二维码 编码原理

一、什么是二维码：
二维码 （2-dimensional bar code），是用某种特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向上）
分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的。

在许多种类的二维条码中，常用的码制有：Data Matrix, Maxi Code, Aztec, QR Code, Vericode, PDF417, Ultracode, Code 49, Code 16K等。
  1.堆叠式/行排式二维条码，如，Code 16K、Code 49、PDF417（如下图）等


 
    2.矩阵式二维码，最流行莫过于QR CODE
二维码的名称是相对与一维码来说的，比如以前的条形码就是一个“一维码”，
它的优点有：二维码存储的数据量更大；可以包含数字、字符，及中文文本等混合内容；有一定的容错性（在部分损坏以后可以正常读取）；空间利用率高等。

二、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




 
如上图时一个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）。

简要的编码过程：
    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。
          
 

 
 
            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 67
             2）转成二进制：012→0000001100
                                                   345→0101011001
                                                    67 →1000011
              3）转成序列：0000001100 0101011001 1000011
              4）字符数 转成二进制：8→0000001000
              5）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

    3. 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%
       
    4. 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。
         

 
        
         把上面的完整序列填充到相应规格的二维码矩阵的区域中


    6. 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。
    7. 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