二维码原理介绍

二维码工作原理

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二维码为什么是黑白相间的？黑色表示二进制的“1”，白色表示二进制的“0”

“我们之所以对二维码进行扫描能读出那么多信息，就是因为这些信息被编入了二维码之中。”黄海平说，“制作二维码输入的信息可以分成三类，文本信息，比如名片信息；字符信息，比如网址、电话号码；还有图片信息，甚至还可以包括简短的视频。”数据信息是怎么被编入的呢？信息输入后，首先要选择一种信息编码的码制。现在常见的二维码都是以QR码作为编码的码制。QR码是矩阵式二维码，它是在一个矩形空间内，通过黑、白像素在矩阵中的不同分布，来进行编码的。我们知道电脑使用二进制（0和1）数来贮存和处理数据，而在二维码中，用黑白矩形表示二进制数据我们肉眼能看到的黑色表示的是二进制“1”，白色表示二进制的“0”，黑白的排列组合确定了矩阵式二维条码的内容，以便于计算机对二维码符号进行编码和分析。
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QR CODE 介绍：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。如下图时一个qrcode的基本结构，其中：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）。
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简要的编码过程：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。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。

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：012 345 672）转成二进制：012→0000001100 345→0101011001 67 →10000113）转成序列：0000001100 0101011001 10000114）字符数转成二进制：8→00000010005）加入模式指示符（上图数字）0001：0001 0000001000 0000001100 0101011001 1000011对于字母、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
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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%
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构造最终数据信息：在规格确定的条件下，将上面产生的序列按次序放如分块中，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。
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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。一个算法，不研究了，有兴趣的同学可以继续。格式和版本信息：生成格式和版本信息放入相应区域内。版本7-40都包含了版本信息，没有版本信息的全为0。二维码上两个位置包含了版本信息，它们是冗余的。版本信息共18位，6X3的矩阵，其中6位时数据为，如版本号8，数据位的信息时 001000，后面的12位是纠错位。至此，二维码的编码流程基本完成了，下面就来实践一下吧，当然不用自己再去编写上面的算法了，使用三方包zxing 就可以了编码：public static void encode(String content, String format, String filePath) {try {Hashtable hints = new Hashtable();//设置编码类型hints.put(EncodeHintType.CHARACTER_SET, DEFAULT_ENCODING);//编码BitMatrix bitMatrix = new QRCodeWriter().encode(content,BarcodeFormat.QR_CODE, DEFAULT_IMAGE_WIDTH,DEFAULT_IMAGE_HEIGHT,hints);//输出到文件，也可以输出到流File file = new File(filePath);MatrixToImageWriter.writeToFile(bitMatrix, format, file);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} catch (WriterException e1) {e1.printStackTrace();}}解码： BufferedImage image = ImageIO.read(file);//读取文件LuminanceSource source = new BufferedImageLuminanceSource(image);BinaryBitmap bitmap = new BinaryBitmap(new HybridBinarizer(source)); //解码Result result = new MultiFormatReader().decode(bitmap);String resultStr = result.getText(); System.out.println(resultStr);