一种字符二维码的设计与实现.doc

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免费文档下载/本文档下载自文库下载网，内容可能不完整，您可以点击以下网址继续阅读或下载：/doc/f4f87f49be1e650e53ea9901.html一种字符二维码的设计与实现第卷第期年月浙江工业大学学报，（）（）（）（）（；（）（）一种字符二维码的设计与实现徐彩虹。刘志，冯晓斐（浙江工业大学计算机科学与技术学院，浙江杭州；浙江工商大学计算机与信息工程学院，浙江杭州（】（）摘要：基于传统的和码的编码原理，借鉴了码的字母数字模式并扩展了）的模式的编码子集和模式的编码字符集，在编码模式、编码规则以及符号结构这些方面都进行了设计和实现，利用算法计算纠错码并加入到最终码字流中，最后经过符号化过程形成了新型的字符二维码该二维码是对传统图像二维码的改进，在符号化的过程中以字符矩阵代替图像在端得实验结果表明，小容量的字符矩阵作为信息传递到移动终端时，使得二维码与移动端的结合在传输上降低了成本，也解决了一些移动端无法支持图像的问题关键词：二维条码；字符二维码；编码；译码中图分类号：文献标志码：文章编号：（）一，。，（。，。，。，；，。，。，（：）。/doc/f4f87f49be1e650e53ea9901.html：，（：，（）://doc/f4f87f49be1e650e53ea9901.htmlr川，：；二维条码发展至今已经得到了很多的应用，特别是与移动终端和无线网络的结合使二维条码有了新的意义但是目前主流的二维条码不管是行排式还是矩阵式，都是以图形存在，这使得与手机结合形成的电子票必须要采用彩信通道进行传输由于目前的移动网络带宽窄、彩信丢失率高以及部分手机收稿日期：一一基金项目：浙江省科技厅基金资助项目（）作者简介：徐彩虹（），女，安徽池州人，硕士研究生，研究方向为条码技术、计算机图形学，：，通信作者：刘志教授，：】第期徐彩虹，等：一种字符二维码的设计与实现不能很好支持图片显示等这些原因导致了图片型的电子票不能大规模推广使用另外，彩信昂贵的发送成本也影响了图片型的二维条码与手机移动端的更好结合应用与此同时，由于目前主流的二维条码，如，码都存在产权纠纷的问题，所以提出了有自主产权的面向短消息的字符二维码字符二维码的结构和现有的主流二维码类似，有定位标识字符二维码与主流二维码的不同之处在于字符二维码采用的是选定的英文字母/doc/f4f87f49be1e650e53ea9901.html组成类似图形二维码的矩阵，因此可以通过短消息方式发送，保证到达率并降低发送成本整体最优化其次，是按照方法和选定的纠错等级或版本数据容量的要求来计算纠错码，并将其加入到相应的数据码字序列的后面最后，把计算得到的数据码字和纠错码字序列按照版本要求加入到符号矩阵中，完成编码编码模式的数据编码方式是按照选定的编码模式计算得出位字节码字，且模式间的转换都是由预先设定的位字节码字来进行转入和转出的的种编码模式见表，其中编码是最基本的编码模式，所有其他的编码模式都是由编码模式调用，通过插入附加码字实现编码模式之间的转换，并最终回到编码模式【编码模式和码编码原理和码如图，所示，都是以图表片的形式存在其编码过程都依次为：数据信息编码、纠错码的计算以及符号化，不同之处在于数据信息编码的方式和符号的格式有种编码模式，码有种编码模式，数据信息编码都可采用多种模式的任意组合首先，数据信息的编码都是对用户数据进行分析，根据相应的选择算法选择不同的编码模式进行组合以达到码字数的定位图形码编码模式码的数据码字生成分成两步，第一步按照选定的编码模式将数据信息转化为二进制位流，第二步将得到的位流每位一组转化为码字，不足位的添加填充位在第一步中/doc/f4f87f49be1e650e53ea9901.html，二进制位流的构成依次为模式指示符、字符计数指示符和数据位流定位图形个部分，其中字符计数指示符根据符号版本的不同有不同的长度种编码模式见表，码分析输入的数据信息，确定要进行编码的字符类型，选定编码模式，按照模式所对应的数据变换方法将数据图码信息转换为位流，在需要进行模式转换时在新模式段开始前加入模式指示符进行模式转换口表码编码模式浙江工业大学学报第卷纠错码的计算和码在对数据信息进行编码后得到数据码字，接下来是计算纠错码没有纠错等级的选择，纠错码字的个数是由数据码字的个数或用户定义的版本决定当用户无指定使用特定的版本，则选择与数据相适应的最小版本，并由该版本得知纠错码字的个数，然后根据算法计算生成纠错码字码有个纠错等级，纠错码字的个数则由用户定义的版本或数据码字个数和用户要求的纠错等级来确定已知用户指定的版本，根据版本定义的数据码字个数来决定要不要填充数据码字，根据版本定义的纠错码字个数并通过算法计算生成纠错码字当用户无指定使用特定的版本时，则由数据码字个数和纠错等级查表，找到与数据相适应的最小版本，并根据得到的纠错码字个数计算纠错码字字符二维码概述字符二维码是在和码的基础上以选定的全角英文字母组成的类似图形二维码的文本矩阵，可表示英文字母、数字、标点符号等键盘可视字符编码模式）基本大写模式://doc/f4f87f49be1e650e53ea9901.htmlar字符集为：大写字母；数字。一；个常用标点：一￥）基本小写模式字符集为：小写字母；数字。一；个常用标点：一￥其中，基本大写模式和基本小写模式分别是对的模式和模式的改进，在这两个模式中加入了个常用的标点由于这个常用标点与大写字母、小写字母以及数字的混合的场合较多，特别是网址，所以这两个模式使得大写字母或小写字母或数字与常用标点混合时，数据信息的编码不用转换模式，减少了开销）数字标点模式字符集为：数字。一；个常用标点：一￥！”（），一；一？、）数字标点模式类似的模式编码字符集的一个子集，适用数字与标点的混合）数字模式字符集为：数字。一数字模式则是对长数字串数据信息进行编码而存在的，和码的数字模式一样，能有效压缩每个数字转换后的二进制位）全模式字。一；个常用标点：一￥！”（），一；一？、）全模式类似于位标识、版本号、数据规格号以及数据符号组成，如图除了定位标识、版本号、数据规格外，剩下的符紧鞘勰氧衰坚笃将脚下淄工幂隔孤以銎萼州图字符二维码的符号结构定位标识的设计是为了确定二维码的行列大小，也是符号字符的开始与结束的标志，该标识与全角字符等宽/doc/f4f87f49be1e650e53ea9901.html字符二维码的编码编码方法综述字符二维码编码过程分为：计算数据码字、计算纠错码字、码字流到二进制位流的转换及符号化数据码字计算结束后，由数据码字个数和纠错级别来选择版本号，同时确定数据规格根据方法计算纠错码字，置于数据码字之后，形成码字流码字流转换为二进制流以后，将版本号、数据规格以及数据码字和纠错码字生成的符号按结构要求加入符号结构中，完成编码数据码字的生成字符二维码数据码字的生成主要通过中的种模式将数据信息转化为二进制位流，计算方法见表，计算过程如下：）首先分析输入的数据信息，确定要进行编码的字符类型，以整体最优化为目标选择模式编码第期徐彩虹，等：一种字符二维码的设计与实现）对一段数据信息确定好编码模式后，先加入模式指示符位，再加人字符计数指示符位，然后按照选定的模式对数据信息进行编码得到数据位流对需要多种模式进行混合的数据信息编码，同样按照上述步骤进行）所有数据信息编码完成后形成的二进制位流，每位生成一个码字，不足位的添加填充符。后再生成码字表字符二维码各编码模式的计算方法眦编码模式计算方法纛薹强黼翁忙删徐下堆每位一组，转换为位二进制，余下位数字模式转换为位二进制，余下位转换为位二进制全模式每个字符转换为位二进制相比于和码，字符二维码对大写字母与数字标点和小写字母与数字标点混合比较适用，不需要像的模式的内部转移或者模式与/doc/f4f87f49be1e650e53ea9901.html模式之间转换，也不需要像码采用位字节编码模式纠错码宇的生成对于一组给定的数据码字计算纠错码，选择所需的纠正等级如果用户没有指定所采用的符号版本，则选择与数据相适应的最小版本，表为全部符号版本及其容量根据选定的符号版本及纠错等级，得到数据规格号，并根据算法在（）域中计算纠错码字步骤如下：）建立数据码字多项式数据码字多项式为（）一卜。一卜：，共志个数据码字，最高项系数为第一个码字）建立纠错码字的生成多项式由纠错等级得到的纠错码字个数为，则能纠正个替代错误生成多项式（），一般为（）（）（一）（一。）一一）纠错码字的计算纠错码字的计算公式为（）?。（），其中剩余多项式的最高次项的系数对应为第一个纠错码字，最低次项系数对应为最后一个纠错码字表符号版本及容量船浙江工业大学学报第卷符号化符号化过程是将数据码字流和纠错码字流转换的二进制位流映射到符号结构的过程由计算纠错码字的过程可知符号的版本号和数据规格号，将其转化为符号字符，计算方法如表所示，结果放置在符号结构的第一行的相应位置同理对码字流转换的二进制位流按表的方法，每位一个符号字符，不足位的加。补齐，分别依次映射到符号结构中其中符号字符是以易识别，字符之间较难混淆为基准来选择的表符号字符的生成://doc/f4f87f49be1e650e53ea9901.html字符二维码的译码译码过程在端字符二维码的译码和主流二维码的译码过程类似，都是从矩阵式二维码到数据信息，不同的是主流二维码是从图像到数据信息，而字符二维码是从字符矩阵到数据信息字符码译码过程如下：）找出定位标识符后，确定了矩阵的范围，并识别出除定位符外的数据区的符号字符）由符号字符串的前两个字符分别确定符号版本及数据规格，并确定矩阵的行与列的长度，以及数据码字个数和纠错码字个数）将识别后的符号字符串除前两个字符外，都反转换为二进制位流，并将二进制位流每位一组反转换为码字，得到码字序列）根据算法将码字序列作为输入，查错并纠错，得到纠错后数据信息码字序列）最后将纠错后的数据信息码字序列反转换为二进制位流，并对得到的二进制位流作最终译码纠错译码在译码过程中，纠错译码和纠错编码一样都是根据算法来计算的的解码比编码要复杂得多，且译码方法也很多，根据关键方程的不同，可分为：迭代算法和迭代算法，还有人提出软入软出的迭代译码算法，具体的译码实现在这里不再赘述迭代算法的译码可分为以下几个步骤：）由接收到的信息码（）求出伴随矩阵）由伴随矩阵求得错误位置多项式（）用搜索求出（）的根，得到错位位置数，确定错误位置）由错误位置数求得错误值）完成纠错经纠错译码运算无误后，将得到的数据码字转换为对应的位二进制，这样就由数据码字流转换为了二进制位流最终译码是对二进制位流进行计算的，步骤如下：）对二进制位流的前位进行模式识别，对应关系如表）接下来的位字符计数指示符，将其转换成十进制数，得到用这个/doc/f4f87f49be1e650e53ea9901.html模式编码的字符数）根据不同的模式标识符，确定使用的编码模式，对其进行逆操作完成对数据的解码）重复步骤（），直到二进制位流有效位的末尾表模式指示符编码模式指示符基本大写模式基本小写模式数字标点模式数字模式全模式编解码实例数据以数据信息“：”浙江工业大学的网址作为编码实例，该信息使用基本小写模式编码该模式的模式指示符位为，字符计数指示符位为数据信息长度的二进制表示，为按照计算方法分成组，分别为：，例如对”计算应该为，位二进制为，以此类推，则“：“计算后加上模式指示符和字符计数指示符并对不足位进行填充后得到二进制位流，共位每位一个码字，则码字序列长，依次计算得到，在这里选择纠错等级为，则由查表可知，符号版本号和数据规格号分别为，且纠错码字数为根据算法计算得到的纠错码字次数从高到低为，总码字序列为，。，。，。第期徐彩虹，等：一种字符二维码的设计与实现，；为方便计算，在这里以码字序列的反向作为最终码字序列，则最终码字序列为：，/doc/f4f87f49be1e650e53ea9901.html，；码字序列转换为二进制序列后，加上版本号和数据规格，二进制位流到符号字符转换的结果为：（）（），如图所示丫丫卜图买例结果符号实例的译码过程结果如下：）由于符号字符识别过程中可能会出错，所以在端假设出错，得到识别后的错误符号字符串为：，即假设倒数，位由原来的变为）符号字符串转换到二进制位流后，由二进制位流到码字流的结果为：，可知最后一个码字出错）用算法对码字流进行查错，得到错误位置为，错误值为将错误值和错误位置指示的原值进行伽罗华域的加法，得到纠错结果为最终的数据码字流为：，。，。，）数据码字流转换到二进制位流后，按照的最终译码步骤，得到的原始信息为：/doc/f4f87f49be1e650e53ea9901.html结束语笔者设计了一种面向短消息的字符二维码，在和码的基础上介绍了该条码的编码模式、编码字符集的设计以及解码，是二维码编码方式和新型存在形式的一种探索和研究，拓宽了二维码与移动端的结合，实验表明该方法具有较好的压缩率和识别率在字符条码识别方面的研究将是下一步研究的目标，字符码的定位和识别方面有待进一步研究对符号字符的选择也需进一步实验，以选择易识别难混淆的字符，增加字符识别率，使应用达到更高效参考文献：中国物品编码中心。二维码技术与应用北京：中国标准出版社，王新梅，肖国镇纠错码：原理与方法陕西：西安电子科技大学出版社，。，（）：，（）：，/doc/f4f87f49be1e650e53ea9901.html（）：张小平码迭代译码算法分析现代电子技术，（）：（责任编辑：刘岩）一种字符二维码的设计与实现作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：徐彩虹， 刘志， 冯晓斐， XU Cai-hong， LIU Zhi， FENG Xiao-fei徐彩虹,刘志,XU Cai-hong,L