专利名称：一种二维码的编码方法
技术领域：
本发明涉及一种二维码的编码方法，属于二维码技术领域。
背景技术：
二维码在2012年迅速开始走向市场，被用户所熟识并且开始使用。但是随之的问题也接踵而来，正因为二维码的受关注度非常高，各行各业都开始想办法将自己的业务与之相结合，当然一些不法分子也开始利用二维码进行违法活动，当用户在点击一个二维码的时候有时候由于出现的是一个链接，很多情况下直接是一个病毒链接，所以对用户体验产生了很坏的影响，致使用户利益受损。目前，二维码存在的主要问题是二维码的种类繁多，不同的二维码所适用的应用领域各不相同，针对二维码开发出来的应用系统还比较少；同时目前的二维码的标准化还不完善，二维码技术还非常不成熟，所有的码制采用的全部都是国外的码制，存在很大的安全风险与知识产权风险；另外目前的二维码的识别设备结构复杂，且价格昂贵、成本较高、效率低。目前，二维码的应用还处于非常浅层的基本应用，大多数企业就是利用二维码的噱头来吸引用户，并非能够提供真正的二维码的服务及应用。当前，大多数企业采用的现有方案是利用二维码生成器编辑自己需要的文字，直接生成所需要的二维码；或将企业宣传或促销的信息链接生成二维码，利用新鲜事物吸引用户，并无其他实质内容，并且二维码所能容纳的信息量非常小，不足以准确的表达出所要的内容且纠错能力非常差。综合概括起来目前现有的二维码技术的缺点如下:I)信息安全性低，无安全标准:二维码所含信息关乎到国计民生，而目前国内广泛使用的二维码(如QR)不具备自主知识产权，信息安全得不到保障，随着应用的深入，安全隐患突出，且现有的二维码标准中缺少相应的加密标准。2) 二维码标准繁多，各自为战:由于二维码应用的市场极其广泛，其潜在市场规模巨大，因此，进行二维码设计开发的企业及机构众多，国际与国内的二维码标准有十余个，造成二维码识读设备开发困难，成本较高，限制了二维码的推广应用。3) 二维码信息量少，码字本身不含信息:目前主流的二维码(如QR码)存在着明显的不足，如QR码采用的是二进制编码，所表示的信息量较少；QR码若不进行识读，则图像本身几乎不包含任何信息，限制了其应用扩展。4)无针对特定媒体的二维码编码技术:目前的二维码标准无论在何种媒体进行传播，都是采用统一的编码规则。没有适应不同媒体的编码方法，限制了二维码的应用。例如:数字媒体与纸质媒体的特点差异很大，采用统一的编码方式，没有充分利用媒体的特点。5)编码识读的可靠性低:二维码通过纠错码的方式提高了译码的可靠性，但是有较大破损和划痕时，仍然无法读出二维码的信息。而二维码一旦无法识读，就没有任何补救方法。这就无法满足对信息安全和可靠性要求极高的应用需求。6)译码纠错的算法效率低:现有二维码标准中给出的RS译码算法均基于求解线性方程组，其计算复杂度较高，译码速度慢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的二维码的编码方法。本发明包括以下步骤:(I)本发明首次提出了基于自适应编码的扩展黑白码编码技术(AEBWB);本发明在黑白码编码的基础上，结合自适应编码技术，提出了基于真彩色图像编码技术的自适应编码的扩展黑白码编码技术(AEBWB ;Adaptive Extended Black and White Barcodes,AEBWB)有效度地克服了环境光照对图像灰度的影响。使得二维码的编码图像自身也包含大量信息，在大大增加二维码的信息容量同时也提高了编码译码的正确率；提高了图像的美观程度。本发明为了解决二维码图像本身几乎不包含任何信息的缺陷，采用基于自适应编码的扩展黑白码编码技术。黑白编码技术中黑点表示编码0，其余像素表示编码I。自适应扩展黑白码编码技术采用黑点表示编码1，其余像素表示编码0，还能够将信息量小的数据表示为黑。(2)本发明首次提出了适用于不同媒体的编码方案；本发明充分利用不同媒体的特点，采用不同的编码方案，制定适应不同媒体的二维码编码方案。针对纸质媒体，在二维码中显式地嵌入该二维码的ID信息，实现二维码信息的云端获取；针对数字媒体，采用减少纠错信息的方式，实现信息量的增加；针对隐私保护、信息安全等特殊媒体应用场合，运用基于双线性映射的身份加密(IBE)的方法实现二维码的加密与防伪等。(3)本发明对于压缩编码采用开放式结构的数据压缩技术，在编码后引入数据压缩算法，即在版本信息中加入压缩方法编码，本发明对于编码信息在进行编码后先采用无损压缩技术，如Huffman编码、算术编码等，对信息进行压缩，以提高信息的承载量。如001为Huffman编码、010为算术编码等，这样当采用新的压缩算法时，只要采用不同的压缩方法编码即可。(4)本发明创造性的将交织技术引入到纠错码编码技术中；采用了基于交织RS编码及改进译码算法的二维码纠错编码技术，形成RS编码与交织编码相结合的纠错编码技术；本发明针对二维码应用中纠错编码的性能需求，根据RS编码和交织编码的基本原理，采用两种编码技术相结合的交织RS编码算法，来提高纠正突发错误的能力。同时,本发明提出了改进的高速RS译码算法；即采用Berlekamp Massey迭代算法(简称BM算法)、钱搜索算法和Forney算法进行译码，降低了整个RS纠错译码的计算复杂度。因为，把长串误码分散到多个RS编码帧中，使分散后的误码长度能落到RS码的纠错能力范围内，从而使长串误码也能被正确地加以恢复。(5)本发明采用了先进的融合多尺度结构分析的形态学图像预处理技术；确定二维码图像的尺寸、层次、结构、形态等关键因素及其作用机制，基于数学形态学的二维码图像边缘增强方式，建立基于脊波变换的闭运算轮廓追踪及图像分割方法。融合数学形态学原理和链码跟踪方法，在形态学闭运算的基础上引入链码跟踪，从而获得图像轮廓区域的显著边界。对二维码图像做闭运算的目的主要是用来填充不连续的区域并且不显著增加面积，从而突出图像的框线，使之更加明显。
本发明针对二维码图像中依附在轮廓线周围的噪声笔画，首先通过脊波变换增强图像线性轮廓的辨识能力，其次选择合理的结构元素通过闭运算将噪声滤除，最后对结果图像进行链码跟踪并计算出最大封闭轮廓，对其进行标记、存储。脊波变换是通过对小波基函数添加一个表征方向参数得到的，它不但和小波一样具有局部时频分辨能力，而且还具有很强的方向选择和辨识能力，因此能够非常有效地表示信号中具有方向性的奇异特征。(6)本发明创造性的将HC2D定位技术与QR码编码技术相融合并提出了一个简单、易用的定位方法；本发明的了 HC2D(An Implementation of a High Capacity2D Barcode)条码的定位方法，大大减少了 QR码定位中所需的定位信息，极大地提高了编码的信息量，且编码的形状采用最适合所附着的文件形状，使编码图像很好地适应二维码的承载介质。本发明的优点是首次提出自适应的扩展黑白码编码技术，针对不同媒体制定不同编码方案，将交织编码技术和RS编码技术相结合实现纠错，采用先进的基于数学形态学与脊波变换的图像预处理技术，保证了二维码在信息承载量、健壮性、安全性、可靠性、适应性等方面均优于目前传统的二维码标准。本发明的编码、译码底层支撑软件，将以开放的接口方式为二维码在物联网领域的各类应用提供了技术支撑，能够打破目前国外二维码标准(如QR码)的市场垄断地位，抢占物联网产业的战略制高点，改变目前中国国内二维码应用的混乱局面，为物联网产业的发展奠定坚实的基础。
图1是本发明所述一种二维码的编码方法的灰度MSB图；图2是本发明所述一种二维码的编码方法的8位彩色MSB图；图3是本发明所述一种二维码的编码方法的图像的线性变换图；图4是本发明所述一种二维码的编码方法的QR码符号结构图；图5是本发明所述一种二维码的编码方法的HC2D条码图；图6是本发明所述一种二维码的编码方法的交织RS编码原理图；图7是本发明所述一种二维码的编码方法的纠错译码过程示意图；图8是本发明所述一种二维码的编码方法的译码流程图；图9是本发明所述一种二维码的编码方法的RS编码器硬件结构图；图10是本发明所述一种二维码的编码方法的交织编码的硬件结构图；图11是本发明所述一种二维码的编码方法的图像预处理流程示意图；图12是本发明所述一种二维码的编码方法的编码流程图；图13是本发明所述一种二维码的编码方法的解码流程图；图14是本发明所述一种二维码的编码方法的解码模块流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。(I)自适应编码的扩展黑白码编码技术；二维码的编码技术分为:黑白码(Black and White Barcodes, BffB);多系统码(Multiple System Barcode, MSB)。而多系统码又可以进一步分为灰度多系统码和彩色多系统码。多系统码的编码目标是增加信息的容量，如采用由红、绿、蓝或黑四种颜色组成的四色编码技术，还有采用8种颜色进行编码的8色编码技术等，由于采用了多种颜色进行编码，因此，大大增加了编码的信息容量，如图1、2所示。从图1、2中看出，这种编码方法增加了表示信息的承载量，但是图像本身与QR码类似，也不包含任何有价值的信息。另外，这种编码在不同的环境中，其译码的差错率会大大增加，这是由于图像在不同的光照条件下，其颜色的变化率很大，因此，与黑白码相比，其译码的可靠性将大大低于黑白码。本发明的基于自适应编码的扩展黑白码编码技术是:采用黑白编码，但对于黑
(O)与白(I)而言，本发明仅需要对一种颜色进行编码，如仅编码黑色(0)，非黑色的编码即认为是白色，即采用下述公式(2)对一幅真彩色图像f (X，y)进行二值化处理:
权利要求
1.一种二维码的编码方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)采用了基于自适应编码的扩展黑白码编码技术；在黑白码编码的基础上，结合自适应编码技术，提出了基于真彩色图像编码技术的自适应编码的扩展黑白码编码技术； (2)采用适用于不同媒体的编码方案；充分利用不同媒体的特点，采用不同的编码方案，制定适应不同媒体的二维码编码方案； (3 )对于压缩编码采用开放式结构的数据压缩技术，在编码后弓I入数据压缩算法，即在版本信息中加入压缩方法编码； (4)将交织技术引入到纠错码编码技术中；采用了基于交织RS编码及改进译码算法的二维码纠错编码技术，形成RS编码与交织编码相结合的纠错编码技术； (5)采用了先进的融合多尺度结构分析的形态学图像预处理技术；确定二维码图像的尺寸、层次、结构、形态等关键因素及其作用机制，基于数学形态学的二维码图像边缘增强方式，建立基于脊波变换的闭运算轮廓追踪及图像分割方法，融合数学形态学原理和链码跟踪方法，在形态学闭运算的基础上引入链码跟踪，从而获得图像轮廓区域的显著边界； (6)将HC2D定位技术与QR码编码技术相融合并提出了一个简单、易用的定位方法；大大减少了 QR码定位中所需的定位信息，极大地提高了编码的信息量，且编码的形状采用最适合所附着的文件形状，使编码图像很好地适应二维码的承载介质。
2.根据权利要求1所述的一种二维码的编码方法，其特征在于，所述步骤(I)中，采用基于自适应编码的扩展黑白码编码技术，黑白编码技术中黑点表示编码O，其余像素表示编码1，自适应扩展黑白码编码技术采用黑点表示编码1，其余像素表示编码O，还能够将信息量小的数据表示为黑。
3.根据权利要求1所述的一种二维码的编码方法，其特征在于，所述步骤(2)中，针对纸质媒体，在二维码中显式地嵌入该二维码的ID信息，实现二维码信息的云端获取。
4.根据权利要求1所述的一种二维码的编码方法，其特征在于，所述步骤(2)中，针对数字媒体，采用减少纠错信息的方式，实现信息量的增加。
5.根据权利要求1所述的一种二维码的编码方法，其特征在于，所述步骤(2)中，针对隐私保护、信息安全等特殊媒体应用场合，运用基于双线性映射的身份加密(IBE)的方法实现二维码的加密与防伪。
6.根据权利要求1所述的一种二维码的编码方法，其特征在于，所述步骤(4)中，采用改进的高速RS译码算法为Berlekamp Massey迭代算法、钱搜索算法和Forney算法进行译码以降低整个RS纠错译码的计算复杂度。
7.根据权利要求1所述的一种二维码的编码方法，其特征在于，所述步骤(5)中，针对二维码图像中依附在轮廓线周围的噪声笔画，首先通过脊波变换增强图像线性轮廓的辨识能力，其次选择合理的结构元素通过闭运算将噪声滤除，最后对结果图像进行链码跟踪并计算出最大封闭轮廓，对其进行标记、存储。
8.根据权利要求7所述的一种二维码的编码方法，其特征在于，所述脊波变换是通过对小波基函数添加一个表征方向参数得到的。
9.根据权利要求1所述的一种二维码的编码方法，其特征在于，所述步骤(3)中，对于编码信息在进行编码后先采用无损压缩技术。
全文摘要
本发明公开了一种二维码的编码方法,包括以下步骤基于自适应编码的扩展黑白码编码技术，适用于不同媒体的编码方案，压缩编码采用开放式结构的数据压缩技术，将交织技术引入到纠错码编码技术中；采用了先进的融合多尺度结构分析的形态学图像预处理技术；本发明的优点是保证了二维码在信息承载量、健壮性、安全性、可靠性、适应性等方面均优于目前传统的二维码标准，本发明的编码、译码底层支撑软件，将以开放的接口方式为二维码在物联网领域的各类应用提供了技术支撑，能够打破目前国外二维码标准的市场垄断地位，改变目前中国国内二维码应用的混乱局面，为物联网产业的发展奠定坚实的基础。
文档编号G06K19/06GK103177281SQ20131012622
公开日2013年6月26日 申请日期2013年4月12日 优先权日2013年4月12日
发明者于洋 申请人:江苏圆坤二维码研究院有限公司