код маски и уровня коррекции в qr коде

Общая информация

Несмотря на то, что QR коды изначально использовались для учета деталей в машиностроении, сейчас они используются более широко, как для коммерческих систем учета, так и для быстрой доставки информации пользователям мобильных телефонов. QR коды могут хранить контактную информацию, текст, платежные реквизиты, телефонные номера, адреса e-mail и гипертекстовые ссылки. При этом QR-код может быть напечатан в журнале, на постере в метро, на визитной карточке, на платежном документе, да и вообще практически на чем угодно. Пользователи с телефоном, оснащенным камерой и с соответствующим программным обеспечением могут сосканировать QR-код, при этом откроется закодированная в QR гиперссылка, или закодированный контакт добавится в адресную книгу. И наоборот, QR-код может быть отправлен пользователю на мобильный телефон и предъявлен для считывания прямо с его экрана.

Сканерами штрих-кодов оснащаются устройства самообслуживания (банкоматы и терминалы), что позволяет использовать QR-коды для совершения платежей.

Основные области применения QR кода:

Коррекция ошибок в QR кодах

Эта возможность используется для построения QR-кодов с элементами дизайна, например:

Кодирование

При кодировании данных в QR-код могут быть выбраны разные кодировки, что обеспечивает наилучшее сжатие данных для уменьшения размера, требуемого для изображения символа. Возможные варианты выбора:

Данные в QR Code:
012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789

Кодировка Numeric	Кодировка Byte

Емкость QR-кода

На первый взгляд может показаться, что QR-код не способен хранить много информации, и подходит лишь для кодирования коротких строк, например URL или e-mail. На самом деле максимальная емкость QR-кода не так уж мала:

Таким образом, в QR-коде может быть закодировано более 2кб текста, что сильно расширяет спектр его применений, особенно учитывая удобство и скорость доставки информации конечному пользователю.

Каждой версии соответствует определенная емкость с учетом уровня коррекции ошибок. Чем больше информации необходимо закодировать и чем больший уровень избыточности используется, тем большая версия кода потребуется

Характеристики различных версий QR-кодов:

Версия

Количество модулей

Уровень коррекции
ошибок

Максимальное количество символов с учетом уровня коррекции ошибок и кодировки

Источник

Технические характеристики QR-кодов

«Код должен легко считываться» — это стало главной целью для японской компании «Denso-Wave» при создании двумерного матричного кода в 1994г.

Действительно, QR-код распознается даже в перевернутом состоянии. Три угловых квадрата привязки, ставшие отличительной особенностью кода, позволяют правильно развернуть его в памяти программы сканера.

Версии QR-кода

По спецификации коды делятся на версии. Номера версий варьируются от 1 до 40. Каждая версия имеет особенности в конфигурации и количестве точек(модулей) составляющих QR-код. Версия 1 содержит 21×21 модулей, версия 40 — 177×177. От версии к версии размер кода увеличивается на 4 модуля на сторону.

При создании матричного кода следует учесть, что лучшие QR-ридеры способны прочитать версию 40, стандартные мобильные устройства — вплоть до версии 4 (33×33 модулей)

Каждой версии соответствует определенная емкость с учетом уровня коррекции ошибок. Чем больше информации необходимо закодировать и чем больший уровень избыточности используется, тем большая версия кода нам потребуется. Современные QR-генераторы автоматически подбирают версию QR-кода с учетом этих моментов.

В следующей таблице показаны характеристики различных версий QR-кодов:

* При использовании кириллицы один символ считается за 2 латинских символа (кодировка UTF-8)

Уровни коррекции ошибок в QR-кодах

QR-код имеет специальный механизм увеличения надежности хранения зашифрованной информации. Для кодов созданных с самым высоким уровнем надежности могут быть испорчены или затерты до 30% поверхности, но они сохранят информацию и будут корректно прочитаны. Для исправления ошибок используется алгоритм Рида-Соломона (Reed-Solomon). При создании QR-кода можно использовать один из 4 уровней коррекции ошибок. Увеличение уровня способствует увеличению надежности хранения информации, но приводит к увеличению размера матричного кода.

Источник

Читаем QR код

Иногда возникают такие ситуации, когда нужно прочитать QR код, а смартфона под рукой нет. Что же делать? В голову приходит лишь попробовать прочитать вручную. Если кто-нибудь сталкивался с такими ситуациями или кому просто интересно как же читается QR код машинами, то данная статья поможет вам разобраться в этой проблеме.

В статье рассмотрены базовые особенности QR кодов и методика дешифрирования информации без использования вычислительных машин.

Иллюстраций: 14, символов: 8 510.

Для тех, кто не в курсе что такое QR код, есть неплохая статья в английской Wikipedia. Также можно почитать тематический блог на Хабре и несколько хороших статей по смежной тематике, которые можно найти поиском.

Решение задачи непосредственного чтения информации с QR-картинки рассмотрим на примере двух кодов. Информация была закодирована в online-генераторе QR Coder.ru.

Чтобы понять, как извлечь данные из кода, нужно разобраться в алгоритме. Существует несколько стандартов в семействе QR кодов, с их базовыми принципами можно ознакомиться в спецификациях. Кратко поясню: данные, которые необходимо закодировать, разбиваются на блоки в зависимости от режима кодирования. К разбитым по блокам данным прибавляется заголовок, указывающий на режим и количество блоков. Существуют и такие режимы, в которых используется более сложная структура размещения информации. Данные режимы рассматривать не будем ввиду того, что извлекать вручную из них информацию нецелесообразно. Однако, основываясь на тех принципах, которые описаны ниже, можно адаптироваться и к этим режимам.

По стандарту, данные с RS-кодами перед записью в картинку «перемешиваются». Для этих целей используют специальные маски. Существует 8 алгоритмов, среди которых выбирается наилучший. Критерии выбора основаны на системе штрафов, о которых можно также почитать в спецификации.

«Перемешанные» данные записываются в особой последовательности на шаблонную картинку, куда добавляется техническая информация для декодирующих устройств. Исходя из описанного алгоритма, можно выделить схему извлечения данных из QR кода:

Здесь зелёным фломастером подчёркнуты пункты, которые нужно будет выполнить при непосредственном чтении кода. Остальные пункты можно опустить ввиду того, что считывание производит человек.

Шаг 0. QR код

Взглянув на картинки, можно заметить несколько отчётливых областей. Эти области используются для детектирования QR кода. Эти данные не представляют интереса с точки зрения записанной информации, но их нужно вычеркнуть или просто запомнить их расположение, чтобы они не мешали. Всё остальное поле кода несёт уже полезную информацию. Её можно разбить на две части: системная информация и данные. Также существует информация о версии кода. От версии кода зависит максимальный объём данных, которые могут быть записаны в код. При повышении версии – добавляются специальные блоки, например как здесь:

По ним можно сориентироваться и понять какая версия QR перед вами. Коды высоких версий обычно также нецелесообразно считывать вручную.

Размещение системной информации показано на рисунке:

Системная информация дублируется, что позволяет значительно понизить вероятность возникновения ошибок при детектировании кода и считывании. Системная информация – это 15 бит данных, среди которых первые 5 — это полезная информация, а остальные 10 — это BCH(15,5) код, который позволяет исправлять ошибки в системных данных. К классу BCH кодов относят и RS коды. Обратите внимание, что на рисунке две полоски по 15 бит не пересекаются.

Шаг 1. Чтение 5 бит системной информации

Как уже говорилось, интерес представляют только первые 5 бит. Из которых 2 бита показывают уровень коррекции ошибок, а остальные 3 бита показывают какая маска из доступных 8 применяется к данным. В рассматриваемых QR кодах системная информация содержит:

Шаг 2. Маска для системной информации

Кроме уже озвученных схем защиты системной информации, вдобавок, используется статическая маска, которая применяется к любой системной информации. Она имеет вид: 101010000010010. Так как имеет интерес только первые 5 бит, то маску можно сократить и легко запомнить: 10101 (десять — сто один). После применения операции «исключающего или» (xor) получаем информацию.

Возможные уровни коррекции ошибок:

Шаг 3. Чтение заголовка данных

Чтобы понять с какими данными предстоит иметь дело, необходимо изначально прочитать 4-х битный заголовок, который содержит в себе информацию о режиме. Специфика чтения данных изображена на картинке:

Список возможных режимов:

Шаг 4. Применение маски к заголовку

После извлечения 4-х бит, описывающих режим, необходимо к ним применить маску.
В нашем случае для двух кодов используются разные маски. Маска определяется выражением, приведённым в таблице выше. Если данное выражение сводится к TRUE (верное) для бита с координатами (i,j), то бит инвертируется, иначе всё остаётся без изменений. Начало координат в левом верхнем углу (0,0). Взглянув на выражения, можно заметить в них закономерности. Для рассматриваемых QR кодов, маски будут выглядеть так:

Шаг 5. Чтение данных

После получения данных о режиме можно приступать к чтению информации. Надо оговорить, что наиболее интересно считывать числовые и буквенно-числовые данные, так как они легко интерпретируются. Но также не стоит бояться 8-битных. Это может быть также легко интерпретируемая информация. Например, многие онлайн генераторы QR текст кодируют в этом режиме, используя ASCII. Ещё одна причина, почему следует изначально прочитать режим, это то, что от него зависит количество пакетов данных. Которая также зависит и от версии кода. Для версий с первой по девятую длины блоков для более читабельных режимов:

Первый блок после указателя режима — это количество символов. Для числового режима количество закодировано в 10 следующих битах, а для 8-битного режима в 8 битах (прошу прощения за тавтологию).

На рисунке видно, что в левом QR коде, как и отмечалось, записана цифра 5. Это видно по указателю количества символов и последующим после него 4 битам. В числовом режиме наряду с 10-битными блоками используются 4-х битные блоки для экономии места, если в 10-битном объёме нет необходимости. В правом коде зашифровано 4 символа. На данный момент неизвестно что зашифровано в нём. Поэтому необходимо перейти к чтению следующего столбца для извлечения всех 4-х блоков информации.

На рисунке видно, все 4 пакета представляют собой коды ASCII латинских букв, образующие слово «habr»

Естественно наилучшим способом остаётся достать телефон из кармана и, наведя камеру на QR-картинку, считать всю информацию. Однако в экстренных случаях может пригодиться и описанная методика. Конечно, в голове не удержишь все указатели режимов и типов масок, а также ASCII символы, но популярные комбинации запомнить (хотя бы те, что рассмотрены в статье) под силу.

Источник

Код маски и уровня коррекции в qr коде

Технологии не стоят на месте и постоянно эволюционируют. Сегодня речь пойдет о QR-кодах, типе штрих-кодов, которые легко расшифровываются не только посредством специального сканера, но и с помощью любого смартфона, оснащенного камерой и достаточно простым программным обеспечением. Технология появилась в конце прошлого века в Японии и быстро завоевала популярность во всем мире.

Перед тем, как мы узнаем, какие данные можно извлечь с помощью QR-кода из мессенджеров, давайте разберемся в том, что это такое и с чем его едят.

Что это?

QR-код — сокращенный термин, который означает код «быстрого отклика». Технология разрабатывалась в течение многих лет, но фактически была создана только в 1994 году автомобильной компанией Toyota. Основной целью QR-кода изначально было отслеживание частей транспортных средств во время логистики, поскольку традиционные штрих-коды часто повреждались в процессе производства. Ранее, если этикетка или наклейка были испорчены, часть транспортного средства могла быть легко потеряна или попросту забыта, что приносило компании лишние траты. Плюсом QR-кодов перед стандартными штрих-кодами стало дублирование ключей данных, гарантирующих то, что информация будет прочитана. Ключи расположены таким образом, что до 30% структуры кода уничтожается без ущерба для его читаемости.

Из чего состоит QR-код?

На первый взгляд, QR-код кажется набором символов, составленных случайным образом. Однако, если присмотреться, то можно выделить его определенную структуру. QR-код всегда должен иметь квадратную форму (либо быть таковым, либо иметь квадрат в центре), чтобы сканер распознал его как таковой. Ряд дополнительных элементов обеспечивает правильное считывание информации. Давайте рассмотрим структуру более подробно.

Структура QR-кода

Неизменные части QR-кода

Что может храниться в QR-коде?

В один код можно ввести до 7089 цифр, 4296 символов, 2953 байт в двоичном коде и 1817 иероглифов. По мере добавления новых данных в QR-код, его размер увеличивается, а его структура усложняется.

Где можно использовать QR-код:

Как применяется QR-код сейчас?

Основная функция QR-кода в наши дни — извлечение информации. На практике она применяется в совершенно различных сферах, начиная от описания экспонатов в музеях или подключения к Wi‑Fi и заканчивая размещением рекламных объявлений, оплатой различных счетов, авторизацией в кинотеатрах, пригородных поездах. Кроме того, данная технология широко используется в работе мессенджеров. Еще в 2011 году QR-коды начали применяться в китайском мессенджере WeChat. Вслед за ним системы унифицированных кодов пользователей ввели и другие приложения — WhatsApp, Viber, Line. Уникальные пользовательские коды позволяют авторизоваться в приложении на других устройствах. Так, для авторизации в веб-версии WhatsApp нужно просто зайти в настройки приложения на телефоне и навести камеру на открытый код на компьютере.

Можно ли извлечь данные с помощью QR-кода?

Да, можно. Так как QR-код используется для авторизации, то его можно использовать и для получения доступа к данным учетной записи, однако для этого потребуется специальное программное обеспечение, одним из которых является «Мобильный Криминалист». Программа поддерживает аутентификацию по QR-коду в облачных хранилищах следующих сервисов:

Чтобы извлечь информацию по QR-коду, требуется открыть программу «Мобильный Криминалист», запустить модуль «Облачные Сервисы», выбрать нужный сервис и пройти авторизацию по QR-коду с помощью устройства, на котором выполнен вход под интересующей вас учетной записью в определенном приложении. Важно заметить, что для разных мессенджеров предоставляются возможности для извлечения разных типов данных.

Данные доступные для извлечения из Viber

Информация об учетной записи:

Контакты из телефонной книги:

Приватные и групповые чаты (в том числе сообщения, приходящие во время извлечения):

Возможности извлечения из WhatsApp

Информация об устройстве и учетной записи:

Медиафайлы и иные прикрепленные файлы:

Информация, извлекаемая из Line

Информация об учетной записи:

Заметки — аналог каналов внутри групп, состоят из постов:

Что можно извлечь из Line Keep:

Информация об учетной записи:

Файлы из облачного хранилища:

Более подробно об извлечении данных вы можете прочитать, нажав на интересующий вас мессенджер.

Использование QR-кодов совершило настоящий прорыв и сегодня эта технология применяется в самых разных сферах жизни человека — от размещения рекламных объявлений, поиска информации, обмена контактами, подключения к Wi‑Fi, оплаты, авторизации до извлечения данных, что может помочь в расследовании различного рода инцидентов. Так, QR-код позволяет извлечь всю базу переписки из мессенджеров за короткое время, не оставляя видимых пользователю следов и не требуя никаких дополнительных паролей, пинов или кодов разблокировки.

Источник

Алгоритм генерации QR-кода

QR код — это монохромная картинка, на которой некоторые устройства (например смартфон со специальным приложением) распознают текст. Этим текстом может быть не только простая фраза, но и, хоть это и не входит в официальную спецификацию, ссылка, номер телефона или визитная карточка. Такие коды чаще всего используют, чтобы закодировать ссылку и распечатать её на плакате или визитке.

Эта статья — подробная инструкция по созданию QR кода с примерами на каждом шаге, которая требует от вас только базового умения работать с бинарными данными и владения любым языком программирования (если вы хотите создать автоматический генератор QR кода).

За основу этой статьи взят цикл статей «QR Code Demystified» Джейсона Брауна (Jason Brown). В этих статьях опущено много нюансов, что вызвало у меня некоторые проблемы. Все эти нюансы учтены и упомянуты здесь.

Кодирование данных

Цифровое кодирование

Этот тип кодирования требует 10 бит на 3 символа. Вся последовательность символов разбивается на группы по 3 цифры, и каждая группа (трёхзначное число) переводится в 10-битное двоичное число и добавляется к последовательности бит. Если общее количество символов не кратно 3, то если в конце остаётся 2 символа, полученное двузначное число кодируется 7 битами, а если 1 символ, то 4 битами.

Например, есть строка «12345678», которую надо закодировать. Мы разбиваем её на числа: 123, 456 и 78, затем переводим каждое из них в двоичный вид: 0001111011, 0111001000 и 1001110, и объединяем это в один поток: 000111101101110010001001110.

Буквенно-цифровое кодирование

В этом случае на 2 символа требуется 11 бит информации. Входной поток символов разделяется на группы по 2, в группе каждый символ кодируется согласно таблице внизу, значение первого символа в группе умножается на 45 и прибавляется к значение второго символа. Полученное число переводится в 11-битное двоичное число и добавляется к последовательности бит. Если в последней группе 1 символ, то его значение сразу кодируется 6-битным числом и добавляется к последовательности бит.

Например, строка «HELLO» кодируется следующим образом. Разбиваем на группы: HE, LL, O; находим соответствующее значение символам в каждой группе: (17, 14), (21, 21), (24); находим значение для каждой группы: 17 * 45 + 14 = 779, 21 * 45 + 21 = 966, 24 = 24; переводим каждое значение в двоичный вид: 779 = 01100001011, 966 = 01111000110, 24 = 011000; и объединяем всё это в одну последовательность бит: 0110000101101111000110011000.

Побайтовое кодирование

Это универсальный способ кодирования, которым можно закодировать любые символы. Единственным недостатком метода является относительно низкая плотность информации. В этом случае текст кодируется в любой кодировке (рекомендуемо в UTF-8) и полученная последовательность байт берётся в неизменном виде.

Например, строка «Хабр», закодированния кодировкой UTF-8, состоит из следующих байт: 11010000, 10100101, 11010000, 10110000, 11010000, 10110001, 11010001 и 10000000. Их надо просто объединить в один поток бит: 1101000010100101110100001011000011010000101100011101000110000000.

Добавление служебной информации

На этом этапе надо определиться с уровнем коррекции: чем выше этот уровень, тем выше допустимый уровень повреждения изображения и тем меньше информации при равном размере. Всего есть 4 уровня корекции: L (допустимо максимум 7% повреждений), M (15%), Q (25%) и H (30%). Чаще всего используется уровень M. Если вы хотите добавить на QR код свой рисунок (на Хабре есть несколько статей на эту тему), то используйте уровень H.

Ещё одно свойство QR кода — его версия (чем она больше, тем больше размер). Всего существует 40 версий. Номер версии зависит от количества кодируемой информации и от уровня коррекции. В таблице 2 указано максимальное количество полезной информации вместе со служебной (в битах), которое можно закодировать в QR коде этой версии. Из этой таблицы определется версия нашего QR кода.

Строка — уровень коррекции, столбец — номер версии.

Добавление служебных полей

К этому моменту уже должен быть выбран уровень коррекции и определена версия. Теперь надо перед последоветельностью бит, полученной в предыдущем пункте, добавить в начале два поля: способ кодирования и количество данных. Способ кодирования — поле длиной 4 бита, которое имеет следующие значения: 0001 для цифрового кодирования, 0010 для буквенно-цифрового и 0100 для побайтового. Количество данных — это количество кодируемых символов, а для побайтового — количество байт (а не бит в полученной последовательности), представленное в виде двоичного числа определённой длины (определяется по таблице 3).

Если длина полученной последовательности бит оказалась больше допустимой для выбранной версии, то версию надо увеличить на одну и проделать добавление служебных полей заново.

Спецификация допускает использование смешанного кодирования. Это значит, что несколько групп данных можно закодировать разными способами и объединить их в одну последовательность. Это делается следующим образом: и так далее.

Заполнение

На данном этапе у нас есть последовательность бит данных, количество бит в которой наверняка не кратно 8. Надо дополнить её нулями так, чтобы её длина стала кратна 8. Теперь нашу последовательность бит можно разбить на группы по 8 бит и представить в виде последовательности байт (далее мы так и будем делать). Если количество бит в текущей последовательности байт меньше того, которое нужно для выбранной версии, то её надо дополнить чередующимися байтами 11101100 и 00010001. Таким образом, у нас получилась последовательность байт, длина которой соответствует выбранной версии QR кода.

Пример. Есть последовательность: 10101011101; дополняем её нулями, чтобы её длина стала кратна 8: 10101011101 00000; теперь предположим, что её длина — 104 бита, а для выбранной версии необходимо 128 бит, тогда для заполнения нужно добавить 24 «заполняющих» бита (3 байта): 10101011101 00000 11101100 00010001 11101100. Готово.

Разделение информации на блоки

Последовательность байт, полученная на предыдущем этапе, (далее данные) разделяется на обределённое для версии и уровня коррекции количество блоков, которое приведено в таблице 4. Если количество блоков равно одному, то этот этап можно пропустить.

Строка — уровень коррекции, столбец — номер версии.

Определение количество байт в каждом блоке

Для этого надо разделить всё количество байт (можно определить количество байт в данных или разделить число из таблицы 2 на восемь) на количество блоков данных. Если это число не целое, то надо определить остаток от деления. Этот остаток определяет сколько блоков из всех дополнены (такие блоки, количество байт в которых больше на один чем в остальных). Вопреки ожиданию, дополненными блоками должны быть не первые блоки, а последние.

Например, для версии 9 и уровня коррекции M количестов данных — 182 байта, количество блоков — 5. Деля количество байт данных на количество блоков, получаем 36 байт и 2 байта в остатке. Это значит, что блоки данных будут иметь следующие размеры: 36, 36, 36, 37, 37 (байт). Если бы остатка не было, что все 5 блоков имели бы размер 36 байт.

Заполнение блоков

Блок заполняется байтами из данных полностью. Когда текущий блок полностью заполняется, очередь переходит к следующему. Байтов данных должно хватить ровно на все блоки, ни больше и ни меньше.

Создание байтов коррекции

Следующий алгоритм применяется к каждому блоку данных (если блок данных один, то просто к данным).

Этот алгоритм основан на алгоритме Рида–Соломона. Первое что надо сделать — определать сколько байтов коррекции надо создать (таблица 5). По количеству байтов коррекции определяется так называемый генерирующий многочлен (таблица 6). Многочленом он называется, потому что оригинальный метод использует многочлен с теми же коэффициентами.

Строка — уровень коррекции, столбец — номер версии.

Перед выполнением цикла надо подготовить массив, длина которого равна максимуму из количества байтов в текущем блоке и количества байтов коррекции, и заполнить его начало байтами из текущего блока, а конец нулями.

Первые N байтов подготовленного массива после этого цикла — и есть байты коррекции. Для каждого блока данных получится соответствующий блок байтов коррекции.

Ничего не понятно? Мне тоже. Посмотрите на пример и всё станет ясно.

Эта таблица — значения для поля Галуа длиной 256. Она может быть вычеслена автоматически.

Эту таблицу можно вычислить из таблицы 7.

Пример. Здесь все байты я буду представлять в виде десятичных чисел от 0 до 255. Исходный блок данных:
64 196 132 84 196 196 242 194 4 132 20 37 34 16 236 17
Используется 2-я версия с уровнем коррекции H. В этом случае надо создать 28 байтов коррекции (таблица 5) и использовать генерирующий многочлен (таблица 6):
168 223 200 104 224 234 108 180 110 190 195 147 205 27 232 201 21 43 245 87 42 195 212 119 242 37 9 123
Создадим массив (подготовленный массив) на 28 элементов и заполним его байтами данных:
64 196 132 84 196 196 242 194 4 132 20 37 34 16 236 17 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Я подробно распишу первый шаг цикла, остальные в виде готового массива. Первый элемент массива — 64. Убираем его из подготовленного массива:
196 132 84 196 196 242 194 4 132 20 37 34 16 236 17 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
В таблице 8 находим ему соответствие — 6; прибавляем по модулю 255 это число к каждому числу генерирующего многочлена:
174 229 206 110 230 240 114 186 116 196 201 153 211 33 238 207 27 49 251 93 48 201 218 125 248 43 15 129
Для каждого числа гененирующего многочлена находим соответствие в таблице 7:
241 122 83 103 244 44 62 110 248 200 56 146 178 39 11 166 12 140 216 182 70 56 43 51 27 119 38 23
И почленно производим операцию побитового сложения по модулю 2 с подготовленным массивом:
53 254 7 163 48 222 252 106 124 220 29 176 162 203 26 166 12 140 216 182 70 56 43 51 27 119 38 23
Повторяем эти действия 16 раз (16 байт данных). В итоге получатся следующие байты коррекции:
16 85 12 231 54 54 140 70 118 84 10 174 235 197 99 218 12 254 246 4 190 56 39 217 115 189 193 24

Объединение блоков

У нас имеется несколько блоков данных и столько же блоков байтов коррекции, их надо объединить в один поток байт. Делается это следующим образом: из каждого блока данных по очереди берётся один байт информации, когда очередь доходит до последнего блока, из него берётся байт и очередь переходит к первому блоку. Так продолжается до тех пор, пока в каждом блоке не кончатся байты. Если в текущем блоке уже нет байт, то он пропускается (такое происходит, когда обычные блоки уже пусты, а в дополненных ещё есть по одному байту). Аналогичным образом надо сделать с блоками байтов коррекции. Они берутся в том же порядке, что и соответствующие блоки данных.

Размещение информации на QR коде

У нас есть последовательность байт, которая готова для того, чтобы её поместили на холст. Холст состоит из модулей — элементарных квадратов.

Базовые элементы

Размер QR кода зависит только от версии. Для первой версии это 21 модуль, а размеры старших версий определяются из таблицы 9. Вобще в ней указаны места расположения выравнивающих узоров (об этом чуть позже), но размер холста можно определить как последнее число + 7 модулей. Хочу обратить ваше внимание, что отступ, рамка из белых модулей шириной 4 модуля, — полноценная часть QR кода, и её нельзя не учитывать. Несмотря на это, я указываю высоту ширину именно части с чёрными модулями и начинаю отчёт с её верхнего левого угла ((0, 0) — верхний левый модуль верхнего левого поискового узора).

Верхняя строка — номер версии.

Поисковые узоры

Это узоры, которые представляют из себя чёрный квадрат размером 3 на 3 модуля, который окружён рамкой из белых модулей, которая окружена рамкой из чёрных модулей, которая окружена рамкой из белых модулей только с тех сторон, где нет отступа. Поисковые узоры располагаются в верхних и левых углах (всего 3).

Выравнивающие узоры

Используются начиная с 2-й версии, представляют из себя чёрный квадрат размером 1 на 1 модуль, который окружён рамкой из белых модулей, которая окружена рамкой из чёрных модулей, в итоге этот узор имеет размер 5 на 5. Места, где располагаются выравнивающие узоры, указаны в таблице 9. Точнее там указаны узлы сетки по вертикали и горизонтали, где располагаются центральные модули узоров. Например, если в таблице написано 6, 22, 38, это значит, что центры модулей должны располагаться в следующих точках: (6, 6), (6, 22), (6, 38), (22, 6), (22, 22), (22, 38), (38, 6), (38, 22), (38, 38). Есть одно важное условие: выравнивающие узоры не должны наслаиваться на поисковые узоры. То есть, когда версия больше 6, в точках (первая, первая), (первая, последняя) и (последняя, первая) выравнивающих узоров не должно быть. В нашем примере это (6, 6), (6, 38) и (38, 6).

Полосы синхронизации

Здесь всё просто. Полосы начинаются от самого нижнего правого чёрного модуля верхнего левого поискового узора и идут, чередуя чёрные и белые модули, вниз и вправо до противоположных поисковых узоров. При наслоении на выравнивающий узор он должен остаться без изменений.

Код версии

Эти элементы используются начиная с 7-й версии. Код версии дублируется в 2-х местах, причём зеркально, то есть указав цвет модуля в координатах (x, y), можно смело указывать такой же цвет в координатах (y, x). Модули в этих местах выстраиваются согласно рисунку ниже и таблице 10 (1 — чёрный, 0 — белый).

Код маски и уровня коррекции

Этот код, так же как и предыдущий, дублируется в 2-х местах: рядом с верхним левым поисковым узором и рядом с нижним и правым поисковыми узорами (элемент терпит разрыв). В нём особым образом зашифрованы код маски (об этом чуть позже) и код уровня коррекции. Готовые коды приведены в таблице 11. Маска определяется на самом последнем шаге, когда всё остальное свободное пространство заполняется данными. Из за того, что маска выбирается на основе лучшего варианта (для этого надо перебрать все маски), к добавлению кода маски и уровня коррекции придётся не раз возвращаться. Пока что не добавляйте этот элемент. На рисунке изображено где именно и в каком направлении выстраиваются модули этого элемента, а также красным отмечен модуль, который всегда чёрный.

Добавление данных

Всё оставшееся свободное пространство на холсте разбивается на столбики: каждые 2 модуля, не важно что находится в этих модулях, кроме вертикильной полосы синхронизации, которая просто пропускается. Заполнение начинается с правого нижнего угла, идёт в пределах столбика справа налево, снизу вверх. Если текущий модуль занят (например полосой синхронизации или выравнивающим узором), то он просто пропускается. Если достигнут верх столбика, то движение продолжается с верхнего правого угла столбика, который расположен левее, и идёт сверху вниз. Достигнув низа, движение продолжается от нижнего правого угла столбика, который расположен левее, и идёт снизу вверх. И так далее, пока всё свободное пространство не будет заполнено.

Заполнение происходит бит за битом из байтов данных, при этом 1 это чёрный модуль, а 0 — белый. Если данных не хватает, то оставшееся пространство заполняется нулевыми модулями.

При этом на каждый модуль накладывается одна из масок. Всего масок 8 штук (от 0 до 7), их список в таблице 12. Если выражение из таблицы равно нулю, то цвет модуля инвертируется, иначе остаётся неизменным. Маска применяется только к модулям данных.

X — столбец, Y — строка, % — остаток от деления, / — целочисленное деление.

Маска выбирается по разному: некоторые всегда используют одну и ту же, другие каждый раз случайную, но спецификация настаивает, чтобы каждая маска оценивалась и выбиралась самая оптимальная. Способ с оценкой требует больше времени, но нет ничего страшного, если будет выбрана не оптимальная маска, поэтому не обязательно использовать именно его, но я всё равно расскажу о нём. От выбранной маски зависит код маски и уровня коррекции (см. выше), сейчас самое время добавить этот элемент.

Выбор лучшей маски

Эта часть не обязательна, и, если вы уже определились с выбором маски и добавили на холст данные, ваш QR код готов.

Суть этой процедуры заключается в том, чтобы сгенерировать QR код с каждой из восьми масок, начислить каждой штрафные очки по определённым правилам и выбрать маску с наименьшим количеством очков. Помните, что вместе с данными, на холст заново добавляется элемент кода маски и уровня коррекции.

Правило 1

По горизонтали и вертикали за каждые 5 и больше идущих подряд модулей одного цвета начисляется количество очков, равное длине этого участка минус 2. В этом и во всех остальных правилах отступ не рассматривается, всё ограничивается основным полем.

Правило 2

За каждый квадрат модулей одного цвета размером 2 на 2 начисляется по 3 очка.

Правило 3

За каждую последовательность модулей ЧБЧЧЧБЧ, с 4-мя белыми модулями с одной из сторон (или с 2-х сразу), добавляется 40 очков (по вертикали или горизонтали). Проще говоря, за эти элементы:

В нашем примере всего 3 таких элемента, за что он получает 120 дополнительных очков (не обязательно эти элементы должны пересекаться с поисковым узором):

Правило 4

В конце концов для каждой маски вы получите своё количество штрафных баллов, вам останется только выбрать ту, у которых этих баллов меньше, и ваш QR код полностью готов. Как показывает практика, чем ниже номер маски, тем больше вероятность того, что она окажется лучшей, поэтому для оптимизации можно выбирать лучшую маску не из всех, а, например, из 4-х.

Источник