Die Anatomie eines QR-Codes: Wie QR-Codes funktionieren

QR-Codes, ähnlich den Barcodes, die sie erweitern, übertragen Informationen durch einen grafischen Code aus schwarzen und weißen Pixeln. Während ein Barcode eindimensional ist, ist ein QR-Code zweidimensional. Das bedeutet in diesem Kontext, dass Informationen sowohl durch das Lesen der horizontalen als auch der vertikalen Positionen der Pixel übermittelt werden, anstatt nur die horizontale Position zu berücksichtigen.

Inhaltsverzeichnis

• Häufige Verwendungen von QR-Codes
• Anatomie eines QR-Codes
• QR-Code-Anatomie: Fehlerüberprüfung und Maskierung
• QR-Code-Anatomie: QR-Codes lesen

So können Menschen Teile eines QR-Codes entschlüsseln und den Inhalt manuell übersetzen, obwohl dies in der Regel mühsam und zeitaufwändig ist. In einem QR-Code sind in der Regel weitaus mehr Informationen enthalten als in den kurzen numerischen Zeichenfolgen eines UPC-Barcodes, was bedeutet, dass die menschliche Entschlüsselung nicht unbedingt nützlich oder zeitnah ist.

QR-Codes können von jedem Smartphone und spezialisierten QR-Scannern entschlüsselt werden und können beliebige Textzeichenfolgen enthalten. Dadurch können Webadressen in QR-Codes kodiert werden, die das scannende Gerät automatisch im Standardbrowser zur angegebenen URL weiterleiten. Im Gegensatz zu Barcodes enthalten QR-Codes auch eine Fehlerüberprüfungskomponente. Das bedeutet, dass der QR-Code erfolgreich entschlüsselt werden kann, selbst wenn Teile des Codes unleserlich sind.

Hinweis: Während ein umgekehrter QR-Code anders aussieht, bleibt die Anatomie seiner Funktionsweise dieselbe.

Häufige Verwendungen von QR-Codes

QR-Codes sind robust und langlebig mit größerer Kapazität und Zuverlässigkeit als die Barcodes, die sie ersetzen. Sie verbessern auch die magnetischen Streifen, da es kein Risiko der Entmagnetisierung gibt, und der Code kann bei Bedarf manuell mit einem Lesegerät entschlüsselt werden.

Dies hat dazu geführt, dass staatliche und nichtstaatliche Einrichtungen QR-Codes für die Verwendung auf Reiseunterlagen, Pässen und Lizenzen übernommen haben, die typischerweise die Informationen in einem maschinenlesbaren Format duplizieren. QR-Codes werden auch häufig in der Werbung verwendet, um schnelle Links zu Webressourcen oder App-Downloads bereitzustellen. Sie finden QR-Codes auch für Zahlungslinks, die Authentifizierung mit einmaligen Passwörtern, WLAN-Anmeldungen und Hunderte anderer spezifischer Anwendungen.

Anatomie eines QR-Codes

Das visuell auffälligste Element des QR-Codes sind die quadratischen Blöcke, die zur Ausrichtung des Codes beim Scannen durch den Leser verwendet werden. Dies ermöglicht es, den Code in jeder Ausrichtung, auch kopfüber, zu scannen und die richtige Nachricht zu übermitteln. Diese vier Blöcke (drei an den Ecken und einer im unteren rechten Bereich) erscheinen in jedem Code und ermöglichen es, den Code korrekt in jeder Ausrichtung zu entschlüsseln.

Um diese Blöcke herum sind die Formatversion, die Fehlerüberprüfungsversion und die Dekodierungsmaske kodiert. Der QR-Code wird von einem Bereich Weißraum umgeben, der als „ruhige Zone“ bezeichnet wird und dem Leser hilft, die Ränder des Codes zu finden.

QR-Codes können in verschiedenen Größen vorliegen. Der größte QR-Code, der 177 x 177 misst, enthält bis zu 1.264 Zeichen ASCII-Text. Die am häufigsten verwendete Größe für QR-Codes liegt zwischen 29 x 29 und 33 x 33, was etwa 50 ASCII-Zeichen aufnehmen kann. Alle Größen sind mit modernen Lesegeräten wie Smartphones interoperabel.

QR-Code-Anatomie: Fehlerüberprüfung und Maskierung

Die Anzahl der Fehlerüberprüfungsbits wird durch das durchgesetzte Fehlerüberprüfungsniveau bestimmt, das als EDC-Niveau bezeichnet wird. Je nach verwendetem EDC-Niveau können unterschiedliche Anzahl von Zeichen wiederhergestellt werden, wenn sie verloren gehen oder fehlen. Je höher das Fehlerüberprüfungsniveau, desto weniger Platz bleibt, um die Nachricht zu enthalten. Die meisten QR-Code-Generatoren verwenden das korrekte Fehlerkorrekturniveau für die Nachrichtlänge und die Dimensionen.

• L (Niedrig) 7% der Zeichen können wiederhergestellt werden.
• M (Mittel) 15% der Zeichen können wiederhergestellt werden.
• Q (Quartil) 25% der Zeichen können wiederhergestellt werden.
• H (Hoch) 30% der Zeichen können wiederhergestellt werden.

Bits werden maskiert, um sicherzustellen, dass die Daten effizient ausgedrückt werden (zum Beispiel um alle Nullen oder Einsen zu vermeiden). Diese Maske wird als binäre Zeichenfolge dargestellt, die mathematisch mit der Nachricht kombiniert wird, um den QR-Code zu erzeugen. Dies verschlüsselt die Nachricht nicht, und der „Schlüssel“, der zur Entschlüsselung der Maskierung erforderlich ist, ist im QR-Code enthalten.

QR-Code-Anatomie: QR-Codes lesen

Der QR-Code wird von der unteren rechten Ecke aus gelesen. Pixel werden in Gruppen von 8 gelesen, wobei ein Byte pro 8 Pixel enthalten ist. Abhängig davon, wie der QR-Code codiert ist, sind diese Bitmuster verschiedenen Zeichen zugeordnet. Während ASCII wahrscheinlich die häufigste Codierung ist, enthält die Spezifikation auch Optionen für Ziffern, Kanji und andere Codierungen. Das vierstellige Muster in der unteren rechten Ecke des QR-Codes (markiert als „Enc“ im obigen Diagramm) bestimmt, wie die Bits entschlüsselt werden.

Fazit

QR-Codes sind mühselig manuell zu entschlüsseln, aber wenn man weiß, wie man den Code liest, ist es technisch möglich. Die Flexibilität und Robustheit von QR-Codes stellt sicher, dass sie auch in Zukunft ein beliebtes Barcode-Format bleiben werden.

Bildnachweis: Yaohua2000