解析常見的二維碼

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(rèn)識一下它?，F(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(dāng)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(xué)計算機學(xué)院副教授黃海平為我們做了詳細(xì)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(shè)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(biāo)，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(jìn)制的“1”，白色表示二進(jìn)制的“0”

“我們之所以對二維碼進(jìn)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?！秉S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(jìn)行編碼的。我們知道電腦使用二進(jìn)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(jìn)制數(shù)據(jù)我們?nèi)庋勰芸吹降暮谏硎镜氖嵌M(jìn)制“1”，白色表示二進(jìn)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(jìn)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(jìn)行了QR編碼(同時為了防泄露置入了密鑰“a”，這是為了保護(hù)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(yīng)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(dāng)我們對二維碼進(jìn)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(dāng)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(dá)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(jìn)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(jìn)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(yīng)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(jìn)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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