大家好，我是痞子衡，是正經(jīng)搞技術的痞子。今天痞子衡給大家分享的是走進二維碼(QR Code)的世界專題的引言。
如今二維碼可以說是深入走進大家的生活了，推送名片、掃碼支付都離不開它，大家?guī)缀趺刻於紩投S碼打交道。雖然大家都知道二維碼的各種應用，但很多人并不知道二維碼的原理。做嵌入式這行的人一大特質(zhì)就是喜歡研究各種技術本身，痞子衡早就對二維碼技術感興趣了。上期《嵌入式半月刊》的最后，痞子衡介紹了一個基于i.MXRT1050的掃碼支付終端(QM50)，這是一個二維碼識別的應用。這個應用徹底激活了痞子衡對二維碼的好奇心，所以接下來痞子衡打算帶大家一起深入研究一下二維碼技術，從零開始認識二維碼，并最終在MCU上實現(xiàn)二維碼生成與識別的設計。
如下圖左邊所示的矩形二維碼是大家最常看到的類型，網(wǎng)上可以找到很多資料，也有很多成熟的開源庫，痞子衡的最終目標不是研究這個已經(jīng)沒啥秘密可言的二維碼，右邊那個放射狀的圓形二維碼才是痞子衡更感興趣的，這是微信于2017年推出的全新設計的小程序二維碼，網(wǎng)上關于這種二維碼的設計資料非常少，也沒有開源庫，所以痞子衡打算實現(xiàn)一下這種圓形二維碼。
今天痞子衡就先給大家簡單介紹一下QR Code基本知識以及這個專題后續(xù)的推進計劃：
在介紹二維碼之前，很有必要先提一下它的老大哥條形碼（barcode），條形碼技術早在20世紀40年代就被發(fā)明出來了，只不過到了70年代激光束掃描器的問世才使得條形碼技術真正落地。條形碼常用的碼制有EAN、UPC、Codabar、Code 39、Code 128等。
條形碼本質(zhì)上屬于一維碼，一維碼所攜帶的信息量有限，如EAN-13碼僅能容納13位阿拉伯數(shù)字，更多的信息只能依賴數(shù)據(jù)庫的支持，離開了預先建立的數(shù)據(jù)庫，這種條形碼就沒有意義了，因此，在一定程度上也限制了條形碼的應用范圍。基于這個原因，在20世紀80年代出現(xiàn)了二維碼。
二維碼依靠其龐大的信息攜帶量，能夠把過去使用一維條形碼時存儲于后臺數(shù)據(jù)庫中的信息包含在二維條形碼中，可以直接通過閱讀二維條形碼得到相應的信息，并且二維條形碼還有錯誤修正技術及防偽功能，增加了數(shù)據(jù)的安全性。全球現(xiàn)有250多種二維碼，其中常見技術標準有PDF417，QRCode，Code49、Code16K，CodeOne等20余種。
目前最流行的二維碼非QR Code標準莫屬，這是來自日本的電裝公司發(fā)明的一種二維碼。關于QR Code的發(fā)展歷史可以看電裝公司自己寫的軟文《QR碼的成功之路》。QR Code于2000年被正式采納為ISO國際標準 (ISO/IEC18004)。
電裝公司官網(wǎng)：https://www.denso-wave.com/ QR Code官網(wǎng)：https://www.qrcode.com/
這是QR Code的簡要標準，大家先睹為快：
規(guī)范手冊： ISO/IEC 18004:2015 Information technology — Automatic identification and data capture techniques — QR Code bar code symbology specification 在線閱讀：https://www.doc88.com/p-3847760679293.html 中文譯本：https://www.jianshu.com/p/7f0f30f20ef5
QR Code有三個基本概念你必須要知道，分別是模型、版本、糾錯能力。
QR Code一共有兩個模型，分別是模型1和模型2。模型1是最早制作的QR Code，最高版本為14（73×73碼元），最多可以處理1167位數(shù)字。模型2是模型1的改良版，它在二維碼變形的情況下也能順利讀取數(shù)據(jù)。當二維碼被打印在曲面上，或者由于讀取角度等原因導致二維碼變形時，仍然可以通過設置在二維碼內(nèi)部的對齊模式有效讀取。模型2最高版本為40（177×177碼元），最多可以處理7089位數(shù)字。
現(xiàn)在市面上主流的就是QR Code模型2，后面文章所提的QR Code均指模型2。QR Code設有1到40的不同版本（種類)，每個版本都具備固有的碼元結構(碼元數(shù))。（碼元是指構成QR Code的方形黑白點)。“碼元結構”是指二維碼中的碼元數(shù)。從版本1(21碼元×21碼元)開始，在縱向和橫向各自以4碼元為單位遞增，一直到版本40 (177碼元×177碼元)。
QR Code具有“糾錯功能”。即使編碼變臟或破損，也可自動恢復數(shù)據(jù)。這一“糾錯能力”具備4個級別，用戶可根據(jù)使用環(huán)境選擇相應的級別。調(diào)高級別，糾錯能力也相應提高，但由于數(shù)據(jù)量會隨之增加，編碼尺寸也也會變大。
QR Code的糾錯功能是通過將Reed-solomon Codes（RS碼）附加到原數(shù)據(jù)中的方式實現(xiàn)的。RS編碼是應用于音樂CD等用途的數(shù)學糾錯方法。它能以字節(jié)為單位進行糾錯，適合用于錯誤位置會集中的突發(fā)錯誤。
前面介紹的是最標準的QR Code樣式，但二維碼發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了很多變種，有彩色圖片、動圖、甚至非矩形的。這些變異二維碼本質(zhì)上與標準QR Code原理一致，只是在編碼排版上有所不同，因此生成和識別工具也不同。
微信小程序碼也是一種異形碼，這是騰訊2017年1月為微信小程序專門設計的一種二維碼式樣，這種異形并不是微信的首創(chuàng)，F(xiàn)acebook、Snap等公司都已經(jīng)推出過類似的異形碼。這種小程序碼相比標準二維碼有如下幾個優(yōu)點：
觀賞性：小程序碼與普通二維碼相比，看起來更美觀 掃碼預期：掃碼前能明確知道掃碼之后將會體驗到一個小程序 安全性：小程序碼目前只能通過微信產(chǎn)生，并且只能通過微信識別，安全性更高 品牌宣傳：每個小程序碼右下角都是固定的微信小程序 Logo，每見到一次小程序碼，大家就能多一次聯(lián)想到微信小程序 高容錯性：當一張二維碼圖片中間嵌有某些 Logo 圖片時，其實相當于是把最中間部分有用的編碼信息挖掉，再貼一張 Logo 圖片上去。而小程序碼不同，中間的 Logo 區(qū)并不包含數(shù)據(jù)編碼的部分，因此小程序碼擁有更高的容錯性
目前小程序碼一共支持 3 種容量，分別是 36 射線、54 射線和 72 射線：
因為小程序碼的專用性，目前它的生成都只能通過調(diào)用微信官方API接口，關于小程序碼的設計文檔寥寥無幾，來自騰訊官方的文章《你一定不知道，小程序碼是這樣綻放的》只稍稍透露了一些。
鑒于以上介紹，痞子衡新開的這個專題后續(xù)推進計劃如下：
階段一：學習標準QR Code原理，使用Python搭建一個二維碼生成與識別平臺（基于現(xiàn)有開源庫） 階段二：深入標準QR Code原理，純手工寫Python代碼實現(xiàn)Version1，ECC Level為L的二維碼生成與識別 階段三：學習微信小程序碼原理，純手工寫Python代碼實現(xiàn)36射線小程序碼生成與識別 階段四：將Python端手工實現(xiàn)移植到MCU端，在i.MXRT1060-EVK板上實現(xiàn)二維碼生成與識別 階段五：移植一個成熟開源庫到MCU端，在i.MXRT1060-EVK板上實現(xiàn)二維碼生成與識別
至此，走進二維碼(QR Code)的世界專題的引言痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~
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