二维码(QR code)原理解析

二维码(QR code)原理解析

基于 《GB/T 18284-2000 快速响应矩阵码》

1 模式

1.1 ECI 模式

扩充解释协议允许输出的数据流有与缺省的字符集不同的解释。

QR码支持4大类解释：

• 国际字符集
• 用于诸如加密或压缩等一般目的的解释
• 闭环系统中用户自定义的解释
• 无缓冲模式中用于结构连接的控制信息

QR码缺省解释是 ECI 000020，表示 ASCII 字符集

1.2 数字模式

数字模式对十进制数字 0~9（ASCII值 $30_{HEX}\to 39_{HEX}$）编码，通常密度为每 10 位表示 3 个字符。

1.3 字母数字模式

对 45 个字符的字符集进行编码

• 10 个数字

ASCII值 $30_{HEX}\to 39_{HEX}$

• 26 个字母

ASCII值 $41_{HEX}\to 5A_{HEX}$

• 9 个符号

ASCII 值 $20_{HEX},24_{HEX},25_{HEX},2A_{HEX},2B_{HEX},2D_{HEX},2E_{HEX},2F_{HEX},3A_{HEX}$

1.4 8位字节模式

表示 ASCII 字符集，字符值 $00_{HEX}\to F{F}_{HEX}$ ，编码密度为每字符 8 位。

1.5 中国汉字模式

表示 GB2312 规定的双字节表示的中国汉字和非汉字字符，其字符值为 GB 2312 规定字符对应的内码值，见 GB 18030。每个双字节字符由 13 位二进制表示。

1.6 混合模式

以上多种模式所表示的混合数据序列，最高效表示方法见 xx

1.7 结构链接模式

把一个数据文件分开表示为多个 QR 码符号的序列，要求所有符号可以识读并且数据可以按正确的顺序重新建立。

1.8 FNC1模式

用于表示按 UCC/EAN 应用标识标准或国标 AIM 协会已经同意的具体行业标准格式化数据。

2 位流编码

ECI 标头 + 模式指示符 + (中国汉字子集指示符) + 字符计数指示符 + 数据位流

注：在中国汉字模式下，需要加入中国汉字子集指示符，其格式为4位，指示所用的汉字子集。目前只选用了 0001

2.1 ECI表头(可选)

ECI模式指示符 + ECI指示符

如果最初的 ECI 不是缺省的 ECI，其前面要有 ECI 标头，后面为一个或多个不同模式的段。

• ECI 模式指示符（4位）

  名称	指示符
  ECI	0111

  ECI 指定符的作用的规则见 AIM ECI 规范。

• ECI 指定符（8, 16, 24位）

  ECI任务号（字符集）	码字数	码字值
  000000 ~ 000127	1	0xxxxxxx
  000000 ~ 016383	2	10xxxxxx xxxxxxxx
  000000 ~ 999999	3	110xxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx

  码字值中，第一个 “0” 前的 “1” 的个数即对应码字数，第一个 “0” 后面的各位，是 ECI 任务号的二进制表示。

  从表中可以看出，三种任务号分类有重叠部分，也即，低 ECI 任务号可以用多种编码方式，但通常最短方式为首选。

  任务号即代表字符集。举两个例说明

  • 默认为 ASCII 数据集，即 ECI 000020

    任务号： 000020 ，转换为二进制即为 10100

    码字数：可以选择1或2或3，首选为 1。结合任务号的二进制，即得 0xx10100

    码字值：其余位置 “x” 用 0 填充，即 00010100

  • 希腊字母字符集 ISO 8859-7，即 ECI 000009

    任务号：1001

    码字数：0xxx1001

    码字值：00001001

如果以缺省的 ECI 开始，不需考虑。

2.2 模式指示符

模式	指示符数字
数字	0001
字母数字	0010
8 位字节	0100
中文汉字	1101
结构链接	0011
FNC1	0101（第一位置）
FNC1	1001（第二位置）

2.3 字符计数指示符

字符计数指示符的位数如下表所示，其值由字节的数量决定（在中国汉字模式中为双字节）

版本	数字模式	字母数字模式	8位字节模式	中国汉字模式
v1~v9	10	9	8	8
v10~v26	12	11	16	10
v27~v40	14	13	16	12

2.4 终止符

名称	指示符
终止符	0000

整个符号的结束由4位终止符表示，当符号数据尾流后所余的容量不足4位时，终止符将被截断。

3 码字转换

所得的数据位流将被分为一个个码字，所有码字的长度都是 8 位，如果位流长度最后一个码字不足 8 位，则用二进制为 0 的填充位填充至 8 位。

然后按照表定义的版本和纠错等级交替填充码字 11101100 和 00010001，将数据位流扩展，以填满符号的数据容量。为了正好填满符号容量，有些版本也许不能正好被8位的码字填充，此时需要在信息的最后添加 3、4或7个剩余位，用 “0” 来填充，不代表任何数据含义。

在把所得结果的数据码字序列按规则进行处理，加入纠错码字。

4 纠错