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解析常見的二維碼

時間:2020-05-13  分享到:

常見的二維碼上為啥三個角上有方塊這是三個定位點,圖形旋轉(zhuǎn)也不影響識別

要了解二維碼的原理,我們先要來好好認識一下它。現(xiàn)在最常見的二維碼是QR二維碼(QR是一種碼制),我們便以它為例。

我們看一個二維碼,最先看到的當然是幾何圖形。這些圖形中,藏了不少重要的“部件”。南京郵電大學計算機學院副教授黃海平為我們做了詳細分析(下圖)。

首先,QR二維碼的三個“角”上有三個方塊,可別小瞧這方塊,它叫位置探測圖形。有了這三個點,不管是從哪個方向讀取二維碼,信息都可以被識別。即使將二維碼圖形旋轉(zhuǎn),也可以識別。也許你會問,為什么不是四個角上都有方塊呢?事實上,是可以設更多的點,但幾何知識告訴我們,3點就可以確定一個平面,節(jié)省出的一個角可以嵌入更多信息。

另外,二維碼上還有一些圖形混雜在幾何圖形中,是肉眼看不出來的,比如定位圖形和分隔符。定位圖形就是圖中連接三個位置探測圖形之間的兩根“線”,它的作用是決定二維碼符號中模塊的坐標,而分隔符的作用是將位置探測圖形與符號的其余部分分開。也就是說,通過掃描能讀取的數(shù)據(jù)信息在二維碼中的位置是由定位圖形和分隔符決定的。

還有兩個圖形肉眼也難以發(fā)現(xiàn),位于左下角位置探測圖形上面的是“版本信息”,每個二維碼都有一個版本號,我們常說的V1.0、V2.0就是版本;包圍在三個位置探測圖形周邊的則是“格式信息”,這指的是這個二維碼采用的編碼格式。

二維碼為什么是黑白相間的黑色表示二進制的“1”,白色表示二進制的“0”

“我們之所以對二維碼進行掃描能讀出那么多信息,就是因為這些信息被編入了二維碼之中。”黃海平說,“制作二維碼輸入的信息可以分成三類,文本信息,比如名片信息;字符信息,比如網(wǎng)址、電話號碼;還有圖片信息,甚至還可以包括簡短的視頻?!?/span>

數(shù)據(jù)信息是怎么被編入的呢?信息輸入后,首先要選擇一種信息編碼的碼制?,F(xiàn)在常見的二維碼都是以QR碼作為編碼的碼制。

QR碼是矩陣式二維碼,它是在一個矩形空間內(nèi),通過黑、白像素在矩陣中的不同分布,來進行編碼的。我們知道電腦使用二進制(0和1)數(shù)來貯存和處理數(shù)據(jù),而在二維碼中,用黑白矩形表示二進制數(shù)據(jù)我們?nèi)庋勰芸吹降暮谏硎镜氖嵌M制“1”,白色表示二進制的“0”,黑白的排列組合確定了矩陣式二維條碼的內(nèi)容,以便于計算機對二維碼符號進行編碼和分析。

為了讓我們更形象地了解,黃海平對信息“bcde”進行了QR編碼(同時為了防泄露置入了密鑰“a”,這是為了保護信息),這樣經(jīng)過編碼,就出現(xiàn)了一個全部由0和1組成矩形的排列。由這個信息又生成了二維碼。

至于數(shù)據(jù)信息到底在黑白相間的矩形中的什么位置,非專業(yè)人士是無法知曉的,“這都是后臺的工作了,QR碼有自動的規(guī)則,將信息安排在二維碼相應的位置?!秉S海平說。

和數(shù)據(jù)信息混在一起編入二維碼的還有糾錯碼信息。這是因為當我們對二維碼進行掃描時,不能保證掃的每一位信息都正確,這就需要依賴糾錯碼信息了。

此外,二維碼中還藏著非常重要的校正圖形。當二維碼遭到污染或者破壞時,校正圖形保證了沒有被破壞的信息仍然可以被識別。也就是說,我們掃描讀出的信息在二維碼中備份了很多份。“即使二維碼的損毀面積高達50%,信息仍然可以讀取?!边@也就是我們對著一個二維碼掃描時,不需要只掃描整個圖形,而只對著圖形的某一個部分,就可能成功獲取信息的原因。不信你可以試試!

說到這里,掃描二維碼為什么能讀取信息就好理解了。“在我們用光電掃描器或者手機智能終端的掃描軟件進行掃描時,其實是一個解碼的過程,解碼恰恰是編碼的逆過程。具體說來,是位置探測圖形定位二維碼的區(qū)域,根據(jù)二維碼的編碼格式信息和糾錯碼,對數(shù)據(jù)進行解讀。如果編碼時經(jīng)過加密處理,解碼時則需要加密時的密鑰信息?!?/span>

也許你有個疑問,此前條形碼在生活里也已經(jīng)有諸多應用,比如超市貨架上的東西都有條形碼,二維碼相比條形碼有什么優(yōu)點呢?

黃海平說,條形碼是一維的,而二維碼是采用縱橫向編碼的,儲存的信息量就大很多。有數(shù)據(jù)顯示,最多可記錄1850個大寫字母,2710個數(shù)字或500多個漢字。另外,二維碼的空間利用率高;二維碼除了常見的OR碼,還可以用其他碼制進行編碼。還有,前面說到的糾錯能力和校正能力,以及加密功能,都是二維碼的優(yōu)勢。

為什么掃二維碼的一部分也能看到信息,校正圖形藏在二維碼中,有多個數(shù)據(jù)信息備份。

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