條碼生成與調(diào)制技術(shù)綜述探討

周從謙

摘 要：在手持式電子設(shè)備之間進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸時，使用HC2D條形碼的概念具有重要意義。在典型的設(shè)置中，通過LCD上的圖像串聯(lián)方式，可以將手機(jī)上的任何文件通過第二手機(jī)的攝像頭傳輸?shù)降诙謾C(jī)，然后對其進(jìn)行捕獲和解碼。在本研究中，在HC2D條形碼中引入了一種新的數(shù)據(jù)調(diào)制方法，并且對于其他標(biāo)準(zhǔn)條形碼調(diào)制方法，其性能進(jìn)行了比較評估。在這種新方法中，在相鄰模糊的LCD的相鄰像素內(nèi)和光泄漏中，使用正交頻分復(fù)用（OFDM）調(diào)制以及差分相移鍵控（DPSK）。

關(guān)鍵詞：HC2D條碼;數(shù)據(jù)傳輸;差分相移鍵控;正交頻分復(fù)用（OFDM）調(diào)制

一、緒論

在促進(jìn)眾多識別過程中，條形碼自1952年發(fā)明以來就發(fā)揮了重要作用[1]。事實上，對于存儲在產(chǎn)品包裝或紙張上的機(jī)器可讀數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，條形碼是一種具有成本效益的且簡單的方法。在原始條形碼設(shè)計中出現(xiàn)了更快的數(shù)據(jù)傳輸來滿足迫切的需求，并且已經(jīng)出現(xiàn)了許多具有高可靠性的改進(jìn)。對于這些具有成本效益的代碼及其應(yīng)用，在存儲聯(lián)系信息（如傳輸更復(fù)雜的數(shù)據(jù)，URL等）的情況下，通過HC2D條形碼的發(fā)明開辟了新的前沿，QR碼越來越受歡迎[2]。在二維條碼的比較中可以發(fā)現(xiàn)相機(jī)手機(jī)應(yīng)用的性能[3]。在矩陣條形碼開發(fā)中，已經(jīng)在一張紙張上投入了大量的精力來顯示條形碼，通常使用這種方式?？梢钥紤]使用平板電腦和智慧型手機(jī)及電子書閱讀器的LCD顯示屏來取代紙張二維條形碼。使用LCD顯示器代替紙張可以考慮選用平板電腦，而用電子書閱讀器代替紙質(zhì)書籍以更廣泛地使用2D條形碼，則有可能為數(shù)據(jù)傳輸開辟另一個有希望的領(lǐng)域。此外，對于最終的數(shù)據(jù)傳輸流，LCD可以向接收電子設(shè)備顯示不同于靜態(tài)紙的時變條形碼。

通過一系列HC2D條形碼，研究了在兩個手機(jī)之間傳輸數(shù)據(jù)，用于實現(xiàn)比特率低于10kbps的現(xiàn)有技術(shù)的移動設(shè)備。對于發(fā)送和接收，比特率超過14Mbps后，使用數(shù)碼相機(jī)和計算機(jī)監(jiān)視器。在對接的發(fā)射器和接收器條件下實現(xiàn)了長達(dá)4米的距離。但是，當(dāng)距離增加到14米時，此速率降至略高于2Mbps。使用更有效的編碼和調(diào)制方案，實現(xiàn)了后續(xù)實現(xiàn)的優(yōu)越性能，用于減輕像素和圖像模糊以及像素漏光。為了調(diào)制LCD像素，使用諸如OFDM的數(shù)據(jù)的逆傅里葉變換（IFT）。QR解碼器的性能通過圖像光減少并且大大模糊了泄漏。此外，對于解碼數(shù)據(jù)的已知部分，限制了它們的性能降級?；谌鏪4]中關(guān)于自適應(yīng)誤差校正的非均勻誤差概率的數(shù)據(jù)區(qū)域可以用于編碼該先驗知識。在設(shè)計以及基于LCD-Camera的通信系統(tǒng)的實現(xiàn)中，如[5]-[7]所示，人們越來越感興趣。對于這種類型的創(chuàng)新通信介質(zhì)，在確定最佳解調(diào)和調(diào)制方案時，這將需要進(jìn)一步的研究。

二、文獻(xiàn)綜述

（一）任意獲取圖像中的QR碼檢測

通過在Internet資源和物理對象之間創(chuàng)建鏈接，可以通過快速響應(yīng)（QuickResponse QR）碼的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)豐富的上下文交互。盡管人們和視覺上受損的機(jī)器人被廣泛使用，但是這種條形碼應(yīng)用并不常見，因為在圖像獲取期間，假設(shè)符號適當(dāng)?shù)赜涩F(xiàn)有的解碼器構(gòu)成。為了執(zhí)行QR碼符號的精確檢測，本工作提出的基于兩階段組件的方法是在任意獲取的圖像中。

在框架的幫助下，檢測到Viola-Jones提出的物體，以檢測符號的部分被訓(xùn)練，第一階段的級聯(lián)分類器。在第二階段中，為了評估檢測到的圖案，如果它們以幾何上一致的方式與QR碼符號的分量在空間上排列，則進(jìn)行聚合。對兩個階段參數(shù)變化進(jìn)行了廣泛的研究，并在計算效率，召回率和精確度方面對結(jié)果進(jìn)行了分析。精確度為76.8%，所提出的QR碼檢測器的平均召回率為91.7%，而22fps則能夠處理640×480像素的視頻流。對于實時應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)，這些結(jié)果支持移動硬件中的視覺障礙人員和機(jī)器人，通過多種媒體中的QR碼獲取可用的大量信息，從而允許他們訪問。

（二）在拍照手機(jī)上讀取1D條形碼

在本文中，使用VGA照相手機(jī)上的條形碼讀取算法，我們提出了研究工作。從劣質(zhì)圖像中提取條形碼字符，應(yīng)用基于知識的條形碼分割和基于小波的條形碼區(qū)域定位方案。對于識別引擎，輸入所有作為分段條形碼的字符，并且條形碼字符串作為具有最小總距離的最終識別結(jié)果，基于識別距離輸出條形碼。為了優(yōu)化類參考矢量和特征提取矩陣以便訓(xùn)練有效的識別引擎，設(shè)計了修改的廣義學(xué)習(xí)矢量量化（GLVQ）方法。通過照相從超過1000個條形碼圖像中捕獲，584個樣本分段參與了培訓(xùn)過程。通過同一部手機(jī)對292條碼拍攝的圖像進(jìn)行測試，整個條形碼設(shè)置的正確識別率達(dá)到85.62%。

（三）二維條碼的檢測和解碼算法

可以將2D條形碼主要分為兩種類型，即矩陣2D條形碼堆疊2D條形碼。本文簡要討論了二維條碼類型的結(jié)構(gòu)。檢測二維條碼的流程圖提出了本文，二維條碼也進(jìn)行了解碼。

（四）基于動態(tài)模板的線性條形碼掃描系統(tǒng)匹配模糊圖像

在空間域中，所提出的系統(tǒng)完全起作用，并且從嚴(yán)重的OOF模糊包含低分辨率圖像能夠讀取線性條形碼。在變形二進(jìn)制波形分類分析的角度，本文處理線性條碼掃描。在用于表征模糊條形碼的波形與其對應(yīng)符號的值之間的關(guān)系的任何特定模糊等級下，設(shè)計有向圖形模型。為了實現(xiàn)實時解碼，檢索最優(yōu)狀態(tài)序列，在有限處理能力的移動設(shè)備上設(shè)計了基于動態(tài)編程的推理算法。

（五）用于移動電話的二維條形碼

對于高數(shù)據(jù)密度條形碼，移動電話有幾種潛在的應(yīng)用，可以很容易地解碼和拍照，但目前還沒有這種符號系統(tǒng)。因此，為了利用相機(jī)電話頻道的低通特性，設(shè)計了新的條形碼，并且提供了移動電話作為促進(jìn)無線光通信的手段。通過在離散余弦變換域中完成編碼，建立了通道模型，并且隨后的模擬結(jié)果導(dǎo)致了彩色條形碼的設(shè)計。

通過注水過程提高性能，而對于旋轉(zhuǎn)和尺寸不變性，噪聲整形算法，一種新的快速采集方法允許。根據(jù)具有變化率的空間頻率，使用外部的AccumulateRepeat-Accumulate代碼，通過隨后的內(nèi)部Reed Muller代碼。

對于領(lǐng)先的照相手機(jī)所造成的各種障礙已經(jīng)證明并且符號系統(tǒng)的穩(wěn)健性，最終條形碼數(shù)據(jù)密度是其3.5倍。

（六）QR初始：條形碼條形碼攻擊

在本文中，當(dāng)特別制作的條形碼基于故意引起的模糊性時，我們會對多種標(biāo)準(zhǔn)提出新的攻擊。解碼器鎖定的標(biāo)準(zhǔn)由實現(xiàn)細(xì)節(jié)決定。這樣，對于不同的電話或應(yīng)用程序，兩個用戶掃描相同的條形碼，這將接收不同的內(nèi)容。對于與安全相關(guān)的多個問題，這可能會打開方式。用于執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)釣魚攻擊以及目標(biāo)攻擊如何將一個條形碼符號嵌入到另一個中進(jìn)行描述此外，對于這些條形碼條形碼攻擊智能手機(jī)是易受歡迎的二維條形碼閱讀器應(yīng)用程序進(jìn)行估。針對此類攻擊，我們將進(jìn)一步討論緩解技術(shù)。

三、結(jié)論

為了將數(shù)據(jù)流調(diào)制成可視的HC2D條形碼，本文將差分相移鍵控與正交頻分復(fù)用相結(jié)合。在減輕照相機(jī)LCD移動方面，存在嚴(yán)重的缺點(diǎn)，即示出了QPSK-OFDM調(diào)制，其中連續(xù)改變每個元件相位。另一方面，從OFDM之前的理想相位開始，由于接收信號的逐個變化，在接收信號中添加了差分相位調(diào)制器，并且由于很小的偏差而導(dǎo)致相鄰信號的相位差（DPSK-OFDM）調(diào)制數(shù)據(jù)流導(dǎo)致運(yùn)動效果逐漸減弱。

參考文獻(xiàn)：

[1]N.J.伍德蘭和B.西爾韋.分類設(shè)備和方法.1952-10-7.美國專利2612994.

[2]信息技術(shù)-自動識別和數(shù)據(jù)捕獲技術(shù)-QR Code 2005條碼符號規(guī)范.ISO/IEC18004：2006.2006.

[3]H.卡托和K.Tan.用于照相手機(jī)應(yīng)用的普及二維條碼.普適計算，2007-10，6（4）：76-85.

[4]S.D.佩爾利，N.阿麥德和D.卡塔比.使用LCD攝像機(jī)的無干擾無線鏈接.巴黎，MobiCom會議.文獻(xiàn)，2010：137-148.

[5]J.梅梅蒂，F(xiàn).桑托斯，M.瓦爾德布格，和B.斯蒂勒.使用攝像機(jī)和三維代碼進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實踐信息與通訊.2013，36（3）：31-37.

[6]實時投影機(jī)-墻-攝像機(jī)通信系統(tǒng).ICCE，2013-1：100-101.

[7]S.庫斯德巴，A.M.維格林斯基和B.霍姆斯.文獻(xiàn)中的使用視頻圖像的視覺通信系統(tǒng)的原型實現(xiàn).CCNC，2013：184-189.