一、什么是QR碼

QR碼屬于矩陣式二維碼中的一個種類，由DENSO(日本電裝)公司開發(fā)，由JIS和ISO將其標準化。QR碼的樣子其實在很多場合已經(jīng)能夠被看到了，我這還是貼個圖展示一下：

二、QR碼的特點

說到QR碼的特點，一是高速讀取(QR就是取自“Quick Response”的首字母)，對讀取速度的體驗源自于我手機上的一個軟件，象上面貼出的碼圖，通過攝像頭從拍攝到解碼到顯示內(nèi)容也就三秒左右，對攝像的角度也沒有什么要求；

二是高容量、高密度；理論上內(nèi)容經(jīng)過壓縮處理后可以存7089個數(shù)字，4296 個字母和數(shù)字混合字符，2953個8位字節(jié)數(shù)據(jù)，1817個漢字；

三是支持糾錯處理；糾錯處理相對復(fù)雜，目前我還沒有深入了解，按照QR碼的標準文檔說明，QR碼的糾錯分為4個級別，分別是：

·         level L : 最大 7% 的錯誤能夠被糾正；

·         level M : 最大 15% 的錯誤能夠被糾正；

·         level Q : 最大 25% 的錯誤能夠被糾正；

·         level H : 最大 30% 的錯誤能夠被糾正；

四是結(jié)構(gòu)化；看似無規(guī)則的圖形，其實對區(qū)域有嚴格的定義，下圖就是一個模式2、版本1的QR圖結(jié)構(gòu)(關(guān)于QR碼的"模式"、"版本"將在后面進行介紹)：

在上圖21*21的矩陣中，黑白的區(qū)域在QR碼規(guī)范中被指定為固定的位置，稱為尋像圖形（finder pattern） 和 定位圖形(timing pattern)。尋像圖形和定位圖形用來幫助解碼程序確定圖形中具體符號的坐標。

黃色的區(qū)域用來保存被編碼的數(shù)據(jù)內(nèi)容以及糾錯信息碼。

藍色的區(qū)域，用來標識糾錯的級別（也就是Level L到Level H)和所謂的"Mask pattern",這個區(qū)域被稱為“格式化信息”（format information）。

五是擴展能力。QR碼的Structure Append特點，使一個QR碼可以分解成多個QR碼，反之，也可以將多個QR碼的數(shù)據(jù)組合到一個QR碼中來

三、QR碼的模式和版本

前面提到過QR碼的模式（Model）和版本（Version)。QR碼分為Model1和Model2兩種模式，Model1是對QR的初始定義，Model2是對Model1的擴展，目前使用較為普遍的是Model2，本文的所有說明也僅用于Model2。

QR圖的大小(size)被定義為版本（Version)，版本號從1到40。版本1就是一個21*21的矩陣，每增加一個版本號，矩陣的大小就增 加4個模塊(Module)，因此，版本40就是一個177*177的矩陣。（版本越高，意味著存儲的內(nèi)容越多，糾錯能力也越強）。

三、QR碼支持的編碼內(nèi)容

QR碼支持編碼的內(nèi)容包括純數(shù)字、數(shù)字和字符混合編碼、8位字節(jié)碼和包含漢字在內(nèi)的多字節(jié)字符。其中：

數(shù)字：每三個為一組壓縮成10bit。

字母數(shù)字混合:每兩個為一組，壓縮成11bit。                                 

8bit字節(jié)數(shù)據(jù)：無壓縮直接保存。

多字節(jié)字符：每一個字符被壓縮成13bit。

QR碼編碼原理二（編碼）

編碼就是把常見的數(shù)字、字符等轉(zhuǎn)換成QR碼的方法。說具體的編碼之前，先說一下QR碼的最大容量問題。

一、最大容量

QR碼的最大容量取決于選擇的版本、糾錯級別和編碼模式（Mode:數(shù)字、字符、多字節(jié)字符等）。以版本1、糾錯級別為Level Q的QR碼為例，可以存儲27個純數(shù)字，或17個字母數(shù)字混合字符或11個8bit字節(jié)數(shù)據(jù)。如果要存儲同樣多的內(nèi)容同時提高糾錯級別，則需要采用更高的 版本。版本1~9 數(shù)據(jù)容量、糾錯碼容量對照如下表：

如果要了解更詳細的QR碼容量信息，可以到電裝的網(wǎng)站去看看http://www.denso-wave.com/qrcode/vertable1-e.html。

下面，就舉例說明將“ABCDE123”轉(zhuǎn)換成為版本1、Level H的QR碼轉(zhuǎn)換方法。

二、模式標識符(Mode Indicator)

QR碼的模式（Mode)就是前文提到的數(shù)字、字符、8bit 字節(jié)碼、多字節(jié)碼等。對于不同的模式，都有對應(yīng)的模式標識符（Mode Indicator)來幫助解碼程序進行匹配,模式標識符是4bit的二進制數(shù)：

1、數(shù)字模式（numeric mode ）: 0001
2、混合字符模式（alphanumeric mode） : 0010
3、8bit byte mode: 0100
4、日本漢字（KANJI mode） : 1000

5、中國漢字(GB2312):1101

由于示例文本串是混合字符，因此將選擇alphanumeric mode，其標識碼為：0010

三、文本串計數(shù)標識符（Character count indicator)

文本串計數(shù)標識符用來存儲源內(nèi)容字符串的長度，在版本1-9的QR碼中，文本串長度標識符自身的長度被定義為：
數(shù)字 : 10bit 
混合字符 : 9bit
8bit 字節(jié)碼 : 8bit
多字節(jié)碼 : 8bit

在本例中，源文本串的長度為8個字符，混合字符的長度為9bit，因此將字符個數(shù)8編碼為9位二進制表示：000001000

加上混合字符模式標識碼，總的編碼為0010 000001000

四、數(shù)據(jù)內(nèi)容編碼

 1、數(shù)字模式下的編碼

在數(shù)字模式下，數(shù)據(jù)被限制為3個數(shù)字一段，分成若干段。如："123456" 將分成"123" 和 "456"，分別被編碼成10bit的二進制數(shù)。“123”的10bit二進制表示法為：0001111011，實際上就是二進制的123。

當數(shù)據(jù)的長度不足3個數(shù)字時，如果只有1個數(shù)字則用4bit，如果有2個數(shù)字就用7個bit來表示。
如："9876"被分成"987"和"6"兩段，因此被表示為"1111011011 0110"。

2、混合字符模式下的編碼

混合字符模式編碼，其字符對照表如下：

編碼方式為：

源碼被分成兩個字符一段，如下所示，每段的第一個字符乘上45，再用第二個數(shù)字相加。因此每段變成了11bit的2進制碼，如果字符個數(shù)只有1個，則用6bit表示。

示例： 

3、8bit字節(jié)數(shù)據(jù)不經(jīng)編碼轉(zhuǎn)換直接保存。

五、編碼終止符(Terminator)

如果編碼后的字符長度不足當前版本和糾錯級別所存儲的容量，則在后續(xù)補"0000",如果容量已滿則無需添加終止符。此時得到的編碼串為：

0010 000001000 00111001101 01000101001 01001110111 00001011101 0000
六、編成8bit碼字(Code words)

將以上的編碼再按8bit一組，形成碼字(code words):

 00100000 01000001 11001101 01000101 00101001 11011100 00101110 10000
如果尾部數(shù)據(jù)不足8bit,則在尾部充0:

00100000 01000001 11001101 01000101 00101001 11011100 00101110 10000000
如果編碼后的數(shù)據(jù)不足版本及糾錯級別的最大容量，則在尾部補充 "11101100" 和 "00010001",直到全部填滿。最后，版本1、Level H下的"ABCDE123" 的QR碼是：

00100000 01000001 11001101 01000101 00101001 11011100 00101110 10000000 11101100

十進制表示法為：

32 65 205 69 41 220 46 128 236

QR碼編碼原理三（日本漢字和中文編碼）

一、日本漢字(KANJI)是兩個字節(jié)表示的字符碼，編碼的方式是將其轉(zhuǎn)換為13字節(jié)的二進制碼制。

轉(zhuǎn)換步驟為：

1、對于JIS值為8140(hex) 到9FFC(hex)之間字符：

a)將待轉(zhuǎn)換的JIS值減去8140(hex)；

b)將高位字節(jié)乘以C0(hex);

c）將b)步驟生成的數(shù)據(jù)加上低位字節(jié);

d)將結(jié)果轉(zhuǎn)換為13位二進制串。

2、對于JIS值為E040(hex)到EBBF(hex)之間的字符：

a)將待轉(zhuǎn)換的JIS值減去C140(hex);

b)將高位字節(jié)乘以C0(hex);

c)將b)步驟生成的數(shù)據(jù)加上低位字節(jié);

d)將結(jié)果轉(zhuǎn)換為13位二進制串。

二、中文漢字的與日文漢字轉(zhuǎn)換步驟相似：

1、對于第一字節(jié)為0xA1~0xAA之間,第二字節(jié)在0xA1~0xFE之間字符：

a)第一字節(jié)減去0xA1；

b)上一步結(jié)果乘以0x60;

c）第二字節(jié)減去0xA1;

d)將b)步驟的結(jié)果加上c步驟的結(jié)果;

e)將結(jié)果轉(zhuǎn)換為13位二進制串。

1、對于第一字節(jié)為0xB0~0xFA之間,第二字節(jié)在0xA1~0xFE之間字符：

a)第一字節(jié)減去0xA6；

b)上一步結(jié)果乘以0x60;

c）第二字節(jié)減去0xA1;

d)將b)步驟的結(jié)果加上c步驟的結(jié)果;

e)將結(jié)果轉(zhuǎn)換為13位二進制串。