CN1665182B - 高速识读矩阵码的编码及译码方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种高速识读矩阵码(QR Code)的编码及译码方法，特别是指一种在编码模块中含一加密(Encrypt)程序，可采用各种可能的加密算法，以保护信息的安全；以及在译码模块中含一解密(Decrypt)程序，采用与加密算法对应的解密算法；可用以编码产生二维条形码，并且使用快速的影像处理技术将二维条形码译码，以提出一有效、快速的二维条形码算法，并使QR Code广泛应用于各个领域。

Description

高速识读矩阵码的编码及译码方法

技术领域

本发明涉及一种编码及译码的技术，特别是指一种以高速识读矩阵码(QR Code)为基础，提供一影像式编码及译码的方法。

背景技术

常用电子条形码是广泛采用一维条形码的技术，国际常见的编码方式有EAN-8、EAN-13、UPC-A及UPC-E等各种标准，应用已相当广泛；然而，其内含的信息量相当少，且只限于使用数字，在这信息爆炸的时代已不敷使用，由于信息技术及硬件发展的进步，使我们得以扩展电子条形码的容量，因而产生了二维条形码的标准及技术。常见的国际标准二维条形码有PDF417、Data Matrix、MaxiCode及QRCode等各种标准，除了数字及符号外，有些编码方式还可以加入各国语言文字集，其中以QR Code最为大家所广泛使用，加上目前硬件设备发展突飞猛进，已经有快速且有效的二维条形码辨识方案，二维条形码必定是将来重要的电子条形码技术。

常用的QR Code的编码及译码方法，主要包含QR Code编码模块(13)及QR Code译码模块(14)所构成(如图1所示)。QR Code编码模块(13)接受一串文字字符串(11)，可以是数字、英文字、各种符号及各国语言文字的组合，然后将它编码成二进制值并转换成影像图案(12)。QR Code译码模块则接受一QR Code影像(12)，利用影像处理的技术，将QR Code撷取出来并将它译码。

QR Code编码模块(13)接受一串文字字符串(11)，首先将文字分段并分析(131)，进行最佳化编码方式(132)及错误位修正码(133)(ECC，Error Correction Code)编码方法。接着按照以上两个编码步骤后的二进制值字符串长度，来决定QR Code的影像大小(134)，最后在影像上依序填入二进制值(135)，再加上屏蔽(136)便产生QR Code影像(12)。

QR Code译码模块(14)接受一QR Code影像(12)，首先该影像先做二元化处理(141)，使影像只有0与1两个值。接着再试着定位出定位图案(142)(Finder Pattern，属于功能图案的一种)，并旋转校正该影像(143)。再来侦测是否有调准图案(Alignment Pattern)来决定模型(Model)(144)，并侦测节奏图案(Timing Pattern)(145)来切割QR Code影像(146)，再读出屏蔽信息解除屏蔽(147)，最后依序读出二进制值字符串并译码(148)，便可以得到原始字符串信息(11)。

如果是使用信息无须加密的编码方式，以上标准的QRCode编码及译码就可适用；然而，如将QR Code应用在需要加密的信息上时，则编码及译码模块须进行更换调整，例如编码模块在错误位修正码使用自订的编码方式(如汉明码，Hamming Code)，或是在输入字符串进行编码前先行加密(Encrypt)等方式，译码模块也进行相对应的调整，QR Code就可以有更加广泛的应用及可行性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种QR Code的编码及译码方法，提出方便的编码方式，以及采用快速的影像处理技术译码方法，以提出一种有效、快速的二维条形码算法，并使QR Code广泛应用于各个领域。

为达上述目的，本发明将标准的QR Code编码及译码模块作如下更改：

编码模块含一加密(Encrypt)程序(231)，可采用各种可能的加密算法，以保护信息的安全。

译码模块含一解密(Decrypt)程序(249)，采用与加密算法对应的解密算法。

本项发明可应用于电子票券或身份认证上，以电子票券为例，当服务器端接收到消费者索取电子票券之请求时(例如上网订购演唱会门票)，服务器便利用编码算法产生二维条形码(例如QR Code数字影像)，然后再将该二维条形码影像传送至消费者的显示设备上(可将QR Code影像传送或储存于手机、PDA等可显示QR Code的设备，以做为纸张门票的替代品)，可视为一种电子票券；当消费者凭电子票券到具有二维条形码译码算法的设备上，便可利用该设备读出票券影像中所含有的讯息(例如使用QR Code译码设备辨识出该影像)，不但节省消费者的排队订票、取票时间，并可以兼顾环保，以减少资源浪费。

本发明提供的QR Code的编码及译码方法，与前述其它已知技术相比较时，具有下列的优点：

1.可进行文字加密及解密技术，以确保信息安全。

2.提供快速影像处理算法，并且毋需打印二维条形码影像即可辨识，可避免纸张浪费。

附图说明

以下结合附图和本发明的一个较佳实施例作进一步的详细说明：

图1是常用QR Code编码及译码模块流程图；

图2是本发明的QR Code编码及译码模块流程图；

图3是以模式1(Model 1)，影像2(Version 2)为例的功能区参考图；

图4是本发明QR Code编码实例；

图5是本发明QR Code译码实例。

主要部分代表符号：

11文字字符串

12 QR Code影像

13 QR Code编码程序

14 QR Code译码程序

21文字字符串

22 QR Code影像

23 QR Code编码程序

24 QR Code译码程序

41文字字符串

42 QR Code编码模块

43屏蔽影像

51屏蔽影像

52QR Code译码模块

53文字字符串

具体实施方式

如图2所示，本发明所提供的QR Code的编码及译码方法，包含下列程序：首先，QR Code编码模块23接受一串文字字符串21，先将文字字符串21进行三重资料加密标准(3-DES)或先进加密标准(AES)等方法加密231，再将文字分段并分析232；分段的方法可以是固定方式或弹性方式，固定方式指的是将文字分成数个固定长度的字符串，而弹性方式指的是将文字分成长度不等的数个字符串；分段完后再将各段字符串进行分析，主要可将字符串分为四类：数字(Numeric)、英数字及符号(Alpha-Numeric)、八位文字(8-bit character)及各国语言文字(BIG5、GB2312或Shift-JIS等各种超过八位的文字集)，然后再将此四类进行最佳化的编码方式233，此步骤的目的是为了以最少的位数来容纳该信息；编码完毕后，接着再进行错误位修正码234(ECC，Error Correction Code)的编码，国际标准使用Reed Solomon算法，此步骤的目的在于影像方式译码时难免会有某些位的二进制值读取错误，因此需要错误位修正码来回复正确的二进制值；接着按照以上两个编码步骤后的二进制值字符串长度，来决定QR Code的影像大小235，也就是所谓的Version大小，标准的QR Code有两种模式：模式1(Model 1)及模式2(Model 2)，欲使用何种模式由系统使用者决定，Model 1最多可容纳4876个二进制值(Version 14)，而Model 2最多可容纳29648个二进制值(Version 40)。

在决定好QR Code影像大小之后，首先产生QR Code功能区参考图(Function Patterns Reference，如图3所示)，编码时它用来区分功能图案(Function Patterns)及资料区域(Encoding Region)，译码时可以方便定位及取出数据编码后的二进制值；由于资料是为二进制值，是以可使用一数值来区分它为功能图案或是资料区域，例如以100作为区分的数值，在功能区参考图上某一点数值若为0代表它是资料区域，若为100则代表它是功能图案且二进制值为0，若为101则代表它是功能图案且二进制值为1；需要填入功能区参考图的功能图案有定位图案(FinderPatterns)、分隔线(Separators)、节奏图案(TimingPatterns)及调准图案(Alignment Patterns)或延伸图案(Extension Patterns)。

接着在资料区域内依标准的顺序填入二进制值236，若填完后有剩下的点未填入资料，则一律以0值填入；最后再将QR Code影像(22)对八种屏蔽函数进行屏蔽237(Masking)，然后在影像内记录选用何种屏蔽，此步骤的主要目的是为使黑白点数量能尽量相等，并且避免一些黑白点的排列方式。

QR Code译码模块24接受一QR Code影像22，首先该影像先做二元化处理241，使影像只有0与1两个值；在此使用改良过的K中数丛聚法(K-mean clustering)算法作为二元化的方法，其中K＝2：

a.以影像的左上方点及中心点的灰阶值(或彩色值)为初始的两个群组(group)中心值(Ck)。

b.影像上每一点所属的群组(group)是以其灰阶值mi(或彩色值)与两个群组(group)中心点的距离来决定，取欧基里德距离(Euclidean distance)较小的群组(group)为所属的群组(group)；并计算新的中心值NCk＝NCk+α(mi-NCk)。该新的中心值有初始值NCk＝Ck。

c.更新两个群组(group)的中心值，并计算其差值dk；Ck＝NCk，dk＝|NCk-Ck|。

d.重复b，c两步骤，直到所有dk＜β或重复次数达到γ为止。

接着再试着定位出定位图案242(Finder Pattern，属于功能图案的一种)，找到三个定位图案后，就可以决定该QR Code影像的旋转角度，并旋转校正该影像243；旋转校正后再试着寻找调准图案(Alignment Pattern)(专属于Model 2的功能图案)，进行模式(Model)及影像(Version)判断244，若是找到了，则该QR Code影像应为QR CodeModel 2影像，否则应为QR Code Model 1影像。决定好Model之后再寻找节奏图案(Timing Pattern)(功能图案的一种)并计算其数量，可用来确认该QR Code影像的Version大小245，并用来切割该QR Code影像246，将切割的影像决定每一方格之二进制值，读出屏蔽信息将屏蔽解除，再依标准的顺序读出二进制值247，最后再进行错误位修正及译码248，以进行文字解密249，便可得到原本所输入的文字字符串21。

实施例一

1.QR Code编码模块部份

如图4所示，输入文字字符串为“AC-42”41，经过3-DES文字加密、文字分段及分析、资料编码及加入错误位修正码四个步骤421后得到二进制值字符串“00100000010100111011100111001000010”422，此字符串之长度为35，我们选用Model 1为例子，评估字符串长度之后选用Version 1423，并产生功能区参考图424，接着再以Model 1的顺序将二进制值字符串填入425；剩下未填入的那些点，一律以0值填入426，然后再经过屏蔽处理427选择最适当的屏蔽影像43为最后输出。

2.QR Code译码模块部份

如图5所示，输入一QR Code影像51，经过二元化的步骤521后得到二元化影像522。再按照定位图案的特性(b∶w∶b∶w∶b＝1∶1∶3∶1∶1，b代表二进制值为1的点数，w代表二进制值为0的点数)，找出三个定位图案的中心523(图中灰色横线及纵线的交点524)，经过模式(Model)及影像(Version)的判断，可以得知此影像为Model 1的QRCode(因为图中没有调准图案，Alignment Pattern)，并且为Version 1的大小，接着再找节奏图案(TimingPattrn)用来确认Version大小并用以切割影像525，然后从影像526中读出屏蔽信息后解除屏蔽，最后读出二进制值并进行译码及文字解密527可得到该影像信息528为“AC-42”53。

Claims (8)

1.一种高速识读矩阵码的编码方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收文字字符串，对所述文字字符串进行加密，得到加密的文字字符串；

对所述加密的文字字符串进行分段，并对各段文字字符串进行分析，将各段文字字符串分为四类：数字、英数字及符号、八位文字及各国语言文字；

根据所述各段文字字符串的种类对所述各段文字字符串进行编码，并加入错误位修正码，得到所述加密的文字字符串的二进制值；

根据所述二进制值字符串的长度决定高速识读矩阵码的版本大小并采用使用者选择的模式；

根据所述模式和版本产生高速识读矩阵码的功能区参考图，所述功能区参考图用于区分功能图案和资料区域；

向所述资料区域填入所述二进制值，对所述功能图案和资料区域进行八种屏蔽函数的屏蔽，产生高速识读矩阵码的影像，在所产生的影像内记录采用的屏蔽种类。

2.根据权利要求1所述的编码方法，其特征在于：其中的文字加密采用三重资料加密标准的加密方式。

3.根据权利要求1所述的编码方法，其特征在于：其中的文字加密采用先进加密标准的加密方式。

4.一种高速识读矩阵码的译码方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收高速识读矩阵码的影像，对所述影像进行二元化处理；

在二元化处理后的影像中寻找定位图案，根据所述定位图案确定旋转角度，根据所述旋转角度进行旋转校正；

在旋转校正后的影像中寻找调准图案，根据所述调准图案判断所述影像采用的模式，根据所述模式寻找节奏图案并计算其数量，根据节奏图案及其数量确认所述版本大小；

根据所述模式和版本切割所述旋转校正后的影像，解除切割后的影像的屏蔽信息，读出二进制值，并进行错误位修正和译码；

对译码得到的文字字符串进行解密，输出经解密的文字字符串。

5.根据权利要求4所述的译码方法，其特征在于：其中的影像二元化采用K中数丛聚法方法。

6.根据权利要求4所述的译码方法，其特征在于：其中的影像二元化采用移动平均法方法。

7.根据权利要求4所述的译码方法，其特征在于：其中的文字解密采用三重资料加密标准的解密方式。

8.根据权利要求4所述的译码方法，其特征在于：其中的文字解密采用先进加密标准的解密方式。

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