二维码的生成细节和原理

大佬教程收集整理的这篇文章主要介绍了二维码的生成细节和原理，大佬教程大佬觉得挺不错的，现在分享给大家，也给大家做个参考。

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。
@H_618_2@

关于QR Code Specification，可参看这个pdf：http://raidenii.net/files/datasheets/misc/qr_code.pdf
@H_618_2@

基础知识@H_301_8@

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。@H_301_8@

下面我们看看一个二维码的样例：@H_301_8@

@H_618_2@@H_618_2@@H_618_2@

定位图案@H_301_8@

position Detection Pattern是定位图案@H_301_8@，用于标记二维码的矩形大小。这三个定位图案有白边叫Separators for Postion Detection Patterns。之所以三个而不是四个意思就是三个就可以标识一个矩形了。

Timing Patterns也是用于定位的@H_301_8@。原因是二维码有40种尺寸，尺寸过大了后需要有根标准线，不然扫描的时候可能会扫歪了。

Alignment Patterns 只有Version 2以上（包括Version2）的二维码需要这个东东，同样是为了定位用的。
@H_301_8@

功能性数据
@H_618_2@

Format information @H_301_8@存在于所有的尺寸中，用于存放一些格式化数据的。

Version information 在 >= Version 7以上，需要预留两块3 x 6的区域存放一些版本信息。
@H_301_8@

数据码和纠错码
@H_618_2@

除了上述的那些地方，剩下的地方存放 Data Code 数据码 和 Error Correction Code 纠错码。
@H_618_2@

数据编码
@H_618_2@

我们先来说说数据编码。QR码支持如下的编码：@H_618_2@

Numeric mode @H_301_8@数字编码，从0到9。如果需要编码的数字的个数不是3的倍数，那么，最后剩下的1或2位数会被转成4或7bits，则其它的每3位数字会被编成 10，12，14bits，编成多长还要看二维码的尺寸（下面有一个表table 3说明了这点）

Alphanumeric mode @H_301_8@字符编码。包括 0-9，大写的A到Z（没有小写），以及符号$ % * + C . / : 包括空格。这些字符会映射成一个字符索引表。如下所示：（其中的SP是空格，Char是字符，Value是其索引值） 编码的过程是把字符两两分组，然后转成下表的45进制，然后转成11bits的二进制，如果最后有一个落单的，那就转成6bits的二进制。而编码模式和字符的个数需要根据不同的Version尺寸编成9,11或13个二进制（如下表中table 3）

@H_618_2@@H_618_2@@H_618_2@

 Byte mode,字节编码，可以是0-255的ISO-8859-1字符。有些二维码的扫描器可以自动检测是否是UTF-8的编码。@H_301_8@

Kanji mode 这是日文编码，也是双字节编码。同样，也可以用于中文编码。日文和汉字的编码会减去一个值。@H_301_8@如：在0X8140 to 0X9FFC中的字符会减去8140，在0XE040到0XEBBF中的字符要减去0XC140，然后把结果前两个16进制位拿出来乘以0XC0，然后再加上后两个16进制位，最后转成13bit的编码。

如下图示例：@H_301_8@

@H_618_2@@H_618_2@@H_618_2@

Extended ChAnnel Interpretation (ECI) mode 主要用于特殊的字符集@H_301_8@。并不是所有的扫描器都支持这种编码。

Structured Append mode @H_301_8@用于混合编码，也就是说，这个二维码中包含了多种编码格式。

FNC1 mode @H_301_8@这种编码方式主要是给一些特殊的工业或行业用的。比如GS1条形码之类的。

简单起见，后面三种不会在本文 中讨论。@H_618_2@

下面两张表中，@H_618_2@

table 2 是各个编码格式的“编号”，这个东西要写在Format information中。注：中文是1101
@H_618_2@

table 3 表示了，不@R_505_11197@（尺寸）的二维码，对于，数字，字符，字节和Kanji模式下，对于单个编码的2进制的位数。（在二维码的规格说明书中，有各种各样的编码规范表，后面还会提到）@H_618_2@

@H_618_2@@H_618_2@@H_618_2@

 下面我们看几个示例，@H_618_2@

 示例一：数字编码@H_301_8@

 在Version 1的尺寸下，纠错级别为H的情况下，编码： 01234567@H_618_2@

1. 把上述数字分成三组: 012 345 67@H_618_2@

2. 把他们转成二进制:  012 转成 0000001100；  345 转成 0101011001；  67 转成 1000011。@H_618_2@

3. 把这三个二进制串起来: 0000001100 0101011001 1000011@H_618_2@

4. 把数字的个数转成二进制 (version 1-H是10 bits ): 8个数字的二进制是 0000001000@H_618_2@

5. 把数字编码的标志0001和第4步的编码加到前面:  0001 0000001000 0000001100 0101011001 1000011
@H_618_2@

 示例二：字符编码@H_301_8@

 在Version 1的尺寸下，纠错级别为H的情况下，编码: AC-42@H_618_2@

1. 从字符索引表中找到 AC-42 这五个字条的索引 (10,12,41,4,2)@H_618_2@

2. 两两分组: (10,12) (41,4) (2)@H_618_2@

3.把每一组转成11bits的二进制:@H_618_2@

(10,12) 10*45+12 等于 462 转成 00111001110
(41,4) 41*45+4 等于 1849 转成 11100111001
(2) 等于 2 转成 000010@H_618_2@

4. 把这些二进制连接起来：00111001110 11100111001 000010@H_618_2@

5. 把字符的个数转成二进制 (Version 1-H为9 bits ): 5个字符，5转成 000000101@H_618_2@

6. 在头上加上编码标识 0010 和第5步的个数编码:  0010 000000101 00111001110 11100111001 000010
@H_618_2@

 结束符和补齐符@H_301_8@

假如我们有个HelLO WORLD的字符串要编码，根据上面的示例二，我们可以得到下面的编码，@H_618_2@