浅谈电视节目高标清同播时二维码的制作

刘海兰 李海彬 广西电视台

浅谈电视节目高标清同播时二维码的制作

刘海兰 李海彬 广西电视台

本文介绍了制作电视二维码的要点，重点介绍了电视节目高标清同播时，高清信号下变换为标清信号后二维码图片的扫描识别易出现的问题，并针对此进行分析和测试，提出了解决方法。

二维码 QR CODE 高标清同播 制式变换

1 ．引言

随着互联网技术的发展和新媒体的崛起，二维码开始广泛应用在各种行业，在收看电视节目时，观众通过手机扫一扫屏幕二维码，进行电视互动、抽奖等逐渐流行。然而在电脑上制作好并能正常识别的二维码，有些在电视机上可能无法识别。本文介绍了电视二维码制作的一些经验和方法。

2 ．二维码基础

二维码是采用某种特定的几何图形按一定规律在平面分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的条码。一维码只能由数字和英文字母组成，而二维码能存储汉字、数字甚至图片等信息，并且其具有较强的纠错能力，当二维码的部分区域受损时，仍然可以正常的读取其存储的信息，因而在多个领域得到广泛的应用。

常见的二维码有QR Code、PDF417、Code 49、Code 16K、Code One、Data matrix等，图1是这几种二维码的图形，其存储的内容为我台的网站地址：www.gxtv.cn。

从图1的几种二维码中，目前应用最广的是第1种二维码，即QR CODE二维码,它是由日本Denso公司于1994年9月研制的一种矩阵二维码符号。

QR CODE码其符号规格分为版本1-40，其中版本1的模块为21×21，每提高一个版本高宽各增加 4个模块，直至版本40的177×177模块，其可存储的字符数量也随之递增。QR CODE码的纠错能力分为4个级别：

L级：约可纠错7%的数据码字

M级：约可纠错15%的数据码字

Q级：约可纠错25%的数据码字

H级：约可纠错30%的数据码字

QR CODE码的存储容量很大，当达到版本40并采用L级纠错时，可以存储7089个数字字符，或4296个数字字母字符，或1817个日文汉字字符，或

980个中文汉字字符。当然随着纠错级别的提升，其存储容量有一定的下降，但仍然可满足一般的要。在QR CODE码的使用过程中，有些企业或个人喜欢在它的中间区域加入特制的LOGO图标，如公司商标、个人头像等，以区别于他人的二维码，但是这些新加入的图标原素并不是QR C0DE码的有效数据，而是属于“错误码”，它破坏了原有二维码的数据完整性，以降低其纠错能力而获得。

图1 各种常见二维码

3 ．扫描电视屏幕二维码无法识别常见原因

通过字幕机输出到电视屏幕上的QR CODE二维码图片，如果无法让观众的手机识别出来，一方面会使观众的兴趣降低，另一方面广告商的投入可能也会打水漂，间接的影响了电视节目的广告收入。因此如何让QR C0DE码在电视上更容易被手机扫描识别，是我们在制作及输出时需要注意的，一般来说影响QR C0DE码扫描识别的原因有以下几种：

（1）二维码图片等比缩小引起的数据丢失；

（2）二维码图片比例变换引起的数据丢失；

（3）二维码图片三个边角显示不全。

经测试发现，当电视台的节目采用高清制作标清播出，或高标清同播时，标清电视的二维码图片容易出现无法识别的问题，下面将重点分析其原因及制作要点。

4 ．高标清同播时二维码制作的注意事项

随着广电技术的高速发展，国内各省级以上电视台都开通了高清频道，在节目制作时基本上按高清电视的格式来制作，而在电视播出时需要兼容老式的标清电视机，会通过下变换的方式多输出一路标清信号，从而实现高清制作，高标清同播。

国内高清电视采用1080i/50Hz，清晰度为1920*1080，画幅宽高比为16:9；标清电视采用PAL制，清晰度为720*576，画幅宽高比为4:3。由于高、标清电视的画面比例并不相同，在进行高清至标清的下变换时，一般有三种方式：

挤压模式：将画面横向压缩，保留了全部画面内容，但画面产生变形；

信箱模式：在画面的上下两侧加黑边，画面比例正常且保留了全部16:9画面内容。

切边模式：画面左右两侧被剪切掉，画面比例正常，但损失了一部分内容。图2是高清电视及三种下变换模式的图示。

图2 高清电视及下变换模式

在下变换的过程中，无论采用哪种变换方式，电视的清晰度都会下降，相应的二维码图片会按比例缩小，但在大多数情况下并不会对扫码识别产生影响，这主要得益于原有QR Code码的模块数量可能小于变换后的二维码图片象素。

一般而言，二维码图片的高度约为高清电视屏幕的1/5并通常采用1:1的比例显示，大约为200*200象素，QR Code码最高的版本40为177×177模块（1个模块=1个象素），而在大多数情况下电视二维码所包含的信息量在版本9以内就基本满足一般的需要,表1是QR Code码版本9的存储容量。

表1 QR Code码版本9的最大容量

QR Code码版本9的模块数为53*53，在高清电视上以200*200象素显示时放大将近4倍，在进行高清至标清的变换时，如果采用等比缩小其有效象素仍然大于53*53，即数据并没有损失，因而不会影响到扫码识别，但如果产生了变形就不一样了。下面以版本9为例，对三种下变换方式进行测试分析(测试软件使用手机微信)。

4.1 挤压模式

在挤压模式下，二维码图片将会缩小并同时变形，如高清电视16:9比例下200*200象素的二维码图片，标清电视将变为75*106象素。

缩小后的象素值不论是高或宽度仍然大于版本9的53个模块，但非等比变换使原图片在水平方向上出现了数据丢失，等比缩小至106*106的象素值为11236，非等比缩小至75*106的象素值为7950，即丢失了30%的数据，达到最高纠错级别H级的上限，在4:3的电视机上进行扫描时较为困难，通常需要扫描数次才能识别出来，甚至有时无法识别。但在16:9的电视机上使用全屏模式收看时，却发现仍然是较为容易识别的，不同比例电视机显示的二维码如图3所示。

图3 不同比例电视机显示的二维码

经过挤压后再拉伸虽然不能完全还原为原图像，但通过图像插值算法可以进行一定的数据补偿，从而降低误码率，使得16:9的电视机更为容易识别。

但是作为编辑制作人员，我们并不知道观众的电视机是什么样的，那有没有一种兼容的方法呢？经测试发现，在水平方向上对二维码图片进行拉伸并不会影响其扫描识别能力，如200*200象素的图片在高清电视制作时按200*230拉伸输出，当挤压变换到标清电视时，其象素为86*106，此时的数据损失约为19%，在4:3的老式电视上就容易识别多了，而对16:9的电视无论收看高清或标清频道也不会有影响。

4.2 信箱模式

这种模式下，200*200象素的二维码图片将变换为75*75，对于版本9的QR Code码来说，等比缩小后的二维码图片象素仍高于其模块数，因此不会产生识别问题。

图4 制作与收看时二维码位置

信箱模式主要是注意不能存储过多的数据内容，使得模块过大，根据计算当采用版本14的QR Code码时（73*73模块）可能就会产生识别问题。

4.3 切边模式

这种模式是将原比例为16:9的电视图像按4:3切去两边，再进行图像缩小，200*200象素的二维码图片将缩小为106*106，一般不会有识别难的问题，但是在输出二维码时要注意它在电视屏幕上的位置。

在高清制作时，考虑到二维码图片对高清电视构图的影响，有些编辑人员喜欢将其一边靠近标清线，如贴着标清左边线或右边线，从字幕机预监上看二维码图片是完全处于标清线以内的，但不同电视机显示时画面可能会有少许的位置偏移，这其中有电视机自身的因素，有电视信号传输方面的因素，在观众的电视机上收看时，二维码图片的某一个边角可能已经看不到了，如图4所示。你可能会这样理解，QR Code码有较强的纠错能力，H级可以纠错30%，超出电视机屏幕的某个边角应该不会有影响，但实际情况并非如此。QR CODE码的左上、左下、右上3个方角称为位置探测图形。由于位置探测图形的特殊性，QR CODE码的其它位置不能出现这样比例的图形，并且如果探测不到这3个图形就无法定位，从而无法识别，如图4右边的二维码图形就无法使用微信扫描识别，因而在采用切边模式时，应尽量使二维码图片离标清线有一定的间隙，防止上述情况的发生。

5 ．电视二维码的发展前景

2017年1月25日国家新闻出版广电总局发布了电视二维码的标准GY/T 305-2017，标准采用的是武汉矽感科技有限公司研发的网络矩阵码(简称GM码)，其相比于QR CODE码具有更强的纠错能力，在图形缺角、缺边及畸形时仍然有较高的识别率，可以有效解决电视高标清变换时二维码图形识别的一系列问题。但GM码同样有一个缺点，即还只是在少数领域有所应用，且少有手机软件能够识别这种二维码，这也限制了它的应用，但相信在不远的未来，GM码会取代QR CODE码成为真正的电视二维码。