二维码(QRcode)基本结构及生成原理
⼆维码(QRcode)基本结构及⽣成原理
什么是⼆维码
⼆维码 (2-dimensional bar code),是⽤某种特定的⼏何图形按⼀定规律在平⾯(⼆维⽅向上)分布的⿊⽩相间的图形记录数据符号信息的。
在许多种类的⼆维条码中,常⽤的码制有:Data Matrix, Maxi Code, Aztec, QR Code, Vericode, PDF417, Ultracode, Code 49, Code 16K等。
⼆维条码/⼆维码可以分为堆叠式/⾏排式⼆维条码和矩阵式⼆维条码。
世界文化遗产名录1.堆叠式/⾏排式⼆维条码,堆叠式/⾏排式⼆维条码⼜称堆积式⼆维条码或层排式⼆维条码,其编码原理是建⽴在⼀维条码基础之上,按需要堆积成⼆⾏或多⾏。它在编码设计、校验原理、识读⽅式等⽅⾯继承了⼀维条码的⼀些特点,识读设备与条码印刷与⼀维条码技术兼容。但由于⾏数的增加,需要对⾏进⾏判定,其译码算法与软件也不完全相同于⼀维条码。有代表性的⾏排式⼆维条码有:Code 16K、Code 49、PDF417、MicroPDF417 等。
2.矩阵式⼆维码,最流⾏莫过于QR CODE ,我们常说的⼆维码就是它了。矩阵式⼆维条码(⼜称棋盘式⼆维条码)它是在⼀个矩形空间通过⿊、⽩像素在矩阵中的不同分布进⾏编码。在矩阵相应元素位置
上,⽤点(⽅点、圆点或其他形状)的出现表⽰⼆进制“1”,点的不出现表⽰⼆进制的“0”,点的排列组合确定了矩阵式⼆维条码所代表的意义。矩阵式⼆维条码是建⽴在计算机图像处理技术、组合编码原理等基础上的⼀种新型图形符号⾃动识读处理码制。具有代表性的矩阵式⼆维条码有:Code One、MaxiCode、QR Code、 Data Matrix、Han Xin Code、Grid Matrix 等。
⼆维码在现实⽣活中的应⽤越来越普遍由于QR CODE的流⾏,⼆维码⼜称QR code。
QR码的特点
1.存储⼤容量信息
传统的条形码只能处理20位左右的信息量,与此相⽐,QR码可处理条形码的⼏⼗倍到⼏百倍的信息量。
另外,QR码还可以⽀持所有类型的数据。(如:数字、英⽂字母、⽇⽂字母、汉字、符号、⼆进制、控制码等)。⼀个QR码最多可以处理7089字(仅⽤数字时)的巨⼤信息量。
2.在⼩空间内打印
农业银行贷款业务QR码使⽤纵向和横向两个⽅向处理数据,如果是相同的信息量,QR码所占空间为条形码的⼗分之⼀左右。(还⽀持Micro QR码,可以在更⼩空间内处理数据。)
3.有效表现各种字母
QR码是⽇本国产的⼆维码,因此⾮常适合处理⽇⽂字母和汉字。QR码字集规格定义是按照⽇本标准“JIS第⼀级和第⼆级的汉字”制定的,因此在⽇语处理⽅⾯,每⼀个全⾓字母和汉字都⽤13⽐特的数据处理,效率较⾼,与其他⼆维码相⽐,可以多存储20%以上的信息。
4.对变脏和破损的适应能⼒强
QR码具备“纠错功能”,即使部分编码变脏或破损,也可以恢复数据。数据恢复以码字为单位(是组成内部数据的单位,在QR码的情况下,每8⽐特代表1码字),最多可以纠错约30%(根据变脏和破损程度的不同,也存在⽆法恢复的情况)。
5.可以从任意⽅向读取
QR码从360°任⼀⽅向均可快速读取。其奥秘就在于QR码中的3处定位图案,可以帮助QR码不受背景样式的影响,实现快速稳定的读取。
6.⽀持数据合并功能
中国空难有多少次QR码可以将数据分割为多个编码,最多⽀持16个QR码。使⽤这⼀功能,还可以在狭长区域内打印QR码。另外,也可以把多个分割编码合并为单个数据。
QR码的信息量和版本
QR码设有1到40的不同版本(种类),每个版本都具备固有的码元结构(码元数)。(码元是指构成QR码的⽅形⿊⽩点。)
“码元结构”是指⼆维码中的码元数。从版本1(21码元×21码元)开始,在纵向和横向各⾃以4码元为单位递增,⼀直到版本40(177码元×177码元)。
QR码的各个版本结合数据量、字符类型和纠错级别,均设有相对应的最多输⼊字符数。也就是说,如果增加数据量,则需要使⽤更多的码元来组成QR码,QR码就会变得更⼤。
例如,需要输⼊的数据为100位的数字时,通过以下步骤来选定。
1.假设要输⼊的数据种类为“数字”
2.从“L”“M”“Q”“H”中选择纠错级别。(假设选择“M”)
3.查看下表,先从数字列出数字为100以上且接近100的,其次出纠错级别“M”,两者交叉的部分就是最佳版本。
通过下⾯的计算为每个字符类型,总⽐特数的计算⽅法。
QR码的纠错
QR码具有“纠错功能”。即使编码变脏或破损,也可⾃动恢复数据。这⼀“纠错能⼒”具备4个级别,⽤户可根据使⽤环境选择相应的级别。调⾼级别,纠错能⼒也相应提⾼,但由于数据量会随之增加,编码尺⼨也也会变⼤。
⽤户应综合考虑使⽤环境、编码尺⼨等因素后选择相应的级别。 在⼯⼚等容易沾染赃物的环境下,可以选择级别Q或H,在不那么脏的环境下,且数据量较多的时候,也可以选择级别L。⼀般情况下⽤户⼤多选择级别M(15%)。
纠错级别的⽐率,是指全部码字与可以纠错的码字的⽐率。
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什么牌子眼线笔最好例如,需要编码的码字数据有100个,并且想对其中的⼀半,也就是50个码字进⾏纠错,则计算⽅法
如下。纠错需要相当于码字2倍的符号(RS编码※),因此在这种情况下的数量为50个×2=100码字。因此,全部码字数量为200个,其中⽤作纠错的码字为50个,所以计算得出,相对于全部码字的纠错率就是25%。这⼀⽐率相当于QR码纠错级别中的“Q”级别。
另外,在上述例⼦当中,也可以认为相对于码字数据的纠错率为50%,但变脏或破损的部位不仅仅局限于码字数据部分,因此,在QR码中,还是⽤相对于全部码字的⽐率来描述纠错率。
※ RS编码:QR码的纠错功能是通过将RS编码附加到原数据中的⽅式实现的。RS编码是应⽤于⾳乐CD等⽤途的数学纠错⽅法。它能以字节为单位进⾏纠错,适合⽤于错误位置会集中的突发错误。
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QR码的种类
QR码的基本结构
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,下图是qrcode的基本结构:
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)。
QR码的编码过程
下⾯是简要QR编码过程:
1.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。
2.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。
容量如下:

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