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浙江工业火学硕士学位论文 基于移动终端彩色二维条码编解码算法研究与应用 摘要 本文通过研究国内外现有的黑白二维条码标准，设计彩色二维条码的编解码规则。剖 析移动端主流操作系统s y m b i a no s 体系结构及应用程序的开发。在此基础上，完成并实 现移动端彩色二维条码识读系统。 通过读取彩信或调用移动端内置的摄像头获取初始彩色二维条码图像。首先将原图保 存，其次将其转成黑白图像，然后分割出条码区域，利用改进凸包算法精确定位条码顶点， 接着结合原图使用空间映射进行样式校正，最后通过对样式校正完毕的图像进行偏色处理 来得到最终可解码的图像。通过编码逆规则，将其信息解出，并在移动端显示。 在彩色二维条码编解码规则方面，为提高条码的信息压缩比，设计实现多种编码模式， 其中汉字库容量已能覆盖所有汉字，并按汉字使用频率进行分组，使出现较频繁的汉字的 编码长度较短等方法来提高对汉字的压缩比。同时为适应移动端处理器速度和容量的限 制。对耗时最长的条码定位过程进行详细研究，提出一种改进的凸包算法，主要是通过不 同的采样方法及使用夹角来构建凸包点集来降低处理器需要的运算量，提高设备处理速 度，并在文中对该算法时间性能进行了分析。 在选择插值算法上，针对条码特点，使用统计模块像素点法与最近邻插值方法相结合 来代替双线性插值，避免较多的浮点运算所消耗的时间。针对彩色二维条码特有的偏色问 题，通过引入颜色参考板，提出自适应的对彩色二维条码偏色的纠正方法。 本文完成彩色条码编解码设计后，在s e r i e s6 0 平台上完成移动端彩色二维条码识读 系统。在真机上的实验表明该系统具有较高的彩色二维条码识别率，能够满足移动端实时 应用如：解码得出网址，调用移动端浏览器直接浏览该网站等功能。 关键词：二维条码，彩色二维条码，改进凸包算法，偏色处理，移动终端 浙江： ：业人学硕士学位论文 r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no f e n c o d i n ga n dd e c o d i n g a l g o r i t h m s o fc o l o rt w o - - d i m e n s i o n a lb a r c o d eb a s e do n m o b i l et e r m i n a l a b s t r a c t b a s e do nt h ee x i s t i n gs t a n d a r d so fb l a c ka n dw h i t eb a rc o d e ，t h ee n c o d i n ga n dd e c o d i n g r u l e so fc o l o rb a r c o d ei s d e s i g n e da n di m p l e m e n t e d , t h es t m c t u r eo fs y m b i a no sa n d a p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n tw h i c hi st h em a i n s t r e a mo p e r a t i o ns y s t e mf o rm o b i l et e r m i n a l o nt h e a b o v eb a s i s ，t oi m p l e m e n tc o l o rt w o - d i m e n s i o n a lb a r c o d ei d e n t i f i e ds y s t e mo nm o b i l et e r m i n a l f i r s t l y , i n i t i a li m a g e so fc o l o r f u lb a r c o d ea r ec a p t u r e db yb u i l t - i nc a m e r ao rm m s t h e n t h eo r i g i n a lc o l o r f u li m a g e sa r et r a n s f e r r e dt ob l a c ka n dw h i t eo n e s r e g i o ng r o w i n ga l g o r i t h m i si n t r o d u c e dt oo b t a i nb a r c o d ca r e a a n dc o n v e xh u l la l g o r i t h mi si m p r o v e dt ol o c a t et h ev e r t e x o fb a r c o d ea c c u r a t e l y s p a c em a p p i n gm e t h o di su s e dt oc o r r e c tt h ed i s t o r t e di m a g e s a 舭rt h e c o r r e c t i o no fc o l o rc a s t , t h ec o l o r f u lb a r c o d ei m a g ec a l lb ed e c o d e d a c c o r d i n gt ot h ed e c o d i n g r u l e s ，t h ei n f o r m a t i o nh i d d e ni n t h eb a r c o d ei so b t a i n e da n dd i s p l a y e do nm o b i l et e r m i n a l w i t hr e g a r d st ot h ee n c o d i n ga n dd e c o d i n gr u l e so fc o l o r f u lt w od i m e n s i o n a lb a r c o d e ，a v a r i e t yo fc o d i n gm o d e si sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e di no r d e rt or a i s ei n f o r m a t i o nc o m p r e s s i o n r a t i o w i t hal a r g ec h a r a c t e rc a p a c i t ya l lc h i n e s ec h a r a c t e r sa r ec o v e r e d t h e nc o m p r e s s i o n r a t i oi si m p r o v e dt h r o u g hs h o r t e n i n gt h ee n c o d i n gl e n g t ho fs o m ef r e q u e n t l yu s e dc h i n e s e c h a r a c t e r s d u et ot h es p e e da n dc a p a c i t yl i m i t a t i o no fm o b i l et e r m i n a l ，c l a s s i cp o s i t i o n i n g a l g o r i t h mc a nn o tr u ns m o o t h l y t h r o u g had e t a i l e ds t u d yo fp o s i t i o n i n gm e t h o d , c o n v e xh u l l a l g o r i t h mi sm o d i f i e dt og e tt h ep o s i t i o no fb a r c o d e 、析t l ll e s sc a l c u l a t i o na n dah i g hs p e e d f i n a l l y , t h ea l g o r i t h mt i m ep e r f o r m a n c ei sa n a l y z e d b a s e do nt h ef e a t u r eo fc o l o r f u lb a r c o d e ，t o g e t h e r 诵t i ls t a t i s t i c a la n a l y s i sm e t h o d ，n e a r e s t n e i g h b o ri n t e r p o l a t i o na l g o r i t h mi sa d o p t e d i tc a na v o i dt i m e c o n s u m i n go p e r a t i o ns oa st o r e d u c er u n n i n gt i m e a tt h es a m et i m e ，t h eb a s ep l a t ea n da d a p t i v ea l g o r i t h ma r ei n t r o d u c e dt o d e a lw i t hc o l o rc a s tp r o b l e m 浙江工业人学硕士学位论文 a f t e rt h ed e s i g nt h ee n c o d i n ga n dd e c o d i n gr u l e so fc o l o rb a r c o d e ，t h i st h e s i sc o m p l e t e d t h er e c o g n i t i o ns y s t e mo fm o b i l e t e r m i n a lc o l o rb a r c o d eo np l a t f o r mo fs e r i e s t h e n , t h i st h e s i s r u nt h i ss y s t e mo nm o b i l ep h o n e ，w h i c hv e r i f i e dt h a tt h es y s t e mh a dh i g hr e c o g n i t i o nr a t eo f c o l o rt w o - d i m e n s i o n a lb a r c o d ea n dc o u l ds a t i s f i e dt h er e a l - t i m ea p p l i c a t i o n , s u c h 鹊n e t w o r k a d d r e s sa c c e s s i n ga _ r e rd e c o d e ，w e bs i t eb r o w s i n ga f t e rr e g u l a t i n gm o b i l et e r m i n a lb r o w s e ra n d s oo n k e yw o r d s ：t w o - d i m e n s i o n a lb a r c o d e ，c o l o rb a r c o d e ，i m p r o v e dc o n v e xh u l l ，c o l o rc a s t , m o b i l et e r m i n a l 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人 或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机 构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。 作者签名：贸华两 日期：卅年产月杉日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口 ( 请在以上相应方框内打“寸) 作者签名： 导师签名： 卿 弘杉 1 日期：刁年产胪了日 日期：1 年f 月哆日 浙江_ t 业大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景和意义 自动识别技术是2 0 世纪7 0 年代发展起来的集光、机、电、计算机等技术为一体的 高新技术，是数据自动采集、自动输入的基础，是计算机“实时”处理的重要技术保障。 自动识别技术包括：条码识别技术、射频识别技术、生物识别技术、智能卡识别技术、 光字符识别技术、视觉识别技术、语音识别技术、图像识别技术等。 条码技术是集编码、印刷、识别、数据采集和处理于一体的综合技术。自从最开始 的一维条码技术出现以来，得到人们普遍的关注，发展速度十分迅速。一维条码的使用， 极大的提高了数据采集和信息处理的速度，改善了人们的工作和生活环境，为管理的科 学化和现代化做出了很大的贡献 i - 2 1 。但在实际使用的过程中，一维条码出现了信息容 量不足的问题，人们发现它仅仅是对物体的标识，而不是对物体的描述。一维条码主要 存在如下问题：信息密度较低，信息容量较小：不存在错误纠正能力；保密防伪性较差， 不能进行有效的加密；使用可靠性差，条码受外界损伤后，信息被破坏后，无法复原； 必须依赖数据库的存在，无法存储汉字信息等。针对以上的几个一维条码无法解决的问 题，人们开始进行二维条码的研究工作。二维条码具有高密度，大容量等特点，同时具 有纠错功能，并使用较为成熟的加密算法，并且在一定的程度上可脱离数据库独立存在， 还可以存储汉字信息等优点。 目前，黑8 - - 维条码技术发展已经趋于成熟，美国国家标准协会( a n s i ) 制定了二维 条码国际标准，包括d a t am a t r i x 、p d f 4 1 7 、q r 码等。但随着社会信息量增加以及条码 应用领域的拓宽，需要条码能表示更多信息，但国际标准并不是免费的午餐。国际标准 背后隐藏着非常复杂的专利许可问题。比如，目前二维条码国际标准d a t am a t r i x 的用 户正在面临专利侵权指控，应用国外标准带来的隐患已经由潜在风险上升为现实威胁。 采用国外的标准时，专利问题非常值得关注。 除去专利的问题，当前黑白二维条码只使用两种颜色，较大程度上限制了条码信息 容量的提高。为进一步提高条码的信息容量，人们开始展开对彩色二维条码的研究。目 前，对于彩色条码的编解码工作已进行一段时间，取得一定的进展，但并没有形成行业 标准。同时，随着手机普及，将手机与条码结合已成为趋势，使用者只需用手机读取该 浙江j 业大学硕士学位论文 条码，经手机端解码得到信息，根据信息可进行相应的服务。比如： 基于条码的移动增值服务：近年来日本和韩国等国敏锐地捕捉到了二维条码移动终 端( 比如具有拍照功能的手机) 可以方便地用来拍摄条码图片，并在手机端进行解码、 传输这项新技术，提出了“手机条码 的概念，推出了一些基于条码的移动增值服务， 建立超媒体平台，就是d m ( 直投) 杂志、手机和互联网实时互动的全新媒体平台，可 将传统媒体和网络很好地结合起来。比如在纸质地图的每一页右上角都印上二维条码 ( 二维条码中存储有该地图的网站地址) ，使用者只需用手机读取该二维条码，经手机 端解码后便可以自动链接到该对应网址，显示出当地最新的吃喝玩乐住宿等信息，十分 方便。在日本街头，经常都可以看到用手机读取二维条码的新新人群，二维条码的使用 范围已扩展到了海报、游览手册、传单、折扣卷、电子票证、个人名片等多种介质上。 条码票务服务：台湾2 0 0 5 年8 月中华电信与华纳威秀合作实施条码购票服务，客 户通过e m o m e 手机网定购电影票，影院就发送二维条码到客户的手机，客户只要持手机 条码至华纳威秀，经由条码验票机自动识别，即可马上入场看电影。 手机与二维条码的结合，进一步拓展了二维条码应用价值，促进了行业的融合，手 机二维条码将为通信、媒体以及其他传统行业带来更多的机会。二维条码技术标准在全 球范围的应用和推广，其技术标准普及应用为企业带来了可观的经济效益。手机与二维 条码的结合，进一步拓展了二维条码应用价值，促进了行业的融合。第三代移动通信( 3 g ) 时代的到来，为二维条码的应用提供了更加广阔的空间。手机阅读条码正成为通信、媒 体、传统行业融合的桥梁，推进信息技术在企业行业内的应用，为消费者和企业带来更 多价值。随着市场、产业链、商业模式的不断成熟，手机二维条码将为通信、媒体以及 其他传统行业带来更多的机会，手机二维条码将在未来走进更多人的生活。随着全球信 息通信技术的迅猛发展，以手机为终端的各种应用不断涌现，在未来，手机无疑将成为 移动商务赖以发展的最重要的终端之一，而手机二维条码的发展将在移动商务的发展中 将扮演重要角色1 3 剖。 但随着手机应用增长，需要伴随的信息量会越来越多。目前手机条码主要针对黑白 二色二维条码。传统黑白二色二维条码因编解码规则所限，在一定的单位面积，只能存 放少量数据，如较短网址等，并且目前流行的条码规则对汉字编码的压缩比较低，无法 适应我国大容量使用汉字的国情。故设计一款适合我国国情，对汉字有较大压缩比，同 时具有较大的信息容量的彩色二维条码，并且在移动端使用该条码的识读，然后进行相 2 浙江t 业火学硕士学位论文 应的增值服务，具有相当大的研究意义和实际意义。 1 2 研究现状 目前，国内外对于彩色条码的研究工作还处于起步阶段。国内的研究工作相对缓慢 一些，主要针对彩色条码提出部分设想，实现部分编解码的工作。但总体来说，还处于 编解码工作的研究探索阶段。国外研究工作相对快一些，已处于编解码工作快完成的阶 段，但国外研究的条码规则都存在对汉字编码率太低的问题。对于移动端条码应用来说， 国外比较成熟的是将黑白二色的条码与手机结合，国内则只有中国移动推出的手机条码 解码程序。将手机与彩色二维条码结合，在移动端实现其解码，目前还处于试验的阶段， 并没有成熟。本文首先设计并实现彩色条码编解码规则，然后针对移动端拍摄所得彩色 条码图像进行解码，包含以下步骤：对条码进行背景分离后，使用改进凸包算法、空间 映射方法解决定位、变形与倾斜问题，使用“颜色参照版”来处理彩色二维条码的偏色 问题，最终实现移动端彩色二维条码解码，若解码的信息是网址，则通过移动端浏览器 直接连接该网站，显示相关信息。 1 2 1 国外研究现状 目前国外对于彩色条码的研究要相对快一些，主要的代表有微软研究院和韩国的 c o o r z i p 公司。 微软研究院自主研发一款彩色二维条码，发明人是6 a v i nj a n c k e ，有四色和八色 两种版本。和其他彩色二维条码相比，它的最小单元是三角形而不是正方形和圆形。这 样的设计在数据密度方面会比较有优势，而和一般黑白二维条码的数据密度比较，大约 可以实现2 - 3 倍的密度。用6 0 0 d p i 的扫描仪作为输入设备，可以实现每平方英寸2 0 0 0 个二进制字节或者3 5 0 0 个拉丁字母和数字的数据密度。 c o l o r z i p 公司也正在推出二维条码中的一种“彩色条码 业务，该条码由韩国著名 私立大学延世大学的研究小组开发，并逐渐推出了相关产品。“彩色条码的特点是像 照片那样可由一看即懂的图案构成。目前只使用红、绿、蓝、黑4 种颜色。据说使用8 种颜色的版本也正在开发之中。但是，该“彩色条码并不是将全部信息都嵌入在条码 内，只嵌入了索引信息，而是通过读取器和手机向服务器发送索引信息，在服务器上转 换成u r l 信息，然后跳转到相应网页【昏7 1 。 3 浙江 j 业入学硕士学位论文 以上是针对彩色条码编解码算法研究的现状。对于条码与手机结合，通过手机端摄 像头拍摄条码图像，经过处理后得到信息进行应用，这种模式在国外相对来讲比较流行， 但主要是对于黑白二色的条码而言。同时国外手机基本上都带有微距摄像头，其拍照所 用的像素也比较高，故用这种手机拍摄出来的条码图像质量较好，能够较容易纠正成标 准图进行解码。而对于彩色条码与手机端结合而言，目前较为有名的只有上述提到的 c o l o r z i p 公司在进行研究，并有一定的成果。 总体来说，“彩色条码 技术结合移动端产品是条码技术未来发展的趋势，目前都 还处在研究探索阶段，具有极大的科研潜力【8 - 9 】。 1 2 2 国内研究现状 彩色条码技术在国内研究目前才刚刚起步。只有部分高校对彩色条码编解码进行研 究。南京理工大学的博士刘宁钟提出了对普通的黑白二色二维条码进行扩展，结合条码 字符的几何结构和颜色构成，提出一种三维条码【l o 】，也就是彩色条码，但是文中只提到 设计思路，并没有结合现有的二维条码机制，设计出具体的三维条码码制标准。清华大 学的关涛分析了d a t am a t r i x 条码的生成过程，并对其进行信息扩展，生成一种新的彩 色d a t am a t r i x 条码【】，但其文中所提出的对d a t am a t r i x 条码的扩展方法没有充分考虑 到条码颜色的差异值，如果采用该方法扩展，将大大加大解码的难度和工作量，并且该 方法同样对汉字编码的压缩比不高。目前国内把条码与手机相结合，通过手机摄像头拍 摄条码，将其编解码在手机端进行实现，目前还只有中国移动将黑白二维条码与手机结 合，进行其增值服务，能够对不规则的黑白二色条码图进行纠正和解码，但通过试验可 知，该产品为提高解码的效率，只能针对倾斜和变形程度都较小的二维条码进行解码， 对用户拍摄的角度及距离有较大限制，即通过对用户使用的限制来提高产品解码的成功 率。而在移动端对彩色条码进行拍摄和经数字图像方法的处理，最终进行解码，目前国 内还没有相关的产品。 1 3 研究目标及主要内容 本文研究目标有两个：首先在当前主流的黑白二色的二维条码中，对其编解码规则 进行分析、借鉴、比较，然后完成彩色条码编解码规则。最后在移动终端编写该彩色条 码的识读系统。 4 浙江：i ：业人学硕+ 学位论文 为完成研究目标，所需要研究的主要内容包括：将现存的黑白二维条码及少数的彩 色条码的编解码规则理解透彻，掌握其优缺点。在此基础上，完成彩色二维条码编解码 规则，并对其进行性能分析。设计完成彩色二维条码编解码规则，并在p c 端生成彩色 二维条码图片后，需完成移动终端的彩色二维条码识读系统。针对使用移动端摄像头所 拍摄的初始彩色二维条码存在的多种问题，如：图像中存在的划痕、倾斜、变形及偏色 等，使用数字图像处理方法来进行纠正，使其最终能够实现解码，并根据解码信息进行 对应的服务。如信息为网址，可通过该网址上网。如图1 1 。 图1 1 研究目标及主要内容 1 4 论文的组织与安排 本文各章节的安排如下： 第一章绪论。主要介绍彩色二维条码的概念，并对其研究背景、意义进行讲述。 同时，对于彩色二维条码目前在国内外的研究现状进行说明。在此基础上，提出本文的 主要研究目标及研究内容。 第二章二维条码概述。主要介绍目前移动端的二维条码d a t am a t r i x 码和q r 码， 对其基本结构进行讲述，同时对于r e e d s o l o m o n 纠错码算法进行介绍。 第三章s y m b i a n 操作系统及开发平台概述。主要针对s y m b i a n 操作系统的特性进 行讲述，同时对丌发$ 6 0 程序的主要i d e ( c a r b i d e c + + ) 进行介绍。 5 浙江：f 业大学硕士学位论文 第四章彩色二维条码编码设计和实现。首先介绍彩色二维条码编码的基本原理及 编码流程，并详细介绍彩色条码编码的各个编码模式及条码的结构组成，并对彩色条码 编码的性能进行说明。 第五章移动端彩色条码图像预处理及快速定位。对使用移动端摄像头拍摄的彩色 条码图像进行定位的方法与对其中的不规则的问题进行纠正的方法进行描述。 第六章基于移动终端彩色二维条码识读系统实现。对实际拍摄的彩色条码图像进 行解码，详细介绍解码步骤。并将其在真机上对实验结果及应用进行展示。 第七章结论与展望。对本文的主要工作进行总结，并指出该课题继续发展的方向。 6 浙江 ：业人学硕士学位论文 第2 章二维条码概述 二维条码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面上分布的黑白相间的图形记 录数据符号信息的。在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的0 、l 比 特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形状来表示文字数值信息，通过图像输 入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。它具有条码技术的一些共性：每 种码制有其特定的字符集，每个字符占有一定的宽度，具有一定的校验功能等。二维条 码能够在横向和纵向两个方位同时表达信息。因此，相对于一维条码，能够在单位面积 内表达更多的信息。目前流行的二维条码主要有3 种：d a t am a t r i x 码、q r 码以及p d f 4 1 7 码。 在国外，移动端黑白条码已是一项较为成熟的技术，其中最为通用的是流行于日本 的q r 码和流行于韩国的d a t a m a t r i x 码。 2 1d a t am a t r i x 码基本结构 d a t a m a t r i x 原名d a t a c o d e ，是由美国国际资料公司( r v s i a c u i t y c i m a t r i x ) 于1 9 8 9 年发明的一种矩阵式二维码，d a t a m a t r i x 条码又可以分为e c c 0 0 0 1 4 0 与e c c 2 0 0 两种 类型。由于e c c 2 0 0 通过r e e ds o l o m o n 演算法产生多项式计算出纠错码，其演算方案 比较容易，并且尺寸较有弹性，因此e c c 2 0 0 比较常见。以下所指d a t am a t r i x 条码均 为e c c 2 0 0 规格。 d a t am a t r i x 符号是由若干个大小相同的黑色或者白色正方形方块组成一个矩形方 块阵列的资料区。它的四周由定位图形( f i n d e rp a t t e r n ) 所包围，定位图形的四周则由空 白区包围。定位图形是资料区域的一个周界，为一个模组宽度。其中两条“l 形邻边 为暗实线，主要用于限定物理尺寸、定位和符号失真。另两条邻边由交替的黑色和白色 模块( m o d u l e ) 组成，主要用于限定符号的单元结构，但也能帮助确定物理尺寸及失真。 资料区内的每一个相同大小的黑色或白色方块编码为一个b i t 的信息。在白色背景下， 黑色模块代表l ，白色模块代表o 。在黑色背景下则正相反，按照一定的规则取8 个模 块( 这8 个模块并不是连续排列的) 构成一个码字( c o d e w o r d ) ，整个d a t am a t r i x 符号 7 浙江t 业大学硕士学位论文 编码了一个码字串，如图2 - 1 ： t 7 一暑区 么 _ j i- v 图2 - 1d a t am a t r i x 码结构图 2 2 q r 条码基本结构 q r 条码是由日本d e n s o 公司研制的一种矩阵二维条码符号，它不但具有信息容量 大，可靠性高、可表示汉字以及图像多种文字、保密性强等二维条码所具有的共同特点。 而且与其他的二维条码相比，q r 条码还具有识别速度快、数据密度大、占用空f 日q 4 , 的 优势。 定位 图像 图2 - 2q r 码结构图 如图2 - 2 所示，每个q r 条码由正方形模块组成的一个正方形阵列构成，它由编码 区域和包括寻像图形、分隔符、定位图形和校正图形在内的功能图形组成。功能图形不 用于数据编码，符号四周为空白区。寻像图形由三个相同的位置探测图形组成，分别位 于符号的左上角，右上角和左下角，主要用来确定q r 条码符号图形的位置。q r 条码 的编码区域包括表示数据码字、纠错码字、版本信息和格式信息的符号字符。每个位置 探测图形和编码区域之间宽度为1 个模块的分隔符，全部由浅色模块组成，定位图形分 别由深色和浅色模块交替组成一个模块宽的一行和一列，作用是确定符号的密度和版 本，提供决定模块坐标的基本位置。校j 下图形的数量由q r 条码符号的版本号决定，从 8 浙江t 业大学硕士学位论文 条码符号的左上角到右下角沿对角线两边对称的分布，用于条码识别时校正当前区域的 坐标值。q r 条码的符号共有四十种规格，从2 1 x 2 1 模块( 版本1 ) 到1 7 7 x 1 7 7 模块( 版本 4 0 ) ( 各规格：各边增加四个模块) 不等。q r 条码最大可放入4 2 0 0 个英文字母、1 8 1 7 个 汉字、7 0 8 9 个数字。q r 条码具有l 、m 、q 、h 四个等级的纠错功能，可恢复的码字 比例分别为7 、1 5 、2 5 、3 0 ，所以具有超强的纠错能力。q r 条码中每隔一定 的间隔就有校正图形，可以从条码的外形来求得推测校正图形中心点与实际校正图形中 心点的误差来修正各个模块的中心距离，因此具有很强的抗弯曲性。q r 条码用特定的 数据压缩模式来表示中国的汉字和日本的汉字，它仅仅用1 3 b i t 可表示一个汉字，因此 q r 条码在中国和日本市场有着良好的应用前景。我国也已经制定了q r 码的国家标准 ( g b t1 8 2 8 4 2 0 0 0 ) 。表2 1 显示d a t am a t r i x 码与q r 码各方面的比较： 表2 - 1d a t a m a l r i x 码与q r 码对比 码制d a t am a t r i xq r 符号结构 麟一鬻 研制国家美国日本 码制分类 矩阵式 识读方法黑、白模块识别 汉字表示 1 6 b i t1 3 b i t 抗畸变、抗变形能力 超强一般 纠错信息 1 4 2 5 7 3 0 ( 字节每平方英寸) 硬件要求3 0 万像素普通摄像头 微聚焦功能摄像头 具体应用手机上网离线码 通过表2 1 可发现，目前国内所作的应用及使用的硬件要求，与d a t am a t r i x 码的 特点较符合。故下面介绍到的黑f a - 色的二维条码，如没有特别指出，一般为d a t am a t r i x 码。 9 浙江工业人学硕士学位论文 2 3r e e d s o l o m o n 算法 因d a t am a t r i x 及q r 码的编码规则为国际标准，故本文并不对其进行介绍，可参 见本文所附参考文献【1 2 1 。 因条码在转移、流通的过程中，其图像质量会有相对程度的变差。如某一模块被污 染，打印有条码的纸张被撕裂以及外界各种不同的环境对条码的产生的干扰，这些都会 影响条码的正确识别。若没有纠错码算法，条码将变得非常脆弱，有一些小小的损伤都 将导致条码无法使用，乃至作废。故d a t am a t r i x 码按其编码规则将数据编码完毕后， 还需使用r e e d s o l o m o n 算法来产生纠错码。这样的话，即使在转移、流通的过程中条 码有一定程度的损伤，造成部分条码图像无法识别或者识别错误，也可通过纠错码进行 校验及纠正，使得条码能够正常的工作。因本文彩色二维条码是采用r e e d - s o l o m o n 算 法来生成纠错码，故此处对该算法进行介绍，需要对其更详细的了解，可参考本文所附 参考文献【1 3 - 1 铂。 2 3 1 纠错码的计算 r s 码是一类有很强的纠错能力的多进制b c h 码，也是一类典型的代数几何码， 是一种比较成熟和有效的纠错技术，被广泛应用通信系统和条码技术中。r s 码基于有 限域理论，特别是形如g f ( q 。) 的有限域( q 为质数，m 为正整数) 。有限域又称伽罗华域 ( g f ) ，是指按域的构成规则构成的有限个元素的集合，要求满足加法和乘法两种运算 的代数系统。以素数q 为模的整数剩余类构成q 阶有限域g f ( q ) 。在g f ( q ) 中，某一元 素a 满足a q 一= 1 ，则称a 的g f ( q ) 的本原域元素，简称本原元。在任何g f ( q ) 中都能找 到一个本原元a ，能用它的幂次表示所g 1 个非零元素，从而组成一个循环群 g ( a ) ：1 ，冬a 2 ，a a ，其中a 4 - 1 = 1 。详细的有关伽罗华域的内容可以参见介绍 r e e d s o l o m o n 算法相关的文献，d a t am a t r i x 条码的伽罗华域为g f ( 2 8 ) 。 r e e d - s o l o m o n 算法求纠错码字的步骤： 第一步：建立数据码字多项式d ( x ) j ( x ) = 磊石+ 碣x + 1 + 吐工“2 + + a n i x “一1 ( 2 1 ) 其中吃1 吒- 2 ，碣，d o 为数据码字流，吨。为第一个数据码字，a o 为最后一个数据 1 0 浙江：1 ：业大学硕士学位论文 码字，k 为纠错码字的个数，不同尺寸的d a t am a t r i x 对应不同的纠错码字数。 第二步，建立纠错码生成多项式g ( x ) ，表示： g ( x ) = g o + 品x 1 + 9 2 x 2 + + 1 x 1 + ， 式( 2 2 ) 中，g ( x ) 满足式( 2 3 ) ，a 为3 f ( c o 域的本原元： g ( z ) = ( x - 口) ( x - a 2 ) ( x a s ) ( x - a ) d a t am a t r i x 中本原元为2 ，故纠错码生成多项式g ( x ) 表示为： g ( x ) = ( x 2 ) ( x 一2 2 ) ( x - 2 3 ) ( x - 2 ) 第三步：利用数据码字多项式和生成多项式求得纠错码多项式p ( 功 p ( 功= e k 一1 x + e k 一2 ，2 + + e l x + e o ( 2 2 ) ( 2 - 3 ) ( 2 4 ) ( 2 5 ) 式( 2 5 ) 中，气- p e k 巾e l ，p o 即为纠错码字，其中咯一1 为第一个纠错码字，e o 为 最后一个纠错码字。e ( x ) 的计算方法如式( 2 6 ) ： p ( x ) = d ( x ) m o d g ( x ) ( 2 - 6 ) 求得的纠错码字置于数据码字之后得到的码字序列 反。，反巾，碣，吨，e k 小气巾，岛，e 0 即为最终的码字流。 2 3 2 纠错码分块计算 在d a t am a t r i x 条码添加纠错码之前，首先根据d a t am a t r i x 条码的规格选定条码尺 寸。选定条码尺寸的最优原则是选定大于或者等于数据信息编码个数的最小条码尺 寸，若实际数据信息编码的个数小于表格中规定的数据信息编码个数，则不足的码字 数在相应位置处添加填充码字填满。 由于d a t am a t r i x 使用r s 码的伽罗华域为g f ( 2 8 ) ，即多项式阶数不能高于2 5 5 ，因 此，当遇到码字流长度不超过2 5 5 字节的d a t am a t r i x 二维条码( 尺寸小于5 2 x 5 2 ) ， 可直接使用的r e e d s o l o m o n 算法计算纠错码字。当码字流长度超过2 5 5 字节时，d a t a m a t r i x 引入一种交叉分块的方法。即首先将数掘码字流分成若干不重复的块，每一块都 是从数据码字流中等间隔抽取的子序列，间隔数即为分块数。分别计算各块数据码字 子序列对应的纠错码字子序列，在将得到的纠错码字子序列按照与数据码字予序列抽 浙江工业火学硕士学位论文 取时一样的顺序连接成完整的纠错码字流，并置于数据码字流之后组成码字流。比如 尺寸大小为9 6 x 9 6 的d a t am a t r i x 条码，通过查询尺寸表可知其数据码字和纠错码字数 目分别为6 9 6 和2 7 2 ，其交叉分块数目为4 ，即应该将数据码字流分成4 个子序列分别 计算纠错码字子序列。详细的分块方式以及纠错码字产生见表2 2 ，假设数据码字流为 q ，c 2 ，c 6 9 6 ，待产生的纠错码字流为q ，乞，乞7 2 。 表2 2 交叉分块生成纠错码举例 交叉分块数据码字子序列相应的纠错码字子序列 l q ，c j ，c ；，c 6 的，c 6 ”岛，巳，岛，e 2 6 5 ，9 2 乞，c 6 ，q o ，c 6 ，c 6 9 4乞，气，q o ，e 2 6 6 ，吃7 0 3 巳，q ，c 1 1 ，c 6 9 1 ，c 哪岛，岛，4 1 , ，e 2 6 7 ，乞7 l 4 q ，气，q 2 ，c w - 2 ，c 6 气，气，岛2 ，e 2 醴，p 2 7 2 2 4 移动端条码应用 目前，手机二维条码的业务层出不穷。按照不同的标准，有着不同的业务划分。其 中按技术分类，可以划分为识读业务与被读业务。而其中的识读业务有两种模式，即终 端解码方式和服务器解码方式。 虽然我国对手机二维条码的应用研究起步较晚，但发展迅速。自中国移动2 0 0 6 年 8 月推出手机二维条码业务以来，国内手机二维条码产业链已基本形成，成熟度正逐渐 提高。手机二维条码的应用可以简单归纳为以下几个方面： 1 ) 自动化读取数据：以二维条码存储个人资讯，如地址、电话号码等，通过手机 扫描二维条码，解码软件解码后显示数据信息，然后进行名片、行程资料等快速交换。 由此可以衍生出对显示的数据信息进行写入，反馈到服务器，然后再发送回手机，打印 或存储在手机上，作为一种凭证或单据。 2 ) 简洁快速的上网和电话拨号：以二维条码存储相关u r l 信息或电话号码，通过 手机扫描二维条码，解码软件解码后显示，便可链接到相关站点进行数据信息的浏览或 者数据信息的下载以及拨打电话。 1 2 浙江jf ：业人学硕士学位论文 3 ) 实时有效身份鉴别及商务交易：在手机上显示二维条码资料，作为交易身份鉴 别资料或移动付款认证，在线方式通过移动网络，将解码信息发送至专门验证服务器， 并将验证结果返回手机屏幕显示，可用于如电子门票、自动售货、会员身份确认、移动 付款等应用。 4 ) 移动增值业务内容下载：通过二维条码存储移动增值业务内容的基本资料以进 行移动增值业务内容下载，可提供二维条码下载铃声、下载图片、下载电影片花、名片 识读、下载优惠券、短信投票等服务。 2 5 本章小结 本章主要对目前主流的两种二维条码的结构进行分析和比较，得出d a t am a t r i x 码 的结构特点较为符合我国目前使用。同时对纠错码算法r e e d s o l o m o n 算法进行讲述， 最后对二维条码在移动端的应用进行概括性的总结。 浙江工业人学硕士学位论文 第3 章s y m b i a n 操作系统及开发平台概述 s y m b i a n 公司创建于1 9 9 8 年6 月，最早是一个团队为p s i o n 手持设备而开发的一款 面向对象的操作系统e p o c ，因此早期的s y m b i a n 操作系统也称为e p o c 。发展到现在， s y m b i a n 操作系统已经成为智能手机市场中的主要成员。如今s y m b i a n 由诺基亚、松下、 英国p s i o n 、三星、西门子和索爱等公司共同拥有，它们代表了智能手机业的主流。 从一开始，s y m b i a no s 的设计目标就是应用于具有广泛通信功能、由电池供应电 能的小型设备上。它包括以下关键设计功能。 ( 1 ) 性能通过严格的特定设备电能管理，在设计上实现电池使用时间最大化。 ( 2 ) 多任务电话、发送信息和通信是基本功能部分。所有应用程序都应平行设 计为无缝工作。 ( 3 ) 标准应用以工业标准为基础的技术是s y m b i a no s 的基本原则，确保应用程 序与其他平台厂商提供的解决方案能实现互操作。 ( 4 ) 面向对象软件和高度模块化架构。 ( 5 ) 针对嵌入软件环境而优化的内存管理，该环境下的软件具有非常小的可执行文 件，并具有基于r o m 的代码，它能在需要的时候执行。 ( 6 ) 运行时内存需求最小化。 ( 7 ) 允许安全通信和安全数据存储的安全机制。 ( 8 ) 对国际环境的应用程序支持，具有内置的u n i e o d e 字符集，容易实现本地化。 下图显示了s y m b i a no s 一般性技术( g t ) 组件的结构。 1 4 浙江：j ：业人学硕+ 学位论文 图3 - 1 s y m b i a no s 一般性技术结构 3 1s e r i e s6 03 r d 平台 s e r i e s 6 0 平台在s y m b i a n 的操作系统之上构建，并通过可配置图形化用户接口库 ( g r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c el i b r a r y ) 、全面的应用程序套件以及其他通用引擎进行补充。 s e r i e s6 0 是个完全智能手机参考设计【1 9 翻。 s e r i e s 6 0s d k 中为开发人员提供了一套强健的组件和a p i 。所提供的a p i 被标准应 用程序套件所采用，这些程序集成在s e r i e s 6 0 平台中。不过，同时也为第三方应用程序 开发人员设计了广泛的a p i 。 s e r i e s 6 0 平台的内核是s y m b i a no sg t ( g e n e r i ct e c h n o l o g y ，通用技术) 层。s e r i e s 6 0 添加了扩展的a v k o n u i 层、基于a v k o n 和u i k o n 库的完整应用程序套件以及第三方g u i 应用程序所使用的许多重要用户接口和框架a p i 。如图3 2 所示： 1 5 浙江工业入学硕士学位论文 应用程序 j a v a 上 m