聊聊二維碼

一維碼（條形碼）

在介紹二維碼之前，先來看看它的“大哥”一維碼，一維碼也叫條形碼（好像在日常生活中都是叫這個），它是由不同寬度的黑條和白條按照一定的順序排列組成的平行線圖案，它的寬度記錄著資料資訊，長度沒有記錄資訊，條形碼常用於標出物品的生產國、製造廠家、商品名稱、生產日期、圖書分類號、郵件起止地點、類別、日期等資訊，比如大部分食品包裝袋背後都會印有條形碼。

一維碼的編碼規則

全球的條形碼標準都是由一個叫GS1的非營利性組織管理和維護的，通常情況下條形碼由 95 條紅或黑色的平行豎線組成，前三條是由黑-白-黑 組成，中間的五條由白-黑-白-黑-白組成，最後的三條和前三條一樣也是由黑-白-黑組成，這樣就把一個條形碼分為左、右兩個部分。剩下的 84 (95-3-5-3=84) 條按每 7 條一組分為 12 組，每組對應著一個數字，不同的數字的具體表示因編碼方式而有所不同，不過都遵循著一個規律：右側部分每一組的白色豎線條數都是奇數個。這樣不管你是正著掃描還是反著掃描都是可以識別的。

中國使用的條形碼大部分都是 EAN-13 格式的，條形碼數字編碼的含義從左至右分別是前三位標識來源 國家編碼 ，比如中國為：690–699，後面的 4 ~ 8 位數字代表的是廠商公司程式碼，但是位數不是固定的，緊接著後面 的 9~12 位是商品編碼，第 13 位是校驗碼，這就意味著公司編碼越短，剩餘可用於商品編碼的位數也越多，可表示的商品也就越多，當然公司程式碼出售價格也相應更昂貴，另外用在商品上的 EAN-13 條碼是要到 國家物品編碼中心 去申請的。

二維碼

二維碼 是在一維碼的基礎之上擴充套件出來的，二維碼有不同的種類，大體上可以分為這兩種 ① 堆疊式/行排式二維條碼 ② 矩陣式二維碼，其中矩陣式二維碼最為流行(下文的二維碼指矩陣式二維碼)，它與一維碼所不同的是它的寬度和長度均有記錄資料資訊，儲存的資料量更大，除此之外還增加了“定位點”和“容錯機制”。通過“定位點”使讀碼機正確識別進行解讀，所以二維碼不管是從何種方向讀取都是可以被識別的。

“容錯機制”可以在沒有識別到全部條碼時也能正確推斷和還原出原始的條碼資訊，維碼的糾錯級別，按照不同的糾錯率（全部碼字與可以糾錯的碼字的比率）分為 L (約 7%)、M (約 15%)、Q (約 25%)、H (約 30%) 四個不同的級別。比如下面的「mghio」公眾號二維碼儘管中間有公眾號頭像，但是依然可以正確識別出來就是這個“容錯機制”的功能。不管是條形碼（一維碼）還是二維碼其本質上都是對資訊的編碼，區別只是對資訊的編碼方式有所不同。

二維碼的結構

二維碼的版本從 1 ~ 40 共 40 個不同的版本，每個版本的基本結構都是相同的，所不同的是每個版本的碼元（構成二維碼的方形黑白點）數量不同，從版本 1 (21 × 21 碼元) 至版本 40 (177 × 177 碼元) 依次遞增。

二維碼可以分為這幾不同的功能區域，分別是版本資訊、格式資訊、資料及容錯、定位標誌、校正標誌等主要區域，其中定位標識用來對二維碼進行定位，版本資訊表示二維碼的版本，有 40 種不同版本的二維碼，從版本 1 到版本 40 ，每一版本比前一個版本每邊增加 4 個碼元，資料及容錯用於實際儲存的二維碼資料資訊和用於修正二維碼損壞帶來的錯誤的糾錯碼字，二維碼的編碼規則比較複雜，感興趣的朋友可以去看看它的編碼規範。

普通二維碼存在的問題

以上介紹的這種普通二維碼只是對文字、網址、電話等資訊進行編碼，不支援圖片、音訊、視訊等內容，且生成二維碼後內容無法改變，在資訊內容較多時生成的二維碼圖案複雜，不容易識別和列印，正是由於存在這些特性故稱之為靜態二維碼。靜態二維碼的好處就是無需聯網也能識別，但是有些時候線上下場景經常需要列印二維碼出來讓使用者去掃碼，或者在一些運營場景下需要對使用者的掃碼情況進行資料統計和分析，再使用普通的二維碼就無法提供這些功能了，這時候就要使用動態二維碼了。

動態二維碼（活碼）及其原理

動態二維碼也稱之為活碼，關鍵就在於“活”，“活”就是內容可變，但是二維碼不變。活碼的優點其實就是靜態二維碼的缺點，支援隨時修改二維碼的內容且二維碼圖案不變，可跟蹤掃描統計資料，支援儲存大量文字、圖片、檔案、音視、視訊等內容，同時生成的圖案簡單易掃。

實際上二維碼是按照指定的規則編碼後的一串字串，通常大部分情況下是一個網址，在二維碼出現之前，我們訪問一個網址是開啟瀏覽器輸入網址後按下回車即可訪問相應的網站，而有了二維碼之後，我們使用軟體掃描二維碼，軟體首先會做一次從二維碼到文字的解析、轉換，然後根據解析出來的文字結果判斷是否是連結，是則跳轉到這個連結，儘管對我們而言操作方式改變了，但其原理是相同的。

既然二維碼背後是網址，要解決靜態二維碼生成後內容無法修改的問題，是不是隻要把網址做成“活的”就行了，即可操控內容的連結，對外暴露的依然還是同一個網址，服務端只需要對這個網址做個二次跳轉就行，實際上“活碼”就是這麼幹的，這個對外暴露固定不變的網址也稱為“活址”。此時腦海裡浮現著電腦科學界一句著名的話：

電腦科學的任何一個問題，都可以通過增加一箇中間層來解決。

上面的這個“活址”就是一個“中間層”的角色，遮蔽和隔離了二維碼內容的變化，對外始終都只是暴露一個固定的網址。

靜態二維碼和動態二維碼（活碼）的區別

總結

本文主要對條形碼、靜態二維碼和動態二維碼的一些基本概念做了簡單的介紹，想要深入瞭解二維碼的實現細節和原理的朋友可以看看耗子叔的這篇文章 二維碼的生成細節和原理 或者到 官網 檢視相關文件。雖然現在絕大部分人對於二維碼都非常熟悉，幾乎每天都會進行著掃碼操作，不過在人們的大腦中依然有一個“根深蒂固”的認知，認為一個二維碼掃描之後只會出現一種固定的結果，在接觸 活碼 這個概念之前俺也是。你知道的越多，不知道的也越多。

參考資料

• 二維碼的生成細節和原理
• QR code.com