Алгоритм QR-кода

Алгоритм QR-кода

В статье изложены основополагающие характерные черты QR-кодов. Знания об их устройстве помогут освоить методику дешифрации QR-кодов без применения компьютерных технологий.
1.10.2015 / 20:49 | pomnibeslan

Как прочитать QR-код без специального приложения

 
Для наглядности и в качестве примера для чтения взят код цифры «5.
 
QR-код цифры «5»
 
Для понимания чтения закодированных данных, нужно для начала сориентироваться в способе и структуре кодирования. Независимо от стандарта двумерного кода, кодируемые данные делятся на блоки, каждый из которых дополняется заголовком, необходимым для указания режима и числа блоков. Некоторые сложные режимы используют более усложненную структуру, но ввиду того, что человеку будет крайне тяжело прочесть такой код, они рассмотрены не будут.
 
Для корректировки ошибок в QR-кодировании используются коды Рида-Соломона (RS), записываемые после всей остальной информации. Нередко RS-коды занимают наибольшую часть самого QR-кода, делая проще чтение матрицы кода. «Перемешивание» информации содержащей RS-коды происходит согласно одному из 8 алгоритмов. После «перемешивания» коды записывают в специальную последовательность на картинку-шаблон. Туда же записывают данные необходимые устройствам дешифрации.
 
Порядок чтения из QR-матрицы:
  1. перевод формата данных в биты;
  2. наложение маски;
  3. извлечение данных;
  4. декодирование;
 
Области детектирования
 
Полезная для чтения информация делится на два типа:
  • системная информация;
  • данные;
Области детектирования не содержат ни той, ни другой, но помогают понять версию кода, обуславливающую вместимость QR-матрицы. Чем ниже версия – тем проще код. 
 
Системная информация
 
Для снижения появления ошибок системную информацию дублируют. Всего ее размер составляет 15 бит, только 5 из которых несут в себе пользу. Оставшиеся 10 бит это так называемый BCH код – используемый для корректировки ошибок. 
 

Чтение информации по матрице QR-кода

 
Чтение QR-кода происходит в несколько этапов, на каждом из которых выполняются определенные действия:
 
1 этап. Прочтение системной информации
 
Для этого понадобится лишь первая пятерка бит. 2 бита – показатели коррекционного уровня, оставшиеся определяют применяемую маску.
 
5 бит системной информации
 
Для данной матрицы первая пятерка бит представляет собой последовательность 10110
 
2 этап. Применение маски
 
К последовательности применяется статическая маска, первая пятерка бит которой выглядит как 10101. Затем проводится операция xor (исключающее или). В результате полученная информация будет 00011.
Первые два значения (00) – это уровни коррекции ошибок. У данной матрицы уровень M, что соответствует возможности корректировки ошибок - 15%.
Последние три значения (011) соответствуют типам применяемых масок. (011) соответствует (i+j) mod3 = 0. 
 
3 этап. Чтение заголовка
 
В заголовке, который состоит из 4 бит содержатся данные о режиме. Читают «змейкой», начиная с правого нижнего угла и двигаясь справа налево, снизу вверх.
 
Расположение заголовка данных
 
Возможные режимы QR-кода:
  • 0110 – ECI;
  • 0001 – числовые;
  • 0010 – число-буквенные;
  • 0100 – 8-битные или инача байтные;
  • 1000 – Kanji;
  • 0011 – структурированное дополнение;
  • 0101 и 1001 – FNC1 (1 и 2 позиция соответственно).
4 этап. Накладывание макски на заголовок
 
К извлеченным 4 режимным битам применяется маска, определенная во втором этапе. Если выражение описывающее маску TRUE (т.е. вернно) бит должен быть инвертирован, в противном случае с ним ничего не делается. Начало масочных координат будет находиться вверху слева (0,0). 
 
Маска для QR-матрицы
 
После применения маски будет получен режим.
 
Индикатор режима
 
Индикатор режима для рассматриваемого QR-кода будет представлен последовательностью (0111). Применив к нему соответствующую маску, получим режим (0001) – числовой.
 
5 этап. Чтение данных
 
Наиболее простой для чтения считается числовая и буквенно-числовая информация. Режим зависит от версии кода. От его типа так же зависит число пакетов данных. С 1 по 9 версию, блочная длина для числового режима может составлять 10 бит или 4 бита.
 
Первые 10 бит, следующие за первым блоком указателя режима, содержат информацию о числе символов в коде. 
 
Считанные данные из заголовка выглядят как: 00 01 10 00 00 11 01 01 10 00. 
 
Применив к ним маску соответствующей длины 00 01 10 00 01 10 00 01 10 00, получим последовательность: 00 00 00 00 01 01 01 00 00 00. 
 
Первые 10 бит полученной последовательности (00 00 00 00 01) – это и есть 1 пакет. Биты (01 01) представляют собой число «5». 
 
Числовой режим может использовать как 10 так и 4 битные блоки, если нет нужды в большем чем 4 бита объеме. Это сделано специально, для экономии места. 
 
Вывод: прочесть QR-код без использования телефона и специального приложения, несмотря на гораздо большее потраченное время можно. Конечно, качество и скорость будут отличаться от программного, но в случае крайней необходимости можно проделать большинство операций вручную.
 
Читать дальше:
 

Возможности QR кода

Основные возможности и структура QR-кода, необходимые для корректного шифрования и дешифрирования QR-изображений.

QR кодирование поэтапно

Чтобы самостоятельно закодировать в QR код информацию, нужно, прежде всего, знать алгоритм и этапы преобразования, о которых мы и расскажем в этой статье.
 

Добавить комментарий

9 + 7 =
Решите эту простую математическую задачу и введите результат. Например, для 1+3, введите 4.