二維碼技術與應用

1、二維碼技術與應用二維碼技術與應用新大陸 孫洋2015.5 目目 錄錄二維碼的發(fā)展和特性1 1二維碼、QR碼及編碼2 2二維碼芯片3 3二維碼的應用4 4二維二維碼教學平臺設備（討論）碼教學平臺設備（討論）5 5條碼發(fā)展的幾個里程碑條碼發(fā)展的幾個里程碑symbol公牛眼碼IBM工程師 伍蘭德發(fā)明二維碼的發(fā)展傳統(tǒng)市場的快速增長- 2004規(guī)模約30億人民幣- 每年以35左右速度增長二維碼是按一定規(guī)律在平面（二維方向上）分布出黑白相間的圖形，用以記錄數據、符號信息的特殊圖形。市場格局n Honeywell及Moto的業(yè)務占全球市場的65%以上n 小廠商僅占有11%的份額全球二維碼識讀模組市場格局v

2、一維條碼在水平面上用黑白表示內容，二維碼在水平空間上用黑白表示內容。v 二維條碼技術是在一維條碼無法滿足實際應用需求的前提下產生的。由于受信息容量的限制，一維條碼通常是一串數字，是對物品的標識，而二維條碼是對物品的描述。 所謂對物品的標識，就是給某物品分配一個代碼，代碼只是物品的一個IDID。而二維碼可以描述物品本事各種特性，包括大小、顏色、重量等信息。因此在應用上一維碼必須依賴于后臺數據庫。一維碼和二維碼的區(qū)別二維碼的特性v高密度性v具有高糾錯能力v對圖文等多種信息進行編碼v可進行加密二維碼的特性二維條碼與其他介質的比較比較點比較點 二維碼二維碼 磁卡磁卡 IC卡卡 RFID抗磁力抗磁力 強

3、強 弱弱 中等中等 強強抗靜電抗靜電 強強 中等中等 中等中等 強強抗損性抗損性 強強可折疊可折疊可穿孔可穿孔可切割可切割 弱弱不可折疊不可折疊不可穿孔不可穿孔不可切割不可切割 弱弱不可折疊不可折疊不可穿孔不可穿孔不可切割不可切割 中等中等不可折疊不可折疊不可穿孔不可穿孔不可切割不可切割影印性影印性 可可 不可不可 不可不可 不可不可載體要求載體要求無需加工制作無需加工制作特別加工制作特別加工制作特別加工制作特別加工制作特別加工制作特別加工制作識別方式識別方式非接觸式非接觸式接觸式接觸式接觸式接觸式非接觸式非接觸式識別角度識別角度多角度多角度單一單一單一單一全方位全方位傳真性傳真性 可可 不可

4、不可 不可不可 不可不可容量容量 7k Byte 7k Byte 76 Byte 76 Byte 100 Byte100 Byte3K Byte 3K Byte 成本成本 幾乎零成本幾乎零成本3 3元元 1515元元 1010元元RFIDRFID感知識別設備感知識別設備RFIDDRFIDD二維碼電子信息載體在物聯網中的優(yōu)勢二維碼電子信息載體在物聯網中的優(yōu)勢感知數據信息感知數據信息傳輸數據流信息傳輸數據流信息（安全協(xié)議）（安全協(xié)議）二維碼二維碼感知數據信息感知數據信息傳輸數據流信息傳輸數據流信息二二維碼特性是以圖像的形式為載體，可以被拍照和以圖片的方式進行維碼特性是以圖像的形式為載體，可以被拍照

5、和以圖片的方式進行傳輸，可以傳輸，可以不需要專用設備就可以進行傳輸。不需要專用設備就可以進行傳輸。2 2、服務器下載、服務器下載1 1、拍照、拍照應用服務器應用服務器應用服務器應用服務器條碼感知與識別設備條碼感知與識別設備手機手機1 1、基于圖形化，可以多重加密，具有更高安全性、基于圖形化，可以多重加密，具有更高安全性 二維碼是圖形化信息載體，需專用的識別軟件才可以識別，還可加入指紋、簽字等，甚至加入二維碼是圖形化信息載體，需專用的識別軟件才可以識別，還可加入指紋、簽字等，甚至加入DESDES加密算法等進行多重加密，在傳輸過程無需額外的傳輸加密協(xié)議。因此，廣泛應用在情報傳遞（加密算法等進行多重

6、加密，在傳輸過程無需額外的傳輸加密協(xié)議。因此，廣泛應用在情報傳遞（商業(yè)、經濟、軍事情報）、應用在有價票券、防偽等應用。商業(yè)、經濟、軍事情報）、應用在有價票券、防偽等應用。二維碼電子信息載體在物聯網中的優(yōu)勢二維碼電子信息載體在物聯網中的優(yōu)勢二維碼電子登機牌二維碼電子登機牌二維碼電子保單二維碼電子保單政府機要公文政府機要公文關于二維碼的防偽特性vRFID防偽： 個體防偽（唯一性）、高價防偽（成本高）v二維碼防偽： ，具有批量性防偽依賴于系統(tǒng)應用的防偽、低價防偽（成本低）2 2、可以快速、可以快速生成、修改和時空快速生成、修改和時空快速傳遞傳遞二維碼電子信息載體在物聯網中的優(yōu)勢二維碼電子信息載體在物

7、聯網中的優(yōu)勢二維碼可以通過系統(tǒng)軟件編碼快速二維碼可以通過系統(tǒng)軟件編碼快速生成和被修改，并生成和被修改，并通過網絡快速傳遞向任何一個指定的手機通過網絡快速傳遞向任何一個指定的手機或其他端末設備，也可以從任何一個端末設備，轉發(fā)到另外一個端末設備。因此廣泛應用在電子或其他端末設備，也可以從任何一個端末設備，轉發(fā)到另外一個端末設備。因此廣泛應用在電子票務、電子餐券、折扣券、會員管理等電子憑證業(yè)務上，其中典型應用有世博二維碼電子門票系票務、電子餐券、折扣券、會員管理等電子憑證業(yè)務上，其中典型應用有世博二維碼電子門票系統(tǒng)、麥當勞網上商店、南航電子登機系統(tǒng)等。統(tǒng)、麥當勞網上商店、南航電子登機系統(tǒng)等。應用服務

8、器應用服務器感知與識別設備感知與識別設備用戶用戶1 1用戶用戶2 2轉發(fā)轉發(fā)生成二維碼發(fā)送生成二維碼發(fā)送感知與識別感知與識別傳輸傳輸二維碼生成平臺二維碼生成平臺3、可以靈活快速的打印、可以靈活快速的打印二維碼電子信息載體在物聯網中的優(yōu)勢二維碼電子信息載體在物聯網中的優(yōu)勢二維碼稅票二維碼稅票火車票火車票二維碼可以被快速地打印，因此廣泛應用在如稅票、車票、支票、等各種票據業(yè)二維碼可以被快速地打印，因此廣泛應用在如稅票、車票、支票、等各種票據業(yè)務管理和防偽上。務管理和防偽上。二維碼電子信息載體在物聯網中的優(yōu)勢二維碼電子信息載體在物聯網中的優(yōu)勢4 4、在移動物聯網下應用，具有更多的商業(yè)模式、在移動物聯

9、網下應用，具有更多的商業(yè)模式 隨著手機的普及和軟硬件系統(tǒng)的提升，手機既可以作為二維碼的載體也可以通隨著手機的普及和軟硬件系統(tǒng)的提升，手機既可以作為二維碼的載體也可以通過安裝軟件作為二維碼感知與識別終端，使得有更多的商業(yè)模式被創(chuàng)新過安裝軟件作為二維碼感知與識別終端，使得有更多的商業(yè)模式被創(chuàng)新，是實現，是實現O2O的商業(yè)模式的重要載體，的商業(yè)模式的重要載體，也也使得物聯網更融入我們生活。使得物聯網更融入我們生活。電子商務電子商務電子憑證電子憑證二維碼路標二維碼路標零成本、多樣性、強附著性零成本、多樣性、強附著性二維碼電子信息載體在物聯網中的優(yōu)勢二維碼電子信息載體在物聯網中的優(yōu)勢5、零成本、強附著、

10、零成本、強附著性，無處不在性，無處不在零零二維碼電子信息載體在物聯網中的優(yōu)勢二維碼電子信息載體在物聯網中的優(yōu)勢6、未來信息的最主要入口、未來信息的最主要入口u 2000年年 門戶網站：新浪、網易等門戶網站：新浪、網易等u 2010年年 搜索引擎：谷歌搜索引擎：谷歌、百度百度u 2015年年 二維碼二維碼二維碼的發(fā)展和特性1 1二維碼、QR碼及編碼2 2解碼與二維碼芯片3 3二維碼的應用4 4二維二維碼教學（討論）碼教學（討論）5 5二維條碼的分類 v二維條碼通常分為以下二種類型： （1）行排式二維條碼 又稱：堆積式二維條碼或層排式二維條碼，其編碼原理是建立在一維條碼基礎之上，按需要堆積成二行或

11、多行。有代表性的行排式二維條碼有PDF417、CODE49、CODE 16K等。 （2）矩陣式二維條碼 又稱：棋盤式二維條碼。具有代表性的矩陣式二維條碼有：QR Code 、Data Matrix、Maxi Code等。 二維條碼的分類QRData Matrix漢信碼主要二維碼的對比 項目 QR（日） PDF417（美）DM（韓）漢信碼（中）備注發(fā)明時間 1994年1992年1989年2005年 國家標準 是是否是 國際標準 是是是是 面積最小21*2190*910*10 mm*mm 最大177*177853*270144*144 信息存儲量 大最小小大 字節(jié)/平方英寸2953（7%糾錯信息）

12、1106（0.2%糾錯信息）1556（14%糾錯信息）4350 數字7089271031167829 字符429618502354350 漢字1817 2174 二進制29531556 3262 糾錯能力糾錯分級4級9非離散分級4級 最高糾錯30%46.20%25%30% 最低糾錯7%0.20%14%8% 表示中文 優(yōu)差一般優(yōu) 解碼速度 快慢一般快 抗畸變、污損能力 較弱一般超強強 二維條碼的識讀識別設備二維條碼的識讀設備依識讀原理的不同可分為： （1 1）線性CCD和線性圖像式識讀器（Linear Imager），可識讀一維條碼和行排式二維條碼（如PDF417）。 （2）帶光柵的激光識讀器，

13、可識讀一維條碼和行排式二維條碼。 （3）圖像式識讀器（Image Reader） ，可識讀一維條碼和二維條碼。 行排式二維條碼PDF417PDF417 vPDF417條碼是由留美華人王寅敬 博士發(fā)明的。PDF取自英文Portable Data File三個單詞的首字母，意為“便攜數據文件”。因為組成條碼的每一符號字符都是由4個條和4個空共17個模塊構成，所以稱為PDF417條碼。 1PDF417條碼 vPDF417是一種多層、可變長度 、具有高容量和高糾錯能力的二維條碼。每一個PDF417符號可以表示1100個字節(jié)、或1800個ASC字符或2700個數字的信息。 項 目特 性可編碼字符集全AS

14、CIIASCII字符或8 8位二進制數據，可表示漢字，也可以圖片等信息類型連續(xù)、多層字符自校驗功能有符號尺寸可變，高度3 3到9090行，寬度9090到583583個模塊寬度雙向可讀是錯誤糾正碼詞數2 2到512512個最大數據容量（錯誤糾正級別為0 0時）18501850個文本字符或27102710個數字或11081108個字節(jié)附加屬性可選擇糾錯級別、可跨行掃描、宏PDF417PDF417條碼、全球標記標識符等PDF417條碼的特性PDF417PDF417符號結構每一個PDF417PDF417符號由多層堆積而成3-903-90層。每一層包括：a.a.左空白區(qū) b.b.起始符 c.c.左層指示

15、符號字符 d.1d.1到3030個數據符號字符 e.e.右層指示符號字符 f.f.終止符 g.g.右空白區(qū)左左空空白白區(qū)區(qū)右右空空白白區(qū)區(qū)終終止止右右層層指指示示符符碼碼詞詞數數據據區(qū)區(qū)左左層層指指示示符符碼碼詞詞起起始始層層1 1層層6 6層層5 5層層4 4層層2 2層層3 3PDF417PDF417字符結構號字符的結構 每一個符號字符包括4個條和4個空，每一個條或空由1-6個模塊組成。在一個符號字符中，4個條和4個空的總模塊數為17。 5 1 1 1 1 1 2 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 s1 s2 s3 s4 b1 b2 b

16、3 b4 PDF 數據編碼PDF417條碼字符集由三個簇構成，簇號分別為0、3、6每一個簇包含以不同的條、空形式表示的所有929個PDF417條碼的碼字，這929個碼字的取值范圍為0928。具體含義如下：1）0899用于表示數據；2）900，901，902，913，924用于模式標識；3）925，926，927用于GLI（全球標記標識符 Global Label Identifier）；4）922，923，928用于宏四一七條碼（當待編碼信息量太大時，一個條碼無法表示，則使用它）；5）921用于閱讀器初始化；6）903912,914920保留未使用。在每一簇中，每一符號字符對應唯一的碼字。PD

17、F417碼按行的不同使用不同的簇中的符號字符，每三行使用相同簇的符號字符。例如：第一行使用第0簇的符號字符，第二行使用第3簇的符號字符，第三行使用第6簇的符號字符。簇號=【（行-1）mod3】x3，比如第四行簇號=【（4-1）mod3】x3=0在對于信息進行編碼的時候，PDF417條碼并不是簡單的把信息轉換成對應簇的碼字。它把信息分為三種壓縮模式編碼：文本壓縮模式（TC）；字節(jié)壓縮模式（BC）；數字壓縮模式（NC）。我們在編碼時，根據原始信息，選擇不同的模式進行壓縮編碼，然后對編碼進行對應簇的處理。這三種模式之間的切換如圖。其中碼字900鎖定文本壓縮模式，碼字901和924鎖定字節(jié)壓縮模式，9

18、02鎖定數字壓縮模式。913表示將文本壓縮模式暫時切換為字節(jié)壓縮模式。PDF 數據編碼PDF417條碼的標準化現狀 v中國二維條碼列為九五期間的國家重點科技攻關項目。1997年12月碼國家標準GB/T 17172-1997四一七條碼正式頒布； v自SymbolSymbol公司19911991年將PDF417PDF417作為公開的標準后，PDF417PDF417條碼為越來越多的標準化機構所接受。v如：AIMAIM19941994年被選定為國際自動識別制造商協(xié)會（AIMAIM）標準；ANSIMH10.8ANSIMH10.819961996年美國標準化委員會(ANSI)(ANSI)將PDF417PD

19、F417做為美國的運輸包裝的紙面EDIEDI標準；vCEN1997年歐洲標準化委員會(CEN)通過了PDF417的歐洲標準； PDF417的糾錯二維條碼 PDF417 采用了Reed-Solomon 糾錯碼進行糾錯，因此它的自動糾正錯誤的能力比較高。但是PDF417 的錯誤糾正能力越高，它所需要的糾錯碼字就越多，可存放資料量就越少。所以我們可以得知PDF417 的錯誤糾正能力與每個條碼可存放的資料量有關，PDF417 碼將錯誤糾正等級分為9 個等級，其值從0 到8，級數愈高，錯誤糾正能力愈強。在一般的編碼過程中建議編入至少10%的檢查字碼。錯誤糾正等級與糾正碼字數目的關系如表 所示。不同的字數

20、建議適用的錯誤糾正等級QR 碼QR CodeQR Code是由日本DensoDenso公司于19941994年9 9月研制的一種矩陣式二維條碼，QR(Quick Response)QR(Quick Response)從這個名字就可以看出快速識讀的特性。姓名：陳朱管email：電話址：福州馬尾新大陸科技園1）360度識讀：QR碼的三個角上有三個尋象圖形，使用CCD識讀設備來探測碼的位置、大小、傾斜角度、并加以解碼，實現360度高速識讀。2）識讀速度快：每秒可以識讀30個含有100個字符QR碼。3）QR碼容量密度大：可以放入1817個漢字、7089個數字、4200個英文字

21、母。QR碼用數據壓縮方式表示漢字，僅用13bit即可表示一個漢字，比其他二維條碼表示漢字的效率提高了20%。此外微型QR碼可以在1厘米的空間內放入35個數字或9個漢字或21個英文字母，適合對小型電路板對ID號碼進行采集的需要。4）高糾錯等級：QR具有4個等級的糾錯功能，即使破損或破損也能夠正確識讀。5）QR碼抗彎曲的性能強：通過QR碼中的每隔一定的間隔配置有校正圖形，從碼的外形來求得推測校正圖形中心點與實際校正圖形中心點的誤差來修正各個模塊的中心距離，即使將QR碼貼在彎曲的物品上也能夠快速識讀。6）可分割性：QR碼可以分割成16個QR碼，可以一次性識讀數個分割碼，適應于印刷面積有限及細長空間印

22、刷的需要。 300 個字符或數字被編進這樣大小的QR碼里面同樣的數據只有條碼的十分之一大小 QRQR碼的特性的基本特性 QRQR碼的特性的基本特性 符號規(guī)格21212121模塊（版本1 1）-177-177177 177 模塊（版本4040）( (每增加一規(guī)格：每邊增加4 4個模塊) )數據類型與容量（指最大規(guī)格符號版本40-L40-L級）數字數據70897089個字符字母數據42964296個字符8 8位字節(jié)數據29532953個字符中國漢字、日本漢字數據 18171817個字符數據表示方法深色模塊表示二進制“1 1”，淺色模塊表示二進制“0 0”?？梢苑窗准m錯能力 L L級：約可糾錯7%7

23、%的數據碼字 M M級：約可糾錯15%15%的數據碼字 Q Q級：約可糾錯25%25%的數據碼字 H H級：約可糾錯30%30%的數據碼字結構鏈接（可選）可用1-161-16個QR CodeQR Code條碼符號表示掩模（固有）可以使符號中深色與淺色模塊的比例接近1 1：1 1，使因相鄰模塊的排列造成譯碼困難的可能性降為最小。擴充解釋（可選）這種方式使符號可以表示缺省字符集以外的數據（如阿拉伯字符、古斯拉夫字符、希臘字母等），以及其他解釋（如用一定的壓縮方式表示的數據）或者針對行業(yè)特點的需要進行編碼。獨立定位功能有每個QR碼符號由名義上的正方形模塊構成，組成一個正方形陣列，它由編碼區(qū)域和包括尋

24、象圖形、分隔符、定位圖形和校正圖形在內的功能圖形組成。下圖為QR碼版本7符號的結構圖。 空白區(qū) 位置探測圖形 定位圖形 位置探測圖形 分 隔符 校正圖形 功能 圖形 數據和糾錯碼字 符號 格式信息 版本信息 編碼區(qū) 格式 QR碼的碼的構成構成 QR碼符號共有40種版本，分別為版本1、版本2版本40。版本1的規(guī)格為21模塊21模塊，版本2為25模塊25模塊，以此類推，每一版本符號比前一版本每邊增加4個模塊，直到版本40，規(guī)格為177模塊177模塊。 版 本 1 版本 2 25 模塊 25 模塊 9 9 數據和糾錯碼字 格式信息及其糾錯碼 版本信息及其糾錯碼 剩余位 5 21 模塊 5 21 模塊

25、 QR碼編碼的版本信息碼編碼的版本信息 版本 6 41 模塊 41 模塊 25 25 版本 7 45 模塊 45 模塊 29 29 QR碼編碼的版本信息碼編碼的版本信息 版本 14 73 模塊 73 模塊 57 57 QR碼編碼的版本信息碼編碼的版本信息 版本 21 101 模塊 101 模塊 85 85 QR碼編碼的版本信息碼編碼的版本信息 版本 40 161 161 177 模塊 177 模塊 QR碼編碼的版本信息碼編碼的版本信息n 尋尋象象圖圖形形尋象圖形包括三個相同的位置探測圖形，分別位于符號的左上角、右上角和左下角，如圖2所示。每個位置探測圖形可以看作是由3個重疊的同心的正方形組成，

26、它們分別為7x7個深色色模塊、5x5個淺模塊和3x3個深色模塊。如下圖所示，位置探測圖形的模塊寬度比為1：1：3：1：1。符號中其他地方遇到類似圖形的可能性極小，因此可以在視場中迅速地識別可能的QR碼符號。識別組成的尋象圖形的三個位置探測圖形，可以明確地確定視場中QR碼的位置和方向。 A: 3 模塊 B: 5 模塊 C: 7 模塊 1 : 1 : 3 : 1 : 1 A B C QR碼編碼功能圖碼編碼功能圖n分隔符分隔符在每個位置探測圖形和編碼區(qū)域之間有寬度為1個模塊的分隔符，它全部由淺色模塊組成。n定位定位圖圖形形水平和垂直定位圖形分別為一個模塊寬的一行和一列，由深色淺色模塊交替組成，其開始

27、和結尾都是深色模塊。水平定位圖形位于上部的兩個位置探測圖形之間，符號的第6行（第0行開始計算）。垂直定位圖形位于左側的兩個位置探測圖形之間，符號的第6列。它們的作用是確定符號的密度和版本，提供決定模塊坐標的基準位置。求各模塊中心坐標的圖形。當QR碼歪斜或模塊間隔出現誤差時用于糾正數據模塊的中心坐標。 n校正校正圖圖形形每個校正圖形可看作是3個重疊的同心正方形，由55個的深色模塊，33個的淺色模塊以及位于中心的一個深色（1x1）模塊組成。校正圖形的數量是根據版本號而定，在模式2的符號中，版本2以上（含版本2）的QR碼均有校正圖形。補正QR碼歪斜的圖形，求得校正圖形的中心坐標，補正QR碼的歪斜。在

28、校正圖形中配置有孤立的黑模塊，使得更容易檢測出中心坐標。 n編碼編碼區(qū)域區(qū)域編碼區(qū)域包括表示數據碼字、糾錯碼字、版本信息和格式信息的符號字符。n空白區(qū)空白區(qū)空白區(qū)空白區(qū)為環(huán)繞為環(huán)繞在符號四周的在符號四周的4個模個模塊寬塊寬的區(qū)域，其反射率的區(qū)域，其反射率應應與淺色模與淺色模塊塊相同。相同。 QR碼編碼功能圖碼編碼功能圖QR碼的碼的編碼流程編碼流程 p第一步 數據分析分析要輸入的數據流，確定要進行編碼的字符的類型。第二步 數據編碼將數據字符轉換為位流。在當需要進行模式轉換時，在新的模式段開始前加入模式指示符進行模式轉換。在數據序列后面加入終止符。將產生的位流分為每8位一個碼字。必要時加入填充字符

29、以填滿按照版本要求的數據碼字數。p第三步 糾錯編碼按需要將碼字序列分塊，以便按塊生成相應的糾錯碼字，并將其加入到相應的數據碼字序列的后面。 p第四步 構造最終信息在每一塊中置入數據和糾錯碼字，必要時加剩余位。 p第五步 在矩陣中布置模塊將碼流放入放入到碼字模塊中，和尋象圖形、分隔符、定位圖形、校正圖形放入矩陣。p第六步 掩模依次將掩模圖形用于符號的編碼區(qū)域。評價結果，并選擇其中使深色淺色模塊比率最優(yōu)且使不希望出現的圖形最少化的結果。p第七步 格式和版本信息生成格式和版本信息（如果用到時），形成符號。v 編碼模式v數據長度v數據內容v糾錯數據數據構成數據構成 版本每邊的模塊數（A）功能圖形模塊數

30、 (B)格式及版本信息模塊數 (C)除C以外的數據模塊數 (D=A2-B-C)數據容量碼字* (E)剩余位1212023120826022523531359447329243315677074332513180710075372593110791347641267311383172774539067156819608493986719362420953406672336292010574146727683460116142267323240401265430673728466013694386742565320147361167465158131577619675243655316816276

31、758677333178563567652381531889643677211901319936516779319913209765967868310853QR碼編碼碼編碼版本與模塊關系版本與模塊關系版本每邊的模塊數（A）功能圖形模塊數 (B)格式及版本信息模塊數 (C)除C以外的數據模塊數 (D=A2-B-C)數據容量碼字* (E)剩余位211018826792521156422105890671006812584231098986710916136442411390667117961474425117914671270815884261219226713652170642712593067

32、1462818284281291203671537119213291331211671641120513301371219671748321853311411227671858723233321451235671972324653331491243672089126113341531251672209127613351571574672300828760361611582672427230340371651590672556831960381691598672689633620391731606672825635320401771614672964837060QR碼編碼碼編碼版本與模塊關系版本

33、與模塊關系p數字模式數字模式數字模式數字模式對對十十進進制數字制數字09（ （ASCII值值30HEX 至至39HEX） ）編碼編碼，通常的密度，通常的密度為為每每10位表示位表示3個字符。個字符。p字母數字模式字母數字模式字母數字模式字母數字模式對對45個字符的字符集個字符的字符集進進行行編碼編碼，即：，即：10個數字個數字09（ （ASCII值值30HEX 至至39HEX），），26個字母字符個字母字符AZ（ （ASCII值值41HEX 至至5AHEX）以及）以及9個符號個符號SP、 、$、 、%、 、*、 、+、 、-、 、.、 、/、 、：（：（ASCII值值分分別為別為20HEX，

34、，24HEX， ，25HEX， ，2AHEX， ，2BHEX， ，2DHEX， ，2EHEX， ，2FHEX， ，3AHEX）。通常情況下，兩個）。通常情況下，兩個輸輸入字符用入字符用11位表示。位表示。p8位字位字節(jié)節(jié)模式模式8位字節(jié)模式用于表示與JIS X 0201一致的8位拉丁/假名字符集（字符值為00HEX 至FFHEX），其編碼密度為每個字符8位。QR碼編碼模式碼編碼模式p日本日本漢漢字模式字模式日本漢字模式用于表示與基于JIS X 0208的轉換JIS系統(tǒng)一致的日本漢字字符。轉換JIS值由JIS X 0208轉換而來。具體內容見JIS X 0208附錄1轉換代碼表示法。每個雙字節(jié)字

35、符由13位二進制碼字表示。p中國中國漢漢字模式字模式p混合模式混合模式QR碼符號可以包含以對多種模式所表示的混合數據序列。p結結構構鏈鏈接模式接模式結構鏈接模式用于把一個數據文件分開表示為多個QR碼符號的序列，要求所有的符號可以識讀并且數據可以按正確的順序重新建立。每個符號都要有一個結構鏈接頭，以標識這個序列的長度及該符號在其中的位置，并且檢驗是否所有識讀的符號屬于同一個文件。QR碼編碼模式碼編碼模式模式模式指示符指示符ECI0111數字0001字母數字00108位字節(jié)0100日本漢字1000中國漢字1101結構鏈接0011FNC10101 (第一位置)1001 (第二位置)終止符 (信息結尾

36、)0000版本版本數字模式數字模式 字母數字模式字母數字模式8 8位字節(jié)模式位字節(jié)模式日本漢字模式日本漢字模式中國漢字模式中國漢字模式1910988102612111610274014131612模式指示符 字符計數指示符的位數 整個符號的結束由4位終止符0000表示，當符號數據位流后所余的容量不足4位時，終止符將被截短。終止符本身不是模式指示符。QR碼編碼碼編碼數字模式數字模式將輸入的數據每三位分為一組，將每組數據轉換為10位二進制數。如果所輸入的數據的位數不是3的整數倍，所余的1位或2位數字應分別轉換為4位或7位二進制數。將二進制數據連接起來并在前面加上模式指示符和字符計數指示符。數字模式

37、中字符計數指示符如表3中定義的有10、12或14位。輸入的數據字符的數量轉換為10、12或14位二進制數后，放置在模式指示符之后，二進制數據序列之前。例1 （符號版本1-H）輸入的數據：012345671) 分為3位一組：012 345 672) 將每組轉換為二進制：0120000001100 3450101011001 67 10000113) 將二進制數連接為一個序列：0000001100 0101011001 10000114) 將字符計數指示符轉換為二進制（版本1-H為10位）：字符數為：800000010005) 加入模式指示符0001以及字符計數指示符的二進制數據：0001 000

38、0001000 0000001100 0101011001 1000011QR碼編碼碼編碼例2 （符號版本1-H）輸入的數據：01234567890123451) 分為3位一組：012 345 678 901 234 52) 將每組轉換為二進制：0120000001100 3450101011001 6781010100110 9011110000101 2340011101010 501013) 將二進制數連接為一個序列：0000001100 0101011001 1010100110 1110000101 0011101010 01014) 將字符計數指示符轉換為二進制（版本1-H為10位

39、）：字符數為：1600000100005) 加入模式指示符0001以及字符計數指示符的二進制數據：0001 0000010000 0000001100 0101011001 1010100110 1110000101 0011101010 0101數字模式中位流的長度計算公式如下：B = 4 + C + 10（D DIV 3） + R其中：B=位流的位數C=字符計數指示符的位數（根據表3）D=輸入的數據字符數R=0 當（D MOD 3）=0R=4 當（D MOD 3）=1R=7 當（D MOD 3）=2QR碼編碼碼編碼將輸入的數據分為兩個字符一組，用11位二進制表示。將前面字符的值乘以45與第

40、二個字符的值相加，將所得的結果轉換為11位二進制數。如果輸入的數據的字符數不是2的整數倍，將最后一個字符編碼為6位二進制數。將所得的二進制數據連接起來并在前面加上模式指示符和字符計數指示符，按表3的規(guī)定在字母數字模式中，字符計數指示符的長度為9、11或13位。將輸入的字符數編碼為9、11或13位二進制數，放在模式指示符之后，二進制數據序列之前。字母數字模式字母數字模式按照下表，每個輸入的字符賦于一個數值V，它的值為0到44。字符字符值值字符字符值值字符字符值值字符字符值值字符字符值值字符字符值值字符字符值值字符字符值值0066C12I18O24U30SP36.421177D13J19P25V3

41、1$37/432288E14K20Q26W32%38:443399F15L21R27X33*3944A10G16M22S28Y34+4055B11H17N23T29Z35-41QR碼編碼碼編碼例（符號版本1-H）輸入的數據：AC-421）根據表5查出字符的值：AC-42（10，12，41，4，2）2）將結果分為2個一組：（10，12）（41，4）（2）3）將每組數據轉換為11位二進制數：（10，12）10*45+1246200111001110（41，4）41*45+4184911100111001（2）20000104）二進制數據順次連接：00111001110 11100111001 00

42、00105）將字符計數指示符轉換為二進制（版本1-H為9位）：輸入的字符數50000001016）在二進制數據前加上模式指示符0010和字符計數指示符：0010 000000101 00111001110 11100111001 000010字母數據模式的二進制位流位數由下式計算：B4C（字符計數指示符）11（D DIV 2）6（D MOD 2）其中：B=位流的位數 C=字符計數指示符的位數 D=輸入的字符數QR碼編碼碼編碼 8位字節(jié)模式（ASIC ）在本模式中，一個8位碼字直接表示一個輸入數據字符的ASIC字符值，即密度為每個字符8位，如下表所示。在非缺省的其它ECI中，它直接表示一個8位字

43、節(jié)的值。 將二進制數據連接起來并在前面加上模式指示符和字符計數指示符。8位字節(jié)模式的字符計數指示符為8位或16位，將輸入字符數轉換為8位或16位二進制數據放在模式指示符之后，二進制數據序列之前。8位字節(jié)模式的位流的位數計算公式如下：D = 4 + C + 8D；其中：B=位流的位數；C=字符計數指示符的位數；D=輸入數據的字符數QR碼編碼碼編碼日本日本漢漢字模式字模式在轉換JIS系統(tǒng)中，兩個字節(jié)表示一個日本漢字字符。字節(jié)的值由JIS X 0208的值轉換而來。將輸入數據字符按下面定義轉換為13位二進制碼字。隨后將二進制數據連接起來并在前面加上模式指示符和字符計數指示符。日本漢字模式的字符計數指

44、示符的位數按表3規(guī)定為8、10或12位，將字符計數指示符轉換為相應的8、10或12位二進制數，放在模式指示符之后，二進制數據序列之前。1 對于轉換JIS值為8140HEX 到 9FFCHEX之間的字符：將轉換JIS值減去8140HEX；將高位字節(jié)乘以C0HEX；將b的結果加上低位字節(jié)；將結果轉換為13位二進制串。2 轉換JIS值為E040HEX 到EBBFHEX之間的字符：將轉換JIS值減去C140HEX；將高位字節(jié)乘以C0HEX；將b的結果加上低位字節(jié)；將結果轉為13位二進制串。QR碼編碼碼編碼例：3對于所有的字符：在輸入的數據字符的二進制隊列前加上模式指示符（1000）和字符計數指示符的二

45、進制表示（8，10或12位）；日本漢字模式的位流的位數由以下公式計算： B = 4 + C + 13D其中：B=位流的位數 C=字符計數指示符的位數 D=輸入的數據字符數QR碼編碼碼編碼混合模式混合模式 根據數據內容的要求或者為了增加編碼密度，可以從一種模式轉換到另一種模式來表示數據。每一段數據按以上數據編碼中給出的相應模式進行編碼?；窘Y構為模式指示符/字符計數指示符/數據，其后緊跟下一段的模式指示符開始另一段。下圖為有N段數據的結構。段1段2段 n模式指示符1字符計數指示符數據模式指示符 2字符計數指示符數據模式指示符 n字符計數指示符數據 終終止符止符符號的數據結尾由緊跟在最后一個模式段

46、后面的終止符序列0000表示，當數據位流數量正好填滿符號的容量時，它可以省略，或者當符號所余的容量不足4位時它可以截短。QR碼編碼碼編碼位流到位流到碼碼字的字的轉轉換換每個模式段的位流需要按順序連接在一起，最后添加終止符，除非數據位流正好填滿符號容量。所得的數據位流將被分為一個個碼字；所有的碼字的長度都是8位，如果位流長度最后一個碼字不足8位，則用二進制值為0的填充位填充至8位，填充位應加在數據位流最后1位（最低位）的后面。然后按定義的版本和糾錯等級交替添加填充碼字11101100和00010001，將數據位流擴展，以填滿符號的數據容量，所得結果的數據碼字序列加入糾錯碼字。為了正好填滿符號容量

47、，有些版本也許需要在信息的最后添加3、4或7個剩余位（全為0）。QR碼編碼碼編碼符號字符數和數據容量 QR碼編碼碼編碼最高的數據容量QR碼采用糾錯算法生成一系列糾錯碼字，添加在數據碼字序列后，使得符號可以在遇到損壞時不致丟失數據。糾錯共有4個糾錯等級，對應四種糾錯容量。 糾錯等級恢復的容量 % (近似值)L7M15Q25H30QR碼碼糾錯糾錯RS糾錯糾錯RS糾錯是現在信息領域中應用最為廣泛的一種糾錯碼之一，在二維碼中主要使用的就是RS糾錯。RS是一組性能優(yōu)良的分組線性碼，在同樣的編碼效率下糾錯能力最強。舉例：（n,k) RS碼，假設(6,4)，總碼詞數為6個，信息碼4個，則糾錯碼6-4=2個，

48、設4個信息碼為(m3, m2, m1, m0) , 則碼詞多項式為：M(x) = m3x3 + m2x2 + m1x + m0；生成多項式G(x) = (x-a1)(x-a2)(x-a(n-k)= (x-a1)(x-a2)除式 M(x)*x(n-k)/ G(x) = (m3x3 + m2x2 + m1x + m0) *x2/ (x-a1)(x-a2)=H(x) + 余式余式 = c1x + c0，則編碼后碼詞為：m3, m2, m1, m0，c1, c0 解碼：碼詞多項式/生成多項式=(m3x5 + m2x4 + m1x3 + m0 x2 +c1x1 + c0)/ (x-a1)(x-a2) 整

49、除則碼詞沒有錯誤，不整除則碼詞有錯誤，需糾錯。碼碼字在矩字在矩陣陣中的布置中的布置1、 、符號字符表示符號字符表示在QR碼符號中有兩種類型的符號字符：規(guī)則的和不規(guī)則的。它們的使用取決于它們在符號中的位置，以及與其他符號字符和功能圖形的關系。多數碼字在符號中表示為規(guī)則的24個模塊的排列。其排列有兩種方式，垂直布置（2個模塊寬，4個模塊高）；如果需要改變方向，可以水平布置（4個模塊寬，2個模塊高）。當改變方向或緊靠校正圖形或其他功能圖形時，需用不規(guī)則符號字符。2、 、功能功能圖圖形的布置形的布置按照與使用的版本相對應的模塊數構成空白的正方形矩陣。在尋象圖形、分隔符、定位圖形以及校正圖形相應的位置，

50、填入適當的深色淺色模塊。格式信息和版本信息的模塊位置暫時空置，它們對所有版本都是相同的。3、 、符號字符的布置符號字符的布置在QR符號的編碼區(qū)域中，符號字符以2個模塊寬的縱列從符號的右下角開始布置，并自右向左，且交替地從下向上或從上向下安排。下面給出了符號字符以及字符中位的布置原則。a) 在縱列中的布置為從右到左，向上或向下應與符號字符的布置方向一致。QR碼生成與布置碼生成與布置 向上 向下 1 0 2 4 6 3 5 7 7 6 4 2 0 5 3 1 b)每個碼字的最高位（表示為位7）應放在第一個可用的模塊位置，以后的放在下一個模塊的位置。如果布置的方向是向上的，則最高位占用規(guī)則模塊字符的

51、右下角的模塊，布置的方向向下時為右上角。如果先前的字符結束于右側的模塊縱列，最高位可能占據不規(guī)則符號字符的左下角模塊的位置。c)如果符號字符的兩個模塊縱列同時遇到校正圖形或定位圖形的水平邊界，可以在圖形的上面或下面繼續(xù)布置。d)如果遇到符號字符區(qū)域的上或下邊界（即符號的邊緣，格式信息，版本信息或分隔符），碼字中剩余的位應改變方向放在左側的縱列中。 由向上變?yōu)橄蛳?ii) 由向上變?yōu)橄蛳?(i) 4 5 3 2 6 7 1 0 2 3 1 0 4 5 7 6 e)如果符號字符的右側模塊縱列遇到校正圖形或版本信息占用的區(qū)域，位的布置形成不規(guī)則排列符號字符，在相鄰校正圖形或版本信息的單個縱列繼續(xù)延伸

52、。如果字符在可用于下一個字符的兩列縱列之前結束，則下一個符號字符的首位放在單個縱列中。 A 第一個字符 向上 A 表示校正圖形占用的模塊 第二個字符 4 6 2 0 3 5 1 A A 0 7 1 A 5 A 3 4 2 7 6 QR碼生成與布置碼生成與布置還有另一種可供選擇的符號字符布置方法，可得到相同的結果，將整個碼字序列視為一個單獨的位流，將其（最高位開始）按從右向左，按向上和向下的方向交替的布置于兩個模塊寬的縱列中。并跳過功能圖形占用的區(qū)域，在縱列的頂部或底部改變方向，每一位應放在第一個可用的位置。當符號的數據容量不能恰好分為整數個8位符號字符時，要用相應的剩余位填充符號的容量。在進行

53、掩模以前，這些剩余位的值為0。 數據碼字 糾錯碼字 E9 D10 D7 D8 D13 D9 D15 D12 D14 D11 D6 D16 D17 D22 D23 D21 D20 D19 D3 D1 D2 D4 D5 D18 E5 E6 E4 D24 D26 D25 D23 E3 E1 E2 D28 D27 E15 E16 E14 E7 E10 E8 E12 E13 E11 剩余位 版本2-M符號的符號字符布置 QR碼生成與布置碼生成與布置 為了QR碼閱讀的可靠性，最好均衡地安排深色與淺色模塊。應盡可能避免位置探測圖形的位圖1011101（牛眼）出現在符號的其他區(qū)域。為了滿足上述條件，應按以下步

54、驟進行掩模。1)掩模不用于功能圖形2)用多個矩陣圖形連續(xù)地對已知的編碼區(qū)域的模塊圖形（格式信息和版本信息除外）進行XOR操作。3)對每個結果圖形的不合要求的部分記分，以評估這些結果。4)選擇得分最低的圖形。 下表給出了掩模圖形的參考（放置于格式信息中的二進制參考）和掩模圖形生成的條件。掩模圖形是通過將編碼區(qū)域（不包括為格式信息和版本信息保留的部分）內那些條件為真的模塊定義為深色而產生的。所示的條件中，i代表模塊的行位置，j代表模塊的列位置，（i,j）=(0,0)代表符號中左上角的位置。（為了避開牛眼等功能圖）掩模圖形參考條件000(i + j) mod 2 = 0001i mod 2 = 00

55、10j mod 3 = 0011(i + j) mod 3 = 0100(i div 2) + (j div 3) mod 2 = 0101(i j) mod 2 + (i j) mod 3 = 0110(i j) mod 2 + (i j) mod 3) mod 2 = 0111(i j) mod 3 + (i+j) mod 2) mod 2 = 0QR碼掩膜碼掩膜 000 (i + j) mod 2 = 0 001 i mod 2 = 0 010 j mod 3 = 0 011 (i + j) mod 3 = 0 100 (i div 2 ) + (j div 3 ) mod 2 = 0

56、101 (i j) mod 2 + (i j) mod 3 = 0 110 ( (i j) mod 2 + (i j) mod 3) mod 2 = 0 111 ( (i j) mod 2 + (i j) mod 3) mod 2 = 0 功能模塊 掩模不用于功能模塊 i j 版本1符號的所有的掩模圖形，000到111QR碼掩膜碼掩膜 未進行掩模的符號 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 掩模圖形 000 到 111 待評估的掩膜結果 選擇得分最低的結果 符號的掩模過程 QR碼掩膜碼掩膜在依次用每一個掩模圖形進行掩模操作之后，要通過對每一次如下情況的

57、出現進行罰點記分，以便對每一個結果進行評估，分數越高，其結果越不可用。在下表中，N1到N4為對不好的特征所罰分數的權重（N1=3，N2=3，N3=40，N4=10），i為緊鄰的顏色相同模塊數大于5的次數，k為符號深色模塊所占比率離50%的差距，步長為5%。雖然掩模操作僅對編碼區(qū)域進行，不包括格式信息，但評價是對整個符號進行的。特征評價條件分數行/列中相臨的模塊的顏色相同模塊數 = (5 + i)N1 + i模塊塊的顏色相同顏色相同的模塊組成*塊塊尺寸 = mnN2 (m - 1)(n - 1)在行/縱列中出現1:1:3:1:1（深淺深淺深）圖形 N3整個符號中深色模塊的比率50(5k)% 到

58、50(5(k + 1)%N4k應選擇掩模結果中罰分最低的掩模圖形用于符號掩模。QR碼掩膜碼掩膜格式信息為15位，其中有5個數據位，10個是用BCH（15，5）編碼計算得到的糾錯位。第1-2位是糾錯信息指示符 ，如下表：糾錯等級二進制指示符L01M00Q11H10格式信息數據的第3到第5位的內容為掩模圖形參考。按上述方法計算10位糾錯數據，并加在5個數據位之后；將15位格式信息與掩模圖形101010000010010進行XOR運算，以確保糾錯等級和掩模圖形合在一起的結果不全是0；QR碼格式信息碼格式信息例：設定糾錯等級為M：00掩模圖形參考： 101數據： 00101BCH位： 00110111

59、00掩模前的位序列： 001010011011100用于XOR操作的掩模圖形：101010000010010格式信息模塊圖形： 100000011001110 14 9 11 7 10 6 8 5 3 2 4 12 0 13 1 0 2 3 1 4 6 7 5 8 10 11 9 12 13 14 深色模塊 QR碼格式信息碼格式信息版本信息為18位，其中，6位數據位，通過BCH（18，6）編碼計算出12個糾錯位。6位數據為版本信息，最高位為第一位。12位糾錯信息在6位數據之后。只有版本740的符號包含版本信息，沒有任何版本信息的結果全為0。所以不必對版本信息進行掩模。最終的版本信息應映射在符號

60、中預留的位置。需要注意的是，由于版本信息的正確譯碼是整個符號正確譯碼的關鍵，因此版本信息在符號中出現兩次以提供冗余。版本信息的最低位模塊放在編號為0的位置上，最高位放在編號為17的位置上。例：版本號：7數據：000111BCH位：110010010100格式信息模塊圖形：0001111100100101006行3列模塊組成的版本信息塊放在定位圖形的上面，其右側緊臨右上角位置探測圖形的分隔符，3行6列模塊組成的版本信息塊放在定位圖形的左側，其下邊緊臨左下角位置探測圖形的分隔符。QR碼版本信息碼版本信息 版本信息 位于左下角的版本信息 位于右上角的版本信息 1 0 2 4 3 5 7 6 8 10