QR Codes - Specifiche tecniche

Il codice QR è un codice a barre bidimensionale inventato dalla compagnia Denso Wave per tracciare le componenti coinvolte nel processo manifatturiero della Toyota. Il nome “QR” è l’abbreviazione dell’inglese Quick Response (“risposta rapida”), che sottolinea la rapida decodifica del contenuto. La società Denso Wave, pur conservando i diritti di brevetto, ha permesso l’uso del codice QR con licenza libera.

Rispetto ai vecchi codici a barre, che potevano essere letti scorrendo il dispositivo solo seguendo una sola angolazione, i codici QR permettono la lettura da più angoli ed inoltre permettono di memorizzare molte più informazioni. L’utilizzo si è diffuso soprattutto perché permettono agli utenti di acquisire informazioni come indirizzi web e contatti telefonici attraverso una semplice azione dello smartphone.

Versione del QR Code

Nel 2000 il codice QR è stato approvato come Standard internazionale, in cui si definiva un primo modello del classico formato quadrato. I successivi aggiornamenti hanno portato alla definizione di un secondo modello, sempre relativo al classico formato quadrato, che è quello attualmente utilizzato e che prevede 40 possibili dimensioni, identificate da un numero di versione che va da 1 a 40.

In numero di versione indica la dimensione del quadrato, che si ottiene attraverso la formula 17+4*numVersione.

La versione 1 è un quadrato di 21x21 moduli (punti), la versione 2 è un quadrato di 25 x 25 moduli (punti), mentre la versione 40 è un quadrato di 177x177 moduli (punti). Da specifiche tecniche, deve essere applicato un margine vuoto di almeno 4 punti intorno al codice QR.

Un codice QR deve contenere tre pattern di ricerca che identificano i due angoli in alto e l’angolo in basso a sinistra. Il pattern di ricerca è caratterizzato da un quadrato nero largo 7 punti che ingloba un quadrato bianco di 5 punti che a sua volta ingloba un terzo quadrato bianco largo di 3 punti.

Oltre ai pattern di ricerca, un codice QR deve contenere, a seconda dalla versione, un certo numero di pattern di allineamento che consentono al lettore di allineare l’immagine. I pattern di allineamento sono definiti da un quadrato nero largo 5 punti che ingloba un quadrato bianco di 3 punti che a sua volta ingloba un terzo quadrato bianco largo di 1 punto.

Algoritmo di posizionamento dei pattern di allineamento

Il codice QR in versione 1 non prevede pattern di allineamento; Per le versioni dalla 2 alla 40, l’algoritmo di posizionamento dei pattern di allineamento è il seguente:

1. E’ necessario calcolare il numero di intervalli in cui suddividere il codice QR, utilizzando la formula Math.floor(version / 7) +1, dove version è la versione del codice QR;
2. Se il numero di intervalli è maggiore di 1, bisogna calcolare il passo, ovvero ogni quanti punti inserire un pattern di allineamento, utilizzando la formula (dimensione-7 - 6) / numeroIntervalli, dove dimensione è la dimensione del codice QR per la versione utilizzata e numeroIntervalli consiste nel numero di intervalli calcolati al punto 1; Se non è maggiore di uno, il centro dell’unico punto di allineamento è (dimensione-7, dimensione-7)
3. Se il passo è un numero decimale deve essere approssimato all’intero successivo. Se il numero risultante è dispari, deve essere incrementato di 1.
4. Ottenuto il passo, si generano le coppie di coordinate che rappresentano il centro dei punti di allineamento, secondo la formula (dimensione-7 - step i, dimensione-7 - step j, con i e j libere di variare; Se una coordinata è inferiore a 6, la sostituisce con il valore 10, inoltre si devono escludere quelle che si sovrappongono graficamente ai tre pattern di ricerca.

Ad esempio, il codice QR versione 3 ha dimensione 29 per 29 punti, il numero di intervalli si calcola con Math.floor(3/7) +1, ovvero 1; Dato che non è maggiore di 1, il centro dell’unico punto di allineamento è (29-7, 29-7);

Altro esempio, il codice QR versione 15 ha dimensione 77 per 77 punti, il numero di intervalli si calcola con Math.floor(15/7) +1, ovvero 3; Dato che è maggiore di 1, calcoliamo il passo con (77-7-6) / 3 = 21.3, che si arrotonda a 22; A questo punto generano le coppie di coordinate con i=0, ovvero (70, 70), (70, 48), (70, 26), (70, 4), con i=1, ovvero (48, 70), (48, 48), (48, 26), (48, 4), con i=2, ovvero (26, 70), (26, 48), (26, 26), (26, 4) ed infine con i=3, ovvero(4, 70), (4, 48), (4, 26), (4, 4).

Si escludono le coordinate (4, 4), (4, 70) e (70, 4) perchè si sovrappongono ai pattern di ricerca, e si sostituiscono le coordinate con valore inveriore a 10 con il valore 6, ottenendo le seguenti coordinate:

Codifica dei dati

Una caratteristica importante dei codici QR riguarda la codifica dei dati. Attualmente sono supportate diverse codifiche tra cui:

• la codifica binaria che prevede la conversione dei dati secondo lo standard ISO 8859-1, e quindi poi la suddivisione del risultato in gruppi da 8 bit con l’eventuale aggiunta di bit di completamento;
• la codifica alfanumerica che utilizza una tabella di 44 caratteri, ad ognuno le quali è associato un numero, per convertire le coppie di caratteri in bit con l’eventuale aggiunta di bit di completamento;
• la codifica numerica che prevede per ogni tripla di numeri una conversione a lunghezza variabile di massimo 11 bit.
• la codifica kanji per codificare gli ideogrammi cinesi giapponesi e simili.

Correzione degli errori

I codici QR contengono anche una sezione che contiene dei bit di correzione degli errori. Questi permettono di leggere le informazioni del codice QR anche se questo in alcuni punti è danneggiato, ad esempio a causa di lievi graffi, o deteriorato, cosa che può avvenire se affisso all’esterno.

Esistono diversi livelli di correzione degli errori che permettono di recuperare più o meno dati a seconda proprio del livello. Ogni livello è identificato da un codice.

Il codice di correzione degli errori può essere uno dei seguenti:

Error Correction Level	Bits	Integer Equivalent	restored data
L	01	1	7%
M	00	0	14%
Q	11	3	25%
H	10	2	30%

Schema di mascheramento

Lo schema di mascheramento indica una formula utilizzata per indicare se deve essere invertito il colore di un bit.

Evoluzioni successive

I codici QR si sono evoluti nel tempo con i seguenti formati:

• Micro QR, versione ridotta del codice QR, utilizzata tipicamente sulle schede elettroniche che hanno una superficie ridotta, e contiene meno informazioni rispetto al classico formato quadrato.
• rMQR, versione rettangolare che ha il vantaggio di poter essere applicata in orizzontale o verticale su superfici lunghe e strette, contiene più informazioni rispetto al classico formato quadrato;
• SQRC, versione che contiene informazioni crittografate che possono essere lette solo da chi possiede un dispositivo con la chiave di lettura configurata;
• Frame QR, una versione simile al classico formato quadrato che contiene un’immagine sul codice QR.

QR Code Generator

Dati da codificare nel QR Code

Codifica da utilizzare: numerica (0001) alfanumerica (0010) byte (0100) kanji (1000) ECI (0111)

Dati codificati:

QR version

Error Correction Level L (7%) M (15%) Q (25%) 3: (x+y) % 3 == 0

Motivo di masking 0: (x+y) % 2 == 0 1: x % 2 == 0 2: y % 3 == 0 3: (x+y) % 3 == 0 4: (Math.floor(x/2)+Math.floor(y/3)) % 2 == 0 5: ((x*y) % 2) + ((x*y) % 3) == 0 6: ((x*y) % 2) + ((x*y) % 3) % 2 == 0 7: ((x+y) % 2) + ((x*y) % 3) % 2 == 0