电子工程专辑互动社区>自由讨论>大学实践课堂>二维码的生成细节和原理

推荐到其他讨论区,赢取4积分

查看网友推荐

作者 问题:

二维码的生成细节和原理

发布时间:2013-10-31 下午2:03

作者: 小编Ana

等级: 武林泰斗

积分: 27852分

发帖数: 2215次

网站总积分: 55789分

经验值: 9370.0

查看用户的所有发言

查看用户的个人e空间

需要确认注册邮箱后才能下载,立即确认我的邮箱
回复后可下载附件 关闭
在电子工程专辑官方微博中看到一位网友的回复很有价值,与大家分享之~~
@_带一本书去旅行_: 纠正一点,使用三个定位点而不是四个是为了能找到基准,不然就完全对称了。而不是为了节约。
?
  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,在此写一这篇文章,揭露一下。供好学的人一同学习之。

  关于QR Code Specification,可参看下面附件的PDF:
qr_code.pdf?

  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。Version1是21x21的矩阵,Version2是25x25的矩阵,Version3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Version40,(40-1)*4+21=177,所以最高是177x177的正方形。

  下面我们看看一个二维码的样例:


?
f1.jpg

  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>=Version7以上,需要预留两块3x6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Table3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Table3)

?
f1.jpg

  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:


?
f1.jpg

  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。

?
附件:
qr_code.pdf 下载次数: ?672 资源分:?0
小编Ana 编辑于 2013-11-4 上午8:40
引用 回复 鲜花 ( 2) 臭鸡蛋 ( 0) 有新回复时发送邮件通知
电子工程专辑可植入皮肤的磁感传感器,让路痴两眼发亮
第1楼

回复主题:二维码的生成细节和原理

发布时间:2013-10-31 下午2:13

作者: 小编Ana

等级: 武林泰斗

积分: 27852分

发帖数: 2215次

网站总积分: 55789分

经验值: 9370.0

查看用户的所有发言

查看用户的个人e空间

需要确认注册邮箱后才能下载,立即确认我的邮箱
回复后可下载附件 关闭
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)

?
f1.jpg

  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

?
  结束符和补齐符

  假如我们有个 HELLO WORLD 的字符串要编码,根据上面的示例二,我们可以得到下面的编码,

?
f1.jpg

  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。对于这个算法,对于我来说是相当的复杂,里面有很多的数学计算,比如:多项式除法,把1-255 的数映射成 2 的n次方(0<=n<=255)的伽罗瓦域 Galois Field 之类的神一样的东西,以及基于这些基础的纠错数学公式,因为我的数据基础差,对于我来说太过复杂,所以我一时半会儿还有点没搞明白,还在学习中,所以,我在这里就不展开说这些东西了。还请大家见谅了。(当然,如果有朋友很明白,也繁请教教我)
?
一个大学生完成电子设计的全过程 值得一读 (下载2664 次) 书上学不到的~某高手谈开关电源设计心得,经典~ (下载2575 次)
运放和比较器的根本区别 (下载2237 次) 焊接工艺(花了很多时间整理,图文并茂) (下载2666 次)
电子电路制作大全[PDF共6本] (下载128262 次) WiFi模块全总结 (下载4311 次)
引用 回复 鲜花 ( 1) 臭鸡蛋 ( 0)
电子工程专辑汪峰无人机求婚成功,圆通无人机快递违法?
第2楼 回复主题:二维码的生成细节和原理 发布时间:2013-10-31 下午2:17

作者: 小编Ana

等级: 武林泰斗

积分: 27852分

发帖数: 2215次

网站总积分: 55789分

经验值: 9370.0

查看用户的所有发言

查看用户的个人e空间

需要确认注册邮箱后才能下载,立即确认我的邮箱
回复后可下载附件 关闭
  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:

?
f1.jpg

  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:

?
f1.jpg

  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

  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。

?
华为模拟电路设计全册 (下载2258 次) 玩转示波器从这里开始(示波器原理、使用技巧总结下载) (下载1450 次)
电路设计技术与技巧 342页(已更新为免费的) (下载49656 次) (0分下载系列)触摸屏基础知识大全 (下载4086 次)
AVR硬件设计要点 (下载1847 次) 电路分析的理论与实践(英文版) (下载2608 次)
引用 回复 鲜花 ( 2) 臭鸡蛋 ( 0)
电子工程专辑想智能硬件创业吗?来深圳就对了!
第3楼 回复主题:二维码的生成细节和原理 发布时间:2013-10-31 下午2:25

作者: 小编Ana

等级: 武林泰斗

积分: 27852分

发帖数: 2215次

网站总积分: 55789分

经验值: 9370.0

查看用户的所有发言

查看用户的个人e空间

需要确认注册邮箱后才能下载,立即确认我的邮箱
回复后可下载附件 关闭
  画二维码图

  Position Detection Pattern

  首先,先把 Position Detection 图案画在三个角上。

?
f1.jpg

  Alignment Pattern

  然后,再把 Alignment 图案画上


f1.jpg

  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)
?
f1.jpg

  下图是根据上述表格中的 Version8 的一个例子(6,24,42)
?
f1.jpg

  Timing Pattern

  接下来是 Timing Pattern 的线(这个不用多说了)

?
f1.jpg

  Format Information

  再接下来是 Formation Information,下图中的蓝色部分。

?
f1.jpg

  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)

?
f1.jpg

  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,以及 000 的 Mask,从重造成全部为白色,这会增加我们的扫描器的图像识别的困难。
?
自动控制原理 (下载1915 次) Cadence完全学习教程(下) (下载1561 次)
LED电源设计经验之谈与资料分享 (下载3836 次) 【资源共享】单片机/ARM/DSP/FPGA/PCB (下载38426 次)
【转】最完整 MTK方案套片datasheet下载全集【4】 (下载10594 次) 几种恒流电路的设计 (下载5826 次)
引用 回复 鲜花 ( 2) 臭鸡蛋 ( 0)
电子工程专辑从教育看印度工程师的培养
第4楼 回复主题:二维码的生成细节和原理 发布时间:2013-10-31 下午2:34

作者: 小编Ana

等级: 武林泰斗

积分: 27852分

发帖数: 2215次

网站总积分: 55789分

经验值: 9370.0

查看用户的所有发言

查看用户的个人e空间

需要确认注册邮箱后才能下载,立即确认我的邮箱
回复后可下载附件 关闭
  下面是一个示例:
?
f1.jpg

  关于 Error Correction Level 如下表所示:
?
f1.jpg

  关于 Mask 图案如后面的 Table 23 所示。

  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。

f1.jpg

  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:
f1.jpg

  而其填充位置如下:
?
f1.jpg

  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。

?
f1.jpg

  掩码图案

  这样下来,我们的图就填好了,但是,也许那些点并不均衡,所以,我们还要做 Masking 操作(靠,还嫌不复杂)QR 的 Spec 中说了,QR 有 8 个 Mask 你可以使用,如下所示:其中,各个 mask 的公式在各个图下面。所谓 mask,说白了,就是和上面生成的图做 XOR 操作。Mask 只会和数据区进行 XOR,不会影响功能区。

?
f1.jpg

  其 Mask 的标识码如下所示:(其中的i,j分别对应于上图的x,y)
?
f1.jpg

  下面是 Mask 后的一些样子,我们可以看到被某些 Mask XOR 了的数据变得比较零散了。
?
f1.jpg

  Mask 过后的二维码就成最终的图了。

  好了,大家可以去尝试去写一下 QR 的编码程序,当然,你可以用网上找个 Reed Soloman 的纠错算法的库,或是看看别人的源代码是怎么实现这个繁锁的编码。

?
来自: coolshell.cn
?
网友推荐
2015苹果秋季新品发布会:iPad Pro和新iP...????拆解红米:与千元机差别不大 低价因多用国产芯片?????
参观魅族工厂有感:这是一家认真做机的企业(上)????电磁感应式无线充电系统三大核心技术????

小编Ana 编辑于 2013-10-31 下午2:35
引用 回复 鲜花 ( 6) 臭鸡蛋 ( 0)
电子工程专辑想智能硬件创业吗?来深圳就对了!
第5楼 回复主题:二维码的生成细节和原理 发布时间:2013-11-1 上午7:40

作者: FoodThinker

等级: 初入江湖

积分: 129分

发帖数: 31次

网站总积分: 139分

经验值: 4.0

查看用户的所有发言

查看用户的个人e空间

需要确认注册邮箱后才能下载,立即确认我的邮箱
回复后可下载附件 关闭
多谢讲解
网友推荐
基于Cortex-M3的STM32微控制器处理先进电...????首款智能手表Pebble拆解????
工程师故事:塞翁失马,历数工程师的无心之错中“大奖”????小米新品破两千试水高端化 秒杀锤子ROM????

引用 回复 鲜花 ( 0) 臭鸡蛋 ( 0)
电子工程专辑从谷歌眼镜之殇,窥测手机的未来演变
第6楼 回复主题:二维码的生成细节和原理 发布时间:2013-11-1 上午8:38

作者: xuyuwei

等级: 初入江湖

积分: 125分

发帖数: 26次

网站总积分: 134分

经验值: 5.0

查看用户的所有发言

查看用户的个人e空间

需要确认注册邮箱后才能下载,立即确认我的邮箱
回复后可下载附件 关闭
讲得很透彻啊!
网友推荐
C语言数据结构????老罗发布坚果手机:漂亮得不像实力派的千元情怀机????
毕业后的五年拉开大家差距的原因在哪里?【转】????谈谈国外的工程师们之三: 工程师的就业和收入????

引用 回复 鲜花 ( 0) 臭鸡蛋 ( 0)
电子工程专辑汪峰无人机求婚成功,圆通无人机快递违法?
第7楼 回复主题:二维码的生成细节和原理 发布时间:2013-11-1 上午9:23

作者: 炮灰向前冲

等级: 初入江湖

积分: 108分

发帖数: 4次

网站总积分: 119分

经验值: 0.0

查看用户的所有发言

查看用户的个人e空间

需要确认注册邮箱后才能下载,立即确认我的邮箱
回复后可下载附件 关闭
真是说的不错,很清晰!
网友推荐
英语不及格的超牛级工程师????看得懂的傅立叶变换????
拆解第二代Nest恒温器:集多种传感器的巧妙设计????关于基础,不得不说????

引用 回复 鲜花 ( 0) 臭鸡蛋 ( 0)
电子工程专辑至少应该参加一次的极客盛会
第8楼 回复主题:二维码的生成细节和原理 发布时间:2013-11-1 上午9:31

作者: hit586

等级: 初入江湖

积分: 48分

发帖数: 2次

网站总积分: 58分

经验值: 0.0

查看用户的所有发言

查看用户的个人e空间

需要确认注册邮箱后才能下载,立即确认我的邮箱
回复后可下载附件 关闭
QR是隶属于二维码的一种条码!!
网友推荐
实例:应用FAN4010设计电池剩余电量精确测量电路????谈谈国外的工程师们之二: 什么样的人在干工程师的工作????
UBM拆解S4:英特尔基带芯片设计胜出 博通是大赢家????魅族黄章发言解读:2014年手机业进入新的竞争阶段????

引用 回复 鲜花 ( 0) 臭鸡蛋 ( 0)
电子工程专辑从教育看印度工程师的培养
第9楼 回复主题:二维码的生成细节和原理 发布时间:2013-11-1 上午9:33

作者: WRL

等级: 初入江湖

积分: 193分

发帖数: 66次

网站总积分: 193分

经验值: 2.0

查看用户的所有发言

查看用户的个人e空间

需要确认注册邮箱后才能下载,立即确认我的邮箱
回复后可下载附件 关闭
学习,学习,谢谢!
网友推荐
干硬件有前途吗?????让人后怕的老电工的接电方式……????
没去CES吗?昌旭带您图文看评高傲的无人机????评测华为Mate 2:触控按键内置屏幕里不尽人意????

引用 回复 鲜花 ( 0) 臭鸡蛋 ( 0)
电子工程专辑创客如何快速设计蓝牙智能戒指的原型机
第10楼 回复主题:二维码的生成细节和原理 发布时间:2013-11-1 上午11:52

作者:广东省中山市的游客

需要确认注册邮箱后才能下载,立即确认我的邮箱
回复后可下载附件 关闭
厉害
网友推荐
颠覆思维定势,麻省理工系统架构教学的选择????工程师打造个人实验室的必备八大工具????
拆解13寸视网膜MacBook Pro 升级Hasw...????谈工程师的动手能力????

引用 回复 鲜花 ( 0) 臭鸡蛋 ( 0)
电子工程专辑可植入皮肤的磁感传感器,让路痴两眼发亮
第11楼 回复主题:二维码的生成细节和原理 发布时间:2013-11-1 下午2:26

作者: 竹林筱枫

等级: 初入江湖

积分: 149分

发帖数: 24次

网站总积分: 156分

经验值: 40.0

查看用户的所有发言

查看用户的个人e空间

需要确认注册邮箱后才能下载,立即确认我的邮箱
回复后可下载附件 关闭
难得楼主这么辛苦,可是看下来还是没怎么明白。哈哈
网友推荐
对做技术的一点思考????真实的智能生活,家居与物联网落地????
从菜鸟级学校走出的世界级工程师 - 一切从“WHY”...????是懦弱还是真的术业有专攻?????

引用 回复 鲜花 ( 0) 臭鸡蛋 ( 0)
电子工程专辑汪峰无人机求婚成功,圆通无人机快递违法?
第12楼 回复主题:二维码的生成细节和原理 发布时间:2013-11-1 下午2:49

作者:北京市的游客

需要确认注册邮箱后才能下载,立即确认我的邮箱
回复后可下载附件 关闭
好文好文,学习学习
网友推荐
UBM拆解黑莓Z10:与三星芯芯相印 离成功更近?????电路设计中的工程计算????
公司里比老板更大的人????边充电边打手机的危害-大众科普(转载)????

引用 回复 鲜花 ( 0) 臭鸡蛋 ( 0)
电子工程专辑汪峰无人机求婚成功,圆通无人机快递违法?
第13楼 回复主题:二维码的生成细节和原理 发布时间:2013-11-1 下午11:06

作者: zhjb1

等级: 白银少侠

积分: 1432分

发帖数: 643次

网站总积分: 1454分

经验值: 1574.0

查看用户的所有发言

查看用户的个人e空间

需要确认注册邮箱后才能下载,立即确认我的邮箱
回复后可下载附件 关闭
很好,谢谢
网友推荐
Tesla和它的创新研发之路????您的接地很靠谱吗?(续)- 很靠谱的接地注意事项????
中国最不应该支持的就是“创新”!????中外工程师的心态比较????

引用 回复 鲜花 ( 0) 臭鸡蛋 ( 0)
电子工程专辑从教育看印度工程师的培养
第14楼 回复主题:二维码的生成细节和原理 发布时间:2013-11-1 下午11:32

作者: Vanto

等级: 初入江湖

积分: 110分

发帖数: 5次

网站总积分: 110分

经验值: 10.0

查看用户的所有发言

查看用户的个人e空间

需要确认注册邮箱后才能下载,立即确认我的邮箱
回复后可下载附件 关闭
内容很棒!
不知 Data matrex 是否也可以指导指导!?
网友推荐
华为到底属于谁,谁能说得清!(转发)????中国工程师技术寿命短的原因分析????
出差杂记????科学素养(二)????

引用 回复 鲜花 ( 0) 臭鸡蛋 ( 0)
电子工程专辑想智能硬件创业吗?来深圳就对了!
第15楼 回复主题:二维码的生成细节和原理 发布时间:2013-11-3 上午11:10

作者: flysky1124

等级: 初入江湖

积分: 120分

发帖数: 42次

网站总积分: 122分

经验值: 0.0

查看用户的所有发言

查看用户的个人e空间

需要确认注册邮箱后才能下载,立即确认我的邮箱
回复后可下载附件 关闭
好资料,讲的很详细,收藏了
网友推荐
ASIC成本快速攀升 华为是FPGA设计发展的最大搅...????MEMS晶振进入手机市场,硅取代石英突破诸多制约????
工程师致青春:大学工程课程应学到的五件事????脆弱的新生代工程师分析(二):外界因素是怎样????

引用 回复 鲜花 ( 0) 臭鸡蛋 ( 0)

与?二维码,资料下载,原理?相关的话题
?
快速回复
用户名:?
美国的游客?????? (您将以游客身份发表,请登陆 | 注册 ) ?
标题: * 你还可以输入80
评论: * 你还可以输入10000
分享到: 新浪微博?? qq空间?? qq微博?? 人人网?? 百度搜藏??
验证码: ?*?
维护专业、整洁的论坛环境需要您的参与,请及时举报违规帖子,如果举报属实,我们将给予相应的积分奖励。
谢谢您的热心参与!
返回大学实践课堂 | 返回自由讨论
本论坛仅陈述专家或个人观点,并不代表电子工程专辑网站立场。
返回论坛页首
有问题请反馈