Структура qr-кода



страница3/6
Дата10.05.2016
Размер0.71 Mb.
1   2   3   4   5   6

"Информация в QR-коде располагается в двух направлениях - как по горизонтали, так и по вертикали, в то время как в штрих - коде информация размещается только в одном направлении. В отличие от обычных штрих - кодов, которые хранят максимум 20 символов, QR-код способен хранить во много раз больше информации. Это практически все типы данных: цифровые и буквенные знаки, несколько разновидностей иероглифов, символы и т.д" [4].

Максимальное количество символов, которые помещаются в один QR-код [4]:

  • Цифры - 7089

  • Цифры и буквы (включая кириллицу) - 4296

  • Двоичный код - 2953 байт

  • Иероглифы – 1817




Еще одно преимущество QR-кода - его способность восстанавливать содержащуюся в нем информацию. Даже если символ частично загрязнен или поврежден, с помощью системы коррекции ошибок на базе кодов Рида-Соломона (пункт 1.2.3), который рассмотрен ниже восстановлению подлежит до 30% кодовых слов.


Таблица 1.1

Качество коррекции ошибок




Качество коррекции ошибок QR – кода

Уровень L

~ 7%

Уровень M

~ 15%

Уровень Q

~ 25%

Уровень H

~ 30%


"Уровень L отлично подходит для веб QR-кодов, которые не могут повредиться.

Уровень М подходит для обычного использования. Например, печати на визитках, плакатах.

Уровни Q и H подходят для использования на наклейках или упаковках, у которых вероятность повредиться более высокая" [4].


1.2.1. Структура символа
Каждый кодовый символ QR должен быть построен из номинально квадратных модулей, изложенных в регулярном квадратном множестве и

будут состоять из областей: quiet zona (тихая зона), position detection patterns (образцы обнаружения положения), separators for position detection patterns (сепараторы для образцов обнаружения положения), timing patterns (временные шаблоны), alignment patterns (выравнивающие шаблоны), format information (информация о формате), version information (информация о версии), data and error correction codewords (информация и кодовые слова для исправления ошибок).



Рисунок 2. - Структура Кодового символа QR

Есть сорок размеров Кодового символа QR, называемого Версией 1, Версией 2... Версия 40. Версия 1 измеряет 21 модуль x 21 модуль, Версия 2 измеряет 25 модулей x 25 модулей, и так далее увеличивающихся в шагах 4 модулей за сторону до Версии 40, которая измеряет 177 модулей x 177 модулей. Рисунки 3 – 7 иллюстрируют структуру Версий 1, 2, 6, 7, 14 и 21.



Рисунок 3. – 1 и 2 версии


Рисунок 4. – версия 6

Рисунок 5. – версия 7

Рисунок 6. – версия 14

Рисунок 7. – версия 21

На рисунках с номера 3 по 7 показан матричный способ разбиения картинки кода наглядно. Блоки необязательно должны быть квадратными, в версиях более высокого уровня имеют еще более замысловатую форму и их плотность увеличивается. Расположение блоков с данными может варьироваться друг относительно друг. Чтобы распределить блоков с данными равномерно по полю, используются маски.

Существуют восемь стандартных масок:

Таблица 1.2 [1]

Комбинации масок


Маска

Состояние

000

(i+ j) mod 2 = 0

001

i mod 2 = 0

010

j mod 3 = 0

011

( i + j ) mod 3 = 0

100

(( i div 2) +(j div 3)) mod 2 = 0

101

(i j) mod 2 +(i j) mod 3 = 0

110

((i j) mod 2 +(i j) mod 3) mod 2 = 0

111

((i j) mod 3 + (i + j) mod 3) mod 2 = 0

Для болей наглядности представляю изображение, в котором цветами выделены зоны, о которых было написано ранее.



Рисунок 8. – структура символа



Шаблон поиска - Finder pattern
Шаблон поиска (образец искателя) должен состоять из трех идентичных «Образцов Обнаружения Положения». Они располагаются в верхнем левом, верхнем правом и в нижнем левом углах символа как показано на рисунке - Структура Кодового символа QR. Они могут рассматриваться, как три добавленных квадрата и построены из трех модулей: темный 7х7, светлый 5х5 и темный 3х3. Отношение ширин модуля 1:1:3:1:1 как показано на Рисунке 9. идентификация трех «Образцов Обнаружения Положения» однозначно определяет местоположение и ориентацию символа в поле зрения.

Рисунок 9. – структура шаблона поиска


Выравнивающий шаблон - Alignment pattern
Каждый шаблон выравнивания можно рассматривать, как три наложенных друг на друга концентрических квадратов. Данный шаблон изготовлен из трех модулей: темного 5х5, светлого 3х3 и одного центрального темного. Используется в символах версии 2 и выше, чем выше версия, тем выравнивающих шаблонов больше. Они помещаются в QR-код для помощи декодеру, который с помощью этих шаблонов преобразует перекошенный QR-код в виртуальную сетку данных, которые он декодирует.

Рисунок 10. – наглядно показывает, для чего нужны выше описанные шаблоны. Где 1,2,3 – шаблон поиска (Finder pattern), а 4 – выравнивающий шаблон (Alignment pattern)



Сепаратор - Separator
Сепаратор является широким разделителем с одной стороны между информации о формате и шаблоном поиском, а с другой между информации о версии и шаблоном поиска. Сепаратор состоит из светлого модуля.

Временные шаблоны - Timing pattern
Временные шаблоны расположены горизонтально и вертикально. Соответственно они состоят из одного модуля, или широкой строки, или широкого столбца переменно чередую темный и светлый модуль, начиная и заканчивая темным. Рисунок горизонтального временного шаблона проходит по 6 строке символов между сепараторами верхнего уровня, которые определяю положение. Рисунок вертикального временного шаблона проходит точно так же как и горизонтальный только между верхнем и нижним сепараторами по левой стороне QR-кода. Благодаря временным шаблонам можно определить местоположение версии информации и информацию о формате.
Информация о формате - Format information
Данные в символах маскируются путем изменения модуля в определенных позициях. Для того, чтобы декодер узнал какие модули ему считывать выбранные маски хранятся в двух местах вместе с версией коррекции ошибок. После того как информация о формате данных закодирована в 15 бит, то она располагается в двух местах в символе.


Информация о версии - Version information
В информации о версии просто показывается, какая версия используется. Она занимает 18 модулей и находится слева в верхнем правом углу рядом с шаблоном поиска. Эта информация находится в размерах 3 модуля в ширину и 6 модулей в длину. Дубликат версии помещается напротив левой стороны символа, чуть выше правого нижнего шаблона поиска – 3 модуля в высоту и 6 модулей в ширину. Если можно хранить версии данных путем размещения информации на строки и столбцы в исходное положение и повернуть наоборот, то получается, то, что находится в модуле [x] [y] в оригинале могут быть размещены в модуле [y] [x] для дубликата.
Информация и кодовые слова для исправления ошибок - Data and Error Correction Cowards
После того как данные закодированы алгоритм коррекции ошибок применяется для того чтобы считать данные с QR-кода, даже если его части нечетко изображены.

Тихая зона - Quiet zone
Спецификация QR-кода требует оставления пространства равным четырем модулям по всему символу, и он должен быть пустым. Это нужно для предотвращения помех от других вещей.


1.2.2. Алгоритм QR-кода
"Особенность данного типа кодов в том, что они легко расшифровываются не только посредством специального сканера, но и с помощью любого смартфона, оснащенного фотокамерой и достаточно простым программным обеспечение, что открывает перспективы его применения в повседневной жизни. Так же данный код можно прочитать вручную" [4].
Дальше будет рассмотрен алгоритм декодирования информации через QR.
"Данные, которые необходимо закодировать, разбиваются на блоки. К разбитым по блокам данным прибавляется заголовок, указывающий режим и количество блоков. На случай некорректного чтения данных применяются специальные коды, которые способны исправить недочеты при чтении. Это так называемые коды Рида-Соломона (RS) (описаны ниже) записываются после всех информационных данных" [4].
Данные с RS-кодами перед записью в QR-код «перемешиваются». Для этих целей используются маски. Существует 8 алгоритмов, среди которых выбирается наилучший. Критерии выбора основаны на системе штрафов [4].

Процедура декодирования символа:



  1. Найти и получить изображения символа. Преобразовать темные и светлые модули в виде массива “0” и “1” бит.

  2. Определяется (читается) формат информации. На данном этапе выполняются следующие шаги: определения маскировки символа, коррекция ошибок.

  3. Определяется версия символа.

  4. Выполняется маскировка по XOR битной кодировке области маскировки символа.

  5. Читается символ в символе в соответствии с правилами размещения информации в структуре QR-кода.

  6. Обнаружение ошибок с помощью кодовых слов коррекции ошибок. Если ошибка обнаружена, то происходит ее исправление.

  7. Разделение данных кодового слова на сегменты в соответствии с режимом.

  8. Вывод результата.




Распознавание белого и черного модуля




Декодирование формата

информации

Определение версии




Версия маски

Восстановление данных и применение RS кодовых слов





Нет ошибок


Ошибки


Коррекция ошибок




Декодирование данных кодовых слов








Рисунок 11.– алгоритм извлечения данных

Информацию можно разбить на две части: системная информация и данные. Существует информация о версии кода. От версии кода зависит максимальный объем данных, которые могут быть записаны в код.



1.2.3. Алгоритм Рида-Соломона
"Кодировщик представляет собой совокупность сдвиговых регистров (shift registers), которые объединены с помощью сумматоров и множителей. Данные операции проводятся на основе арифметики Галуа. Сдвиговый регистр представляет собой последовательность ячеек памяти, называемых разрядами, каждый из которых содержит один элемент поля Галуа GF(q). Содержащийся в разряде символ, покидая этот разряд, «выстреливается» на выходную линию. Одновременно с этим разряд «засасывает» символ, находящийся на входе. Замещение символов происходит дискретно, в строго определенные промежутки времени, называемые тактами" [5].
При аппаратной реализации сдвигового регистра его элементы могут быть объединены как последовательно, так и параллельно. Блок-схема цепи, осуществляющего деление полинома на константу, приведена на рисунке 12. Деление реализуется с помощью умножения и сложения. Потому что данный способ основывается на вычислении системы двух рекуррентных равенств:

(1.1)

"Где Q(r)(x) и R(r)(x) – соответственно частное и остаток на r-шаге рекурсии" [5].

"Поскольку сложение и вычитание, выполняемое по модулю два, тождественны друг другу, для реализации делителя нам достаточно иметь всего два устройства – устройство сложения и устройство умножения, а без устройства вычитания можно обойтись. Формула (1.1) предназначена для деления полинома на константу посредством умножения и сложения" [5].

" После n-сдвигов на выходе регистра появляется частное, а в самом регистре окажется остаток, который и представляет собой рассчитанные символы четности (они же – коды Рида-Соломона), а коэффициенты умножения с g0 по g(2t – 1) напрямую соответствуют коэффициентам умножения порожденного полинома" [5].

Рисунок 12.– устройство простейшего кодера Рида-Соломона




    1. Программы – распознавания QR-кода

В этом пункте будет представлен список различных приложений для считывания QR-кода с использования мобильного телефона. Ниже приведена таблица 1.3 в которой проводится разделение по операционным системам сотовых телефонов с поддержкой Unicode текста в кодах [6].

Таблица 1.3

Перечень наиболее популярные программ, которые распределены по операционным системам.



Название программы

Операционная система

устройство

BeeTagg 

Android OS, Apple iOS, Symbian, Windows Mobile, Windows Phone, Java, Palm OS, Blackberry

iPhone, htc, nokia, Blackberry и др.

QuickMark

Windows Mobile, Windows Phone, Symbian, Android OS, Apple iOS, Bada

Wave от Samsung, iPhone, htc и др.

i-nigma 

Windows Mobile, Windows Phone, Apple iOS, Android OS, Blackberry, Symbian, Java, Bada

Wave от Samsung, iPhone, Blackberry и др.

Kaywa reader 

J2ME,Symbian, Windows Mobile, Apple iOS, Android OS

iPhone, htc и др.

ScanLife

Windows Mobile, Blackberry, Android OS, Apple iOS, Java

iPhone, Blackberry и др.

Upcode reader 

UIQ, Windows mobile, Apple iOS, Blackberry, Android OS, Java,Symbian

iPhone, Blackberry и др.

Barcodes Scanner 

Apple iOS

iPhone

Barcode Scanner 

Android OS

Htc и др.

DataSymbol

Android OS, Symbian, Windows Mobile, Apple iOS,

iPhone, nokia, htc, и др.

Microsoft Tag 

Android OS, Symbian, Windows Mobile, Windows Phone, Java, Blackberry, iOS,

iPhone, htc, Blackberry, nokia и др.

NeoReader

Android OS, Symbian, Windows Mobile, Windows Phone, Java, Apple iOS, Blackberry OS

HTC, Lenovo, iPhone, Blackberry, nokia, Blackberry и др.

Это не весь список программ – распознавателей QR-кода. Так что найти программу для своего устройства не составит большого труда.

Посетители музея могут скачать нужную ему программу – распознавателя QR-кода в самом музее. Сведения о скачивания программы находятся на плакатах около кассы или по ходу движения в музее. Так же эти программы можно скачать на сайтах.





    1. Использования QR-технологии

Варианты использования данной технологии в повседневной сфере жизни человека:



  1. В печати

  2. На товаре

  3. На наружных рекламных носителей

  4. На одежде и украшения

  5. На географических объектах

  6. На визитках

  7. Предметы интерьера

Данная технология становиться так же очень популярной в туризме и в музеях. С помощью этой технологии посетители музея смогут получить более полную информацию, чем краткое описание об экспонате со стенда. Полученная информация будет гораздо более насыщенная и интересная. Она может быть в виде лекции, видеофрагмента, иллюстрации и в виде текста.

Считанную информацию с QR-кода посетитель выставки получает совершенно бесплатно на свое устройство. Это может быть планшет, ноутбук или любое мобильное устройство. Это устройство должно быть со встроенной камерой, простым программным обеспечением и со специальным приложением для считывания QR-кода. Так же пользователь может воспользоваться устройством, которое предоставляется музеем на время посещения.

Используя технологию QR-код в экспозициях музея можно решить следующие задачи:



  1. дать посетителям музея самостоятельно знакомиться с экспонатами. Иностранные посетители смогут выбрать язык, на котором они будут получать информацию;

  2. помощь экскурсоводу, который по ходу своего рассказа сможет использовать дополнительные материалы, например, добавлять иллюстрации к своему рассказу или дополнять свой рассказ видеофрагментом;

  3. проводить с детьми интеллектуальные соревнования в виде игр. При считывания QR-кода школьник (ребенок) будет получать задание: вопрос или головоломку. При правильном ответе он получит доступ к следующему вопросу и так далее. В процессе игры ребенок будет узнавать что-то новое или вспоминать, то, что знает.

Важными преимуществами использования технологии QR-кодов является:

  1. Зашифрованной информацией в QR-коде может быть не только в текстовом виде, но и в мультимедийной;

  2. Информацию в QR-коде можно легко и просто изменять. Тем самым сам QR-код останется без изменения;

  3. Полученная информация с помощью QR-кода для посетителей будет совершенно бесплатной;

  4. Посетители музея могут воспользоваться своими собственными электронными устройствами или брать в аренду в музее, если музей предоставляет такую возможность.

Пример готовых QR-кодов из других музеев:

Рисунок 13а. Рисунок 13б.

Рисунок 13а. – "Описание Церкви Николая Чудотворца, 
что в Хамовниках (1679-1682 гг.). Мультимедиа компонент: Видеосюжет" [7].

Рисунок 13б. - "Описание: Кувшин X-XI века. Мультимедиа компонент: Управляемый 3D-объект" [7].


1   2   3   4   5   6


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница