二维码基础及应用--QR码进阶.ppt
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二维码基础及应用--QR码进阶.ppt
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二维码基础及应用培训-QR码进阶Inspur,纲要,二维码简介及应用QR码特点纠错编码的基本原理QR码标准QR码的编码QR码的解码,二维码简介及应用,二维条码/二维码(2-dimensionalbarcode)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;在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”、“1”比特流的概念,使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息,通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理:
它具有条码技术的一些共性:
每种码制有其特定的字符集;每个字符占有一定的宽度;具有一定的校验功能等。
同时还具有对不同行的信息自动识别功能、及处理图形旋转变化等特点。
二维条码/二维码能够在横向和纵向两个方位同时表达信息,因此能在很小的面积内表达大量的信息。
与一维条码一样,二维条码也有许多不同的编码方法,或称码制。
就这些码制的编码原理而言,通常可分为以下三种类型:
1.线性堆叠式二维码是在一维条码编码原理的基础上,将多个一维码在纵向堆叠而产生的。
典型的码制如:
Code16K、Code49、PDF417等。
2.矩阵式二维码是在一个矩形空间通过黑、白像素在矩阵中的不同分布进行编码。
典型的码制如:
Aztec、MaxiCode、QRCode、DataMatrix等。
3.邮政码通过不同长度的条进行编码,主要用于邮件编码,如:
Postnet、BPO4-State。
二维条码/二维码的特点,二维码简介及应用,1高密度编码,信息容量大:
可容纳多达1850个大写字母或2710个数字或1108个字节,或500多个汉字,比普通条码信息容量约高几十倍。
2编码范围广:
该条码可以把图片、声音、文字、签字、指纹等可以数字化的信息进行编码,用条码表示出来;可以表示多种语言文字;可表示图像数据。
3容错能力强,具有纠错功能:
这使得二维条码因穿孔、污损等引起局部损坏时,照样可以正确得到识读,损毁面积达50仍可恢复信息。
4译码可靠性高:
它比普通条码译码错误率百万分之二要低得多,误码率不超过千万分之一。
5可引入加密措施:
保密性、防伪性好。
6成本低,易制作,持久耐用。
7条码符号形状、尺寸大小比例可变。
8二维条码可以使用激光或CCD阅读器识读。
二维码简介及应用,二维条码目前应用,二维条码具有储存量大、保密性高、追踪性高、抗损性强、备援性大、成本便宜等特性,这些特性特别适用于表单、安全保密、追踪、证照、存货盘点、资料备援等方面。
表单应用:
公文表单、商业表单、进出口报单、舱单等资料之传送交换,减少人工重覆输入表单资料,避免人为错误,降低人力成本保密应用:
商业情报、经济情报、政治情报、军事情报、私人情报等机密资料之加密及传递。
追踪应用:
公文自动追踪、生产线零件自动追踪、客户服务自动追踪、邮购运送自动追踪、维修记录自动追踪、危险物品自动追踪、後勤补给自动追踪、医疗体检自动追踪、生态研究自动追踪等。
证照应用:
护照、身份证、挂号证、驾照、会员证、识别证、连锁店会员证等证照之资料登记及自动输入,发挥随到随读、立即取用的资讯管理效果。
盘点应用:
物流中心、仓储中心、联勤中心之货品及固定资产之自动盘点,发挥立即盘点、立即决策的效果。
备援应用:
文件表单的资料若不愿或不能以磁碟、光碟等电子媒体储存备援时,可利用二维条码来储存备援,携带方便,不怕折叠,保存时间长,又可影印传真,做更多备份。
二维码简介及应用,手机二维条码应用,手机扫描二维码技术简单的说是通过手机拍照功能对二维码进行扫描,快速获取到二维条码中存储的信息,进行上网、发送短信、拨号、资料交换、自动文字输入等,手机二维码目前已经被各大手机厂商使用开发。
手机二维码是二维码的一种,手机二维码不但可以印刷在报纸、杂志、广告、图书、包装以及个人名片上,用户还可以通过手机扫描二维码,或输入二维码下面的号码即可实现快速手机上网功能,并随时随地下载图文、了解企业产品信息等。
II.QR码-快速矩阵二维条码特点,QR码是由日本Denso公司于1994年9月研制的一种矩阵二维码符号,QR码除具有一维条码及其它二维条码所具有的信息容量大、可靠性高、可表示汉字及图象多种文字信息、保密防伪性强等优点外,QR码还具有如下主要特点:
普通的一维条码只能在横向位置表示大约20位的字母或数字信息,无纠错功能,使用时候需要后台数据库的支持,而QR码二维条码是横向纵向都存有信息,可以放入字母、数字、汉字、照片、指纹等大量信息,相当一个可移动的数据库。
如果用一维条码与二维条码表示同样的信息,QR二维码占用的空间只是条码111的面积。
QR码(2D符号)在横向和纵向上都包含有信息,而条码只有一个方向上包含有信息。
QR码能够包含的信息比条码多得多,QR码比其他二维码相比,具有识读速度快、数据密度大、占用空间小的优势。
QR码的三个角上有三个寻象图形,使用CCD识读设备来探测码的位置、大小、倾斜角度、并加以解码,实现360度高速识读。
每秒可以识读30个含有100个字符QR码。
QR码容量密度大,可以放入1817个汉字、7089个数字、4200个英文字母。
QR码用数据压缩方式表示汉字,仅用13bit即可表示一个汉字,比其他二维条码表示汉字的效率提高了20%。
QR具有4个等级的纠错功能,即使破损或破损也能够正确识读。
QR码抗弯曲的性能强,通过QR码中的每隔一定的间隔配置有校正图形,从码的外形来求得推测校正图形中心点与实际校正图形中心点的误差来修正各个模快的中心距离,即使将QR码贴在弯曲的物品上也能够快速识读。
QR码可以分割成16个QR码,可以一次性识读数个分割码,适应于印刷面积有限及细长空间印刷的需要。
此外微型QR码可以在1厘米的空间内放入35个数字或9个汉字或21个英文字母,适合对小型电路板对ID号码进行采集的需要。
多到7,089数字可以被编码。
II.QR码-快速矩阵二维条码特点,300个字符或数字被编进这样大小的QR码里面,同样的数据只有条码的十分之一大小,II.QR码-快速矩阵二维条码特点,超高速识读:
从QRCode码的英文名称QuickResponseCode可以看出,超高速识读特点是QRCode码区别于四一七条码、DataMatrix等二维码的主要特性。
由于在用CCD识读QRCode码时,整个QRCode码符号中信息的读取是通过QRCode码符号的位置探测图形,用硬件来实现,因此,信息识读过程所需时间很短,它具有超高速识读特点。
用CCD二维条码识读设备,每秒可识读30个含有100个字符的QRCode码符号;对于含有相同数据信息的四一七条码符号,每秒仅能识读3个符号;对于DataMartix矩阵码,每秒仅能识读23个符号。
QRCode码的超高速识读特性是它能够广泛应用于工业自动化生产线管理等领域。
全方位识读:
QRCode码具有全方位(360)识读特点,这是QRCode码优于行排式二维条码如四一七条码的另一主要特点,由于四一七条码是将一维条码符号在行排高度上的截短来实现的,因此,它很难实现全方位识读,其识读方位角仅为10.能够有效地表示中国汉字、日本汉字:
由于QRCode码用特定的数据压缩模式表示中国汉字和日本汉字,它仅用13bit可表示一个汉字,而四一七条码、DataMartix等二维码没有特定的汉字表示模式,因此仅用字节表示模式来表示汉字,在用字节模式表示汉字时,需用16bit(二个字节)表示一个汉字,因此QRCode码比其它的二维条码表示汉字的效率提高了20%。
II.QR码-快速矩阵二维条码特点,编码字符集:
1、数字型数据(数字09);2、字母数字型数据(数字09;大写字母AZ;9个其他字符:
space,$,%,*,+,-,.,/,:
);3、8位字节型数据;4、日本汉字字符;5、中国汉字字符(GB2312对应的汉字和非汉字字符)。
QR码符号的基本特性符号规格2121模块(版本1)-177177模块(版本40)(每一规格:
每边增加4个模块)数据类型与容量(指最大规格符号版本40-L级)数字数据:
7,089个字符字母数据:
4,296个字符8位字节数据:
2,953个字符中国汉字、日本汉字数据:
1,817个字符数据表示方法深色模块表示二进制“1”,浅色模块表示二进制“0”。
II.QR码-快速矩阵二维条码特点,纠错能力L级:
约可纠错7%的数据码字M级:
约可纠错15%的数据码字Q级:
约可纠错25%的数据码字H级:
约可纠错30%的数据码字,结构链接可用1-16个QRCode码符号表示一组信息掩模可以使符号中深色与浅色模块的比例接近1:
1,使因相邻模块的排列造成译码困难的可能性降为最小。
扩充解释这种方式使符号可以表示缺省字符集以外的数据(如阿拉伯字符、古斯拉夫字符、希腊字母等),以及其他解释(如用一定的压缩方式表示的数据)或者对行业特点的需要进行编码。
独立定位功能QR码QRCode可高效地表示汉字,相同内容,其尺寸小于相同密度的PDF417条码。
目前市场上的大部分条码打印机都支持QRcode条码,其专有的汉字模式更加适合我国应用。
因此,QR码在我国具有良好的应用前景。
.纠错编码的基本原理,为了方便对差错编码原理进行叙述,下面先介绍一些基本术语。
信息码元指进行差错编码前送入的原始信息编码。
监督码元指经过差错编码后在信息码元基础上增加的冗余码元。
码字(组)由信息码元和监督码元组成的,具有一定长度的编码组合。
码集不同信息码元经差错编码后形成的多个码字组成的集合。
码重码字的重量,即一个码字中“1”码的个数。
通常用W表示。
例如:
码字10011000的码重W=3,而码字00000000的码重W=0。
码距所谓码元距离就是两个码组中对应码位上码元不同的个数(也称汉明距)。
码距反映的是码组之间的差异程度,比如,00和01两组码的码距为1;011和100的码距为3。
11000与10011之间的距离d=3。
码字10011001和11110101之间的码距为4。
最小码距码集中所有码字之间码距的最小值即称为最小码距,用表示。
例如:
若码集包含的码字有10010,00011,和11000,则各码字两两之间的码距分别如下:
基本概念,10010和00011之间10010和11000之间00011和11000之间因此该码集的最小码距为2,即。
000、001、110三个码组相比较,码距有1和2两个值最小码距是码的一个重要参数,它是衡量码检错、纠错能力的依据。
.纠错编码的基本原理,.纠错编码的基本原理,基本概念,.纠错编码的基本原理,分组码,k,r,分组码一般可用(n,k)表示。
其中,k是每组二进制信息码元的数目,n是编码码组的码元总位数,又称为码组长度,简称码长。
n-k=r为每个码组中的监督码元数目。
简单地说,分组码是对每段k位长的信息组以一定的规则增加r个监督元,组成长为n的码字。
在二进制情况下,共有2k个不同的信息组,相应地可得到2k个不同的码字,称为许用码组。
其余2n-2k个码字未被选用,称为禁用码组。
如:
(7,4)(9,5),.纠错编码的基本原理,编码纠检错能力与最小码距之间的关系,数字通信系统中送入信道的信息都是“0”“1”组合的数字信号,例如:
待传送的信息是“晴”和“雨”,则只需一位数字编码就可以表示。
若用“1”表示“晴”,“0”表示“雨”。
当“0”“1”形式的信息在信道中传输时将0错成1或将1错成0时,由于发生差错后的信息编码状态是发送端可能出现的状态,因此接收端无法发现差错。
但是如果发送信息送进信道之前,在每个编码之后附加一位冗余码,变成用两位编码“11“表示”晴“,“00”表示“雨”,则在传输过程中由于干扰造成信息编码中一位码发生差错,错成“10”(或“01”)时,由于“10”或“01”都是发送端不可能出现的编码,接收端就能发现差错,但此时并不能判断出差错是第一比特还是第二比特,因此不能自动纠错许用码组00、11禁用码组10、01,.纠错编码的基本原理,编码纠检错能力与最小码距之间的关系,若继续增加冗余码位数,用“111”表示“晴”,“000”表示“雨”,当编码在传输中出现1位或2位码差错(如错成001或101等编码)时,接收端都能检测到,并能确定只有1位码差错时错误码位的位置,此时这种编码方式可以检测1位或2位差错,并能纠正单个的误码。
许用码组:
000,111禁用码组:
001010011100101110,由上例的分析可见,冗余码位数增加后,编码的抗干扰能力增强。
这主要是因为冗余码位数增加后,发送端使用的码集中,码字之间最小码距增大。
由于反映了码集中每两个码字之间的差别程度,如果越大,从一个编码错成另一个编码的可能性越小,则其检错、纠错能力也就越强。
因此最小码距是衡量差错控制编码纠、检错能力大小的标志。
.纠错编码的基本原理,检错和纠错能力,码的最小距离d0直接关系着码的检错和纠错能力;任一(n,k)分组码,若要在码字内:
(1)检测e个随机错误,则要求码的最小距离d0e+1;A0123BA0123eB,
(2)纠正t个随机错误,则要求码的最小距离d02t+1;,(3)纠正t个同时检测e个随机错误,则要求码的最小距离d0t+e+1。
(et),例如:
d0=3,或者4,或者5,检1位纠1位检出2位,纠正1位检2纠2,.纠错编码的基本原理,编码纠检错能力与最小码距之间的关系,用差错控制编码提高通信系统的可靠性,是以降低有效性为代价换来的。
我们定义编码效率R来衡量有效性:
R=k/n其中,k是信息元的个数,n为码长。
对纠错码的基本要求是:
检错和纠错能力尽量强;编码效率尽量高;编码规律尽量简单。
实际中要根据具体指标要求,保证有一定纠、检错能力和编码效率,并且易于实现。
.纠错编码的基本原理,奇偶监督码,奇偶监督码是一种最简单的差错编码又称奇偶检验码。
编码方法:
奇偶监督码是在原信息码后面附加一个监督元,使得该码字中连同监督码在内的“1”的个数为奇数(称为奇校验)或偶数(称为偶校验)。
或者说,它是含一个监督元,码重为奇数或偶数的(n,n-1)系统分组码。
例如:
对码组01101001进行偶校验的监督码位为0,对码组10100000进行奇校验的监督码为1。
设是同一码组内各位码元,是监督码元,其余码位都是信息码元,则偶校验时应满足。
.纠错编码的基本原理,奇偶监督码,接收端译码时,对各码元进行模二加运算,其结果为0(偶监督码)如果传输过程中码组任何一位发生了错误,则收到的码组不满足偶检验关系,因此就能发现错误。
偶监督码的编码规则可以用公式表示(设码组长度为n,表示为)监督码元a0的取值(0或1)可由下式决定,对于奇校验码必须保证因此式中的监督码可以用下式求出奇偶监督码的编码效率R为,.纠错编码的基本原理,在接收端按照相同的规律进行检测,若检测到与规律不符,则说明传输中有差错产生,奇偶监督码的检错能力为只能检出奇数位差错,不能检测出偶数位差错,也不能判断出差错的具体码元,故奇偶检验码只有一定检错能力而不具备纠错能力。
但利用奇偶检验码检测单个差错的效果还是令人满意的,因此在计算机数据传输及SDH传输技术中得到广泛的应用。
奇偶监督码,10100010有错11100110有错10100110不能确定,10110010,.纠错编码的基本原理,二维奇偶监督码,又称行列奇偶校验码或者水平垂直奇偶校验码,还称作方阵码,它是将若干信息码字按照每个码字一行排列成若干行,使每个码字中相同的码位均对齐在同一列中,形成矩阵形式。
然后对每一行和每一列的码元均进行奇校验或偶校验,并将校验结果附加在每一行及每一列码元之后。
方阵码不但能检测出某一行某一列所有奇数个错误,有时还能检测出某偶数个错误信息码元监督码元信息码元监督码元10110001101100011101001011010010001001110110111101101100011011001001100110011001监督码元1011000110110001适用于检测突发错误,能纠错:
码组中存在仅一行中有奇数个错误时,能够确定错码的位置。
.纠错编码的基本原理,但对于以矩阵形式出现的偶数位差错,行列奇偶校验码是检测不出来的。
此外,通过水平和垂直两个方向上的校验,它能够确定某一行或列中出现的单个差错码位置,因此行列奇偶校验码具有对单个差错的纠错能力。
二维奇偶监督码,.纠错编码的基本原理,恒比码的编码原则是从确定码长的码组中挑选那些“1”和“0”个数的比值一样的码组作为许用码组。
这种码通过计算接收码组中“1”的数目是否正确,就可检测出有无错误。
五单位数字保护电码:
码字长度为5,只选用码字中含有三个“1”和两个“0”的码字作为许用码字来表示10个阿拉伯数字1,2,9,0,这种码亦称“5中取3码”。
恒比码(等重码),中文电报编码首先将每一个单字编码为四位十进制数字,再将每一位十进制数字用二进制的五单位数字保护码表示。
通信663902071010110101101101001101101110010110111100国际电报通信中广泛采用的是“7中取3码”,可分别表示26个字母和其它的一些符号。
.纠错编码的基本原理,编码的监督位数目与信息位数目相同,监督码是信息码的重复还是反码,由信息码中1的个数而定。
例:
1011010110(重复)0011011001(反码)译码:
接收码组中信息位和监督位按位模2相加若接收码组的信息位中有奇数个1,则合成的码组为检验码组若接收码组的信息位中有偶数个1,则合成的码组的反码为检验码组,正反码,.纠错编码的基本原理,检验码组全为0,无错码有4个1,1个0则信息码组中有一位错码,其位置对应检验码组中0的位置有4个0,1个1则监督码中有一位错码,其位置对应检验码组中1的位置例:
10010(收到码组为1001010110)10110001001101100110010010111110000其他组合,错码多于一个检纠错能力:
长度为10的正反码有纠正一位错码的能力,并能检测出全部两位以下的错误,和大部分两位以上的错误。
编码效率:
5/10=1/2,正反码,.纠错编码的基本原理,正反码,发送码字为0101101011,传输中无差错,则合成码组为0101101011=00000,由于接收码字的信息位中有3个“1”,故00000就是校验码组。
若传输中发生了一位差错,接收端收到1101101011,则合成码组为1101101011=10000,由于接收的码字中信息位中有4个“1”,故校验码组为01111。
信息位的第1位错,故可将接收到的1101101011纠正为0101101011。
若传输中发生了两位错,接收端收到1101111011,则合成码组为1101111011=00000,而此时校验码组为11111,可判断出为两位或两位以上的差错。
.纠错编码的基本原理,正反码,又如,若传输中发生了四位错,接收端收到1101011010,则合成码组为1101011010=00000,而此时校验码组也为00000,查表会认为是无差错,也就是说对这种差错是漏捡了。
再如,若传输中发生了三位错,接收端收到1101011011,则合成码组为1101011011=00001,此时校验码组也为00001,查表会认为是冗余位中有一位差错,其位置对应于校验码组中“1”的位置,从而将其误纠为1101011010。
实际上,任何一种检错码,都会发生漏检的情况;而任何一种纠错码,也都会发生误纠的情况。
漏检率和误纠率都是差错控制编码的重要技术指标,当然是越小差错控制能力越强。
.纠错编码的基本原理,群计数码是将信息码元分组后,计算每组码元中1的个数,然后将这个数目的二进制表示为监督码元,一起送往发送端。
例:
一组8位的信息码元为10111001,其中1的个数为5个,于是将101作为监督码元。
这样传输的码组为10111001101收端只要检测监督码元所标示的1的各属于信息码元的1的树木是否相同来判断传输过程中有无错误。
群计数码的检错能力很强,它可以检测除1变0和0变1成对出现的错误以外的其他形式的错误。
群计数码,.QR码标准,术语和定义,校正图形(AlignmentPattern)用于确立矩阵符号位置的一个固定的参照图形,译码软件可以通过它在图象有中等程度损坏的情况下,再同步图像模块的坐标映象。
字符计数指示符(CharacterCountIndicator)定义某一模式下的数据串长度的位序列。
ECI指示符(ECIdesignator)6位数字,用于标识具体的ECI任务。
编码区域(encodingregion)在符号中没有被功能图形占用,可以对数据或纠错码字进行编码的区域。
扩充解释(ExtendedChannelInterpretation(ECI))在某些码制中,对输出数据流允许有与缺省字符集不同的解释的协议。
扩展图形(ExtensionPattern)模式1中,不表示数据的一种功能图形。
格式信息(FormatInformation)一种功能图形,它包含符号使用的纠错等级以及使用的掩模图形的信息,以便对编码区域的剩余部分进行译码。
功能图形(functionpattern)符号中用于符号定位与特征识别的特定图形。
.QR码标准,术语和定义,掩模图形参考(MaskPatternReference)用于符号中的三位掩模图形标识符。
掩模(masking)在编码区域内,用掩模图形对在城内编码区的位图进行XOR操作,其目的是使符号中深色与浅色模块数的比例均衡,并且减少影响图像快速处理的图形出现。
模式(mode)将特定的字符集表示成位串的方法。
模式指示符(ModeIndicator)4位标识符,指示随后的数据序列所用的编码模式。
填充位(PaddingBit)值为0,不表示数据,用于填充数据位流最后一个码字中终止符后面的空位。
位置探测图形(PositionDetectionPattern)组成寻象图形的三个相同的图形之一。
剩余位(RemainderBit)值为0,不表示数据,当编码区域不能正好被8位的码字填满时,用于填充最后一个码字后的空位。
剩余码字(RemainderCodeword)一种填充码字,当所有的数据码字和纠错码字不能正好填满符号的容量时,用于填充一种填充码字所空码字位置,它们紧跟在最后一个纠错码字之后。
.QR码标准,术语和定义,段(segment)以同一ECI或编码模式编码的数据序列。
分隔符(Separator)全部由浅色模块组成的功能图形,宽度为一个模块,用于将位置探测图形与符号的其余部分分开。
终止符(Terminator)用于结束表示数据位流的位图0000。
定位图形(TimingPattern)深色与浅色模块交错的图形,便于决定符号中模块的坐标。
版本(Version)用于表示符号规格的系列。
某一特定版本是根据它在所允许的规格系列中的位置来确定的。
QR码所允许规格系列为2121模块(版本1)177177模块(版本40)。
它也可同时指示符号所应用的纠错等级。
版本信息(VersionInformation)在模式2符号中,包含符号版本的信息及该数据错误纠正纠错位的功能图形。
.QR码标准,符号描述,QR码为矩阵式二维码,具有如下特征:
编码字符集数字型数据(数字09);字母数字型数据(数字09;大写字母AZ;9个其他字符:
space,$,%,*,+,-,.,/,:
);8位字节型数据(与JISX020一致的JIS8位字符集(拉丁和假名);日本汉字字符(与JISX0208转换代码表示法一致的转化JIS字符集。
注意:
在QR码中的日本汉字字符的值为:
8140HEX-9FFCHEX和E040HEXEBBFHEX,可以压缩为13位。
)中国汉
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- 二维码 基础 应用 QR 进阶