[發明專利]空頻域二維碼的構建和解碼方法

有效

• 申請號: 201110361833.7
• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN102427397A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 張在琛;裴誠誠;方文驍;張樹劍;余旭濤
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 黃明哲

技術領域

本發明屬于信息存儲、傳輸和識別技術領域，涉及二維碼的編碼和解碼方法，為一種二維碼的構建和解碼方法。

背景技術

近年來二維條形碼在表單、安全保密、追蹤、證照、存貨盤點、資料備援等領域得到的充分的應用。

已有的如圖1所示的二維條碼/二維碼(2-dimensional?bar?code)，用按一定規律在二維平面上分布的黑白相間的某種特定的幾何圖形來表示構成計算機內部邏輯基礎的“0”、“1”比特的概念。使用若干個與二進制相對應的幾何形體來表示英文、中文、數字、圖形等信息。可以通過圖象輸入設備或光電掃描設備自動識讀以實現信息自動處理。存儲數據量大，可以直接掃描讀取內容，可以通過加密來提高保密性。

二維碼具有條碼技術的一些共性：每種碼制有其特定的字符集；每個字符占有一定的寬度；具有一定的校驗功能等。同時還具有對不同行的信息自動識別功能、及處理圖形旋轉變化等特點。在許多種類的二維條碼中，常用的碼制有：Data?Matrix，Maxi?Code，Aztec，QR?Code，Vericode，PDF417，Ultracode，Code?49，Code?16K等。其中QR碼是1994年由日本Denso-Wave公司發明，是目前日本最流行的二維空間條碼。

但是，目前所有的二維碼都是在空域來表示圖形。容易受到圖像采集設備信道的影響，容易受到畸變和光污染的影響。數據的存儲有很多的冗余，比如說要用好幾個像素來表示一個比特信息。

發明內容

本發明要解決的問題是：目前的二維碼在解碼時易受圖像采集設備信道的影響，易收到畸變和光污染的影響，數據存在冗余，需要提高二維碼對畸變、信道、光污染的抵抗能力，降低冗余，提高每個像素所帶的信息比特數目。

本發明的技術方案為：一種基于空頻域的二維碼編碼和解碼方法，包括以下步驟：

1)將待轉換為二維碼的數據按照ASCII或者Unicode編碼成0和1組成的比特流；

2)使用擾碼，把步驟1)得到的比特流順序打亂，使得0和1均勻分布；

3)對順序打亂后的比特流進行級聯碼編碼，級聯碼包括RS碼和卷積碼；

4)采用交織技術對步驟3)得到的編碼進行交織；

5)將經過編碼和交織的比特流按照一個二維碼符號所能容納的比特數進行分組，不足處填充0作為一組，每個二維碼符號定義為一幀，在每組比特前和后分別加上幀頭和幀尾對應一個二維碼符號，所加的幀頭包含接收端正確恢復所發送數據所必需的信息，包括幀總數、本幀的幀號、擾碼的種類、RS碼和卷積碼的種類，幀尾包含一個特定長度的比特序列，用于標志幀的結束，所述特定長度的比特序列為不屬于數據部分的序列；

6)將步驟5)得到的各組比特流經星座圖映射，變換成相應的復數矩陣，對所述復數矩陣根據信道情況選擇插入導頻，或者對復數矩陣進行差分編碼；如選擇插入導頻，每隔多行/列插入一行/列導頻以滿足通信的質量要求，當通信的質量得不到滿足的時候，每隔一行/列插入一行/列導頻，在接收端重采樣后首先估計出這些行/列所在處的信道，然后在估計數據時用這些估計出來的信道做信道均衡；如進行差分編碼，用相鄰兩行/列復數間的相位差代表數據；

7)根據矩陣的共軛對稱性將插入導頻或差分編碼后的復數矩陣的補充為N*N的符號矩陣，用二維傅立葉反變換對具有共軛對稱性的所述符號矩陣進行變換，變換成實數矩陣，即空域矩陣；

8)將空域矩陣進行非線性映射和量化；

9)對步驟8)中得到的矩陣添加循環前綴和定位信息，得到發送矩陣，去控制空頻域二維碼中處于不同位置處像素的顏色和亮度，當空域矩陣是實數的時候，控制不同位置處像素黑色的亮度；

10)在接收時使用相反的過程就可以得到編碼前的數據：將獲得的圖像，根據定位算法找到數據所在位置，然后對其進行重采樣，得到發送矩陣的估計，用發送矩陣的估計經過和發送相反的過程，得到發送數據的估計，實現解碼。

或者，在步驟7)中，直接將插入導頻或差分編碼后的復數矩陣進行二維傅立葉反變換，得到一個復數，做為空域矩陣，將其實部矩陣和虛部矩陣分別經過步驟8)和9)放在兩個不同顏色的信道里表達發送，即當沒有使用共軛對稱性，空域矩陣是復數的時候，用其實部和虛部分別控制不同位置處像素上兩種不同顏色A、B的亮度，用實部矩陣控制空頻域二維碼中處于不同位置處像素的顏色A的亮度，用虛部矩陣來控制空頻域二維碼中處于不同位置處像素的顏色B的亮度，所述顏色A、B頻譜相隔較遠，滿足區分。