QR-Code
„QR Code“ als QR-Code
Der QR-Code (englisch Quick Response, „schnelle Antwort“, als Markenbegriff „QR Code“) ist ein zweidimensionaler Code, der von der japanischen Firma Denso Wave im Jahr 1994 entwickelt wurde. Weiterentwicklungen sind der „Micro-QR-Code“, der „Secure-QR-Code“ (SQRC) und der „iQR-Code“.
Grundlagen
Der QR-Code wurde zur Markierung von Baugruppen und Komponenten für die Logistik in der Automobilproduktion des Toyota-Konzerns entwickelt. Das den QR-Code entwickelnde Unternehmen Denso kooperierte bereits als Zulieferer für unter anderem sämtliche elektrischen und elektronischen Baugruppen mit Toyota. Die konkrete Entwicklung des 2D-Codes übernahm die Tochterfirma Denso Wave, die auch Identifikationssysteme und Geräte zur mobilen Datenerfassung entwickelt.
Der QR-Code besteht aus einer quadratischen Matrix aus schwarzen und weißen Punkten, die die kodierten Daten binär darstellen. Eine spezielle Markierung in drei der vier Ecken des Quadrats gibt die Orientierung vor. Die Daten im QR-Code sind durch einen fehlerkorrigierenden Code geschützt. Dadurch wird der Verlust von bis zu 30 % des Codes toleriert, d. h. er kann noch dekodiert werden.
Standards
Es gibt mehrere Standards, welche die Kodierung von QR-Codes beschreiben.[1]
- Oktober 1997 – AIM (Association for Automatic Identification and Mobility) International[2]
- Januar 1999 – JIS X 0510
- Juni 2000 – ISO/IEC 18004:2000[3] (zurückgezogen)
Definiert QR-Code-Modell 1 und QR-Code-Modell 2. - November 2004 – Erweiterung des JIS X 0510 um Micro-QR-Code
- 1. September 2006 – ISO/IEC 18004:2006[4]
Definiert QR-Code 2005, eine Erweiterung des QR-Code-Modells 2. Spezifiziert nicht, wie QR-Code-Modell 1 gelesen werden kann bzw. baut auf QR-Code-Modell-1-Spezifikationen auf.
Abseits der offiziellen Standards hat NTT DoCoMo De-facto-Standards für die Kodierung von URLs, Kontaktinformationen und weiteren Datentypen definiert.[5] Das Open-Source-Projekt „ZXing“ führt eine Liste mit QR-Code-Datentypen.[6]
Aufbau
Im Code enthalten ist die Versionsinformation (1) und das benutzte Datenformat (2). Der Datenteil (3) enthält die kodierten Daten in redundanter Form. Zur Feldbegrenzung enthält der QR-Code in nur drei seiner Ecken ein bestimmtes Muster (4.1). Über das fehlende Muster in der vierten Ecke erkennt das Lesegerät die Orientierung. Mit zunehmender Größe des Codes werden weitere Muster (4.2) hinzugefügt, um die Ausrichtung des Codes besser erkennbar zu machen. Zwischen den drei Hauptpositionsmarkierungen befindet sich eine Linie (4.3) aus einer Folge streng abwechselnder Bits, worüber sich die Matrix definiert.
-
Kompletter Code -
Datenteil entfernt -
Datenteil hinzugefügt
Kapazität und Fehlertoleranz
Die Symbolelemente sind Quadrate, von denen sich mindestens 21×21 und maximal 177×177 Elemente im Symbol befinden. Die Randzone (quiet zone) sollte mindestens 4 Elemente breit sein. Größere Inhalte lassen sich auf bis zu 16 einzelne Codes aufteilen.
Es existieren vier Fehlerkorrektur-Levels, die eine Rekonstruktion von 7 % (Level L) bis zu 30 % (Level H) beschädigter Daten zulassen. Dabei kommt die Fehlerkorrektur der Reed-Solomon-Codierung zum Einsatz. Diese Eigenschaft wird bei der Erstellung sogenannter „Design Codes“ ausgenutzt (siehe Abschnitt: Design QR-Code).
| Kapazität der verschiedenen Fehlerkorrektur-Levels | |
|---|---|
| Level L | 7 % der Codewörter/Daten können wiederhergestellt werden. |
| Level M | 15 % der Codewörter/Daten können wiederhergestellt werden. |
| Level Q | 25 % der Codewörter/Daten können wiederhergestellt werden. |
| Level H | 30 % der Codewörter/Daten können wiederhergestellt werden. |
Der maximale Informationsgehalt eines QR-Codes (177×177 Elemente, Fehlerkorrektur-Level „L“) beträgt 23.624 Bit (2.953 Byte). Damit lassen sich laut Hersteller 7.089 Dezimalziffern, 4.296 alphanumerische Zeichen oder 1.817 Kanji-/Kana-Zeichen kodieren.[7]
Der Micro-QR-Code mit einer Größe zwischen 11×11 und 17×17 Elementen nimmt bis zu 35 Ziffern auf bei einer Randbreite von mindestens 2 Elementen.
Lizenz
Die Verwendung des QR-Codes ist lizenz- und kostenfrei.[8] Die Spezifikationen wurden von Denso Wave offengelegt und sind über die International Standards Organisation in der Schweiz erhältlich. Der Name „QR Code“ ist in Japan, den Vereinigten Staaten von Amerika, Australien und Europa als eingetragenes Warenzeichen von Denso Wave Incorporated besonders geschützt. Ein entsprechender Hinweis sollte bei Verwendung angebracht werden.[8]
Der QR-Code ist als öffentlicher Standard etabliert. In Japan ist er sehr weit verbreitet, man findet ihn dort auf nahezu jedem Werbeplakat. Auch die japanische Regierung verwendet den QR-Code. So benutzt zum Beispiel die japanische Einwanderungsbehörde den QR-Code mit verschlüsselten Daten für das Visum, das bei der Einreise in den Reisepass eingeklebt wird.
Darstellung
Der QR-Code kann mit allen gängigen Verfahren problemlos gedruckt werden. Wie beim Strichcode ist allerdings auch hier ein möglichst hoher Kontrast wichtig, idealerweise schwarz auf weiß. Abhängig von den Möglichkeiten des verwendeten Lesegerätes ist auch eine inverse Darstellung möglich. Es ist auch möglich, den Code farbig zu drucken, auch mit mehreren Farben. Allerdings muss darauf geachtet werden, dass der Code als Halbtonbild bzw. als Strichbild gesehen einen gleichmäßigen Kontrast aufweist. Vermehrt wird der QR-Code auch im sogenannten „Direct Marking“-Verfahren auf Produkten angebracht. Sie werden zum Beispiel mit einem Laser direkt auf der Oberfläche des zu kennzeichnenden Materials eingebrannt. Diese QR-Codes können sehr klein sein und sind sehr haltbar.
In der Darstellungsgröße ist dem QR-Code keine Grenze gesetzt, solange das Lesegerät das Bild formatfüllend und differenziert aufnehmen kann. Es wurden schon Plakatwände und ganze Häuserfassaden mit einem einzigen QR-Code versehen.[9]
Lesen von Codes
Mobiltelefone
Viele Mobiltelefone und PDAs verfügen über eine eingebaute Kamera und eine Software, die das Interpretieren von QR-Codes ermöglicht. Der als Mobile-Tagging bezeichnete Prozess ist in Japan äußerst populär. Er verbreitet sich seit 2007 auch in Europa.[10]
Verbreitet ist die kodierte Abbildung einer Webadresse, verwendet in Zeitschriften, Informationsblättern oder großformatig auf Werbeplakaten. Der Vorteil dieser Methode ist, dass das mühsame Abtippen entfällt. Neben URLs enthalten QR-Codes in der Praxis beispielsweise Telefonnummern, Adressen, informierende Texte, Premium-SMS, vCards, WLAN-Zugangsdaten oder Geodaten.[11]
Der erste QR-Code in Deutschland wurde am 16. Oktober 2007 von „Spex – Magazin für Popkultur“ auf der Titelseite veröffentlicht. Die Überschrift „Was sagt uns dieser Code?“ eröffnet einen Artikel, der sich mit dem Trend der 2D-Codes und deren Funktionsweise befasst. Der Autor bezeichnet den Code als Zeichen unserer Zeit, da der QR-Code sowohl von der Modebranche als auch der Musik- und Videoindustrie verwendet wird.[12]
Am 9. November 2007 führte die gedruckte Welt Kompakt als erste Zeitung QR-Codes ein.[13] Mittlerweile kann man den QR-Code in vielen anderen Zeitungen und Zeitschriften sehen.
Scanner
Scanner ist analog zu Strichcodelesern der gebräuchliche Begriff für die Lesegeräte. Sie verfügen über eine Kamera und einen Decoder. Zusätzlich bieten viele Geräte eine Zielhilfe, häufig in Form eines lasergenerierten Musters, welche das Lesefeld anzeigt.
Spezielle Lesegeräte sind in der Lage, auch QR-Codes zu lesen, die im Direct-Marking-Verfahren mit einem Laser direkt auf das Material gebrannt worden sind. Sie verfügen über eine hochauflösende Kamera und ein Makro-Objektiv sowie spezielle Algorithmen zum Eliminieren verfahrenstypischer Darstellungsfehler.
Anwendungsbereiche
Mittlerweile befinden sich QR-Codes in zahlreichen Anwendungsbereichen im Einsatz. Neben ihrer ursprünglichen Bestimmung, dem Einsatz in der Produktionslogistik[14], finden sich die Codes mittlerweile in zahlreichen weiteren Anwendungen wieder: beispielsweise als Fahrplanauskunft und Navigationshilfe an Haltestellen des öffentlichen Nahverkehrs,[15] als Hilfe für den Einkaufszettel,[16] oder auch als mobile Visitenkarte[17] finden sich QR-Codes mittlerweile. Auch in der Werbung halten QR-Codes immer weiter Einzug, lassen sich so doch schnell zusätzliche Informationen, beispielsweise Produktvideos oder Websites mit oder ohne Gewinnspielen aufrufen oder auch direkt zum App Store mit der Möglichkeit zum Herunterladen von Programmen verlinken.[18] Im Bereich der Museen Kanadas werden die Codes eingesetzt, um den Besuchern die Möglichkeit zu geben, über das Internet erreichbare Informationen über einzelne Ausstellungsobjekte oder Themenkomplexe aufzurufen.[19] 2012 erscheint erstmals ein interaktiver Ersttagsbrief mit einer Briefmarkenserie „Marke individuell“ eines Leipziger Versandhändlers. Der auf dem Brief aufgedruckte QR-Code wird hier als Shop-Zugang verwendet.[20]
Gefahren
Weil man dem QR-Code seinen Inhalt auf den ersten Blick nicht ansehen kann, ist es möglich, in ihm einen Link zu verstecken, der den Betrachter nach dem Scannen auf eine schädliche Seite führt oder sogar ungewollt Funktionen seines Smartphones ausführt.[21][22] Dies betrifft allerdings alle verbreiteten 2D-Codes, die zur Kodierung von Webadressen verwendet werden, und ist keine besondere Eigenart des QR-Codes.
Als Schutz davor wird bei den „seriösen“ Scannern der dekodierte QR-Code-Inhalt zunächst nur angezeigt, statt ihn auszuführen (z. B. einem Link folgend eine Seite aufzurufen).
Weiterentwicklungen
Design-QR-Code
QR-Codes können mit einem Schriftzug, Logo oder Bild und durch Farbveränderung individualisiert oder mit mehr Aufwand grafisch gestaltet werden. Durch geschicktes Vorgehen und Ausnutzung der Fehlerkorrektur bleibt die Funktion dabei erhalten. Solche QR-Codes werden häufig als Design-QR-Codes oder bei aufwendigerer Gestaltung als Custom-QR-Codes bezeichnet.
Design-QR-Codes sind keine offizielle Weiterentwicklung von Denso Wave.
In den Anfängen beschränkte sich die Gestaltung häufig auf einen einfachen Austausch der Farben. Darüber hinaus kann zusätzlich ein Schriftzug oder ein Logo als kleine Pixelgrafik meist mittig auf den QR-Code gelegt oder direkt hineingearbeitet werden.
Dabei wird ein Teil der Daten des Codes von der Grafik einfach überlagert. Die Redundanz der Fehlerkorrektur im Level „H“ ermöglicht dies auf einer Fläche von bis zu 30 % des gesamten Codes. Technisch gesehen ist ein Design-QR-Code allerdings durch die überlagerte Grafik bereits so weit zerstört, dass er keine weitere Redundanz mehr bietet.
Heutzutage ist es möglich, wesentlich komplexere Custom-QR-Codes zu erzeugen, bei denen die Gestaltung über solche einfachen Verfahren hinausgeht. So werden QR-Codes gezielt an bestehende Corporate Designs angepasst oder in Marketingkampagnen integriert. Beispiele sind Anzeigen, die von einem einzigen, aufwendig gestalteten Custom-QR-Code dominiert werden, oder Firmenlogos, die direkt als Custom-QR-Codes gestaltet sind.
Micro-QR-Code
„Wikipedia“ als Micro-QR-Code
Der Micro-QR-Code ist eine auf kleinste Abmessung optimierte Variante des QR-Code. Er wurde im Jahr 2000 von Denso Wave vorgestellt. Statt der bekannten drei Orientierungsmarkierungen des QR-Codes verfügt der Micro-QR-Code nur über eine in der linken oberen Ecke. Maximal 35 Zahlen bzw. 21 alphanumerische Zeichen können kodiert werden, allerdings wird hierfür weniger Raum benötigt.
Die folgende Tabelle enthält Angaben über die maximale Kapazität für die jeweilige Version und entsprechendem Level der Fehlerkorrektur:
| Version | Anzahl Module | Fehlerkorrekturlevel | numerische Zeichen | alphanumerische Zeichen | binäre Zeichen (Bytes) | Kanji Zeichen |
|---|---|---|---|---|---|---|
| M1 | 11 | - | 5 | - | - | - |
| M2 | 13 | L | 10 | 6 | - | - |
| M | 8 | 5 | - | - | ||
| M3 | 15 | L | 23 | 14 | 9 | 6 |
| M | 18 | 11 | 7 | 4 | ||
| M4 | 17 | L | 35 | 21 | 15 | 9 |
| M | 30 | 18 | 13 | 8 | ||
| Q | 21 | 13 | 9 | 5 |
Der Micro-QR-Code ist standardisiert als JIS X 0510 (November 2004).[23]
Secure-QR-Code
Der Secure-QR-Code (SQRC) ist ein QR-Code mit erweiterter Funktion zum Verschlüsseln von Dateninhalten. Denso Wave stellte ihn 2005 vor. Verwendung findet der SQRC in Anwendungen, bei denen Dateninhalte oder Teile davon nicht durch Dritte eingesehen werden sollen. Dafür bietet der SQRC die Möglichkeit, den gesamten Inhalt oder wahlweise auch nur einen Teil der enthaltenen Daten zu verschlüsseln. Die öffentlichen (unverschlüsselten) Daten in einem SQRC können dann auch mit normalen QR-Code-Lesegeräten und Mobiltelefonen gelesen werden, während die verschlüsselten Informationen verborgen bleiben. Um sie lesen zu können, bedarf es eines Lesegerätes, welches explizit Secure-QR-Codes dekodieren kann.
Die Verschlüsselung der Daten findet bereits bei der Generierung des SQRC statt. Die Entschlüsselung ist Teil des Dekoders im Lesegerät. Eine zusätzliche Verschlüsselungssoftware auf Anwendungsebene wird daher nicht benötigt. Zum Ver- und Entschlüsseln wird ein symmetrischer Schlüssel (Kennwort) mit einer Länge von 16 Bytes benötigt. Der verwendete Algorithmus bietet eine äquivalente Sicherheit zu Single DES mit 56 bit.
iQR-Code
Mit dem iQR-Code greift Denso Wave als aktuellste Weiterentwicklung des normalen QR-Code einige Vorteile des Micro-QR-Code auf und übertrifft im Ergebnis damit die Eigenschaften des normalen QR-Code. Als Novum ist er nicht zwingend auf die quadratische Form festgelegt, sondern kann auch die eines Rechtecks annehmen. Dies erleichtert zum Beispiel das Lesen von zylindrischen Gegenständen und die Integration in Anwendungen, in welchen ein klassischer Barcode durch einen 2D-Code abgelöst werden soll, auf deren Medium aber nicht unbedingt Platz für ein Quadrat vorhanden ist. Auch für Anwendungen in welchen sehr kleine Codes mit maximal möglichen Datenmengen, also äußerst kompakte Codes, gefragt sind bietet der iQR-Code eine Lösung.
Die maximale Datenmenge wurde um rund 80% von 177×177 Elemente auf 422×422 Elemente erhöht. Damit lassen sich im größten Format (Version 61) mehr als 40.000 numerische Zeichen in einem einzigen Code unterbringen.
Als Rechteck stehen 15 Formate von 5×19 Elemente bis 43×131 Elemente zur Verfügung. Im größten Format (Version R15) finden bis zu 1.202 numerische Zeichen Platz.
Zusätzlich ist der iQR-Code um bis zu 30% kleiner als ein Standard-QR-Code mit gleicher kodierter Datenmenge. Er ist auch nochmal kompakter als der Micro-QR-Code. Das kleinstmögliche Format (Version 1) hat 9×9 Elemente und bietet Platz für 6 Zeichen.
Der iQR-Code unterstützt die GS1 Datenstrukturen.
Für eine erhöhte Fehlertoleranz wurde zusätzlich der Level "S" geschaffen, welcher die Wiederherstellung von bis zu 50% zerstörter Daten ermöglich.
| Kapazität der verschiedenen Fehlerkorrektur-Levels | |
|---|---|
| Level L | 7 % der Codewörter/Daten können wiederhergestellt werden. |
| Level M | 15 % der Codewörter/Daten können wiederhergestellt werden. |
| Level Q | 25 % der Codewörter/Daten können wiederhergestellt werden. |
| Level H | 30 % der Codewörter/Daten können wiederhergestellt werden. |
| Level S | 50 % der Codewörter/Daten können wiederhergestellt werden. |
Der Hersteller Denso Wave plant wie schon für den QR-Code die Offenlegung der Spezifikation und die freie Nutzung durch Jedermann als Public Domain unter Respektierung des Warenzeichens. Außerdem wird die Eintragung als ISO-Standard angestrebt.
Im Internet werden oft personalisierte QR-Codes (sogenannte „Design-QR-Codes“, auch farbig und mit integrierten Logos) als iQR-Code bezeichnet, was sachlich jedoch falsch ist.
Bildergalerie mit Anwendungsbeispielen
-
Informationen über ein Denkmal -
Plakatwand mit QR-Code -
Schautafel „Film- und Kinoweg“ mit Ergänzungen via QR-Codes
Siehe auch
Weblinks
- Denso Wave Website des Entwicklers des QR-Codes
- Basiswissen QR-Code Übersichtsseite zu QR-Codes
- Demonstration des Fotohandy-PIN Verfahrens, Eberhard-Karls-Universität Tübingen
- Online-QR-Code-Generator mit freier API, ermöglicht Erstellung eigener QR-Code-Anwendungen
- Wiki mit Auflistung von QR-Code-Lesern für Android und iPhone mit Funktionsvergleich und Privatssphäreinfo (englisch)
- QR-Codes mit Geo-Information verknüpfen zu einem QR-Code kann ein Ort oder Adresse entweder über eine API oder auf der Webseite direkt angegeben werden
Einzelnachweise
- ↑ QR Code Standardization | QR Code.com. Denso-wave.com, abgerufen am 23. April 2009.
- ↑ AIM GLOBAL Online Store. Aimglobal.org, abgerufen am 23. April 2009.
- ↑ Information technology – Automatic identification and data capture techniques – Bar code symbology – QR Code. Abgerufen am 24. November 2011.
- ↑ Information technology – Automatic identification and data capture techniques – QR-Code 2005 bar code symbology specification. Abgerufen am 24. November 2011.
- ↑ Synchronization with Native Applications. NTT DoCoMo, abgerufen am 17. Februar 2009.
- ↑ Barcode Contents. In: zxing – A rough guide to standard encoding of information in barcodes. 30. September 2011, abgerufen am 23. November 2011.
- ↑ Bar code to 2D Code. Abgerufen am 24. November 2011.
- ↑ a b QR Code Patent FAQ. Denso Wave, abgerufen am 11. September 2011.
- ↑ www.kaywa.com (Kaywa). Abgerufen am 24. November 2011.
- ↑ QR-Codes werden auch in Europa immer beliebter (Toyota Tsusho ID Systems. Abgerufen am 24. November 2011.
- ↑ QR Code Patent FAQ. Denso Wave, abgerufen am 17. Januar 2011.
- ↑ Cover der Spexx #311. Abgerufen am 24. November 2011.
- ↑ WELT KOMPAKT führt den 2D-Code ein. Welt Online, 9. November 2007, abgerufen am 24. November 2011.
- ↑ Logistik in der Nahrungsmittelindustrie. Abgerufen am 1. Dezember 2011.
- ↑ QR Codes bei der BVG. Abgerufen am 1. Dezember 2011.
- ↑ Die EDEKA Südwest App. Abgerufen am 1. Dezember 2011.
- ↑ Die Visitenkarte 2.0. Abgerufen am 1. Dezember 2011.
- ↑ QR Codes für Appstore. Abgerufen am 1. Dezember 2011.
- ↑ ANSM QR Code How-To Guide, Canadian Museum Reference for Technology.
- ↑ interaktiver Ersttagsbrief mit QR-Code Ausgabe 1.4.2012 vom Onlineversandhandel M-ware® Electronics in Leipzig
- ↑ Warnung des Better Business Bureau. Abgerufen am 24. November 2011.
- ↑ QR-Code-Gefahren. Zeit Online, 21. September 2011, abgerufen am 24. November 2011.
- ↑ Micro QR Code Standardization | QR Code.com. Denso-wave.com, abgerufen am 17. April 2012.
