二维码的生成细节和原理

roger

　　二维码又称QR Code，QR全称Quick Response，是一个近几年来移动设备上超流行的一种编码方式，它比传统的Bar Code条形码能存更多的信息，也能表示更多的数据类型：比如：字符，数字，日文，中文等等。这两天学习了一下二维码图片生成的相关细节，觉得这个玩意就是一个密码算法，在此写一这篇文章 ，揭露一下。供好学的人一同学习之。
　　关于QR Code Specification，可参看这个PDF：http://raidenii.net/files/datasheets/misc/qr_code.pdf
　　目录

• 基础知识
  
  • 定位图案
  • 功能性数据
  • 数据码和纠错码
    
• 数据编码
  
  • 示例一：数字编码
  • 示例二：字符编码
    
• 结束符和补齐符
  
  • 按8bits重排
  • 补齐码（Padding Bytes）
    
• 纠错码
• 最终编码
  
  • 穿插放置
  • Remainder Bits
    
• 画二维码图
  
  • Position Detection Pattern
  • Alignment Pattern
  • Timing Pattern
  • Format Information
  • Version Information
  • 数据和数据纠错码
  • 掩码图案
    

基础知识　　首先，我们先说一下二维码一共有40个尺寸。官方叫版本Version。Version 1是21 x 21的矩阵，Version 2是 25 x 25的矩阵，Version 3是29的尺寸，每增加一个version，就会增加4的尺寸，公式是：(V-1)*4 + 21（V是版本号） 最高Version 40，(40-1)*4+21 = 177，所以最高是177 x 177 的正方形。
　　下面我们看看一个二维码的样例：

二维码的生成细节和原理

Alignment Pattern　　然后，再把Alignment图案画上（无论Version如何，这个图案的尺寸就是这么大）

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　　关于Alignment的位置，可以查看QR Code Spec的第81页的Table-E.1的定义表（下表是不完全表格）

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Timing Pattern　　接下来是Timing Pattern的线（这个不用多说了）
　　

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Format Information　　再接下来是Formation Information，下图中的蓝色部分。

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　　关于Mask图案如后面的Table 23所示。
Version Information　　再接下来是Version Information（版本7以后需要这个编码），下图中的蓝色部分。

二维码的生成细节和原理

掩码图案　　这样下来，我们的图就填好了，但是，也许那些点并不均衡，如果出现大面积的空白或黑块，会告诉我们扫描识别的困难。所以，我们还要做Masking操作（靠，还嫌不复杂）QR的Spec中说了，QR有8个Mask你可以使用，如下所示：其中，各个mask的公式在各个图下面。所谓mask，说白了，就是和上面生成的图做XOR操作。Mask只会和数据区进行XOR，不会影响功能区。（注：选择一个合适的Mask也是有算法的）

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