二维码笔记系列：

唠唠闲话

上篇介绍了纠错编码和码字交织过程，至此已得数据区的内容，本篇将构建二维码框架，并将数据内容填入二维码矩阵。

构建二维码矩阵

本节说明如何放置功能区和数据位。

概述

  1. 我们将二维码的黑白色块称为“模块”而不是“像素”，为了与屏幕像素进行区分，比如版本 1 的二维码包含 21x21 模块。此外，二维码矩阵的原点取左上角作为 (0, 0)。

  2. 二维码必须包含功能图案，这些形状放置在 QR 码的特定区域，以确保 QR 码扫描仪能够正确识别和定位以进行解码。

  3. 下图举例说明了功能模式是什么以及它们的位置，分别为：

    • Finder Patterns 三个位置探测图形
    • Separators 包围探测图形的分隔符
    • Timing Patterns 时序图案，用于连接探测图形的虚线
    • Dark Module 必要的深色模块
    • Alignment Pattern 对齐图案，只有当二维码版本 ≥2 时需要，位置和数量取决于具体版本
      20220602230150

第 1 步 添加探测图形和分隔符

  1. 首先，将三个探测图形放入矩阵，如下所示，其由 7 x 7 个模块的外部黑色方块、5 x 5 个模块的内部白色方块和中心的 3 x 3 个模块的纯黑色方块组成。
    20220602231038

  2. 探测图形被设计为不太可能出现在二维码的其他部分中的图案。其模块宽度比例为 1:1:3:1:1，扫描仪可以搜索这种明暗比例的模块，以检测图案并正确定位二维码以进行解码。

  3. 无论使用哪个版本，探测图形始终位于二维码的左上角、右上角和左下角。

  4. 探测图形添加后，在其边缘添加一层白色模块，如下图
    20220602231405

第 2 步 添加对齐图案

  1. 版本 ≥2 的二维码需添加对齐图案。如下所示，其为一个 5 x 5 模块黑色方块、一个内部 3 x 3 模块白色方块和一个位于中心的黑色模块组成。
    20220603084730

  2. 对齐图案必须按对齐图案位置表提供的位置信息放置，比如版本 2 的位置信息为 (6, 18)，其代表四个位置：(6, 6), (6, 18), (18, 18), (18, 6)，注意索引从 0 开始计数。

  3. 对齐图案需在位置探测图形和分割符之后放置，且当出现重叠时，略过该对齐图案。

    • 错误放置方法（红色方块）
      20220603085618
    • 正确放置方法
      20220603085635

  4. 再比如，版本 8 的二维码位置信息为 (6, 24, 42)，两两组合一共有 3 x 3 = 9 个对齐图案。去掉三个重合的情况，一共需要 6 个对齐图案。
    20220603085842

第 3 步 添加时序图案

  1. 时序图案是两条线，一条水平线，一条垂直线，由交替的暗模块和亮模块组成

  2. 水平时序图案位于分隔符之间的二维码的第 6 行，垂直时序图案位于分隔符之间的二维码的第 6 列

  3. 时序图案总是以暗模块开始和结束
    20220603091254

  4. 对齐图案可能与时序图案重叠，但不影响时序图案的内容，比如下图
    20220603090203

第 4 步 添加深色模块和保留区域

几乎是时候将数据位添加到二维码矩阵了。但是，在此之前，必须添加暗模块，并且矩阵的某些区域必须为格式和版本位保留，将在最后步骤添加。

  1. 深色模块：如下图，在左下角探测图形的分隔符的右上边缘添加一个深色模块
    20220603091025

  2. 格式信息区域：分隔符旁边的一条模块，规则如下：

    • 在左上角的探测图案附近，分隔符下方和右侧保留一个单模块条
    • 在右上角的探测图案附近，分隔符下方保留一个单模块条
    • 在左下角的探测图案附近，分隔符右侧保留一个单模块条

    下图蓝色为格式信息区域，无论二维码是什么版本，它们总是沿着分隔符放置
    20220603091217

  3. 版本信息保留区域：二维码码版本 7 及更高版本必须包含两个放置版本信息位的区域，分别为左下角探测图案上方的 6x3 块和右上角探测图案左侧的 3x6 块，如下图蓝色区域
    20220603091647

第 5 步 放置数据位

现在是时候将数据位添加到二维码矩阵了，这些信息以特定的模式放置。

  1. 数据位从矩阵的右下角开始放置，并在 2 个模块宽的列中向上移动。使用白色像素为 0，黑色像素为 1。当列到达顶部时，下一个 2 模块列从前一列的左侧开始并继续向下。以此类推，每当当前列到达矩阵边缘时，移动到下一个 2 模块列并改变方向，如果遇到功能模式或保留区域，则将数据位放置在下一个未使用的模块中。

  2. 整体的放置规则如下图所示
    20220603141320

  3. 当列向上时，数据按如下方式进行放置
    20220603141430

  4. 类似地，当列向下时，按以下方式进行
    20220603141509

  5. 当遇到功能图案时，跳过所有被占用的模块，直到到达下一个未使用的模块，比如碰到对齐图案，2 模块列变成 1 模块列
    20220603141634
    20220603141644

  6. 总之，始终沿着列正常进行，跳过功能图案或保留区域的模块，但有唯一例外：垂直时序图案

  7. 当达到垂直时序图案时，始终从其左侧的下一列开始，任何列都不应与垂直时序模式重叠，例如下图，到达垂直时序图后，从2模块从左侧向下，继续保持2模块而不需要被占用1个模块。
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    20220603142137
    20220603142142

将数据和纠错位放入矩阵后，二维码规范要求将掩码图案应用于数据和纠错位。此步骤的目的是减少矩阵中难以阅读的模式的数量，具体我们在下一篇中介绍。

相关链接

矩阵中的模块放置
对齐图案位置表