Исследование QR-кода

Рис. 4.1. Разновидности двухмерных кодов

QR-коды можно создавать с различной степенью помехозащищенности. Чем выше помехозащищенность, тем больше избыточной информации содержит матрица и тем меньше остается места для информационных битов.

Матрицу можно создать  с одним из четырех уровней  коррекции ошибок. Эти уровни определяют долю  информации, подлежащую восстановлению за счет использования корректирующего кода.

Таблица 4.1

Уровень коррекции ошибок	Код	Допустимые искажения
L	01	7%
M	00	15%
Q	11	25%
H	10	30%

Уровни L и M рекомендуется использовать для печати  кодов на пригласительных билетах, объявлениях, визитках, плакатах, рекламных щитах и т.д. Уровни Q и H применяют для маркировки промышленных деталей, когда существует высокая вероятность повреждения  изображения кода.

Таблица 4.2 показывает, как  выглядит код слова «Проба» при  различных уровнях коррекции  ошибок. Визуально можно заметить, что с увеличением уровня помехоустойчивости число элементов в матрице  растет.

Таблица 4.3 демонстрирует  высокую степень помехоустойчивости QR-кодов. Даже на перечеркнутых матрицах есть возможность правильно декодировать информацию.

Следует обратить внимание, что считывание информации прекращается в случаях, когда существенно  искажен один из трех прямоугольников, отвечающих за определение ориентации матрицы (см. табл. 4.4). В то же время  наличие двадцати цветных точек  на изображении матрицы не приводит к снижению надежности считывания информации (см. табл. 4.5).

 
Таблица 4.2

7%		15%
25%		30%

Таблица 4.3

1		2
3		4

 
Таблица 4.4

1		2
3		4

Таблица 4.5

1		2
3		4

 
Структура матрицы

Информационные биты, контрольные  биты и системная информация располагаются в определенных местах матрицы. Порядок размещения всех элементов матрицы определены правилами, которые описаны  в спецификации [4].

На каждой матрице имеется  три указателя ориентации 1 (УО). Между   тремя УО проходят две линии синхронизации 2, которые состоят из чередующихся белых и черных модулей (пикселей). Вблизи левого нижнего указателя ориентации размещается черный пиксель 3 (см. рисунок 4.2).

В настоящее время выпущено 40 версий QR-кодов. На матрицах QR-кодов, начиная с версии 2, имеются метки центровки 4. В версии 1 такой метки нет, но в старших версиях QR-кода можно насчитать 46 таких меток.

В областях 5 для версий старше шестой размещается информация о  версии кода. В четырех модулях 6 содержится код, которые определяет, какой вид данных содержится в матрице. Системная информация размещается в областях 7 и 8.

Рис.4.2. Структура матрицы

Информация об уровне коррекции  ошибок и виде использованной маски  располагается в системной строке (см. рис. 4.3). Разряды 14 и 13 содержат сведения об используемом уровне коррекции ошибок. Разряды 12, 11 и 10 показывают, какая маска  использована для наложения на информационные и корректирующие биты. Три бита позволяют сформировать коды для  восьми разных масок.

Системная информация дублируется. Один раз 15 системных битов размещают  в столбце 8 (счет элементов ведется, начиная с 0 из левого верхнего угла матрицы).

Второй раз системную  информацию размещают в строке 8.

 

Рис. 4.3. Дублирование системной  информации

 

4.1. Методические  указания к заданию 3.1

Наиболее просто операция декодирования выполняется с  помощью мобильного телефона со встроенной фотокамерой и установленной  программой считывания. На ряде моделей  мобильных телефонов нет программ для распознавания QR-кодов. В этом случае рекомендуются установить следующие программы:

для Android: Google Goggles, QuickMark, Barcode Scanner, Barcode2file, QR Droid, NeoReader, ixMAT Scanner, 2D-код, Elinext UPC, I-Nigma, QR Droid;

для iPhone и iPad: RedLaser, QR Reader for iPhone, Bakodo - Barcode Scanner and QR Bar Code Reader, AT&T Code Scanner, Elinext UPC, Ценометр;

для Windows Phone 7: приложение уже встроено в поиск (Обновление Mango);

для Symbian OS: QuickMark, Kaywa reader, Nokia barcode reader, I-Nigma, UpCode, NeoReader, BeeTag;

для Java: Kaywa reader, I-Nigma, UpCode;

для Bada: BeeTagg, Quick QR Reader;

для Maemo: mbarcode;

для Windows Mobile: QuickMark, I-Nigma;

для BlackBerry OS: приложение уже встроено в App World.

При отсутствии у пользователя устройств распознавания QR-кода кодирование и декодирование можно выполнить с помощью скриптов, к которым есть свободный доступ в Интернет.

В качестве специализированных Web-сайтов (генераторов и распознавателей QR-кодов), предназначенных для кодирования и декодирования QR-кодов, можно использовать:

1. http://qrcoder.ru
2. http://qr-coder.net/
3. http://qr.foxtools.ru
4. http://qrrussia.ru/
5. http://www.qurify.com/ru/
6. http://creambee.ru/
7. http://www.qrstuff.com/
8. http://www.qrcodegenerator.ru/

Допустимо для кодирования  и декодирования использовать любой  другой сайт, найденный самостоятельно в Интернет.

В отчете нужно указать, какое  аппаратное средство использовано или  с помощью какого сайта произведено  кодирование (декодирование) информации.

 

4.2. Методические  указания к заданию 3.2

Если формирование кода ведется  с помощью аппаратного средства, то нужно ознакомиться с инструкцией  по работе с мобильным телефоном, нетбуком или планшетником. Полученное изображение кода можно демонстрировать преподавателю непосредственно на мобильном телефоне (нетбуке, планшетнике). Допустимо результат кодирования представлять в виде графического файла. Наилучшие графические форматы для подобных изображений PNG или GIF (в этих случаях размеры файлов будут наименьшими).

Если кодирование ведется  с помощью специализированного  сайта, то необходимо сделать фотографию (скриншот) полученного кода. Преподавателю  следует  представить графический файл либо фотографию кода, сделанную цифровым фотоаппаратом. Менее рациональный вариант - представить матрицу в распечатанном на принтере виде. При наличии у студента большого количества свободного времени матрицу можно аккуратно перерисовать в отчет карандашом .

4.3. Методические  указания к заданию 3.3

При выполнении этого задания  целесообразно использовать растровый  графический редактор типа MS Paint. С его помощью удобно на изображение матрицы наносить точки и проводить линии.

Результаты сканирования с экрана монитора во многом зависят  от качества дисплея и его настройки, а также от матрицы фотоаппарата мобильного телефона. Поэтому в отчете нужно указать тип использованного  сканирующего устройства и дисплея.

Изменить масштаб рисунка  можно, вставив его в текстовый  редактор. Результаты исследований в  этом задании нужно представить  преподавателю  в виде картинок  (скриншотов) с комментариями. Примерный вид комментариев должен быть таким: «Считывание информации прошло успешно» или «Считать информацию не удалось».

При определении минимально допустимого размера матрицы  длину сторон квадрата нужно указать  в сантиметрах.

4.4. Методические  указания к заданию 3.4

Существует 40 версий QR-кода. С увеличением номера версии кода объем помещаемых в матрицу данных увеличивается. Определить, к какой  версии относится данная матрица, можно  тремя способами:

1. подсчитать, какое число пикселей содержит матрица;
2. определить координаты меток центровки;
3. для версий старше шестой существуют области на матрице, где содержится информация об используемой версии.

В таблице приведена информация о числе модулей (пикселей) для  различных версий QR-кодов.

Табл. 4.4.1

Версия	Число модулей
1	21х21
2	25х25
3	29х29
4	33х33
…	…
40	177х177

Анализируя, приведенную  таблицу, легко заметить линейную закономерность: очередная версия QR-кода отличается от предыдущей версии тем, что сторона матрицы увеличена на 4 модуля.  Подсчитав число модулей, можно определить версию QR-кода для данной матрицы.

В таблице приведены сведения о координатах меток центровки  для версий 2…13. Полная версия этой таблице приведена в Приложении 3.

Табл. 4.4.2

Версия	Строки
2	6	18
3	6	22
4	6	26
5	6	30
6	6	34
7	6	22	38
8	6	24	42
9	6	26	46
10	6	28	50
11	6	30	54
12	6	32	58
13	6	34	62

На следующем рисунке  для примера показано изображение  матрицы QR-кода версии 7.

Рис. 4.4.1  Матрица QR-кода версии 7

Из рисунка видно, что  шесть меток центровки расположены  на пересечении  строк и столбцов, определенных в таблице. Координаты определяются по черному модулю (пикселю), расположенному внутри белого квадрата. Метки центровки не ставятся в местах, где расположены указатели ориентации (три угла).

На матрицах, начиная с  версии 7, имеются две области, где  содержится закодированная информация об использованной версии. Эти области  отмечены на рис. 4.4.1 цифрами 1 и 2. В табл. 4.4.3 приведены коды некоторых версий QR-кода. Полная версия таблицы приведена в Приложении 4.

Табл. 4.4.3

Версия	Код
7	001010010011111000
8	000111101101000100
9	100110010101100100
10	011001011001010100
11	011011111101110100
12	001000110111001100
13	111000100001101100