[发明专利]空频域二维码的构建和解码方法

说明书

技术领域

本发明属于信息存储、传输和识别技术领域，涉及二维码的编码和解码方法，为一种二维码的构建和解码方法。

背景技术

近年来二维条形码在表单、安全保密、追踪、证照、存货盘点、资料备援等领域得到的充分的应用。

已有的如图1所示的二维条码/二维码(2-dimensional bar code)，用按一定规律在二维平面上分布的黑白相间的某种特定的几何图形来表示构成计算机内部逻辑基础的“0”、“1”比特的概念。使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示英文、中文、数字、图形等信息。可以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。存储数据量大，可以直接扫描读取内容，可以通过加密来提高保密性。

二维码具有条码技术的一些共性：每种码制有其特定的字符集；每个字符占有一定的宽度；具有一定的校验功能等。同时还具有对不同行的信息自动识别功能、及处理图形旋转变化等特点。在许多种类的二维条码中，常用的码制有：Data Matrix，Maxi Code，Aztec，QR Code，Vericode，PDF417，Ultracode，Code 49，Code 16K等。其中QR码是1994年由日本Denso-Wave公司发明，是目前日本最流行的二维空间条码。

但是，目前所有的二维码都是在空域来表示图形。容易受到图像采集设备信道的影响，容易受到畸变和光污染的影响。数据的存储有很多的冗余，比如说要用好几个像素来表示一个比特信息。

发明内容

本发明要解决的问题是：目前的二维码在解码时易受图像采集设备信道的影响，易收到畸变和光污染的影响，数据存在冗余，需要提高二维码对畸变、信道、光污染的抵抗能力，降低冗余，提高每个像素所带的信息比特数目。

本发明的技术方案为：一种基于空频域的二维码编码和解码方法，包括以下步骤：

1)将待转换为二维码的数据按照ASCII或者Unicode编码成0和1组成的比特流；

2)使用扰码，把步骤1)得到的比特流顺序打乱，使得0和1均匀分布；

3)对顺序打乱后的比特流进行级联码编码，级联码包括RS码和卷积码；

4)采用交织技术对步骤3)得到的编码进行交织；

5)将经过编码和交织的比特流按照一个二维码符号所能容纳的比特数进行分组，不足处填充0作为一组，每个二维码符号定义为一帧，在每组比特前和后分别加上帧头和帧尾对应一个二维码符号，所加的帧头包含接收端正确恢复所发送数据所必需的信息，包括帧总数、本帧的帧号、扰码的种类、RS码和卷积码的种类，帧尾包含一个特定长度的比特序列，用于标志帧的结束，所述特定长度的比特序列为不属于数据部分的序列；

6)将步骤5)得到的各组比特流经星座图映射，变换成相应的复数矩阵，对所述复数矩阵根据信道情况选择插入导频，或者对复数矩阵进行差分编码；如选择插入导频，每隔多行/列插入一行/列导频以满足通信的质量要求，当通信的质量得不到满足的时候，每隔一行/列插入一行/列导频，在接收端重采样后首先估计出这些行/列所在处的信道，然后在估计数据时用这些估计出来的信道做信道均衡；如进行差分编码，用相邻两行/列复数间的相位差代表数据；

7)根据矩阵的共轭对称性将插入导频或差分编码后的复数矩阵的补充为N*N的符号矩阵，用二维傅立叶反变换对具有共轭对称性的所述符号矩阵进行变换，变换成实数矩阵，即空域矩阵；

8)将空域矩阵进行非线性映射和量化；

9)对步骤8)中得到的矩阵添加循环前缀和定位信息，得到发送矩阵，去控制空频域二维码中处于不同位置处像素的颜色和亮度，当空域矩阵是实数的时候，控制不同位置处像素黑色的亮度；

10)在接收时使用相反的过程就可以得到编码前的数据：将获得的图像，根据定位算法找到数据所在位置，然后对其进行重采样，得到发送矩阵的估计，用发送矩阵的估计经过和发送相反的过程，得到发送数据的估计，实现解码。

或者，在步骤7)中，直接将插入导频或差分编码后的复数矩阵进行二维傅立叶反变换，得到一个复数，做为空域矩阵，将其实部矩阵和虚部矩阵分别经过步骤8)和9)放在两个不同颜色的信道里表达发送，即当没有使用共轭对称性，空域矩阵是复数的时候，用其实部和虚部分别控制不同位置处像素上两种不同颜色A、B的亮度，用实部矩阵控制空频域二维码中处于不同位置处像素的颜色A的亮度，用虚部矩阵来控制空频域二维码中处于不同位置处像素的颜色B的亮度，所述颜色A、B频谱相隔较远，满足区分。