二維碼簡介和容錯率的問題

二維碼容錯等級

2013-01-31

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錯誤校正

損壞，但仍然解碼的二維碼

水平使用的Reed-Solomon糾錯算法。越高誤差校正水平，較少的存儲容量。下表列出了在每一個的四個層次的近似誤差校正能力：

電平L（低） 7％的碼字可以被恢復。

M級（中） 的碼字的15％可以被恢復。

級Q（四分）[ 28 ] 的碼字的25％可以被恢復。

H級（高） 的碼字的30％可以被恢復。

由於到Reed-Solomon碼的設計和使用的8位碼字，一個單獨的代碼塊可以不超過255個碼字的長度。由於較大的QR碼元包含比這更多的數據，所以它必要的打破消息成多個塊。雖然QR說明書中不使用的最大可能的塊大小，相反，它定義了不超過30，這樣的糾錯符號出現在每個塊的塊大小。這意味着一個至多15的每塊的錯誤可以被校正，從而限制的某些步驟中的解碼算法的復雜性。的代碼塊，然后交錯在一起，使得不那么容易局部損壞的QR符號將壓倒任何單塊的能力。

由於糾錯，有可能創造出藝術的QR碼，掃描正確的，但含有故意的錯誤，使他們更可讀的或有吸引力的人的眼睛，以及包括顏色，標志，以及其他功能的QR碼塊。[ 29 ] [ 30 ]

 

 

一、什么是二維碼

     二維碼 （2-dimensional bar code），是用某種特定的幾何圖形按一定規律在平面（二維方向上）分布的黑白相間的圖形記錄數據符號信息的。在許多種類的二維條碼中，常用的碼制有：Data Matrix, Maxi Code, Aztec, QR Code, Vericode, PDF417, Ultracode, Code 49, Code 16K等。二維碼的名稱是相對與一維碼來說的，比如以前的條形碼就是一個“一維碼”，它的優點有：二維碼存儲的數據量更大；可以包含數字、字符，及中文文本等混合內容；有一定的容錯性（在部分損壞以后可以正常讀取）；空間利用率高等。

    1.堆疊式/行排式二維條碼，如，Code 16K、Code 49、PDF417（如下圖）等

       

    2.矩陣式二維碼，最流行莫過於QR CODE。

二、QR CODE 介紹

    QR(Quick-Response) code是被廣泛使用的一種二維碼，解碼速度快。它可以存儲多用類型：

      

    如上圖時一個qrcode的基本結構，其中：

    1.位置探測圖形、位置探測圖形分隔符、定位圖形：用於對二維碼的定位，對每個QR碼來說，位置都是固定存在的，只是大小規格會有所差異；

    2.校正圖形：規格確定，校正圖形的數量和位置也就確定了；

     3.格式信息：表示改二維碼的糾錯級別，分為L、M、Q、H；

    4.版本信息：即二維碼的規格，QR碼符號共有40種規格的矩陣（一般為黑白色），從21x21（版本1），到177x177（版本40），每一版本符號比前一版本每邊增加4個模塊。

    5.數據和糾錯碼字：實際保存的二維碼信息，和糾錯碼字（用於修正二維碼損壞帶來的錯誤）。

 

三、簡要的編碼過程

    1. 數據分析：確定編碼的字符類型，按相應的字符集轉換成符號字符； 選擇糾錯等級，在規格一定的條件下，糾錯等級越高其真實數據的容量越小。

    2. 數據編碼：將數據字符轉換為位流，每8位一個碼字，整體構成一個數據的碼字序列。其實知道這個數據碼字序列就知道了二維碼的數據內容。

    

          

     數據可以按照一種模式進行編碼，以便進行更高效的解碼，例如：對數據：01234567編碼（版本1-H），
     1）分組：012 345 67
     2）轉成二進制：012→0000001100
                              345→0101011001
                               67 →1000011
     3）轉成序列：0000001100 0101011001 1000011
     4）字符數 轉成二進制：8→0000001000
     5）加入模式指示符（上圖數字）0001：0001 0000001000 0000001100 0101011001 1000011

     對於字母、中文、日文等只是分組的方式、模式等內容有所區別。基本方法是一致的

    3. 糾錯編碼：按需要將上面的碼字序列分塊，並根據糾錯等級和分塊的碼字，產生糾錯碼字，並把糾錯碼字加入到數據碼字序列后面，成為一個新的序列。

        

    在二維碼規格和糾錯等級確定的情況下，其實它所能容納的碼字總數和糾錯碼字數也就確定了，比如：版本10，糾錯等級時H時，總共能容納346個碼字，其中224個糾錯碼字。 就是說二維碼區域中大約1/3的碼字時冗余的。對於這224個糾錯碼字，它能夠糾正112個替代錯誤（如黑白顛倒）或者224個據讀錯誤（無法讀到或者無法譯碼）， 這樣糾錯容量為：112/346=32.4%

    4. 構造最終數據信息：在規格確定的條件下，將上面產生的序列按次序放如分塊中，按規定把數據分塊，然后對每一塊進行計算，得出相應的糾錯碼字區塊，把糾錯碼字區塊 按順序構成一個序列，添加到原先的數據碼字序列后面。 如：D1, D12, D23, D35, D2, D13, D24, D36, ... D11, D22, D33, D45, D34, D46, E1, E23,E45, E67, E2, E24, E46, E68，...

    5.構造矩陣：將探測圖形、分隔符、定位圖形、校正圖形和碼字模塊放入矩陣中。

               

      把上面的完整序列填充到相應規格的二維碼矩陣的區域中

    6. 掩摸：將掩摸圖形用於符號的編碼區域，使得二維碼圖形中的深色和淺色（黑色和白色）區域能夠比率最優的分布。
    7. 格式和版本信息：生成格式和版本信息放入相應區域內。
        版本7-40都包含了版本信息，沒有版本信息的全為0。二維碼上兩個位置包含了版本信息，它們是冗余的。

        版本信息共18位，6X3的矩陣，其中6位時數據為，如版本號8，數據位的信息時 001000，后面的12位是糾錯位。

 

四、使用三方包zxing完成編碼和解碼過程

    1.編碼：

 

public static void encode(String content, String format, String filePath) {
try {
Hashtable hints = new Hashtable();//設置編碼類型
hints.put(EncodeHintType.CHARACTER_SET, DEFAULT_ENCODING);
//編碼
BitMatrix bitMatrix = new QRCodeWriter().encode(content,
BarcodeFormat.QR_CODE, DEFAULT_IMAGE_WIDTH,
DEFAULT_IMAGE_HEIGHT,hints);
//輸出到文件，也可以輸出到流
File file = new File(filePath);
MatrixToImageWriter.writeToFile(bitMatrix, format, file);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} catch (WriterException e1) {
e1.printStackTrace();
}

       2.解碼：  

 

BufferedImage image = ImageIO.read(file);//讀取文件
LuminanceSource source = new BufferedImageLuminanceSource(image);
BinaryBitmap bitmap = new BinaryBitmap(new HybridBinarizer(
source));
                  //解碼
Result result = new MultiFormatReader().decode(bitmap);
String resultStr = result.getText();
                System.out.println(resultStr);