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二维码的生成细节和原理

2017/8/11    来源:酷壳网    作者:陈皓      
关键字:二维码  二维码原理  
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。
    基础知识
 
    首先,我们先说一下二维码一共有40个尺寸。官方叫版本Version。Version 1是21 x 21的矩阵,Version 2是 25 x 25的矩阵,Version 3是29的尺寸,每增加一个version,就会增加4的尺寸,公式是:(V-1)*4 + 21(V是版本号) 最高Version 40,(40-1)*4+21 = 177,所以最高是177 x 177 的正方形。
 
    下面我们看看一个二维码的样例:
 
二维码的生成细节和原理
 
    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。
 
    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。
 
    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。
 
    数据编码
 
    我们先来说说数据编码。QR码支持如下的编码:
 
    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(下面有一个表Table 3说明了这点)
 
    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。如下所示:(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(如下表中Table 3)
 
二维码的生成细节和原理
 
    Byte mode, 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。
 
    Kanji mode 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,然后把前两位拿出来乘以0XC0,然后再加上后两位,最 后转成13bit的编码。如下图示例:
 
二维码的生成细节和原理
 
    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。
 
    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。
 
    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。
 
    简单起见,后面三种不会在本文 中讨论。
 
    下面两张表中,
 
  • 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 表示了,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)

二维码的生成细节和原理
 
    下面我们看几个示例,
 
    示例一:数字编码
 
    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 0000001100;  345 转成 0101011001;  67 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
 
    示例二:字符编码
 
    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) 10*45+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
 

责任编辑:李欢
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