Wie funktioniert ein QR-Code
Eine einfache visuelle Anleitung zum Verständnis von QR-Codes: Aufbau, Erkennung, Generierung und Fehlerkorrektur.
info Was ist ein QR-Code?
Ein QR-Code (Quick Response) ist eine Art zweidimensionaler Barcode, der 1994 vom japanischen Unternehmen Denso Wave erfunden wurde. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Barcode, der Informationen nur in einer Richtung speichert, speichert ein QR-Code Daten sowohl horizontal als auch vertikal, was ihm ermöglicht, viel mehr Informationen auf kleinem Raum zu speichern.
Heute ist das Scannen eines QR-Codes alltäglich: Wir finden sie in Restaurants, auf Plakaten, Produkten, Visitenkarten und sogar in der Kryptowährung. Aber wie funktioniert er wirklich im Inneren?
grid_on Aufbau eines QR-Codes
Bevor man versteht, wie ein QR-Code gescannt oder generiert wird, ist es hilfreich, seine Teile zu kennen:
Positionsmuster (Finder Patterns)
Die drei großen Quadrate in den Ecken oben links, oben rechts und unten links. Sie ermöglichen dem Scanner, den QR-Code unabhängig von seiner Ausrichtung oder dem Kamerawinkel zu erkennen.
Ausrichtungsmuster (Alignment Pattern)
Ein kleineres Quadrat in der unteren rechten Ecke. Es hilft, Verzerrungen zu korrigieren, wenn der Code auf einer gebogenen Oberfläche liegt.
Taktstrichmuster (Timing Patterns)
Zwei Reihen abwechselnder Module (schwarz-weiß), die die Positionsmuster verbinden und die Berechnung der Größe jedes Moduls ermöglichen.
Datenbereich
Der Rest des Rasters: Jedes kleine schwarze oder weiße Quadrat repräsentiert ein Informationsbit (1 oder 0).
Ruhezone (Quiet Zone)
Ein weißer Rand rund um den Code, der dem Scanner hilft, ihn vom Hintergrund zu trennen.
qr_code_scanner Wie ein QR-Code gescannt wird
Wenn Sie die Kamera auf einen QR-Code richten, geschehen mehrere Dinge in Millisekunden:
Aufnahme
arrow_forward
Erkennung
arrow_forward
Perspektive
arrow_forward
Bits
arrow_forward
Dekodierung
1
1. Bildaufnahme
Die Kamera erfasst kontinuierlich Videoframes. Jeder Frame ist ein Pixelraster mit Helligkeitswerten.
2
2. Mustererkennung
Die Software sucht nach den drei Positionsquadraten (Finder Patterns). Ihr charakteristisches Verhältnis (1:1:3:1:1) macht sie einzigartig und leicht erkennbar, selbst in schwierigen Winkeln.
3
3. Perspektivkorrektur
Aus den drei erkannten Ecken berechnet der Algorithmus eine mathematische Transformation, um den Code zu begradigen, auch wenn die Kamera geneigt ist.
4
4. Modulablesung
Mit ausgerichtetem Code liest die Software jedes Modul und wandelt es in ein Bit um: schwarz = 1, weiß = 0.
5
5. Dekodierung und Fehlerkorrektur
Die Bits werden in Blöcken gruppiert und Reed-Solomon wird angewendet, um mögliche Fehler zu korrigieren. Schließlich werden die Daten je nach Modus dekodiert (numerisch, alphanumerisch, binär oder Kanji).
grid_view Wie ein QR-Code generiert wird
Einen QR-Code zu erstellen ist der umgekehrte Prozess des Scannens:
Eingabe
arrow_forward
Kodierung
arrow_forward
Reed-Solomon
arrow_forward
Matrix
arrow_forward
Bild
1
1. Dateneingabe
Sie geben den Text, die URL oder andere Inhalte ein, die Sie kodieren möchten.
2
2. Binärkodierung
Die Software wählt den effizientesten Kodierungsmodus und wandelt die Daten in eine Bitfolge um.
3
3. Fehlerkorrektur
Redundanzbits werden mit Reed-Solomon hinzugefügt. Je höher das gewählte Level (L, M, Q oder H), desto mehr Extrabits werden hinzugefügt und desto widerstandsfähiger ist der Code.
4
4. Matrixkonstruktion
Die Informationen werden nach einem Spiralmuster in ein Raster gesetzt, die Positionsmuster werden hinzugefügt und eine Maske wird angewendet, um große Bereiche gleicher Farbe zu vermeiden.
5
5. Rendering
Das endgültige Raster wird in das Bild umgewandelt, das Sie herunterladen: PNG, SVG, PDF…
shield Fehlerkorrektur: Warum QR-Codes Schäden widerstehen
Der Reed-Solomon-Algorithmus ermöglicht es einem QR-Code, lesbar zu bleiben, auch wenn bis zu 30% seiner Oberfläche beschädigt, verschmutzt oder verdeckt ist. Deshalb können Sie das Logo Ihres Unternehmens darauf platzieren, ohne dass es aufhört zu funktionieren, solange Sie Level H verwenden und nicht mehr als 25-30% abdecken.
Die vier verfügbaren Stufen sind:
L
7%
Digitale Nutzung, Bildschirme. Leichtester und kleinster Code.
M
15%
Allgemeine Nutzung. Gutes Größen-/Widerstandsverhältnis.
Q
25%
Druck mit möglichem Verschleiß oder Verschmutzung.
H
30%
Mit Logo darauf oder sehr ungünstiger Umgebung.
quiz Häufig gestellte Fragen zu QR-Codes
Ein QR-Code (Quick Response) ist eine Art zweidimensionaler Barcode, der 1994 vom japanischen Unternehmen Denso Wave erfunden wurde. Er speichert Informationen horizontal und vertikal mittels schwarzer und weißer Module und kann bis zu 7.089 numerische Zeichen oder 4.296 alphanumerische Zeichen auf kleinem Raum enthalten.
Ein QR-Code kodiert Daten als Muster dunkler und heller Module in einem Raster. Wenn die Kamera ihn erfasst, erkennt die Software die drei Positionsmuster (die Eckquadrate), korrigiert die Perspektive, liest jedes Modul als Bit (schwarz = 1, weiß = 0) und wendet den Reed-Solomon-Algorithmus an, um Fehler zu korrigieren, bevor die Informationen dekodiert werden.
Dank des Reed-Solomon-Fehlerkorrekturalgorithmus kann ein QR-Code Informationen wiederherstellen, auch wenn bis zu 30% seiner Oberfläche beschädigt, verschmutzt oder bedeckt ist. Deshalb ist es üblich, ein Logo auf dem Code anzubringen, ohne dass er aufhört, korrekt gescannt zu werden, solange Korrekturstufe H verwendet wird und nicht mehr als 25-30% bedeckt sind.
Das hängt vom Datentyp und der Fehlerkorrekturstufe ab. Das theoretische Maximum ist: 7.089 numerische Ziffern, 4.296 alphanumerische Zeichen, 2.953 Binärbytes oder 1.817 Kanji-Zeichen. Für den praktischen Einsatz halten Sie URLs kurz und Texte prägnant, damit der Code dichter und bei kleinen Größen leichter scannbar ist.
Scannen bedeutet Lesen: Die Kamera analysiert das Bild und extrahiert die codierten Informationen. Generieren ist der umgekehrte Prozess: Die Software nimmt Ihre Daten (Text, URL, WLAN…), wandelt sie in Bits um, fügt Reed-Solomon-Redundanz hinzu und baut das Modulraster auf, das Sie drucken oder digital teilen können.
Nicht immer. Ein QR-Code kann auf eine schädliche URL zeigen oder eine unerwünschte Aktion auslösen (Anruf, Zahlung, Download). Überprüfen Sie vor dem Besuch des Links die vom Scanner angezeigte URL. Unser Scanner überprüft URLs gegen Google Safe Browsing und VirusTotal und warnt Sie, wenn das Ziel gefährlich ist.
Es ist die Menge an Redundanz, die hinzugefügt wird, damit der Code lesbar bleibt, auch wenn er teilweise beschädigt ist. Es gibt vier Stufen: L (7% Toleranz, dichtester und leichtester Code), M (15%, allgemeine Nutzung), Q (25%, für Druck mit wahrscheinlichem Verschleiß) und H (30%, ideal zum Hinzufügen von Logos). Je höher die Stufe, desto größer der Code.
Bereit, es in die Praxis umzusetzen?