二维码简介和容错率的问题

二维码容错等级

2013-01-31

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错误校正

损坏，但仍然解码的二维码

水平使用的Reed-Solomon纠错算法。越高误差校正水平，较少的存储容量。下表列出了在每一个的四个层次的近似误差校正能力：

电平L（低） 7％的码字可以被恢复。

M级（中） 的码字的15％可以被恢复。

级Q（四分）[ 28 ] 的码字的25％可以被恢复。

H级（高） 的码字的30％可以被恢复。

由于到Reed-Solomon码的设计和使用的8位码字，一个单独的代码块可以不超过255个码字的长度。由于较大的QR码元包含比这更多的数据，所以它必要的打破消息成多个块。虽然QR说明书中不使用的最大可能的块大小，相反，它定义了不超过30，这样的纠错符号出现在每个块的块大小。这意味着一个至多15的每块的错误可以被校正，从而限制的某些步骤中的解码算法的复杂性。的代码块，然后交错在一起，使得不那么容易局部损坏的QR符号将压倒任何单块的能力。

由于纠错，有可能创造出艺术的QR码，扫描正确的，但含有故意的错误，使他们更可读的或有吸引力的人的眼睛，以及包括颜色，标志，以及其他功能的QR码块。[ 29 ] [ 30 ]

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。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。

    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、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：

    1.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；

    2.校正图形：规格确定，校正图形的数量和位置也就确定了；

     3.格式信息：表示改二维码的纠错级别，分为L、M、Q、H；

    4.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。

    5.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）。

三、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，...

    5.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。
    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。

四、使用三方包zxing完成编码和解码过程

    1.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();
}

       2.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);