CN110569946A - 一种适用于喷码机的qr码生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于喷码机的QR码生成方法。该方法，首先，根据喷码机的输入数据的字符类型，采用最佳编码模式选择算法选择最佳编码模式，将输入数据转换为二进制位流，而后根据二进制位流的位流数和QR码的纠错等级确定QR码的版本，对二进制位流形成的数据码进行判断和分割，生成数据码块；再而，根据数据码块分别生成纠错码块，之后需要将数据码块和纠错码块布置到矩阵中；将QR码的格式信息和功能图形布置到矩阵中；最后，根据矩阵中的二进制数，采用Qt的QPinter进行QR码符号的绘制，由喷码机喷印。本发明方法适用于喷码机，特别是高解析喷码机，以此提升了QR码的喷印质量，及可识别率。

Description

一种适用于喷码机的QR码生成方法

技术领域

本发明涉及一种适用于喷码机的QR码生成方法。

背景技术

快速响应矩阵码(Quick Response Code)，简称QR码，是由日本公司研制出的一种矩阵式二维条码，具有存储信息容量大、超高速全方位识读、纠错能力强、可靠性高、能够高效表示中国汉字等特点，广泛应用在工业自动化生产线管理上，是喷码标识行业应用最广的条码之一。

QR码的编码方法是将数据信息转换为二进制位流，用黑白模块组成的QR码符号进行表示。QR码设有1到40的不同版本，版本越高数据容量越大，对应的模块数就越多，版本1的QR码符号由21×21模块组成，每增加一个版本，纵向和横向各自增加4模块，所以版本40的QR码由177×177模块组成，表1为版本1至版本4的QR码数据容量。对于一组特定的数据信息，选择不同编码模式所得到的二进制位流是不一样的，编码过程需要选择最佳的编码模式，使得位流长度最优化，才能用最低版本的QR码符号表示最多的资料信息。

表1 QR码数据容量

对于印刷领域而言，通常能印刷各种版本的QR码符号，而且由于印刷质量高，各种版本的QR码符号均能达到很高的可识别率，但对于喷码领域而言，喷头能支持的最大喷印高度有限，这就导致QR码符号版本的变化对QR码的可识别率影响很大，即用喷码机进行喷印，可能会出现难以被准确识别的情况。

本申请针对这种情况，研究了QR码的编码原理，提出一种最佳编码模式选择算法，提高QR码编码密度，尽可能用最低版本的QR码符号表示最多的喷印资料信息，并基于此提供一种适用于喷码机的QR码生成方法，提高喷码机喷印的QR码的可识别率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于喷码机的QR码生成方法，该方法适用于喷码机，特别是高解析喷码机，以此提升了QR码的喷印质量，及可识别率。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种适用于喷码机的QR码生成方法，包括如下步骤：

步骤S1、根据喷码机的输入数据的字符类型，采用最佳编码模式选择算法选择最佳编码模式，将输入数据转换为二进制位流；

步骤S2、根据生成的二进制位流的位流数和QR码的纠错等级确定QR码的版本，若QR码版本大于4时，返回步骤S1；否则，执行步骤S3；

步骤S3、根据QR码版本对二进制位流形成的数据码进行判断和分割，生成数据码块；

步骤S4、根据步骤S3得到的数据码块分别生成纠错码块，之后需要将数据码块和纠错码块布置到矩阵中；

步骤S5、将QR码的格式信息和功能图形布置到矩阵中；

步骤S6、根据矩阵中的二进制数，采用Qt的QPinter进行QR码符号的绘制，最后由喷码机喷印。

在本发明一实施例中，所述步骤S4至步骤S5之间，还包括一掩模处理步骤。

在本发明一实施例中，所述步骤S1中，采用最佳编码模式选择算法选择最佳编码模式的具体实现方式如下：

(1)选择初始模式

若初始输入数据是中国汉字，并且字符数少于[2,2,2]个，其后紧跟8位字节专有子集数据，那么选择8位字节模式，否则选择中国汉字模式；

若初始输入数据是在8位字节的专有子集中，那么选择8位字节模式；

若初始输入数据是在字母数字的专有子集中，并且字符数少于[6,7,8]，其后紧跟8位字节专有子集中的数据，那么选择8位字节模式，否则选择字母数字模式；

若初始数据是数字，并且数字个数少于[4,4,5]其后紧跟8位字节专有子集中的数据，那么选择8位字节模式，否则如果少于[6,7,8]后紧跟字母数字专有子集中的数据，那么选择字母数字模式，否则选择数字模式；

(2)在8位字节模式中

若有不少于[3,4,4]的中国汉字字符序列来自8位字节二进制字符集的专有子集的多个数据前，那么转至中国汉字模式；

若有不少于[6,8,9]个数字出现在8位字节的专有子集数据前，那么转至数字模式；

若有不少于[11,15,16]个字母数字专有子集中的数据出现在8位字节的专有子集数据前，那么转至字母数字模式；

(3)在字母数字模式中

若有少于[2,2,2]个中国汉字出现并且后面紧跟8位字节专有子集中的数据，那么转至8位字节模式，否则转至中国汉字模式；

若有8位字节专有子集中的数据出现，那么转至8位字节模式；

若有不少于[13,15,17]的数字出现在字母数字专有子集的数据前，那么转至数字模式；

(4)在数字模式中

若有少于[2,2,2]个中国汉字出现并且后面紧跟8位字节专有子集中的数据，那么转至8位字节模式，否则转至中国汉字模式；

若有8位字节专有子集中的数据出现，那么转至8位字节模式；

若有字母数字专有子集中的数据出现，并且字符数少于[6,7,8]，其后紧跟8位字节专有子集中的数据，那么转至8位字节模式，否则转至字母数字模式。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明方法适用于喷码机，特别是高解析喷码机，以此提升了QR码的喷印质量，及可识别率。

附图说明

图1为汉字编码方式数据结构示意图。

图2为本发明QR码生成程序流程图。

图3为本发明数据位流生成程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提供了一种适用于喷码机的QR码生成方法，包括如下步骤：

步骤S1、根据喷码机的输入数据的字符类型，采用最佳编码模式选择算法选择最佳编码模式，将输入数据转换为二进制位流；

步骤S2、根据生成的二进制位流的位流数和QR码的纠错等级确定QR码的版本，若QR码版本大于4时，返回步骤S1；否则，执行步骤S3；

步骤S3、根据QR码版本对二进制位流形成的数据码进行判断和分割，生成数据码块；

步骤S4、根据步骤S3得到的数据码块分别生成纠错码块，之后需要将数据码块和纠错码块布置到矩阵中；

步骤S5、将QR码的格式信息和功能图形布置到矩阵中；

步骤S6、根据矩阵中的二进制数，采用Qt的QPinter进行QR码符号的绘制，最后由喷码机喷印。

所述步骤S4至步骤S5之间，还包括一掩模处理步骤，本实例中为了提高QR码生成效率，所有掩模图形参考均选择为000，不进行掩模评价。

所述步骤S1中，采用最佳编码模式选择算法选择最佳编码模式的具体实现方式如下：

(1)选择初始模式

若初始输入数据是中国汉字，并且字符数少于[2,2,2]个，其后紧跟8位字节专有子集数据，那么选择8位字节模式，否则选择中国汉字模式；

若初始输入数据是在8位字节的专有子集中，那么选择8位字节模式；

若初始输入数据是在字母数字的专有子集中，并且字符数少于[6,7,8]，其后紧跟8位字节专有子集中的数据，那么选择8位字节模式，否则选择字母数字模式；

若初始数据是数字，并且数字个数少于[4,4,5]其后紧跟8位字节专有子集中的数据，那么选择8位字节模式，否则如果少于[6,7,8]后紧跟字母数字专有子集中的数据，那么选择字母数字模式，否则选择数字模式；

(2)在8位字节模式中

若有不少于[3,4,4]的中国汉字字符序列来自8位字节二进制字符集的专有子集的多个数据前，那么转至中国汉字模式；

若有不少于[6,8,9]个数字出现在8位字节的专有子集数据前，那么转至数字模式；

若有不少于[11,15,16]个字母数字专有子集中的数据出现在8位字节的专有子集数据前，那么转至字母数字模式；

(3)在字母数字模式中

若有少于[2,2,2]个中国汉字出现并且后面紧跟8位字节专有子集中的数据，那么转至8位字节模式，否则转至中国汉字模式；

若有8位字节专有子集中的数据出现，那么转至8位字节模式；

若有不少于[13,15,17]的数字出现在字母数字专有子集的数据前，那么转至数字模式；

(4)在数字模式中

若有少于[2,2,2]个中国汉字出现并且后面紧跟8位字节专有子集中的数据，那么转至8位字节模式，否则转至中国汉字模式；

若有8位字节专有子集中的数据出现，那么转至8位字节模式；

若有字母数字专有子集中的数据出现，并且字符数少于[6,7,8]，其后紧跟8位字节专有子集中的数据，那么转至8位字节模式，否则转至字母数字模式。

以下为本发明的具体实现过程。

1、最佳编码模式算法

对一组输入数据，QR码提供了多种不同的编码方式，但采用不同模式所转换得到的二进制位流长度是不相同的。由于各模式的字符子集有重叠部分，例如数字可以选择数字模式、字母数字模式或者8位字节模式进行编码，字母可以选择字母数字模式或者8位字节模式进行编码，汉字也可选择8位字节模式或者中国汉字模式进行编码。对可用多于1种模式表示的数据字符进行编码时，需要进行最佳模式选择分析，QR码支持混合模式编码，即数据流开始转换时选择一种编码模式，数据流中间也可进行模式的切换，但是每一编码段均需要包括模式指示符，字符计数指示符，中国汉字编码段还需要包括汉字子集指示符。所以，最佳模式算法不仅需要考虑当前字符序列，也要考虑下一个数据序列以及模式切换所需要的开销。

本发明以汉字编码模式的选择为例进行详细分析，其他情况可以此类推。以下两种情况需考虑汉字编码的位流长度最优化问题，即选择8位字节模式还是中国汉字模式对汉字数据进行编码，因为不同QR码版本的字符计数指示符位数不一样，如表2所示，用方括号中的字符数如[8,10,12]表示用于版本1～9,10～26和27～40。

表2 字符计数指示符的位数

情况1：输入数据是在中国汉字字符集中，其后紧跟8位字节专有子集中的数据，有以下两种编码方式可供选择。

1)先采用中国汉字模式将汉字信息转换为二进制位流，再从中国汉字模式切换到8位字节模式，这种编码方式的数据结构如图1(a)所示，由段1和段2两部分组成，段1用中国汉字模式编码，包括4bit模式指示符，4bit汉字子集指示符、[8,10,12]bit字符计数指示符和数据信息转换得到得二进制位流。段2用8位字节模式编码，包括4bit模式指示符、[8,10,12]bit字符计数指示符和数据信息转换得到得二进制位流。

2)直接采用8位字节模式表示所有数据，编码方式的数据结构如图1(b)所示，此种方式只包含一个编码段，不需要进行模式切换。

设初始输入的中国汉字字符数为N，则选择8位字节模式的条件如下：

4+4+[8,10,12]+13×N≥(3×N)×8

解不等式，求得N＜[2,2,2]，故如果初始输入数据是在中国汉字字符集中，并且字符数少于[2,2,2]，其后紧跟8位字节专有子集中的数据，那么选择8位字节模式，否则选择中国汉字模式。

情况2：在8位字节模式中，有中国汉字字符序列来自8位字节专有子集的多个数据前，有以下两种编码方式可供选择。

1)先从8位字节模式切换到中国汉字模式表示汉字字符，再由中国汉字模式切换到8位字节模式表示8位字节专有子集字符，编码方式的数据结构如图1(c)所示，这种方式包括3个编码段。

2)直接采用8位字节模式表示所有数据，编码方式的数据结构如图1(b)所示，这种方式仅有1个编码段。

设中国汉字字符序列数为N，则转至中国汉字模式的条件如下：

4+4+[8,10,12]+13×N+4+[8,16,16]≤(3×N)×8

解不等式，求得N≥[3,4,4]，故如果有不少于[3,4,4]的中国汉字字符序列来自8位字节二进制字符集的专有子集的多个数据前，那么转至中国汉字模式，否则用8位字节模式对汉字信息进行编码表示。基于上述分析，得出如下结论。

①选择初始模式

如果初始输入数据是中国汉字，并且字符数少于[2,2,2]个，其后紧跟8位字节专有子集数据，那么选择8位字节模式，否则选择中国汉字模式。

如果初始输入数据是在8位字节的专有子集中，那么选择8位字节模式。

如果初始输入数据是在字母数字的专有子集中，并且字符数少于[6,7,8]，其后紧跟8位字节专有子集中的数据，那么选择8位字节模式，否则选择字母数字模式。

如果初始数据是数字，并且数字个数少于[4,4,5]其后紧跟8位字节专有子集中的数据，那么选择8位字节模式，否则如果少于[6,7,8]后紧跟字母数字专有子集中的数据，那么选择字母数字模式，否则选择数字模式。

②在8位字节模式中

如果有不少于[3,4,4]的中国汉字字符序列来自8位字节二进制字符集的专有子集的多个数据前，那么转至中国汉字模式。

如果有不少于[6,8,9]个数字出现在8位字节的专有子集数据前，那么转至数字模式。

如果有不少于[11,15,16]个字母数字专有子集中的数据出现在8位字节的专有子集数据前，那么转至字母数字模式。

③在字母数字模式中

如果有少于[2,2,2]个中国汉字出现并且后面紧跟8位字节专有子集中的数据，那么转至8位字节模式，否则转至中国汉字模式。

如果有8位字节专有子集中的数据出现，那么转至8位字节模式。

如果有不少于[13,15,17]的数字出现在字母数字专有子集的数据前，那么转至数字模式。

④在数字模式中

如果有少于[2,2,2]个中国汉字出现并且后面紧跟8位字节专有子集中的数据，那么转至8位字节模式，否则转至中国汉字模式。

如果有8位字节专有子集中的数据出现，那么转至8位字节模式。

如果有字母数字专有子集中的数据出现，并且字符数少于[6,7,8]，其后紧跟8位字节专有子集中的数据，那么转至8位字节模式，否则转至字母数字模式。

2、软件实现与移植

在QR Code编码原理的理解与研究基础上，本发明基于Qt为高解析喷码机量身编写QR码生成算法，其程序流程图如图2所示。

QR码的纠错码采用Reed-Solomon码，需要在伽罗华域对数据进行纠错编码，一开始需要完成GF(2^8)伽罗华域与实数域的映射表，为纠错码的生成做准备。数据编码的任务是将输入的数据转换为一串位流，位流中包括各编码段的模式指示符、字符计数指示符、数据信息位，终止位和填充位。输入的数据可能为数字、字母或者汉字等等，在进行二进制位流转换之前，需要进行最佳编码模式选择，本发明通过QRDataCodeGene函数实现最佳编码模式选择并将输入数据转换为二进制位流，其流程图如图3所示，位流生成后将根据位流数和QR码的纠错等级确定QR码的版本。由于高解析喷码机支持的喷印字高仅为12.7mm，喷印高版本QR码会出现识别率低的情况，当QR码的版本大于4时，本发明设计的喷码系统会进行提醒并直接返回。不同版本的QR码的数据码块不一样，需要进行判断和分割，数据码块分割完成后再分别生成纠错码块，之后需要将数据码块和纠错码块布置到矩阵中。QR码只对编码区域进行掩模，所以掩模处理需要在布置完数据码字和纠错码字之后，在格式信息和功能图形布置之前，最后根据矩阵中的二进制数，采用Qt的QPinter进行QR码符号的绘制。

为了使QR码符号的黑白模块更加均匀，同时为了避免出现类似功能图形的图案出现，需要进行掩模处理，国标中提供了8种掩模图形参考，在QR码生成过程中依次采用8种掩模图形进行异或运算，最后评价选取最优一种，评价过程将耗费较多的处理时间，降低了QR码的生成效率，本发明直接采用掩模0图形参考进行异或运算，不进行掩模评价，从而提高QR码的生成速度。

本发明方法具有如下特点：①进行输入数据分析时，能够根据最佳模式选择算法选择最优方案。②为了提高QR码生成效率，所有掩模图形参考均选择为000，不进行掩模评价。③由于高解析喷码机字高仅为12.7mm，喷印高版本的QR码时，可能出现无法准确识别的情况，所以当超过版本4时，进行提醒并放弃QR码符号生成。采用本文编码算法和基于ZXing库生成的QR码符号对比如表3所示。

表3 两种算法生成的QR码对比

表3中的4张QR符号的纠错等级均为H，对相同数据内容进行编码时，采用本文的算法具有更高的编码密度，比如利用本发明方法对“福大人”信息进行编码，生成的QR码符号为版本1，21×21模块，而采用ZXing库算法生成的QR码符号为版本2，25×25模块。版本越低的QR码，其模块数越少，在相同高度的情况下，喷印出来的QR码符号可识别率越高，最后将本发明方法移植到高解析喷码机上。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种适用于喷码机的QR码生成方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、根据喷码机的输入数据的字符类型，采用最佳编码模式选择算法选择最佳编码模式，将输入数据转换为二进制位流；

步骤S2、根据生成的二进制位流的位流数和QR码的纠错等级确定QR码的版本，若QR码版本大于4时，返回步骤S1；否则，执行步骤S3；

步骤S3、根据QR码版本对二进制位流形成的数据码进行判断和分割，生成数据码块；

步骤S4、根据步骤S3得到的数据码块分别生成纠错码块，之后需要将数据码块和纠错码块布置到矩阵中；

步骤S5、将QR码的格式信息和功能图形布置到矩阵中；

步骤S6、根据矩阵中的二进制数，采用Qt的QPinter进行QR码符号的绘制，最后由喷码机喷印。

2.根据权利要求1所述的一种适用于喷码机的QR码生成方法，其特征在于，所述步骤S4至步骤S5之间，还包括一掩模处理步骤。

3.根据权利要求1所述的一种适用于喷码机的QR码生成方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用最佳编码模式选择算法选择最佳编码模式的具体实现方式如下：

(1)选择初始模式

若初始输入数据是中国汉字，并且字符数少于[2,2,2]个，其后紧跟8位字节专有子集数据，那么选择8位字节模式，否则选择中国汉字模式；

若初始输入数据是在8位字节的专有子集中，那么选择8位字节模式；

若初始输入数据是在字母数字的专有子集中，并且字符数少于[6,7,8]，其后紧跟8位字节专有子集中的数据，那么选择8位字节模式，否则选择字母数字模式；

若初始数据是数字，并且数字个数少于[4,4,5]其后紧跟8位字节专有子集中的数据，那么选择8位字节模式，否则如果少于[6,7,8]后紧跟字母数字专有子集中的数据，那么选择字母数字模式，否则选择数字模式；

(2)在8位字节模式中

若有不少于[3,4,4]的中国汉字字符序列来自8位字节二进制字符集的专有子集的多个数据前，那么转至中国汉字模式；

若有不少于[6,8,9]个数字出现在8位字节的专有子集数据前，那么转至数字模式；

若有不少于[11,15,16]个字母数字专有子集中的数据出现在8位字节的专有子集数据前，那么转至字母数字模式；

(3)在字母数字模式中

若有少于[2,2,2]个中国汉字出现并且后面紧跟8位字节专有子集中的数据，那么转至8位字节模式，否则转至中国汉字模式；

若有8位字节专有子集中的数据出现，那么转至8位字节模式；

若有不少于[13,15,17]的数字出现在字母数字专有子集的数据前，那么转至数字模式；

(4)在数字模式中

若有少于[2,2,2]个中国汉字出现并且后面紧跟8位字节专有子集中的数据，那么转至8位字节模式，否则转至中国汉字模式；

若有8位字节专有子集中的数据出现，那么转至8位字节模式；

若有字母数字专有子集中的数据出现，并且字符数少于[6,7,8]，其后紧跟8位字节专有子集中的数据，那么转至8位字节模式，否则转至字母数字模式。