iOS,QRCord(矩阵二维码)

摘要:
二维条形码记录数据的长度和宽度。二维条码具有一维条码所不具备的“定位点”和“容错机制”。二维条码有很多种,不同机构开发的二维条码有不同的结构、书写和读取方法。了解二维码的基本结构后,将检测图案、分隔符、定位图案、校正图案和码字模块放入矩阵中,并将上面的完整序列填入相应规范的二维码矩阵区域。

1.二维码及其原理介绍

2.二维码生成

3.二维码解析

二维码及其原理介绍

二维条码是指在一维条码的基础上扩展出另一维具有可读性的条码,使用黑白矩形图案表示二进制数据,被设备扫描后可获取其中所包含的信息。一维条码的宽度记载着数据,而其长度没有记载数据。二维条码的长度、宽度均记载着数据。二维条码有一维条码没有的“定位点”和“容错机制”。容错机制在即使没有辨识到全部的条码、或是说条码有污损时,也可以正确地还原条码上的信息。二维条码的种类很多,不同的机构开发出的二维条码具有不同的结构以及编写、读取方法。

堆叠式/行排式二维条码,如,Code 16K、Code 49、PDF417(如右图)等。iOS,QRCord(矩阵二维码)第1张

矩阵式二维码,最流行莫过于QR CODE,二维码的名称是相对与一维码来说的,比如以前的条形码就是一个“一维码”。它的优点有:二维码存储的数据量更大;可以包含数字、字符,及中文文本等混合内容;有一定的容错性(在部分损坏以后可以正常读取);空间利用率高等。

二维码编码过程

1、数据分析:确定编码的字符类型,按相应的字符集转换成符号字符; 选择纠错等级,在规格一定的条件下,纠错等级越高其真实数据的容量越小。

2、数据编码:将数据字符转换为位流,每8位一个码字,整体构成一个数据的码字序列。其实知道这个数据码字序列就知道了二维码的数据内容。

iOS,QRCord(矩阵二维码)第2张

下面一个案例带你了解二维码的编码过程,以对数据01234567编码为例

1)分组:012 345 67

2)转成二进制:012→0000001100      345→0101011001     67 →1000011

3)转成序列:0000001100 0101011001 1000011

4)字符数 转成二进制:8→0000001000

5)加入模式指示符(上图数字)0001:0001 0000001000 0000001100 0101011001 1000011

对于字母、中文、日文等只是分组的方式、模式等内容有所区别,基本方法是一致的。二维码虽然比起一维条码具有更强大的信息记载能力,但也是有容量限制,通过下面这个表格了解二维码的容量到底有多大。

iOS,QRCord(矩阵二维码)第3张

3、纠错编码:按需要将上面的码字序列分块,并根据纠错等级和分块的码字,产生纠错码字,并把纠错码字加入到数据码字序列后面,成为一个新的序列。在二维码规格和纠错等级确定的情况下,其实它所能容纳的码字总数和纠错码字数也就确定了,比如:版本10,纠错等级时H时,总共能容纳346个码字,其中224个纠错码字。就是说二维码区域中大约1/3的码字时冗余的。对于这224个纠错码字,它能够纠正112个替代错误(如黑白颠倒)或者224个据读错误(无法读到或者无法译码),这样纠错容量为:112/346=32.4%

4、构造最终数据信息:在规格确定的条件下,将上面产生的序列按次序放如分块中按规定把数据分块,然后对每一块进行计算,得出相应的纠错码字区块,把纠错码字区块 按顺序构成一个序列,添加到原先的数据码字序列后面。如:D1, D12, D23, D35, D2, D13, D24, D36, … D11, D22, D33, D45, D34, D46, E1, E23,E45, E67, E2, E24, E46, E68,…

5 、构造矩阵:在构造矩阵之前,我们先来了解一个普通二维码的基本结构。

iOS,QRCord(矩阵二维码)第4张

    位置探测图形、位置探测图形分隔符、定位图形:用于对二维码的定位,对每个QR码来说,位置都是固定存在的,只是大小规格会有所差异;

    校正图形:规格确定,校正图形的数量和位置也就确定了;

    格式信息:表示改二维码的纠错级别,分为L、M、Q、H;

    版本信息:即二维码的规格,QR码符号共有40种规格的矩阵(一般为黑白色),从21×21(版本1),到177×177(版本40),每一版本符号比前一版本 每边增加4个模块。

    数据和纠错码字:实际保存的二维码信息,和纠错码字(用于修正二维码损坏带来的错误)。

了解了二维码的基本结构后,将探测图形、分隔符、定位图形、校正图形和码字模块放入矩阵中,并把上面的完整序列填充到相应规格的二维码矩阵的区域中。

iOS,QRCord(矩阵二维码)第5张

6、掩膜:将掩摸图形用于符号的编码区域,使得二维码图形中的深色和浅色(黑色和白色)区域能够比率最优的分布。

7、格式和版本信息:生成格式和版本信息放入相应区域内。版本7-40都包含了版本信息,没有版本信息的全为0。二维码上两个位置包含了版本信息,它们是冗余的。版本信息共18位,6X3的矩阵,其中6位时数据为,如版本号8,数据位的信息时 001000,后面的12位是纠错位。

这里使用苹果的API,导入

#import <CoreImage/CoreImage.h>

二维码生成

/**
 生成二维码图片

 @param text 文本
 @param size 图片宽度
 @return 二维码图片
 */
-(UIImage *)getQRcodeImgByString:(NSString *)text withSize:(CGFloat)size{
    //创建滤镜--苹果没有将这个字符封装成常量
    CIFilter *filter=[CIFilter filterWithName:@"CIQRCodeGenerator"];
    //还原路径默认属性
    [filter setDefaults];
    //设置需要生成二维码的数据到滤镜中,OC中要求设置的是一个二进制数据
    NSData *data=[text dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    [filter setValue:data forKey:@"InputMessage"];
    //从滤镜中取出生成好的二维码,这里生成的二维码不够清晰,需要再处理
    CIImage *ciImage=[filter outputImage];
    return  [self createNonInterpolatedUIImageFormCIImage:ciImage withSize:size];
}

/**
 根据CIImage生成指定大小的UIImage(相比清晰一些)

 @param imgae CIImage
 @param size 图片宽度
 @return UIImage
 */
-(UIImage *)createNonInterpolatedUIImageFormCIImage:(CIImage *)imgae withSize:(CGFloat)size{
    CGRect extent=CGRectIntegral(imgae.extent);
    CGFloat scale=MIN(size/CGRectGetWidth(extent), size/CGRectGetHeight(extent));
    
    //创建bitmap
    size_t width=CGRectGetWidth(extent)*scale;
    size_t height=CGRectGetHeight(extent)*scale;
    CGColorSpaceRef cs=CGColorSpaceCreateDeviceGray();
    CGContextRef bitmapRef=CGBitmapContextCreate(nil, width, height, 8, 0, cs, (CGBitmapInfo)kCGImageAlphaNone);
    CIContext *context=[CIContext contextWithOptions:nil];
    CGImageRef bitmapImage=[context createCGImage:imgae fromRect:extent];
    CGContextSetInterpolationQuality(bitmapRef, kCGInterpolationNone);
    CGContextScaleCTM(bitmapRef, scale, scale);
    //绘制图片
    CGContextDrawImage(bitmapRef, extent, bitmapImage);
    
    //保存bitmap到图片
    CGImageRef scaledImage=CGBitmapContextCreateImage(bitmapRef);
    CGContextRelease(bitmapRef);
    CGImageRelease(bitmapImage);
    //将图片颜色进行处理后返回
    return [self imageBlackToTransparent:[UIImage imageWithCGImage:scaledImage]];
    
}

void ProviderReleaseData (void *info, const void *data, size_t size)
{
    free((void*)data);
}
//图片颜色变换处理
- (UIImage*) imageBlackToTransparent:(UIImage*) image
{
    // 分配内存
    const int imageWidth = image.size.width;
    const int imageHeight = image.size.height;
    
    size_t      bytesPerRow = imageWidth * 4;
    
    uint32_t* rgbImageBuf = (uint32_t*)malloc(bytesPerRow * imageHeight);
    
    // 创建context
    CGColorSpaceRef colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceRGB();
    CGContextRef context = CGBitmapContextCreate(rgbImageBuf, imageWidth, imageHeight, 8, bytesPerRow, colorSpace,
                                                 kCGBitmapByteOrder32Little | kCGImageAlphaNoneSkipLast);
    CGContextDrawImage(context, CGRectMake(0, 0, imageWidth, imageHeight), image.CGImage);
    
    // 遍历像素
    int pixelNum = imageWidth * imageHeight;
    uint32_t* pCurPtr = rgbImageBuf;
    for (int i = 0; i < pixelNum; i++, pCurPtr++)
    {
                if ((*pCurPtr & 0xFFFFFF00) == 0xffffff00)    // 将白色变成透明
//        if ((*pCurPtr & 0x65815A00) == 0x65815a00)    // 将背景变成透明
        {
            uint8_t* ptr = (uint8_t*)pCurPtr;
            ptr[0] = 0;
        }else{//其他颜色修改
            // 改成下面RGB值的代码,会将图片转成想要的颜色
            uint8_t* ptr = (uint8_t*)pCurPtr;
            //rgb 值0~255
            ptr[3] = 226;//red
            ptr[2] = 89;//green
            ptr[1] = 72;//blue
        }
    }
    
    // 将内存转成image
    CGDataProviderRef dataProvider = CGDataProviderCreateWithData(NULL, rgbImageBuf, bytesPerRow * imageHeight, ProviderReleaseData);
    CGImageRef imageRef = CGImageCreate(imageWidth, imageHeight, 8, 32, bytesPerRow, colorSpace,
                                        kCGImageAlphaLast | kCGBitmapByteOrder32Little, dataProvider,
                                        NULL, true, kCGRenderingIntentDefault);
    CGDataProviderRelease(dataProvider);
    
    UIImage* resultUIImage = [UIImage imageWithCGImage:imageRef];
    
    // 释放
    CGImageRelease(imageRef);
    CGContextRelease(context);
    CGColorSpaceRelease(colorSpace);
    
    return resultUIImage;
}

二维码解析

/**
 使用iOS系统自带的视频二维码图片接口,在iOS8以上可以使用

 @param qrCodeImage 二维码图片
 @return 识别出来的图片信息
 */
-(NSString *)decodeQRCodeWithImage:(UIImage *)qrCodeImage{
    CIContext *context=[CIContext contextWithOptions:nil];
    //此api有些问题,在一些机型上detector为nil
    CIDetector *detector=[CIDetector detectorOfType:CIDetectorTypeQRCode context:context options:@{CIDetectorAccuracy:CIDetectorAccuracyHigh}];
    CIImage *image=[CIImage imageWithCGImage:qrCodeImage.CGImage];
    NSArray *features=[detector featuresInImage:image];
    CIQRCodeFeature *feature=[features firstObject];
    return feature.messageString;
}

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