KING_C#学习之QRCode二维码（一）——基础知识扫盲
? ? ? ? ?在移動互聯網快速發展下，二維碼的應用非常廣泛，且前景甚好。現在的登陸、分享等功能都可以利用二維碼快速便捷地把信息傳送出去，我個人是比較喜歡用這個技術，所以憑著興趣以及二維碼的強大，對二維碼的相關知識做了一些整理。
一、二維碼
1.定義：
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。它是指在一維條碼的基礎上擴展出另一維具有可讀性的條碼，使用黑白矩形圖案表示二進制數據，被設備掃描后可獲取其中所包含的信息。一維條碼的寬度記載著數據，而其長度沒有記載數據。二維條碼的長度、寬度均記載著數據。二維條碼有一維條碼沒有的“定位點”和“容錯機制”。容錯機制在即使沒有辨識到全部的條碼、或是說條碼有污損時，也可以正確地還原條碼上的信息。
2.類別：
二維條碼的種類很多，不同的機構開發出的二維條碼具有不同的結構以及編寫、讀取方法。常見的二維碼有：
- PDF417碼
- QR碼
- 漢信碼
- 顏色條碼
- quick mark code
- data matrix
一維碼
?? 一維條碼—— Code 128 僅有橫向信息
二維碼
??較為常見的二維條碼——QR碼
內容為 http://zh.wikpedia.org
橫向縱向都含有信息?
3、定位標記：
二維條碼通常有特定的定位標記（如QR碼為三個大的定位點），通過定位標記使讀碼機正確辨識進行解讀，所以二維條碼不管是從何種方向讀取都可以被辨識。
4、特性：
二維條碼比一維條碼記載數據量更多。而且可以記載更復雜的數據，比如圖片鏈接、網絡鏈接等。
二、QR碼：
QR碼（全稱為快速響應矩陣碼；英語：Quick Response Code）是二維條碼的一種，于1994年由日本DENSO WAVE公司發明。QR來自英文Quick?Response的縮寫，即快速反應，因為發明者希望QR碼可以讓其內容快速被解碼。QR碼使用四種標準化編碼模式（數字，字母數字，字節（二進制）和漢字）來存儲數據。QR碼最常見于日本，為目前日本最流行的二維空間條碼。QR碼比較普通條碼可以存儲更多數據，也無需要像普通條碼般在掃描時需要直線對準掃描儀。因此其應用范圍已經擴展到包括產品跟蹤，物品識別，文檔管理，營銷等方面。
1、簡介
QR碼呈正方形，常見的是黑白兩色。在3個角落，印有較小，像“回”字的正方圖案。這3個是幫助解碼軟件定位的圖案，用戶不需要對準，無論以任何角度掃描，數據仍然可以正確被讀取。
日本QR碼的標準JIS?X 0510在1999年1月發布，而其對應的ISO國際標準ISO/IEC18004，則在2000年6月獲得批準。根據Denso Wave公司的網站數據，QR碼是屬于開放式的標準，QR碼的規格公開，雖由Denso Wave公司持有的專利權益，但不會被運行。
除了標準的QR碼之外，也存在一種稱為“微型QR碼”的格式，是QR碼標準的縮小版本，主要是為了無法處理較大型掃描的應用而設計。微型QR碼同樣有多種標準，最高可存儲35個字元。
2、技術特性
結構
如上圖時一個qrcode的基本結構，其中：
位置探測圖形、位置探測圖形分隔符、定位圖形：
用于對二維碼的定位，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；
校正圖形：
規格確定，校正圖形的數量和位置也就確定了；
格式信息：
表示改二維碼的糾錯級別，分為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（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。
二維碼一共有 40 個尺寸。官方叫版本?Version。Version?1 是 21?x?21 的矩陣，Version?2 是 25?x?25 的矩陣，Version?3 是 29 的尺寸，每增加一個?version，就會增加 4 的尺寸，公式是：(V-1)*4 + 21（V是版本號） 最高?Version?40，(40-1)*4+21 = 177，所以最高是 177?x?177 的正方形。
數據和糾錯碼字：
實際保存的二維碼信息，和糾錯碼字（用于修正二維碼損壞帶來的錯誤）。
存儲
| 數字 | 最多7,089字元 |
| 字母 | 最多4,296字元 |
| 二進制數（8 bit） | 最多2,953?字節 |
| 日文漢字／片假名 | 最多1,817字元（采用Shift JIS） |
| 中文漢字 | 最多984字元（采用UTF-8） |
| 最多1,800字元（采用BIG5/GB2312）提供40種不同版本存儲密度的結構，對應指示圖的“版本信息”，版本1為21×21像素，每機一級長寬各增加4像素，最大的版本40為177×177像素。 |
對于不同版本的二維碼，容量也是不同的。理論上內容經過壓縮處理后可以存7089個數字，4296 個字母和數字混合字符，2953個8位字節數據，1817個漢字；在上面我們看到，不同的Version的QR Code是不同的矩陣，Version版本越過，也就意味著容量越大。關于容量的計算我沒有找到比較權威的算法，這里以第一版的來進行計算，第一版（21×21）的格式如下：
其中的只有黃色的是存儲數據的內容，在第一版本中只有217（21×21 - 8*9*3 -8）個存儲數據的數空間，而其中有用的數據是 217 - 1個數據結尾標志 = 216 ，在216bit?
216bit/8 = 27Byte 在版本一的QR碼中只能夠存儲27Byte的數據（要是有校驗容錯就更少了），當然在不同的容錯級別下，容量也是有變化的。
所以，version為1的QR Code大概也就能容下十幾個字符。
容錯能力
QR碼有容錯能力，QR碼圖形如果有破損，仍然可以被機器讀取內容，最高可以到7%~30%面積破損仍可被讀取。所以QR碼可以被廣泛使用在運輸外箱上。
相對而言，容錯率愈高，QR碼圖形面積愈大。所以一般折衷使用15%容錯能力。
| L水平 | 7%的字碼可被修正 |
| M水平 | 15%的字碼可被修正 |
| Q水平 | 25%的字碼可被修正 |
| H水平 | 30%的字碼可被修正 |
編碼
QR 碼支持如下的編碼：
Numeric mode?數字編碼，從 0 到9。如果需要編碼的數字的個數不是 3 的倍數，那么，最后剩下的 1 或 2 位數會被轉成 4 或 7bits，則其它的每 3 位數字會被編成 10，12，14bits，編成多長還要看二維碼的尺寸（下面有一個表 Table 3 說明了這點）
Alphanumeric mode?字符編碼。包括 0-9，大寫的A到Z（沒有小寫），以及符號$ % * + – . / : 包括空格。這些字符會映射成一個字符索引表。如下所示：（其中的 SP 是空格，Char 是字符，Value 是其索引值） 編碼的過程是把字符兩兩分組，然后轉成下表的 45 進制，然后轉成 11bits 的二進制，如果最后有一個落單的，那就轉成 6bits 的二進制。而編碼模式和字符的個數需要根據不同的 Version 尺寸編成9, 11 或 13 個二進制（如下表中 Table 3）
Byte mode, 字節編碼，可以是0-255 的 ISO-8859-1 字符。有些二維碼的掃描器可以自動檢測是否是 UTF-8 的編碼。
3、編碼過程
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
?????????? 對于字母、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，并根據糾錯等級和分塊的碼字，產生糾錯碼字，并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。對于這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：將掩摸圖形用于符號的編碼區域，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。
???????????? 一個算法，不研究了，有興趣的同學可以繼續。
??? 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。
參考：
二維碼的生成細節和原理
QR碼生成原理（一）
二維條碼
總結
以上是生活随笔為你收集整理的KING_C#学习之QRCode二维码（一）——基础知识扫盲的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
- 上一篇： springboot缓存@Cacheab
- 下一篇： Python例题（一） 输入一个正整数