎每天都会进行着扫码操作,不过在人们的大脑中依然有一个“根深蒂固”的认知,认为一个二维码扫描之后只会出现一种固定的结果,在接触 活码 这个概念之前俺也是。你知道的越多,不知道的也越多。


    参考资料

    展开全文
  • 2.2、二维条形码编码规则(2D Barcode).doc,简单介绍了几种二维码,对二维码有初步认知。
  • 支付宝开发文档:https://opendocs.alipay.com/open/194/106039/ 用户付款码,25-30 开头的长度为 16-24 位的数字,实际字符串长度以... ... 用户付款码条形码规则:18位纯数字,以10、11、12、13、14、15开头 ...
  • 二维码编码原理

    万次阅读 2019-10-14 10:48:19
    二维码又称QR Code,QR全称Quick Response,是一个近几年来移动设备上超流行的一种编码方式,它比传统的Bar Code条形码能存更多的信息,也能表示更多的数据类型:比如:字符,数字,日文,中文等等。这两天学习了...
  • 经本人测试可用的二维码编码源码,可以简单实现文字输入转换,经测试,可在moto的android系统上进行译码,如果需要增加功能,可以在外围设计一些代码,以供开发使用
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  • 铅蓄电池二维码身份信息编码规则.pdf
  • 2017年起,民用安防产业蓬勃发展,进入了大变革时代。人工智能、视频结构化、云平台等概念也相继提出,视频监控系统、门禁系统与防盗报警...下面我们将为大家简单的介绍门禁系统当中的二维码门禁系统,以及二维码核心
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  • 初识二维码 第三讲二维码编码流程 第一步:数据分析 1.1 确定要编码的字符类型 1.2 选择所需要的纠错等级 1.3 选择版本 第二步:数据编码 2.1 字符数据转为位流 2.2 位流分为每8位一个码字 2.3 填充剩余数据码字...
  • QR二维条码编码规则

    2010-12-28 09:35:02
    QR二维条码的编码规范,以及条码内所包含的信息
  • 概述:能够根据给定的字符串信息和二维码图片尺寸,返回相应的二维码图片字节流。也可以通过二维码字节流生成二维码。 本文将以一个点击按钮,将输入的字符串生成一个二维码为例。文章末尾附上源代码 限制: 1.当前...
  • 今天突然想到二维码是如何存储信息的,手画二维码是否可行呢。于是就开始各种搜索,最终自己也利用Google的ZXing工具完成了一个生成二维码和解析二维码的简单程序。 一、 二维码生成原理(即工作原理) 二维码官方...
  • --二维码解析--> <dependency> <groupId>com.google.zxing</groupId> <artifactId>core</artifactId> <version>3.3.3</version> </dependency> <...
  • 下载地址: /Files/jxgxy/QRCode国家标准.rar 转载于:https://www.cnblogs.com/jxgxy/archive/2010/01/28/1658178.html
  • Data Matrix二维码编码原理及其识别技术

    万次阅读 多人点赞 2020-03-26 23:29:47
    Data Matrix二维码由美国国际资料公司(International Data Matrix)于1989年发明,是一种由黑色、白色的色块以正方形或长方形组成的二维码,其发展构想是希望在较小的标签上存储更多的信息量。DM码适合于小零件的的...
  • 二维码扫描自定义规则思路 二维码内容 二维码内容是一串字符串,主要凭借拆分字符串实现宿主属性的读取。可用于商品产品原材料入库、出库等操作。 使用在线的二维码生成之后,就是这样,其中可以使用特殊符号进行...
  • 二维码相关知识

    2021-07-05 09:03:20
    生成二维码 1,获取token https://api.weixin.qq.com/cgi-bin/token?grant_type=client_credential&appid=wxb******&secret=9c74*** 2,将拼接好的网址赋值到postman中 { "access_token": "46*****", ...
  • exp:二维码越大,校正符号越多,因为越大的二维码越容易失真,所以需要更多的校正符去校正 Timing Pattern 定时标记 定时标记的规则比较简单,在(6,6)向左和向下按白黑的规则绘制虚线,到定位标记就停止。...
  • 普通链接二维码,是指开发者使用工具对网页链接进行编码后生成的二维码。 线下商户可不需更换线下二维码,在小程序后台完成配置后,即可在用户扫描普通链接二维码时打开小程序,使用小程序的功能。 对于普通链接...
  • 效果 输入内容:XXXwedewed生日//&sss乐❤XXXwedewed生日//&sss乐❤ 完整的演示效果为,输入内容后会将解码绘制的每一步都展示(有点长就不全截图了,可以直接移至...生成input在对应编码下的 二进制input_bin
  • 一维,二维条形码/条码的编码规则

    万次阅读 2012-08-07 10:17:27
    编码规则  唯一性:同种规格同种产品对应同一个产品代码,同种产品不同规格应对应不同的产品代码。根据产 品的不同性质,如:重量、包装、规格、气味、颜色、形状等等,赋予不同的商品代码。  永久性:产品...
  • 生成可编码二维码

    2016-01-28 14:19:29
    可以通过设置生成带有一定编码规则二维码

空空如也

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