CN101281588A - 适合移动应用的二维条码系统及其编解码方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种二维条码系统，也提供了该二维条码系统实现信息编、解码的方法。在该二维条码系统中，不使用纠错码，仅采用奇偶校验的方法来实现信息的校验。同时，仅针对数字进行编码，而不考虑其他如字母、汉字等的编码。本发明是针对目前手机二维条码业务的实际需要而专门开发的二维条码系统。它能够适应现有普通手机摄像头的技术现状，并能充分满足目前手机二维条码业务以营销业务为重心的技术要求，有利于国内手机二维条码业务的进一步开展。

Description

适合移动应用的二维条码系统及其编解码方法

技术领域

本发明涉及一种适合移动应用场合实际需要的二维条码系统，也涉及该二维条码系统实现信息编、解码的方法，属于条码技术领域。

背景技术

二维条码(2-dimensional bar code)是指在水平和垂直方向的二维空间中存储信息的条码。它用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字或数值信息，并通过图像采集设备或光电扫描设备自动进行识读，从而实现信息处理。

二维条码系统有多种不同的编码方案(也称码制)。就这些码制的编码原理而言，可分为线性堆叠式二维码、矩阵式二维码和邮政码三种不同的类型。无论是哪一种类型的码制，都具备条码技术的一些共同特点：由特定的字符集组成、字符占有一定的宽度、具有一定的校验功能等。

目前，在日本、韩国等国家，利用具有拍照功能的手机拍摄二维条码，从而获取相关的移动增值服务的手机二维条码业务已得到广泛应用。2006年8月1日，中国移动在国内也推出手机二维条码业务。可以预见，在拥有4亿以上手机用户的中国，手机二维条码业务将具有广阔的发展空间，为服务提供商、设备商、手机终端厂商、商家以及运营商带来新的机遇。

在现有的手机二维条码业务中，得到广泛使用的是属于矩阵式二维码类型的Data Matrix码和QR码。特别是QR码，已经被中国移动接纳为开展手机二维条码业务所采用的技术标准。但是，现有的二维条码技术方案仍然存在以下的不足：

一.在实际应用中，印刷在平面介质上的二维条码往往会因为污损等原因而出现局部损坏，造成二维条码无法被正确识读。为了解决这一问题，二维条码需要将部分信息重复表示(冗余)以实现纠错功能。另外，二维条码为了满足多个文字或图形的编码需求，需要提供复杂的功能图形。但是，二维条码的实际印刷区域不可能太大，这就导致二维条码的图案将非常复杂、线条会过于纤细，普通的识读设备难以准确识读。以QR码为例，现有移动电话中自带的普通摄像头一般都无法满足识读QR码的要求，需要带有微距功能的高档产品才能胜任。这就为手机二维条码业务的进一步推广设置了障碍。

二.从目前手机用户的实际应用需求来看，主要包括以下几类：

(1)个人信息的管理和获取，如基于二维条码的名片和通信录业务；

(2)业务营销，如基于二维条码的广告链接业务；

(3)短消息应用，如基于二维条码的短消息业务；

(4)E-mail应用，如基于二维条码的E-mail业务；

(5)显示文本应用，如基于二维条码的文本显示以及以多种方式发送该文本的业务等。

就目前的发展趋势来看，上述第(2)类业务是手机二维条码业务的重心所在。但是，开展第(2)类业务并不需要在二维条码中包含过多的信息。这意味着如果直接采用现有的二维条码技术方案，会存在明显的数据信息冗余问题，造成资源上的浪费。另外，在这一类业务中，事实上并不需要过多考虑二维码的纠错功能以及版本信息等内容。因此，现有的手机二维条码技术方案仍然存在业务针对性不强，适应能力不够等技术缺陷，不能完全满足国内开展手机二维条码业务的实际需要。

发明内容

针对现有二维条码技术方案所存在的不足，本发明提供了一种新的二维条码系统。该系统取消了通常二维条码中的纠错码信息、版本信息、格式信息等内容，使二维条码更简洁，更适应目前手机二维条码业务以营销业务为重心的技术现状。

本发明的另外一个目的在于提供上述二维条码系统实现编码和解码的具体方法。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种适合移动应用的二维条码系统，由矩阵形式排列的多个信息单元组成，其特征在于包括：

位于所述矩阵右上、左下、右下角的定位点信息单元；

位于所述矩阵上侧边界上的辅助定位图形信息单元，所述辅助定位图形信息单元中，相邻单元的光学特性不同；

位于所述矩阵左侧边界上的主定位图形信息单元；

与位于上侧的所述辅助定位图形信息单元和位于左侧的主定位图形信息单元间隔一个信息单元位置的有效数据长度信息图形信息单元、应用类型信息单元、校验图形信息单元；

位于所述矩阵内部的编码区域信息单元，用于对数据信息或校验码进行编码。

其中，所述矩阵阵列由10×10个所述信息单元组成。

所述信息单元的光学特性为其颜色属性，所述颜色属性分为深、浅两种，分别表示二进制1和0。

所述主定位图形信息单元由7个连续的颜色特性为深色的信息单元组成。

所述定位点信息单元为颜色特性为深色的信息单元。

一种用于对上述二维条码系统进行信息编码的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)数据编码；

(2)数据校验；

(3)在矩阵阵列中布置信息单元；

(4)掩膜；

(5)应用信息。

其中，所述步骤(1)中，将输入的数据每三位分为一组，将每组数据转换为10位二进制数；如果输入的数据的位数不是3的倍数，所余的1位或2位数字应分别转换为4位或7位二进制数，然后将二进制数据连接起来。

所述步骤(3)中，首先生成10×10的空白矩阵；在主定位图形、辅助定位图形、定位点相应的位置填入适当的深色或浅色信息单元；应用类型信息暂时空置；在剩余的编码区域中，表示数据的信息单元以从上到下、从左到右的顺序布置。

所述步骤(4)中，用010三位一组的掩膜图形对编码区域的位图进行异或处理。

一种用于对上述二维条码系统进行信息解码的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)定位并获取二维条码图像，将深色与浅色信息单元识别为由0与1组成的矩阵阵列；

(2)识读应用类型信息，确定二维条码的具体应用类型；

(3)用掩膜图形对编码区域的位图进行异或处理，消除掩膜；

(4)根据事先确定的识读规则，识读各信息单元所代表的字符；

(5)用校验位进行校验，发现错误，立刻返回；

(6)进行译码，并输出二维条码所包含的数据信息。

本发明是针对目前手机二维条码业务的实际需要而专门开发的二维条码系统。它能够适应现有普通手机摄像头的技术现状，并能充分满足目前手机二维条码业务以营销业务为重心的技术要求，有利于国内手机二维条码业务的进一步开展。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1为本发明所提供的二维条码系统的一个具体示例；

图2为图1所示的二维条码的编码过程示意图；

图3为图1所示的二维条码的解码过程示意图。

具体实施方式

参见图1所示，本发明所提供的二维条码系统表现为一个由多个信息单元组成的矩阵阵列。该矩阵阵列优选为正方形，但也可以是其它的形状。

在图1所示的矩阵阵列中，包括编码区域和功能图形两功能部分，下面分别予以详细的说明。

1.编码区域

该区域是指在二维条码图形中，在有关功能图形之外用于对数据信息或校验码进行编码的区域。

在本发明所提供的二维条码的编码区域中，所使用的编码字符集为数字型数据(数字0～9)。这些数字型数据都转换为二进制进行存储，其中用光学特性为深色的信息单元(简称为深色信息单元)表示二进制1，用光学特性为浅色的信息单元(简称为浅色信息单元)表示二进制0。

在图1所示的实施例中，该二维条码矩阵阵列的规格(不包括空白区)为固定的10×10阵列，每个二维条码矩阵阵列所能代表的数据字符数为13个十进制数据。这13个十进制数据通过44个表示二进制数据的信息单元的组合来表示，例如对于13位的十进制数1234567890123，二进制表示为：

00011110110111001000110001010100000011000011

如果小于13位，则前面补零，补够44位，例如123，表示为：

00000000000000000000000000000000000001111011

矩阵阵列所表示的数据信息按照由高位到低位的顺序排列，并采用010三位一组的掩膜图形对位图进行异或处理，以确保整个画面中的深色信息单元和浅色信息单元比较均衡。

2.功能图形

功能图形是用于提供二维条码定位与特征识别的特定图形，包括校验图形、有效数据长度信息图形、主定位图形、辅助定位图形、定位点和应用类型信息等。

其中，校验图形共分3个部分，其中第一部分共5个信息单元，用于校验编码区域的44个信息单元。44个信息单元分成5组校验(10位、10位、10位、10位、4位)，校验结果分别放在这5个信息单元中；第二部分用于对6位记录有效数据长度的信息进行校验，校验结果存放在一个信息单元中；第三部分用于对上述的5个数据校验位进行第二次校验，校验结果存放在另一个信息单元中。

例如，对表示1234567890123的44位信息，首先分成5组：0001111011，0111001000，1100010101，0000001100，0011。有效数据位为44位，用二进制表示有效数据长度是101100，对上述5组数据信息的校验位为11011。数据长度对应校验位为0，前六个校验位对应的校验位为1。

有效数据长度信息图形占用6个信息单元，共6位，用来表示编码区域中有效数据的个数。

主定位图形由7个连续的深色信息单元组成，用于二维条码的定位。在图1所示的实施例中，该定位图形位于二维条码图形的左侧。

辅助定位图形由5个深浅相间的信息单元组成，用于二维条码的辅助定位。在图1所示的实施例中，辅助定位图形位于二维条码图形的上侧。

定位点由分别分布于二维条码图形的右上、左下、右下角落的3个深色信息单元组成，用于定位二维条码，并纠正二维条码旋转和变形。

应用类型信息是用来表示条码类型的功能图形。在图1所示的实施例中，用3个信息单元共3位数据来表示应用类型信息。

上面具体介绍了本二维条码系统的一个具体实施例。该二维条码系统中，不采用纠错码来提高条码在破损、变形、污染等情况下的解码率，而是仅采用奇偶校验的方法来实现信息的校验。同时，出于实际需要的考虑，不必考虑实现版本的扩充，因此不设置版本信息。另外，本编码方案仅针对数字进行编码，而不考虑其他如字母、汉字等的编码。上述这些技术特点是专门针对目前手机二维条码业务的实际需要而开发的，因此条码图形比较简洁、容易被识读，更适合现有普通手机摄像头的技术现状，有利于国内手机二维条码业务的进一步开展。

需要说明的是，本二维条码系统仅仅使用数字进行编码，实践中有可能出现信息容量不够的问题。对此，本发明借鉴了目前一维条码通过外接数据库扩大信息容量的技术思路，将数字串与手机或者其他带摄像头的移动设备中的数据库进行链接，由一个条码对应一个数据库项，例如1000条码对应http://wap/1000.htm。这样可以进一步提高数据的容量，同时能够有效克服本二维条码系统不支持汉字、字母编码所带来的不足。

下面，对上述二维条码系统实现信息编码和解码的具体步骤展开详细的说明。

参见图2所示，二维条码的编码过程大致可以分为数据编码、数据校验、在矩阵阵列中布置信息单元、掩膜和应用信息五个步骤。其中，数据编码就是将将数据字符转换为位流，具体而言，将输入的数据每三位分为一组，将每组数据转换为10位二进制数。如果输入的数据的位数不是3的倍数，所余的1位或2位数字应分别转换为4位或7位二进制数。将二进制数据连接起来。

例如：输入的数据：    01234567

a)分为3位一组：       012 345 67

b)将每组转换为二进制：012→0000001100

                      345→0101011001

                      67→1000011

c)将二进制数连接为一个序列：000000110001010110011000011，这个序列就是数据字符转换成的位流。

数据校验步骤是采用奇校验方式生成校验码，并使用前文所述的校验图形进行校验。

在矩阵中布置信息单元是指将表示功能图形和数据信息的信息单元放入组成二维条码图形的矩阵阵列中。具体而言，首先生成10×10的空白的正方形矩阵。在主定位图形、辅助定位图形、定位点相应的位置填入适当的深色或浅色信息单元。应用类型信息暂时空置。在二维条码的编码区域中，表示数据信息的信息单元以从上到下、从左到右的顺序布置。

掩膜是指用掩膜图形对编码区域的位图进行掩膜处理，即用010三位一组的掩膜图形对数据信息进行掩模处理。

应用信息具体是指生成应用信息并构成相应的二维条码图形的步骤。其中，应用类型信息为3位，用于表示二维条码的具体应用类型。有效数据长度信息为6位，用来表示有效的信息长度。

图3介绍了本发明所提供的二维条码的解码过程。该解码过程包括如下步骤：

a)定位并获取二维条码图像，将深色与浅色信息单元识别为由0与1组成的矩阵阵列；

b)识读应用类型信息，确定二维条码的具体应用类型；

c)用掩膜图形对编码区域的位图进行异或处理，消除掩膜；

d)根据事先确定的识读规则，识读各信息单元所代表的字符；

e)用校验位进行校验，发现错误，立刻返回；

f)进行译码，并输出二维条码所包含的数据信息。

手机拍摄图1所示的二维条码之后，通过上述的解码步骤，可以进一步获得该二维条码图形所包含的信息，从而为实现包括营销业务在内的多种移动增值服务奠定基础。

以上对本发明所提供的适合移动应用的二维条码及其编解码方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (10)

1. 一种适合移动应用的二维条码系统，由矩阵形式排列的多个信息单元组成，其特征在于包括：

位于所述矩阵右上、左下、右下角的定位点信息单元；

位于所述矩阵上侧边界上的辅助定位图形信息单元，所述辅助定位图形信息单元中，相邻单元的光学特性不同；

位于所述矩阵左侧边界上的主定位图形信息单元；

与位于上侧的所述辅助定位图形信息单元和位于左侧的主定位图形信息单元间隔一个信息单元位置的有效数据长度信息图形信息单元、应用类型信息单元、校验图形信息单元；

位于所述矩阵内部的编码区域信息单元，用于对数据信息或校验码进行编码。

2. 如权利要求1所述的适合移动应用的二维条码系统，其特征在于：

所述矩阵阵列由10×10个所述信息单元组成。

3. 如权利要求1所述的适合移动应用的二维条码系统，其特征在于：

所述信息单元的光学特性为其颜色属性，所述颜色属性分为深、浅两种，分别表示二进制1和0。

4. 如权利要求1或2所述的适合移动应用的二维条码系统，其特征在于：

所述主定位图形信息单元由7个连续的颜色特性为深色的信息单元组成。

5. 如权利要求1或2所述的适合移动应用的二维条码系统，其特征在于：

所述定位点信息单元为颜色特性为深色的信息单元。

6. 一种用于对如权利要求1所述的二维条码系统进行信息编码的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)数据编码；

(2)数据校验；

(3)在矩阵阵列中布置信息单元；

(4)掩膜；

(5)应用信息。

7. 如权利要求6所述的对二维条码系统进行信息编码的方法，其特征在于：

所述步骤(1)中，将输入的数据每三位分为一组，将每组数据转换为10位二进制数；如果输入的数据的位数不是3的倍数，所余的1位或2位数字应分别转换为4位或7位二进制数，然后将二进制数据连接起来。

8. 如权利要求6所述的对二维条码系统进行信息编码的方法，其特征在于：

所述步骤(3)中，首先生成10×10的空白矩阵；在主定位图形、辅助定位图形、定位点相应的位置填入适当的深色或浅色信息单元；应用类型信息暂时空置；在剩余的编码区域中，表示数据的信息单元以从上到下、从左到右的顺序布置。

9. 如权利要求6所述的对二维条码系统进行信息编码的方法，其特征在于：

所述步骤(4)中，用010三位一组的掩膜图形对编码区域的位图进行异或处理。

10. 一种用于对如权利要求1所述的二维条码系统进行信息解码的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)定位并获取二维条码图像，将深色与浅色信息单元识别为由0与1组成的矩阵阵列；

(2)识读应用类型信息，确定二维条码的具体应用类型；

(3)用掩膜图形对编码区域的位图进行异或处理，消除掩膜；

(4)根据事先确定的识读规则，识读各信息单元所代表的字符；

(5)用校验位进行校验，发现错误，立刻返回；

(6)进行译码，并输出二维条码所包含的数据信息。

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