一种四维码编码及解码方法与流程

本发明涉及信息编码领域，尤其是涉及一种四维码编码及解码方法。

背景技术：

在科技和信息化飞速发展的时代，信息化和智能化生活日益成为当今社会发展的共同趋势。随着信息编码技术的发展和对二维码技术的发明与发展，二维码技术已作为一种全新的信息存储、传递和识别技术收到了世界上许多国家科研人员的关注并已广泛的应用于当今人们的日常生活当中，包括信息获取，网站跳转，广告推送等功能，对经济，军事，国家安全以及人们日常生活产生了重大影响。

二维码技术在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”、“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。二维码是一种比一维码更高级的条码格式。一维码只能在一个方向(一般是水平方向)上表达信息，而二维码在水平和垂直方向都可以存储信息。一维码只能由数字和字母组成，而二维码能存储汉字、数字和图片等信息，因此二维码的应用领域要广得多。

然而在现有技术范畴内，二维码的编码方式对于信息的编码容量有限，不能满足人们的部分需要，并且必须在联网的前提下才能进行数据交换。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种四维码编码及解码方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种四维码编码方法，该四维码包括二维平面、颜色以及时间四个维度，包括以下步骤：

11)获取待编码信息数据；

12)将待编码信息数据分割为多个待编码数据段，每个待编码数据段的容量大小与一帧三维码编码图像的容量相等；

13)将每个待编码数据段转换为标志位模块和待编码数据段模块，并生成待编码数据段的二维矩阵模块及三维颜色模块；

14)根据每个待编码数据段的二维矩阵模块及三维颜色模块进行三维码编码生成一帧三维码编码图像，并将其转换图像格式；

15)将全部转换格式的三维码编码图像整合压缩为能够循环动态播放显示的三维编码图像组，即四维码编码图像，最终完成四维编码。

所述的待编码信息数据包括视频数据、音频数据、图像数据以及文字数据，用户根据不同情况和不同的需求，可以将需要进行信息编码的信息进行编码和数据交换。

在获取待编码数据信息之后，将所获得的待编码数据信息进行分割，得到若干信息容量大小的恰可被一帧三维码编码图像容纳的待编码数据段，确定每个数据段编码后生成的标志位模块和待编码数据段模块，根据标志位模块和待编码数据段模块，得到待编码数据段的二维矩阵模块及三维颜色模块。

所述的步骤13)中，

标志位模块用以确定每一个待编码数据段经编码后生成的每一帧三维码编码图像的标志位序列号，即从第一个待编码数据段开始进行标记，若该待编码数据段已完成标记则按顺序对下一个待编码数据段进行标记，直至所有数据段均完成标记，最终得到已被按序标记的待编码数据段；

数据段模块，包括各待编码数据段的原文部分，即用于储存和编码待编码的数据信息。

获取所有已被标记且产生有序序列号的数据段的数据模块，获取有已被标记且产生有序序列号的数据段的数据模块，则每个数据段及包含表示其间顺序关系的标志位模块的序列号和包含部分原待编码数据信息的数据信息片段。

对已获取的各标志位模块和数据模块的数据段进行四维码编码，即将每一个包含被标记序列号的标志位模块和含有数据信息的数据模块转化成为每一帧含二维矩阵模块和三维颜色模块的三维图像，用户可根据不同的需求选择具体的阶数，可根据所需进行四维码编码的待编码数据的数据信息容量的大小选择不同的矩阵阶数。

所述的三维码编码具体为：

在二维码编码的基础上采用不同的颜色对二维码中的码块进行标识后生成三维码编码图像，三维颜色模块利用不同的颜色表示不同的数据进行编码，通过利用不同码块的颜色所代表不同的码值数据对数据信息进行编码，每一帧三维码编码图像包含原先该带编码数据段数据信息以及代表该帧图像序列的序列号。

将每一帧三维码编码图像转换为gif图像格式，并将所有gif格式的三维码编码图像整合、压缩和重组。

一种四维码解码方法，包括以下步骤：

21)获取四维码编码图像；

22)分别读取gif格式下的三维编码图像组中的每一帧图像，获取每帧图像中的标志位模块的标志位序列号和用于存储编码数据信息的数据模块；

23)扫描读取每帧图像的二维矩阵和三维颜色矩阵，根据矩阵信息得到每帧图像的颜色码值和数据码值，从而得到该帧图像的编码数据；

24)根据每帧图像的编码数据进行排序重组，得到一个有序的含有多个编码数据的数据段，该数据段即为编码前的原始待编码信息，完成解码。

所述的步骤22)中，读取从第一个经三维编码的数据图像到最后一个经三维编码的数据图像之间的所有数据图像的序列号，若其中包括第一个图像的序列号和最后一个图像的序列号，则证明四维码编码图像读取成功，若发现中间有标志位模块的序列号缺失，即不能读取所有模块的序列号时，则继续读取gif格式下的三维编码图像组中的每一帧图像，直至对所有四维码编码图像标志位模块序列号读取成功。

在读取每一帧gif格式下的三维编码图像组中的编码图像时，同时读取编码图像的数据模块，若成功完成对每一帧图像的标志位模块的读取和检测，则所读取的数据模块即为存储数据信息的模块。

每帧gif格式下的三维编码图像组中的编码图像均包括经三维码编码方式编码的由颜色模块显示不同数据编码的二维码矩阵模块图像，其中，所述的三维码编码方式中的颜色模块包括采用不同颜色表示不同数据编码的数据信息，在解码过程中，根据每帧三维码编码图像中每一码块的颜色在码表中所对应的数值，得到每一码块的颜色码值，根据二维码矩阵模块图像，读取每帧图像对应的二维码矩阵模块，根据二维码矩阵模块得到对应图像的数据码值。

所述的步骤24)中，按照每帧三维编码图像的图像标志位序列号的顺序，将得到的所有三维编码图像所生成的编码数据段进行排序重组，得到一个有序的含有多个编码数据的数据段，通过要求数据段按严格的顺序进行排序重组，以保证数据的完整性与正确性，才能最终获得正确的最原始的编码数据信息。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、扩大信息容量：本发明在空间维度上较大的扩大了数据信息容量，包含数据容量大，加密性好，识别防伪能力强。与现有技术相比，本发明不仅在很大程度上提高了对数据信息的编码容量，而且此种方式不依赖于网络的支持，仅依靠编码和解码算法即可实现数据的交换传输。

二、不依靠网络：由于本发明提供的四维码编码方式，可以在没有网络的情况下，通过编码和解码方式，对更大容量的资料进行数据交换，例如可以通过对四维码的扫描与读取直接获取视频，音频或图片资料等。

三、纠错能力强：本发明提供了一种基于现有二维码编码技术的一种具有信息容量更大、错误纠错能力更强，使用简单且安全可靠等优点的新的编码方式，从而满足用户的相关需求。

四、时间维度扩展：可循环动态播放的gif格式下三维编码图像组，根据获取的待编码的数据信息在内容、容量等方面的不同，随机生成的若干帧三维编码图像的个数也不相同，在循环动态播放已编码完成的gif格式下的三维编码图像组，即可视作在时间维度内扩展了三维码编码方式的维度，较大范围的提高了对存储数据的信息容量。

五、适用性广：因本发明所提供的四维码编码方式可以很大程度上提高编码的数据容量，用户根据面对不同情况和不同的需求，可以将需要进行信息编码的信息进行编码和数据交换，用户可将待编码的视频资料、音频资料、图像资料、文字和数据信息等转化为四维编码图像。

附图说明

图1为本发明四维码编码方法的流程图。

图2为本发明四维码解码方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，本发明的编码方法包括以下步骤：

步骤01：读取待编码数据信息。

在步骤01中，用户根据面对不同情况和不同的需求，可以将需要进行信息编码的信息进行编码和数据交换。用户可将待编码的视频资料、音频资料、图像资料、文字和数据信息等转化为四维编码图像。由于本发明所提供的四维码编码方式，可以在维度上较大的扩展现有二维码图像所存储的数据信息，故可通过本发明提供的四维码编码方式将我们日常所见的各种信息转化为待编码的数据信息，最终得到可容纳全部信息的四维编码图像。

步骤02：将完整的待编码数据信息分割为若干待编码数据信息段。

在步骤02中，将用户所需转化的完整的待编码分割为若干待编码数据信息段。其中，所被分割的每一个待编码数据段的信息容量大小恰好可被一帧三维码编码图像容纳的待编码数据段。进一步的，可视作将原先完整的待编码数据拆分成若干可被储存于三维编码图像的待编码数据段。

步骤03：每个待编码信息数据段转化为标志位模块和数据模块。

在步骤03中，将已被拆分的待编码数据段转化为标志位模块和数据模块两部分。其中，标志位模块确定每一个待编码数据段经编码后生成的每一帧三维码编码图像的标志位序列号，即从第一个待编码数据段开始进行标记，若该待编码数据段已完成标记则按序对下一待编码数据段进行标记，直至所有数据段均完成标记，最终得到已被按序标记的待编码数据段，其中包括包含标记信息的标志位模块和待编码数据段模块。进一步的，如上所述的按序对待编码数据段进行标记，是为了保证将所有被标记的待编码数据段重新组合成一个完整的待编码数据的完整性与正确性。若不按正确的序列规则进行编码和解码，则会导致无法正确编译原待编码信息，可能导致编码过程中出现乱码或直接导致无法完成四维码编码过程，故这里的按序编码规则是完成正确四维码编码的充分必要条件。

在本实施例步骤03中，所述的数据段模块，包括各待编码数据段的“原文”部分，即用于储存和编码待编码的数据信息，由于本发明提供的四维码编码方式理论上可以提供无限大的存储空间，因此可根据用户需求所获取不同的待编码数据，可以将视频资料、音频资料、图像资料、文字或字母等不同格式的数据信息进行四维码编码，对原始数据信息进行数据编码和交换。

步骤04：对每个数据段的标志位模块进行标记并生成对应序列号

在步骤04中，其中对每个数据段的标志位模块进行标记的过程与在本实施例步骤03中具体的步骤相同。进一步的，并对所有的待编码数据段的标志位模块按序生成其对应的序列号，其中序列号作为标识所有待编码数据段之间相互顺序的唯一标识信息。在解码过程中，根据标志位模块相应的序列号的顺序，将所有容纳编码数据信息的待编码数据段按序重组，才能得到完整、正确的原始待编码信息。

步骤05：获取所有已被标记且产生有序序列号的数据段的数据模块。

在步骤05中，具体的，获取有已被标记且产生有序序列号的数据段的数据模块，则每个数据段及包含表示其间顺序关系的标志位模块的序列号和包含部分原待编码数据信息的数据信息片段。

步骤06：对已获取的各数据模块进行四维码编码。

在步骤06中，具体的，对已经过标记并产生相应标志位模块的各个待编码数据段进行四维码编码。其中，对已获取的各标志位模块和数据模块的数据段进行四维码编码。进一步的，对待编码数据段进行四维码编码，即将每一个包含被标记序列号的标志位模块和含有数据信息的数据模块转化成为每一帧含二维矩阵数据和三维颜色数据的三维图像。具体的，用户可根据不同的需求选择具体的阶数，可根据所需进行四维码编码的待编码数据的数据信息容量的大小选择不同的矩阵阶数。

步骤07：根据每个数据段的标志位模块和数据模块，生成二维矩阵模块和三维颜色模块，生成每帧三维编码图像。

在步骤07中，具体包括，将每一个包含被标记序列号的标志位模块和含有数据信息的数据模块的每一待编码数据段，转化成为每一帧含二维矩阵数据和三维颜色数据的三维图像。其中，二维矩阵数据模块是利用现有技术将具体的数据信息转化成用码格图像编码表示的数据信息，即我们通常所说的二维码技术；三维颜色数据模块是利用不同的颜色表示不同的数据进行编码，进一步的，通过利用不同码块的颜色所代表不同的码值数据对数据信息进行编码。通过生成二维矩阵模块和三维颜色模块，生成三维编码图像。

在步骤07中，进一步的，即通过对待编码数据信息在二维码编码实现方式的基础上，进一步的利用不同的颜色表示不同的数据进行编码，这种利用不同码块的颜色所代表不同的码值的编码方式在本发明中的四维码编码过程中被称为三维码编码方式。根据所述的三维颜色数据模块可视作：二维码矩阵数据模块是在平面产生的的，即对平面的任一数据参数均可由x轴、y轴表示。三维颜色数据模块所引入的颜色模块，通过对不同颜色表示不同的数据进行编码，可视作在由x轴与y轴所决定的二维平面码的基础上引入z轴层高的概念，从而对原来的编码方式由二维扩大到了三维。

在步骤07中，进一步的，根据每个待编码数据段数据信息生成包含其自身序列号的，可容纳待编码数据段数据信息的三维编码图像。其中三维编码图像是指在二维码图像，用码格信息表示具体的待编码数据信息的基础上，同时利用不同的码格颜色表示不同的编码数据的信息编码图像。其中，每一帧的三维码编码图像包含原先该带编码数据段数据信息，及代表该帧图像序列的序列号。

步骤08：将若干帧已生成的三维编码图像转化为gif等格式。

在步骤08中，具体的，将每一帧包含原先该带编码数据段数据信息和含有该帧图像序列的序列号的三维码编码图像转换为gif(graphicsinterchangeformat)格式。进一步的gif(graphicsinterchangeformat)的原义是“图像互换格式”。gif文件的数据，是一种基于lzw算法的连续色调的无损压缩格式。其压缩率一般在50％左右，它不属于任何应用程序。gif格式可以存多幅彩色图像，如果把存于一个文件中的多幅图像数据逐幅读出并显示到屏幕上，就可构成一种最简单的动画。

步骤09：将若干帧gif格式的三维编码图像整合、压缩、重组并动态显示。

在步骤09中，具体的，将若干帧gif格式的三维编码图像，转化为连续色调的无损压缩格式的gif格式，并将所有gif格式的三维码编码图像整合、压缩、重组，并将多幅三维编码图像逐幅循环动态显示。

步骤10：生成一个包含原待编码数据信息的三维编码图像组(即四维编码图像)。

在本实施例步骤09中，具体的，将整合、压缩、重组后的若干gif格式的三维编码图像，生成一个可逐帧图像循环动态显示的、可包含所有原待编码数据信息的三维编码图像组，即四维编码图像。进一步的，储存了全部的待编码数据信息，完成了四维码的编码过程。

在本实施例步骤09中，进一步的，根据所述的可循环动态播放的gif格式下三维编码图像组，根据获取的待编码的数据信息在内容、容量等方面的不同，随机生成的若干帧三维编码图像的个数也不相同，在循环动态播放已编码完成的gif格式下的三维编码图像组，即可视作在时间维度内扩展了三维码编码方式的维度，较大范围的提高了对存储数据的信息容量。

如图2所示，本发明的解码方法包括以下步骤：

步骤01：扫描一个包含原待编码数据信息的三维编码图像组(即四维编码图像)。

在步骤01中，通过图像识别系统扫描、读取经四维码编码的一个包含全部原待原编码数据信息的三维码编码图像组。进一步的由经整合、压缩、重组后的若干gif格式的三维编码图像，生成一个可逐帧图像循环动态显示的、可包含所有原待编码数据信息的三维编码图像组，即四维编码图像。获取四维码编码图像，即获取经过四维码编码方式编码的可读的gif格式下的三维编码图像组。

步骤02：扫描、读取、检测动态显示的每一帧gif格式的三维编码图像。

在步骤02中，通过图像识别系统进行扫描、识别、读取、检测循环动态播放已编码完成的gif格式下的三维编码图像组的图像识别系统，可根据具体gif格式的三维码编码图片组的显示频率进行按张扫描读取。另外，已经过四维码编码完成的四维编码图像是无限循环显示的，因此则经四维码编码的gif格式的三维编码图像具有永久可读性。

步骤03：读取、储存每一帧三维编码图像的标志位模块和数据模块。

在步骤03中，具体包括，在读取和检测所有动态的显示的每一帧gif格式的三维编码图像时，对每一帧三维图像进行扫描读取，并储存每一帧三维编码图像的标志位模块和数据模块。其中标志位模块确定每一个待编码数据段经编码后生成的每一帧三维码编码图像的标志位序列号；数据段模块包括每一帧三维编码图像储存的数据信息，即每个待编码数据段的“原文”部分。

在步骤03中，进一步的，图像识别系统在对每一帧三维编码图像的标志模块的扫描的过程中，同时读取并储存每一帧图像的数据模块，在本实施例步骤05中进行调用。

步骤04：读取、检测每一帧三维码图像的标志位模块储存的图像序列号。

在步骤04中，具体包括，分别读取，储存，检测gif格式下的三维编码图像组中的每一帧图像，别对每帧图像的序列号进行读取与检测，若在读取检测过程中，可读到从第一个经三维编码的数据图像到最后一个经三维编码的数据图像之间的所有数据图像的序列号(读取结果可以无序)，其中包括第一个和最后一个图像的序列号，则说明四维码编码图像读取成功。若发现中间有标志位模块的序列号缺失，即不能读取所有模块的序列号，则继续读取gif格式下的三维编码图像组中的每一帧图像，直至对所有四维码编码图像标志位模块序列号读取成功。

在步骤04中，进一步的，由于若干已经四维编码的gif格式的三维编码图像，按照一定的频率逐一进行动态循环显示，显示的过程时无限循环的，因此图像识别系统在对每一帧三维码图像进行扫描和读取时，无论是从哪一帧三维编码图像最先开始扫描读取的无关紧要，只要保证在编码过程中对每一帧已含有各自特定的标志位模块序列号的三维图像均完成扫描和读取。此外，若在扫描的读取的过程中，由于光线条件不稳定，设备显示受阻等一系列客观外界因素，使得图像识别系统不能一次性的成功读取所有帧的gif格式的三维码图像，则图像识别系统继续进行扫描读取，直至所有三维码编码图像均被读取。

步骤05：若所有图像序列号均读取成功，则调用所有三维编码图像的数据模块。

在步骤05中，具体包括，若对所有已被标记的由特定序列号的三维编码图像均读取成功，进一步的，对所有被读取成功的三维编码图像的数据模块进行调用。其中，对三维图像的数据模块的调用，即是对本实施例步骤03中，在图像识别系统在扫描读取过程中储存的每帧三维图像的数据模块。

步骤06：获取所有三维编码图像的数据模块，读取每一数据模块的二维矩阵模块和三维颜色模块。

在步骤06中，包括一帧gif格式下的三维编码图像组中的编码图像，读取每帧编码图像的二维矩阵模块和三维颜色模块。其中，二维矩阵数据模块是利用现有技术将具体的数据信息转化成用码格图像编码表示的数据信息，即我们通常所说的二维码技术；三维颜色数据模块是利用不同的颜色表示不同的数据进行编码，进一步的，通过利用不同码块的颜色所代表不同的码值数据对数据信息进行编码。通过获取所有已被读取的三维图像数据模块，生成可以表示每帧图像对应的包含原始编码数据信息的二维矩阵模块和三维颜色模块。

步骤07：读取三维颜色模块，对应颜色码表，得到不同颜色对应的不同颜色码值，得到相应的颜色码值数据。

在步骤07中，根据所述的三维码编码方式中的颜色模块，包括用不同的颜色表示不同数据编码的数据信息，在解码过程中，根据每一帧三维码编码图像中每一码块的颜色在码表中所对应的数值，得到每一码块的颜色码值数据。

在步骤07中，进一步的，对于本实施例步骤07和本实施例步骤08，并没有逻辑上的先后关系，对于读取三维矩阵模块和二维矩阵模块是同时的，根据两者的编码规则解码得到每一帧三维编码图像所包括的原始数据信息。

步骤08：读取二维矩阵模块，得到不同码格对应的不同矩阵数据码值，得到相应的矩阵码值数据。

在步骤08中，通过图像识别系统，读取每帧图像对应的二维码矩阵模块，根据二维码矩阵模块得到对应图像的数据码值。其中，二维矩阵数据模块是利用现有技术将具体的数据信息转化成用码格图像编码表示的数据信息，即我们通常所说的二维码技术。通过得到不同码格对应的不同的矩阵数据码值，得到相应的矩阵码值数据。

在步骤08中，进一步的，对于本实施例步骤07和本实施例步骤08，并没有逻辑上的先后关系，对于读取三维矩阵模块和二维矩阵模块是同时的，根据两者的编码规则解码得到每一帧三维编码图像所包括的原始数据信息。

步骤09：根据颜色码值数据和矩阵码值数据，得到该帧三维编码图像的编码数据。

在步骤09中，包括根据每一帧三维图像的颜色码值数据和矩阵码值数据，得到该帧三维编码的编码数据。进一步的，在此再次进行强调说明：对于本实施例步骤07和本实施例步骤08，并不是两个相互独立的编码步骤，更没有逻辑或过程上的先后顺序，这里将二者分为两个步骤考虑，只是为了更直观的将颜色数据模块和矩阵数据模块区分，在具体的解码过程中，两者是按照一定的编码、解码规则同时进行的。

步骤10：根据每帧图像标志模块的序列号，将得到的每帧三维编码图像的编码数据按序排序并重组。

在步骤10中，具体包括，读取每帧三维编码图像的图像标志位序列号，并将得到的所有三维编码图像所生成的编码数据段按照上述的序列号的顺序排序、重组，得到一个有序的含有若干编码数据的数据段。进一步的，通过要求数据段按严格的顺序进行排序重组，以保证数据的完整性与正确性，才能最终获得正确的最原始的编码数据信息。

步骤11：整合得到重组后有序的一个含有若干编码数据的编码数据段。

在本实施例步骤11中，进一步的，通过整合重组后的有序的一个由若干编码数据的编码数据段组成的，与原始待编码数据信息完全相同的完整的编码数据段，即完成了四维码的解码过程。

步骤12：得到原始待编码数据信息。

在步骤12中，具体包括，根据所述的原始待编码信息，因本发明所提供的四维码编码方式可以很大程度上提高编码的数据容量。用户根据面对不同情况和不同的需求，可以将需要进行信息编码的信息进行编码和数据交换。用户可将待编码的视频资料、音频资料、图像资料、文字和数据信息等转化为四维编码图像。

在步骤12中，进一步的，由于本发明提供的四维码编码方式，可以在没有网络的情况下，通过编码和解码方式，对更大容量的资料进行数据交换，例如可以通过对四维码的扫描与读取直接获取视频，音频或图片资料等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。