PDF《二维码的图案原理解析》

金卡工程 随着苹果手机的研发及安卓系统的 市场铺张式的发展, 使得二维码, 这个不 起眼的黑白相间的小方块,正在悄然改 变着我们的生活方式.

当你频繁和它照面的时候,你有没 有过这样的好奇:为什么用手机扫一下 就会看到一个 "花花世界" ?二维码的颜 色为什么是黑白相间的呢?这些不规则 几何图形中究竟藏着怎样的 "秘密" ? 常见的二维码上为啥三个角上有方块 这是三个定位点,图形旋转也不影 响识别. 要了解二维码的原理,我们先要来 好好认识一下它.现在最常见的二维码 是OR 二维码 (OR 是一种码制 ) , 我们便 以它为例. 我们看一个二维码,最先看到的当 然是几何图形. 这些图形中, 藏了不少重 要的 "部件" . 首先, OR 二维码的三个 "角" 上有三 个方块, 可别小瞧这方块, 它叫位置探测 图形. 有了这三个点, 不管是从哪个方向 读取二维码, 信息都可以被识别. 即使将 二维码图形旋转, 也可以识别. 也许你会 问, 为什么不是四个角上都有方块呢? 事 实上, 是可以设更多的点, 但几何知识告 诉我们,

3 点就可以确定一个平面,节省 出的一个角可以嵌入更多信息. 另外,二维码上还有一些图形混杂 在几何图形中, 是肉眼看不出来的, 比如 定位图形和分隔符.定位图形就是图中 连接三个位置探测图形之间的两根 "线" ,它的作用是决定二维码符号中模 块的坐标,而分隔符的作用是将位置探 测图形与符号的其余部分分开.也就是 说,通过扫描能读取的数据信息在二维 码中的位置是由定位图形和分隔符决定 的. 还有两个图形肉眼也难以发现, 位 于左下角位置探测图形上面的是"版本 信息" ,每个二维码都有一个版本号, 我 们常说的 V1.

0、 V2.0 就是版本;

包围在三 个位置探测图形周边的则是"格式信 息" , 这指的是这个二维码采用的编码格 式. 二维码为什么是黑白相间的 黑色表示二进制的 "1" , 白色表示二 进制的 "0" 我们之所以对二维码进行扫描能读 出那么多信息,就是因为这些信息被编 入了二维码之中.制作二维码输入的信 息可以分成三类, 文本信息, 比如名片信 息;

字符信息, 比如网址、 电话号码;

还有 图片信息, 甚至还可以包括简短的视频. 数据信息是怎么被编入的呢?信息 输入后,首先要选择一种信息编码的码 制.现在常见的二维码都是以 QR 码作 为编码的码制. QR 码是矩阵式二维码, 它是在一个 矩形空间内, 通过黑、 白像素在矩阵中的 不同分布, 来进行编码的. 我们知道电脑 使用二进制 (0 和1)数来贮存和处理数 据, 而在二维码中, 用黑白矩形表示二进 制数据我们肉眼能看到的黑色表示的是 二进制 "1" , 白色表示二进制的 "0" , 黑白 的排列组合确定了矩阵式二维条码的内 容,以便于计算机对二维码符号进行编 码和分析. 至于数据信息到底在黑白相间的矩 形中的什么位置,非专业人士是无法知 晓的,这都是后台的工作了, QR 码有自 动的规则,将信息安排在二维码相应的 位置. 和数据信息混在一起编入二维码的 还有纠错码信息.这是因为当我们对二 维码进行扫描时,不能保证扫的每一位 信息都正确,这就需要依赖纠错码信息 了. 此外,二维码中还藏着非常重要的 校正图形.当二维码遭到污染或者破坏 二维码的图案原理解析 技术推介52 时,校正图形保证了没有被破坏的信息 仍然可以被识别. 也就是说, 我们扫描读 出的信息在二维码中备份了很多份.即 使二维码的损毁面积高达 50%,信息仍 然可以读取.这也就是我们对着一个二 维码扫描时, 不需要只扫描整个图形, 而 只对着图形的某一个部分,就可能成功 获取信息的原因.不信你可以试试! 说到这里,扫描二维码为什么能读 取信息就好理解了.在我们用光电扫描 器或者手机智能终端的扫描软件进行扫 描时, 其实是一个解码的过程, 解码恰恰 是编码的逆过程. 具体说来, 是位置探测 图形定位二维码的区域,根据二维码的 编码格式信息和纠错码,对数据进行解 读. 如果编码时经过加密处理, 解码时则 需要加密时的密钥信息. 也许你有个疑问,此前条形码在生 活里也已经有诸多应用,比如超市货架 上的东西都有条形码,二维码相比条形 码有什么优点呢? 条形码是一维的, 而二 维码是采用纵横向编码的,储存的信息 量就大很多.有数据显示,最多可记录

1850 个大写字母,

2710 个数字或

500 多 个汉字.另外, 二维码的空间利用率高;

二维码除了常见的 OR 码,还可以用其 他码制进行编码. 还有, 前面说到的纠错 能力和校正能力, 以及加密功能, 都是二 维码的优势. 为什么扫二维码的一部分也能看到 信息? 那是因为校正图形藏在二维码中, 具有多个数据信息备份, 所以, 我们扫描 一部分二维码也能显示出全部的信息 来.金 物联网 SIM 卡变业务承载体 在通信场景中, SIM 卡相当于用户 的"身份证" ,在物联网中, SIM 不仅是 "身份证" , 同时还是业务承载体. 但物联 网的工作场景要比传统通信场景复杂很 多,传统的营业厅 SIM 安装工艺及开卡 流程难以满足物联网的要求.比如汽车 车载设备的 SIM 卡长期处在震动颠簸环 境,一些监控设备的传感器常年在露天 和多种恶劣环境下, 时间一长, SIM 卡芯 片表面会氧化、 腐蚀和接触不良, 严重影 响使用效果和寿命.因此,物联网中的 SIM 卡通常采用内嵌的方式加载在设备 中. 那么, 如何满足业务要求随时随地开 卡、 读卡就是随之而来的问题.比如: 用 户购买了一批空气质量监测器,不能再 像传统通信业务一样把 SIM 卡拔下来到 运营商营业厅读写信息开通业务,只能 通过远程读写信息完成业务开通,很多 情况下还得按照用户需求自助开通关闭 业务. 目前,比较通用的开卡技术是通过 短信的方式远程对物联网设备中的 SIM 卡进行操作.但短信开卡技术有着不少 弊端, 如: 占用语音通道, 如果大规模同 时启用业务势必对现有公众语音通信产 生影响;

信息传输的单向性决定了难以 在用户与业务运营商间形成良好的互 动,难以满足 SIM 卡的多业务承载和用 户自助开关业务的需求;

网络覆盖不到 或者网络质量不好的地方容易产生数据 技术推介53