二维码编码原理

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2023-06-07 10:34 7阅读 0赞

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。这两天学习了一下二维码图片生成的相关细节，觉得这个玩意就是一个密码算法，

## QR码的基本结构 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xhZHkxMzI_size_16_color_FFFFFF_t_70]

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）。

## 二维码的信息结构 ##

“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，先从数字列找出数字为100以上且接近100的，其次找出纠错级别“M”，两者交叉的部分就是最佳版本。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xhZHkxMzI_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

通过下面的计算为每个字符类型，总比特数的计算方法。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xhZHkxMzI_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

## QR码的纠错 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xhZHkxMzI_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

## QR码的编码过程 ##

首先查看模式编码：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xhZHkxMzI_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
实例:  
**数字模式:**  
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 67  
2）转成二进制：  
012→0000001100  
345→0101011001  
67 →1000011  
3）转成序列：0000001100 0101011001 1000011  
4）字符总数 转成二进制(可以查看表3 字符计数位数 数字模式为10位 所以是10位2进制数)：8→0000001000  
5）加入模式指示符（上图数字）0001：0001 0000001000 0000001100 0101011001 1000011  
**数字字母模式**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xhZHkxMzI_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
两两分组 首字符所对应的数值\*45 + 第二个字符 转换成11位2进制数  
如果末尾为1个字符 则直接转换为6位二进制数  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xhZHkxMzI_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
对于字节、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。

**编码终止符**  
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：  
例如 数字模式的01234567  
0001 0000001000 0000001100 0101011001 1000011**0000**

**编成8bit码字**

将以上的编码再按8bit一组，形成码字:  
00010000 00100000 00001100 01010110 01100001 10000  
如果尾部数据不足8bit,则在尾部充0:  
00010000 00100000 00001100 01010110 01100001 10000**000**  
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。所以 数字01234567，版本1-H(72位数据位数)的最后qr码为:  
00010000 00100000 00001100 01010110 01100001 10000000 00101110 10000000 11101100

原理参考文档:

> https://blog.csdn.net/u012611878/article/details/53167009

QR Code编码标准 :

> https://www.docin.com/p-366731780.html

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