二維碼的基礎原理

　　二維條碼是指在一維條碼的基礎上擴展出另外一維具備可讀性的條碼，使用黑白矩形圖案表示二進制數據，被設備掃描後可獲取其中所包含的信息。一維條碼的寬度記載着數據，而其長度沒有記載數據。二維條碼的長度、寬度均記載着數據。二維條碼有一維條碼沒有的「定位點」和「容錯機制」。容錯機制在即便沒有辨識到所有的條碼、或是說條碼有污損時，也能夠正確地還原條碼上的信息。二維條碼的種類不少，不一樣的機構開發出的二維條碼具備不一樣的結構以及編寫、讀取方法。

堆疊式/行排式二維條碼，如，Code 16K、Code 4九、PDF417（如右圖）等。

矩陣式二維碼，最流行莫過於QR CODE，二維碼的名稱是相對與一維碼來講的，好比之前的條形碼就是一個「一維碼」。它的優勢有：二維碼存儲的數據量更大；能夠包含數字、字符，及中文文本等混合內容；有必定的容錯性（在部分損壞之後能夠正常讀取）；空間利用率高等。

二維碼編碼過程

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

二、數據編碼：將數據字符轉換爲位流，每8位一個碼字，總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。

下面小草就用一個案例帶你瞭解二維碼的編碼過程，以對數據01234567編碼爲例

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。二維碼雖然比起一維條碼具備更強大的信息記載能力，但也是有容量限制，經過下面這個表格小草帶你瞭解二維碼的容量到底有多大。

三、糾錯編碼：按須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後面，成爲一個新的序列。在二維碼規格和糾錯等級肯定的狀況下，其實它所能容納的碼字總數和糾錯碼字數也就肯定了，好比：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的碼字時冗餘的。對於這224個糾錯碼字，它可以糾正112個替代錯誤（如黑白顛倒）或者224個據讀錯誤（沒法讀到或者沒法譯碼），這樣糾錯容量爲：112/346=32.4%

四、構造最終數據信息：在規格肯定的條件下，將上面產生的序列按次序放如分塊中按規定把數據分塊，而後對每一塊進行計算，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後面。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：在構造矩陣以前，咱們先來了解一個普通二維碼的基本結構。

    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，對每一個QR碼來講，位置都是固定存在的，只是大小規格會有所差別；

    校訂圖形：規格肯定，校訂圖形的數量和位置也就肯定了；

    格式信息：表示改二維碼的糾錯級別，分爲L、M、Q、H；

    版本信息：即二維碼的規格，QR碼符號共有40種規格的矩陣（通常爲黑白色），從21×21（版本1），到177×177（版本40），每一版本符號比前一版本 每邊增長4個模塊。

    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）。

瞭解了二維碼的基本結構後，將探測圖形、分隔符、定位圖形、校訂圖形和碼字模塊放入矩陣中，並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。

六、掩膜：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）區域可以比率最優的分佈。

七、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，沒有版本信息的全爲0。二維碼上兩個位置包含了版本信息，它們是冗餘的。版本信息共18位，6X3的矩陣，其中6位時數據爲，如版本號8，數據位的信息時 001000，後面的12位是糾錯位.