基于QR二维码编解码技术的研究与实现.pdf

摘要
近年来,随着互联网技术和电脑硬件技术的高速发展,我们身处的世界已经
越来越信息化,信息的传播和识别已经成为当前讨论的主要话题。我们都有去超
市购物的经验,大家在结账时都能发现售货员通过对商品某个部位进行扫描得出
商品的一系列信息,那个部位的图标称为一维线性码,目前已被广泛应用,但是
其存在编码量有限,编码范围仅限于数字和字母,对中文不支持,并且在纠错方
面只能校验,不能纠错,完成应用必须依赖数据库或通讯网络的存在。针对这些
缺点,近期兴起了一种称作二维码的技术,通过对纵向和横向进行编码,二维码
大大扩大了编码容量,对数字,字母,中文,图片和声音都可以编码,在纠错方面
具有有很强的错误纠正能力,并可根据需要设置不同的纠错等级,在应用方面可
不依赖于赖数据库或通讯网络而单独存在。可以这么说,如果一维码是对物品进
行代号标识,那么二维码就是对物品细节进行描述。近几年,我国信息技术和自
动化管理得到了迅猛发展,在信息产业和商业自动化管理的带动下,作为信息数
据自动采集重要手段之一的二维条码技术在我国得到了快速推广与应用。自 1998
年以来,我国二维条码识读设备销量呈成倍增长趋势,设备供给量略大于需求量,
供需基本平衡,发展势头令人满意。针对此,对二维码技术的研究就成为国民信
息化发展的必然趋势。
本文重点对二维码技术的一个分支 QR 二维码技术进行研究并给出了自己的
实现方案,分为编码和解码两个大的模块进行。程序开发语言选用 JAVA,这样随后
在封装成果为客户端和服务器端时,客户端能自动满足跨平台性,服务器端更能
轻松作为服务部署。在编码模块中,首先完成了对编码数据分类的预处理工作,
对应后面不同模式的编码技术的需要。其次,通过对 QR 二维码国家标准
(GB/T18284-2000)编码部分的研究,针对数字模式,字母数字模式,8 位字节模式
和中国汉字模式等数据的编码提出了自己的算法设计和代码实现,并比较了各种
模式编码算法在时间和空间上的优劣。根据标准,随后完成了位流到码字转换组
件,码字布置及掩膜计算组件和版本格式信息码转换组件的设计与实现。由于标
准规定 QR 二维码的纠错采用 Reed-Solomon 纠错码,对此项技术也进行了较为深
入的研究,在纠错码生成过程中,提出了文本数据库缓存系数乘积的解决方案,
对每一个编码数据通过查表就能得出对应的纠错码多项式系数值,避免了耗费时
间和资源的伽罗华域中乘法运算,大大提高了纠错码的生成速度。
在解码模块中,根据国家标准,设计并实现了寻像图像识别模块,格式信息
探测组件,图形符号方位校正组件和信息解码组件。期间对出错数据检测和数据
恢复技术原理进行了研究,包括本模块采用的 BM(Berlekamp-Massey)迭代算法,
ien)氏搜索算法和 Forney 算法。
基于论文成果,本文将设计出的编码解码模块封装为客户端软件和服务器端
组件,对两者的性能分别进行了全方位的测试,测试内容包括编码时间,内存消
耗率,CPU 占用率和代码覆盖率等,并对对测试结果进行了理性的分析,提出了相
应的改进思路。最后详细介绍了编解码模块作为服务器端在车辆管理平台上的应
用,并针对测试结果提出了后台分布式架构部署服务的思路,有效的增加了系统
的稳定性和吞吐量。实践证明二维条码技术的普及应用不仅为其带来了可观的经
济效益,也为其收集并控制其他国家的关键数据提供了可能。

关键词:QR 二维码、Reed Solomon 纠错码、矩阵识别、分布式部署、车辆管理平
台
ABSTRACT
In the recent years, as the web technology puter hardware technology’s
developing,our world is already in the middle of the IT stream,the transmition and
recognition of the information now e the premier example, everybody
should have the experiences of go shopping or bookstore, when you pay your bill, it is
likely that you notice the cashier will pick up a scanner to scan a square district of stripe.
This striped area is called the one dimen