CN105574572A - 一种彩色二维码及其生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种彩色二维码及其生成方法，所述彩色二维码，包括功能图形和编码区格式，所述功能图形包括位置探测图形、位置探测图形分隔符、定位图形和校正图形；所述编码区格式包括格式和版本信息、数据和纠错码字。本发明能够在传统二维码的基础上，利用256种颜色几何图形的排列组合，实现对大量数字、符号及汉字等信息的存储，从而提高二维码的信息存储量。

Description

一种彩色二维码及其生成方法
技术领域
本发明涉及信息编解码技术领域，尤其是涉及一种彩色二维码及其生成方法。
背景技术
近年来，随着互联网技术和电脑硬件技术的高速发展，信息的传播和识别已经成为信息社会的必备技术。在一维码的基础上，二维码作为一种全新的信息存储、传递和识别技术，自诞生之日起就得到了世界上许多国家的关注。美国、德国、日本等国家，不仅已将二维码技术应用于公安、外交、军事等部门对各类证件的管理，而且也将二维码应用于海关、税务等部门对各类报表和票据的管理，商业、交通运输等部门对商品及货物运输的管理、邮政部门对邮政包裹的管理、工业生产领域对工业生产线的自动化管理。我国对二维码技术的研究开始于1993年。近几年，我国信息技术和自动化管理得到了迅猛发展，在信息产业和商业自动化管理的带动下，二维码技术在我国得到了快速推广与应用。与此同时，随着我国市场经济的不断完善和信息技术的迅速发展，国内对二维码这一新技术的需求与日俱增。因此，中国物品编码中心在原国家质量技术监督局和国家有关部门的大力支持下，对二维码技术的研究不断深入。现在，二维码技术主要是通过黑白几何图形来表示二进制中的0、1码实现信息的存储。随着二维码的广泛应用，以及人们对个性化的追求，彩色二维码也逐渐进入人们的视野。不过这里的彩色二维码只是将传统二维码中的黑色用彩色表示，从而达到一定的美观效果。
发明内容
本发明提出了一种彩色二维码及其生成方法，能够在传统二维码的基础上，利用256种颜色几何图形的排列组合，实现对大量数字、符号及汉字等信息的存储，从而提高二维码的信息存储量。
本发明的一种技术方案是这样实现的：一种彩色二维码，包括功能图形和编码区格式，所述功能图形包括：用于在使用彩色二维码过程中迅速找到二维码的准确位置的位置探测图形；用于将位置信息与主题信息分隔的位置探测图形分隔符；用于防止彩色二维码旋转、倒置的定位图形；用来检测二维码是否畸变以修正彩色二维码的校正图形；所述编码区格式包括格式和版本信息、数据和纠错码字。
进一步的，所述位置探测图形有三个，每个所述位置探测图形的大小为5*5个单元格，所述位置探测图形放置在彩色二维码的三个角落，分别用红{i,j|1≤i≤5,1≤j≤5}、绿{i,j|1≤i≤5，28≤j≤32}、蓝{i,j|28≤i≤32,28≤j≤32}三种颜色来表示，对应的RGB值为Red(250±10，5±10，5±10)、Green(5±10，250±10，5±10)、Blue(5±10，5±10，250±10)。彩色二维码的横向扫描是从红色探测符到绿色探测符，纵向扫描是从红色探测符到蓝色探测符。
进一步的，位置探测图形分隔符用白色(250±10，250±10，250±10)将位置信息与主题信息分隔，所述位置探测图形分隔符位于所述位置探测图形四周，所述位置探测图形分隔符为一个单元长度的折线矩形条。
进一步的，所述定位图形包括水平{i,j|i＝5,8≤j≤26}和垂直{i,j|8≤i≤26,j＝5}两条黑(5±10，5±10，5±10)白(250±10，250±10，250±10)相间、大小为1*19个单元格的图形。
进一步的，所述校正图形是大小为2*2的黑色(5±10，5±10，5±10)色块。
进一步的，所述格式和版本信息包含彩色二维码的大小以及纠错能力，以及整个二维码的信息编码方式(QR码)与纠错码编码方式(RS码)，此处彩色二维码的格式和版本信息表示为5-1M-QR-RS；其中，彩色二维码的大小用2的指数形式表示，该彩色二维码的单边大小为25即32个单位长度；纠错能力可以分为L、M、H、Q四个等级，该彩色二维码版本为1M；彩色二维码的大小与纠错能力是可以根据实际需要进行调整，通过将单位长度进行2n等分以及采用不同的RS码来实现扩大信息容量或增强纠错能力。编码信息起到在识别色块后选择相应的解码方式的作用，边长信息可以防止彩色二维码在放大或缩小后导致单元格实际大小改变而引起的识别错误。
进一步的，所述数据和纠错码字即为信息经过QR编码与RS编码后得到的码字。
本发明的另一种技术方案是这样实现的：一种彩色二维码的生成方法，包括如下步骤：
S1、将数字、字母、文字、声音和图片数据信息通过QR编码方式转换成二进制数，将编码后的数据流按照4个字节为一组进行封装，不足的补0，形成原始数据流，为后续生成纠错码做准备；
S2、为避免外界环境干扰导致原始数据流产生错误，在原始数据流的基础，利用在GF(24)上的(15,11)RS纠错码进行编码，(15,11)RS码中信息字有11个，每11个数据符号即44个二进制数据流为一个单位编成可纠错的RS码，该RS码码长为15个符号即60个二进制数；
S3、每11个信息字经过RS编码后会生成15个码字，码字以符号为单位计算，每一个符号对应一个4位二进制数，每一种颜色对应一个8位二进制数，将编码后的信息通过颜色表达时一个色块表达为2个RS码中的符号；然后在彩色二维码中的信息码与纠错码区域按顺序排列放置，从而形成彩色二维码。
进一步的，所述(15,11)RS码实现方法如下：
a.将数据流每4个字节为一组，并用多项式表达i(x)，多项式中x的指数表示该符号的位置，系数表示该位置的符号，符号位置都是自右往左从0到15依次递增；
b.已知信息字i(x)，由公式(1)可得码字c(x)
c(x)＝i(x)*g(x)(1)
其中，g(x)为生成多项式，是由RS码的纠检错能力决定。这里(15,11)RS码可纠检2个错，公式(2)即为相应的生成多项式：
g(x)＝α10+α3x+α6x2+α13x3+x4(2)。
再进一步的，所述色板采用256种颜色组合，为避免由于颜色相近而容易产生信息错误，在为不同颜色对应不同8位二进制数时，将相近的8位二进制数用色差较大的颜色来表示。
采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：本发明通过在传统二维码的基础上，通过256种颜色来表示不同的8位二进制数，利用彩色几何图形的排列组合来实现对大量信息的存储。本发明能够在传统二维码的基础上，利用256种颜色几何图形的排列组合，实现对大量数字、符号及汉字等信息的存储，从而提高二维码的信息存储量。
相较于传统二维码通过黑白两色表示1位二进制数，相同规格的彩色二维码的信息存储量远高于传统二维码。由于现在的手机、电脑等设备均支持彩色图像的识别，并且其精度也可以达到对不同颜色的精确识别，为彩色二位码的实际应用提供了实现基础。除此之外，彩色二维码可以实现大量信息的存储，因此彩色二维码的应用前景十分广阔。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明彩色二维码的结构框图。
图1中的标号说明：
1.位置探测图形,2.位置探测图形分隔符，3.定位图形，4.校正图形，5.格式和版本信息，6.单元格。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种彩色二维码，包括功能图形和编码区格式，所述功能图形包括：用于在使用彩色二维码过程中迅速找到二维码的准确位置的位置探测图形1；用于将位置信息与主题信息分隔的位置探测图形分隔符2；用于防止彩色二维码旋转、倒置的定位图形3；用来检测二维码是否畸变以修正彩色二维码的校正图形4；所述编码区格式包括格式和版本信息5、数据和纠错码字。
优选的，所述位置探测图形1有三个，每个所述位置探测图形1的大小为5*5个单元格6，所述位置探测图形1放置在彩色二维码的三个角落，分别用红{i,j|1≤i≤5,1≤j≤5}、绿{i,j|1≤i≤5，28≤j≤32}、蓝{i,j|28≤i≤32,28≤j≤32}三种颜色来表示，对应的RGB值为Red(250±10，5±10，5±10)、Green(5±10，250±10，5±10)、Blue(5±10，5±10，250±10)。彩色二维码的横向扫描是从红色探测符到绿色探测符，纵向扫描是从红色探测符到蓝色探测符。
优选的，位置探测图形分隔符2用白色(250±10，250±10，250±10)将位置信息与主题信息分隔，所述位置探测图形分隔符2位于所述位置探测图形四周，所述位置探测图形分隔符为一个单元长度的折线矩形条。
优选的，所述定位图形3包括水平{i,j|i＝5,8≤j≤26}和垂直{i,j|8≤i≤26,j＝5}两条黑(5±10，5±10，5±10)白(250±10，250±10，250±10)相间、大小为1*19个单元格6的图形。
优选的，所述校正图形4是大小为2*2的黑色(5±10，5±10，5±10)色块。
优选的，所述格式和版本信息5包含彩色二维码的大小以及纠错能力，以及整个二维码的信息编码方式(QR码)与纠错码编码方式(RS码)；其中，彩色二维码的大小用2的指数形式表示，该彩色二维码的单边大小为25即32个单位长度；纠错能力可以分为L、M、H、Q四个等级，该彩色二维码版本为1M；彩色二维码的大小与纠错能力是可以根据实际需要进行调整，通过将单位长度进行2n等分以及采用不同的RS码来实现扩大信息容量或增强纠错能力。编码信息起到在识别色块后选择相应的解码方式的作用，边长信息可以防止彩色二维码在放大或缩小后导致单元格实际大小改变而引起的识别错误。
优选的，所述数据和纠错码字即为信息经过QR编码与RS编码后得到的码字。
一种彩色二维码的生成方法，包括如下步骤：
S1、将数字、字母、文字、声音和图片数据信息通过QR编码方式转换成二进制数，将编码后的数据流按照4个字节为一组进行封装，不足的补0，形成原始数据流，为后续生成纠错码做准备；
S2、为避免外界环境干扰导致原始数据流产生错误，在原始数据流的基础，利用在GF(24)上的(15,11)RS纠错码进行编码，(15,11)RS码中信息字有11个，每11个数据符号即44个二进制数据流为一个单位编成可纠错的RS码，该RS码码长为15个符号即60个二进制数；
S3、每11个信息字经过RS编码后会生成15个码字，码字以符号为单位计算，每一个符号对应一个4位二进制数，每一种颜色对应一个8位二进制数，将编码后的信息通过颜色表达时一个色块表达为2个RS码中的符号；然后在彩色二维码中的信息码与纠错码区域按顺序排列放置，从而形成彩色二维码。
应该注意的是，该彩色二维码采用在GF(24)上的(15,11)RS码，因为RS码的纠检错是针对信息符号而言，也就是(15,11)RS码可看成(60，44)二进制码，编码后每15个符号中可以修正2个随机或突发错误符号，每个符号与4位二进制码的对应关系如表1所示。
表1GF(24)中符号与二进制数对应关系
0 0000 α7 1011
1 0001 α8 0101
α 0010 α9 1010
α2 0100 α10 0111
α3 1000 α11 1110
α4 0011 α12 1111
α5 0110 α13 1101
α6 1100 α14 1001
优选的，所述(15,11)RS码实现方法如下：
a.将数据流每4个字节为一组，并用多项式表达i(x)，多项式中x的指数表示该符号的位置，系数表示该位置的符号，符号位置都是自右往左从0到15依次递增；
b.已知信息字i(x)，由公式(1)可得码字c(x)
c(x)＝i(x)*g(x)(1)
其中，g(x)为生成多项式，是由RS码的纠检错能力决定。这里(15,11)RS码可纠检2个错，公式(2)即为相应的生成多项式
g(x)＝α10+α3x+α6x2+α13x3+x4(2)。
优选的，彩色二维码的原理是通过不同颜色色块的排列组合来存储信息，鉴于考虑印刷时产生的色差以及不同设备对色彩的识别精度等问题，色板中颜色的RGB值是一个取值范围；为了避免由于颜色相近而容易产生信息错误，在为不同颜色对应不同8位二进制数时，将相近的8位二进制数用色差较大的颜色来表示，从而降低错误率。256种颜色色板与8位二进制数的对应关系如表2所示。
表2256色色板及其对应8位二进制数
传统二维码由于自身信息存储量的局限性，虽然可以存储数字符号，但对于大量信息数据而言还是相对复杂。彩色二维码自身庞大的信息存储量，使得存储数字、符号、汉字、图片和声音等信息变的更易实现。
优选的，所述彩色二维码的编码采用QR技术进行编码，实现方法如下：
1)数字：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。如果所输入的数据的位数不是3的整数倍，所余的1位或2位数字应分别转换为4位7位二进制数。将二进制数据连接起来并在前面加上模式指示符和字符计数指示符，后接终止字符0000。数字的模式指示符为0001，字符计数指示符用10位二进制数来表示。
2)字母数字：将输入的数据分为两个字符一组，用11位二进制表示。将前面字符的值乘以45与第二个字符的值相加，将所得的结果转换为11位二进制数。如果输入的数据的字符数不是2的整数倍，将最后一个字符编码为6位二进制数。将所得的二进制数据连接起来并在前面加上模式指示符和字符计数指示符，后接终止字符0000。字母数字的模式指示符为0010，字符计数指示符用10位二进制数来表示。字母数字模式的编译码表如表2所示。
表2字母数字模式的编码/译码表
3)8位字节：直接输入表示该8位码字的数据字符的JIS8字符，并在前面加上模式指示符和字符计数指示符。8位字节的模式指示符为0100，字符计数指示符用16位二进制数表示。JIS8字符集编译码表如表3所示。
表3JIS8字符集编码/译码表
4)汉字：在转换JIS系统中，两个字节表示一个中国汉字字符。将输入数据字符按下面定义转换为13位二进制码字。随后将二进制数据连接起来并在前面加上模式指示符和字符计数指示符，后接终止字符0000。汉字的模式指示符为1000，字符计数指示符用12位二进制数表示。
i.对于转换JIS值为8140HEX到9FFCHEX之间的字符：
a)将转换JIS值减去8140HEX；
b)将高位字节乘以C0HEX；
c)将b的结果加上低位字节；
d)将结果转换为13位二进制串。
ii.转换JIS值为E040HEX到EBBFHEX之间的字符：
a)将转换JIS值减去C140HEX；
b)将高位字节乘以C0HEX；
c)将b的结果加上低位字节；
d)将结果转为13位二进制串。
将编码后得到的数据流进行分割和组装，4个字节为一组，不足的补0，为后续生成纠错码做准备。
编码举例说明：3762024CU7M
(1)数字3位一组：376|202|4；字母数字2位一组：CU7M→(12,30,7,22)；
(2)每组二进制转换：
376→0101111000；202→0011001010；4→0100；
CU→12*45+30→540→01000011100；
7M→7*45+22→337→00101010001；
(3)数字模式指示符：0001，计数符：7→0000000111；
字母数字模式指示符：0010，计数符：4→0000000100；
每个模式结束添加结束符0000；
(4)将所有二进制数连接在一起
0001000000011101011110000011001010010000000010000000010001000011100001010100010000
(5)将信息数据流每4个二进制数为一个单位，不足补零，并进行QR编码。
(1，0，1，α13，α10，α3，α4，α，α14，0，0，α3，0，α8，α2，α4，α3，α8，α2，α2，0)
(6)前11个符号进行RS编码
i(x)＝1+x2+α13x3+α10x4+α3x5+α4x6+αx7+α14x8
g(x)＝α10+α3x+α6x2+α13x3+x4
c(x)＝i(x)*g(x)＝α10+α3x+α7x2+α3x3+α14x4+α11x5+α3x6+α10x7+α5x8+α4x9+α6x10+α13x11+α14x12
故生成的RS码为(α10，α3，α7，α3，α14，α11，α3，α10，α5，α4，α6，α13，α14，0，0)
(7)将生成的RS码转化为二进制数为(011110001011100010011110100001110110001111001101100100000000|0000)
(8)每2个符号对应一个色块，由于实际印刷及显示屏的原因，对应的色块为彩色区域。
综上所述，本发明通过在传统二维码的基础上，通过256种颜色来表示不同的8位二进制数，利用彩色几何图形的排列组合来实现对大量信息的存储。本发明能够在传统二维码的基础上，利用256种颜色几何图形的排列组合，实现对大量数字、符号及汉字等信息的存储，从而提高二维码的信息存储量。
相较于传统二维码通过黑白两色表示1位二进制数，相同规格的彩色二维码的信息存储量远高于传统二维码。由于现在的手机、电脑等设备均支持彩色图像的识别，并且其精度也可以达到对不同颜色的精确识别，为彩色二位码的实际应用提供了实现基础。除此之外，彩色二维码可以实现大量信息的存储，因此彩色二维码的应用前景十分广阔。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种彩色二维码，其特征在于，包括功能图形和编码区格式，
所述功能图形包括：
用于在使用彩色二维码过程中迅速找到二维码的准确位置的位置探测图形；
用于将位置信息与主题信息分隔的位置探测图形分隔符；
用于防止彩色二维码旋转、倒置的定位图形；
用来检测二维码是否畸变以修正彩色二维码的校正图形；
所述编码区格式包括格式和版本信息、数据和纠错码字。
2.如权利要求1所述的彩色二维码，其特征在于，所述位置探测图形有三个，每个所述位置探测图形的大小为5*5个单元格，所述位置探测图形放置在彩色二维码的三个角落，分别用红{i,j|1≤i≤5,1≤j≤5}、绿{i,j|1≤i≤5，28≤j≤32}、蓝{i,j|28≤i≤32,28≤j≤32}三种颜色来表示，对应的RGB值为Red(250±10，5±10，5±10)、Green(5±10，250±10，5±10)、Blue(5±10，5±10，250±10)；所述彩色二维码的横向扫描是从红色探测符到绿色探测符，纵向扫描是从红色探测符到蓝色探测符。
3.如权利要求2所述的彩色二维码，其特征在于，位置探测图形分隔符用白色(250±10，250±10，250±10)将位置信息与主题信息分隔，所述位置探测图形分隔符位于所述位置探测图形四周，所述位置探测图形分隔符为一个单元长度的折线矩形条。
4.如权利要求1-3任一项所述的彩色二维码，其特征在于，所述定位图形包括水平{i,j|i＝5,8≤j≤26}和垂直{i,j|8≤i≤26,j＝5}两条黑(5±10，5±10，5±10)白(250±10，250±10，250±10)相间、大小为1*19个单元格的图形。
5.如权利要求4所述的彩色二维码，其特征在于，所述校正图形是大小为2*2的黑色(5±10，5±10，5±10)色块。
6.如权利要求1-3任一项所述的彩色二维码，其特征在于，所述格式和版本信息包含彩色二维码的大小以及纠错能力，以及整个二维码的信息编码方式(QR码)与纠错码编码方式(RS码)；其中，彩色二维码的大小用2的指数形式表示，该彩色二维码的单边大小为25即32个单位长度；纠错能力可以分为L、M、H、Q四个等级，该彩色二维码版本为1M；彩色二维码的大小与纠错能力是可以根据实际需要进行调整，通过将单位长度进行2n等分以及采用不同的RS码来实现扩大信息容量或增强纠错能力；编码信息起到在识别色块后选择相应的解码方式的作用，边长信息可以防止彩色二维码在放大或缩小后导致单元格实际大小改变而引起的识别错误。
7.如权利要求6所述的彩色二维码，其特征在于，所述数据和纠错码字即为信息经过QR编码与RS编码后得到的码字。
8.一种彩色二维码的生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将数字、字母、文字、声音和图片数据信息通过QR编码方式转换成二进制数，将编码后的数据流按照4个字节为一组进行封装，不足的补0，形成原始数据流，为后续生成纠错码做准备；
S2、为避免外界环境干扰导致原始数据流产生错误，在原始数据流的基础，利用在GF(24)上的(15,11)RS纠错码进行编码，(15,11)RS码中信息字有11个，每11个数据符号即44个二进制数据流为一个单位编成可纠错的RS码，该RS码码长为15个符号即60个二进制数；
S3、每11个信息字经过RS编码后会生成15个码字，码字以符号为单位计算，每一个符号对应一个4位二进制数，每一种颜色色板对应一个8位二进制数，将编码后的信息通过颜色色板表达时一个色块表达为2个RS码中的符号；然后在彩色二维码中的信息码与纠错码区域按顺序排列放置，从而形成彩色二维码。
9.根据权利要求8所述的彩色二维码的生成方法，其特征在于，所述(15,11)RS码实现方法如下：
a.将数据流每4个字节为一组，并用多项式表达i(x)，多项式中x的指数表示该符号的位置，系数表示该位置的符号，符号位置都是自右往左从0到15依次递增；
b.已知信息字i(x)，由公式(1)可得码字c(x)
c(x)＝i(x)*g(x)(1)
其中，g(x)为生成多项式，是由RS码的纠检错能力决定，这里(15,11)RS码可纠检2个错，公式(2)即为相应的生成多项式
g(x)＝α10+α3x+α6x2+α13x3+x4(2)。
10.根据权利要求8所述的彩色二维码的生成方法，其特征在于，所述色板采用256种颜色组合，为避免由于颜色相近而容易产生信息错误，在为不同颜色对应不同8位二进制数时，将相近的8位二进制数用色差较大的颜色来表示。
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