Javascript生成二维码（QR）

 

网络上已经有非常多的二维码编码和解码工具和代码，很多都是服务器端的，也就是说需要一台服务器才能提供二维码的生成。本着对服务器性能的考虑，这种小事情都让服务器去做，感觉对不住服务器，尤其是对于大流量的网站，虽然有服务器端缓存，毕竟需要大量的CPU运算时间，这或多或少也是很大的一块压力。所以就想，有没有一种不靠服务器，就只靠JS就生成二维码呢，毕竟二维码就是一堆黑白点而已。我也没有刻意去找网络上是否已经存在这样的解决方案，而且自己一直想深入分析二维码的生成细节，现有的项目也有这样的需求，于是我自己研究了下，写下了这么个qr.js。

大家可以从这个地址下载：http://files.cnblogs.com/JerryWeng/qr.js

先看看这个东西的效果：

它有两种输出模式：

第一种是直接通过<img>对于base64的支持，把二维码数据转成一个bmp编码的base64数据字符串作为<img>的src：

第二种是把每个点做成一个div，然后通过css变成一个黑白点的矩阵

这是测试的HTML代码：

<!DOCTYPE html>

<html>

    <head>

        <script src="./jquery-1.11.1.min.js" type="text/javascript"></script>

        <script src="./qr.js" type="text/javascript"></script>

        <script type="text/javascript">

        var qr_coder = null;

            $(document).ready(function(){

                qr_coder = new QRCoder($('#qr_container'));

                $('#qr_gen').click(function()

                {

                    $('#qr_container').html("generating");

                    var watch_start=new Date();

                    qr_coder.setMode(1);

                    qr_coder.draw(

                                $('#qr_link').val(),

                                $("[name='qr_capacity']:checked").val(),

                                'icon.png',

                                function(data)

                                {

                                    var watch_end=new Date();

                                    console.log("cost:"+(watch_end-watch_start)+"ms");

                                });

                });

            });

        </script>

    </head>

    <body>

        <h1>QR CODER</h1>

        <div style="margin:auto; position:relative; margin-left: 50%; left: -250px; width:500px;">

            <label for="qr_link">URL:</label>

            <input id="qr_link" type="text" value="http://you.ctrip.com" style="width:350px;" />

            <button id="qr_gen" value="Generate">Generate</button> <br />

            <div style="display:none">

                <input id="qr_capacity_l" name="qr_capacity" type="radio" value="L"/> <label for="qr_capacity_l">7%</label>

                <input id="qr_capacity_m" name="qr_capacity" type="radio" value="M"/> <label for="qr_capacity_m">15%</label>

                <input id="qr_capacity_q" name="qr_capacity" type="radio" value="Q"/> <label for="qr_capacity_q">25%</label>

                <input id="qr_capacity_h" name="qr_capacity" type="radio" value="H" checked/> <label for="qr_capacity_h">30%</label>

            </div>

        </div>

        <div id="qr_container" style="margin:auto; position:relative;"></div>

    </body>

</html>

在IE6，7，8，9，10，Firefox，Chrome中测试通过。

如果对于实现细节感兴趣，下面我来详细说明如何实现。

一、参考文档

在开始之前，需要准备一些参考文档来帮助理解：

1, QR 国际标准 ISO/IEC 18004. (http://raidenii.net/files/datasheets/misc/qr_code.pdf)

2, http://coolshell.cn/articles/10590.html

3, Galois Field 伽罗华域 (参考度娘)

4, Reed Solomon 纠错编码 (参考度娘)

5, Bitmap 编码规范 （http://zh.wikipedia.org/wiki/Bitmap）

6, Base64 编码 （参考度娘）

二、流程

http://www.processon.com/view/link/537c20340cf27a0d78936e61

整个流程，步骤有点多，但其实并不复杂，其中大多数步骤在标准规范中已经说明，在参考文档2中，他已经把编码部分说的非常详细，我就不多赘述了，我在下面补充说下一些比较搞的概念。

三、说明

首先是伽罗华域，QR的纠错编码都是基于GF(256)的，GF的最大特性是它的封闭性，无论是加减乘除，它计算结果始终落在这个有限域中，并且GF256中的任何一个元素，都可以用GF2的组合来表示，也就是0，1表示，我们通过1+x^1+x^2+...+x^n这样的多项式来表示一个这个有限域中的数，其实，我们不用在意这里的x，我们只关心这个多项式的系数组合，每个x的指数代表系数所占的位数，比如x^8+x^6+x+1就对应二进制10100011,所以其实都是二进制的运算。GF256一共就256个数，我们可以生成好，然后以数组和哈希表的形式来参与计算，具体如何生成GF256的，大家可以参考下这篇wiki，http://en.wikipedia.org/wiki/Finite_field_arithmetic

然后是RS纠错编码，RS编码都是基于GF256的，所以，我们需要先熟悉GF256的运算方法，RS编码说简单了，就是首先知道我需要有多少个纠错的codeblock，然后以这个数构造一个生成多项式:(x-a^0)(x-a^1)...(x-a^n-1)，这里的a，或叫alpha，就是GF256里的底数，a^n-1代表一个GF256有限域中元素，这里的n就是纠错codeblock的个数，然后把要编码的数据codeblocks组成一个类似的多项式，每个codeblock的值就是多项式的系数，从高位到低位排列，用这个数据多项式除以生成多项式，然后取余数，这个余数也应该是在GF256里的数，其实就是手工法取余，这些运算方法在GF的那篇wiki里也有说明，详细也可参见这篇wiki：http://en.wikipedia.org/wiki/Reed–Solomon_error_correction

再说下mask的问题，最后编码后的数据，为了能够尽量地分散黑点和白点的分布，便于扫描器扫描，需要每个数据位与某种mask做XOR，为什么不是固定的mask呢，因为没法用一种mask分散所有的编码。规范中列举了8种mask函数，这些函数，只要符合，就返回1，否则是0，然后每个对应的数据位（x,y）代入这个函数，然后再和相应的数据位XOR，这里的x代表列号，y代表行号，左上角是0点，规范中的i代表的是行号，j代表的是列号，这点要注意。然后我们要从8个mask函数中选择一个最合适的，选择方法是分别和4种决策方法并根据其权重计算一个分数并求和，选取这个得分最低的mask就是我们要用的mask。这4种决策方法和权重在规范中有列举，稍微看下，不难理解。其实这部操作也是最耗性能的，因为必须要做8*4次计算，而且每次计算要扫描整个数据阵列。其实前3种决策方法算起来还都好，最麻烦的是最后种，要计算m*n同色块，每次出现需要加(m-1)*(n-1)*3,这个计算我没有找到一个比较理想的算法，我变通的做法是，只计算出现机率最多的小块矩形，2<=m<6,2<=n<6的共16种矩形，其实结果计算的差不了多少。其实不是说没有算对就完全扫不出来，这个选取操作可以让生成的二维码最优化而已。这个操作在客户端大概在百ms级别的，其实用户是感受不到它的生成过程，但是如果这个操作放在服务器端，可想而知压力之大。

然后说下生成Bitmap，位图。因为只有2个颜色，所以用1个bit的位图，在不压缩的情况下，也不会很大。这里有一点需要注意的是，位图的布局方式是最后一行先写，然后依次向上，而且每一行的总字节数，必须是4的倍数，比如一个version3的qr码，是33*33个像素阵，一行33个像素要33个bits，5个bytes，但是在输出的时候，必须加上3个bytes来凑满8=4*2个bytes，有点恶心，但其实大小还是可控的。
 
最后说下嵌入logo的问题，因为QR有强力的RS纠错编码，所以，一个小图片放在中间也不会影响扫描器扫描，但是需要一个较高的纠错等级，我这边只是把这个图片作为一个浮动层飘在二维码上面，当然也是可以把它嵌入到刚才提到的bitmap中，但是太复杂了，意义也不大，暂且就这样了。
 
关于详细的实现细节和使用方法，在qr.js里我已经非常详细地注解了，时间仓促，肯能会有bug，见谅！
 
======UPDATE 2014-05-22====
有人反应IE6和7是不支持base64图片的，为了避免针对IE6-7的简单兼容，我将qr.js稍作修改，当选择mode 0且是ie6 或者 ie7，将强制选择mode 1做输出。
PS：base64图片在IE6，7下可以使用mht的组合文件形式输出，我试了下，不是非常灵活，建议还是在mode 1下输出。当时未能用真实的低版本环境测试而是直接用模拟版本，实在抱歉！JS就是浏览器兼容性非常恶心！

http://www.cnblogs.com/JerryWeng/p/3740744.html

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