二维码了解一下？

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2018

0624

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June 24th，2018

很久没更新了，很高兴为数不多的粉丝没有抛弃佳爷呀

有段时间很想写点什么，涂涂改改最后放弃

一直以来，我自己写的博客质量都比较堪忧，可能里面有些错误的地方，不想误人子弟

所以打算以一个严谨的态度，对待后花园，无论是blog还是生活物语

更新的速度估计依旧慢得像乌龟

这次想写写二维码，主要是前几天和Space大大在回去的路上，他扫了辆小黄车，然后和我说；“你别看这个扫一扫很简单，这里面的原理还是很复杂的，你知道么？”

然后被科普了二维码的实现原理以及扫描原理，涨姿势了，遂落笔记下。

QR基本结构

先来个二维码，看看都发现了什么？

注意观察，有什么新发现么？对，没错，矩形二维码的三个角落有三个相同的小正方形耶。为什么是三个呢？（因为三个点就可以确定一个平面了，无论怎样旋转都不会影响扫描）

这三个小正方形叫做定位图案。这里有个图，是对上面二维码的解析，可以看看。

（图片来源：ISO/IEC 18004:

Information – Automatic identification and data capture techniques – QR Code barcode symbology specification）

（图片来源：Wikipedia：QR码，https://zh.wikipedia.org/wiki/QR%E7%A2%BC）

通过上面两个图，大致了解了二维码的结构，二维码为什么是黑白相间呢？因为它的实现就是在正方形二维矩阵内通过黑白标识二进制编码（0，1）来编码数据。

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。（这里有个概念叫码元：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)。）

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编码

通过将数据编码成二进制，这里面可以存放数字，字母，二进制数，中文汉字。

看了上面QR码的基本结构，接下来来了解下QR码的编码过程：

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。

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:

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

关于纠错编码：

按需要将上面的码字序列分块，并根据纠错等级和分块的码字，产生纠错码字，并把纠错码字加入到数据码字序列后面，成为一个新的序列。

在二维码规格和纠错等级确定的情况下，其实它所能容纳的码字总数和纠错码字数也就确定了，比如：版本10，纠错等级时H时，总共能容纳346个码字，其中224个纠错码字。

就是说二维码区域中大约1/3的码字时冗余的。对于这224个纠错码字，它能够纠正112个替代错误（如黑白颠倒）或者224个据读错误（无法读到或者无法译码），这样纠错容量为：112/346=32.4%。

经过上面构成最终数据信息：在规格确定的情况下，将上面产生的序列按此列放入分块中。

按规定把数据分块，然后对每一块进行计算，得出相应的纠错码字区块，把纠错码字区块 按顺序构成一个序列，添加到原先的数据码字序列后面。

如：D1, D12, D23, D35, D2, D13, D24, D36, … D11, D22, D33, D45, D34, D46, E1, E23,E45, E67, E2, E24, E46, E68，…

构造矩阵：将探测图形、分隔符、定位图形、校正图形和码字模块放入矩阵中。

掩摸：将掩摸图形用于符号的编码区域，使得二维码图形中的深色和浅色（黑色和白色）区域能够比率最优的分布

开始画二维码图

step1 首先三个定位图案“回”

step 2再到校正图形

step3 再到定位图形

step4 接下来是格式信息(蓝色部分)

（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））

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的纠错级别和000的Mask，从而造成全部为白色，这会增加我们的扫描器的图像识别的困难。

step5 然后到版本信息（蓝色部分）

step6 接下来才是数据和数据纠错

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。

step7 然后是掩码图案，因为上面形成的图形分布不均匀，会有扫描识别上的困难，所以有maskong操作。这里有八个mask供你选择，不会影响内容的。

step8 game over 大致的流程就是这样的。接下来，可以尝试做做。（在知乎上看到有个哥们用python写了个qrcode，可以实战下）

实战-了解一下（有点饿了，回去吃饭，制作留到下一个）

Your's

Zoe

GoodDay