關於iOS原生條碼掃描,你需要注意的兩三事

前言

這篇文章是我們在新發佈的禮物說的iOS端開發過程中遇到的一些關於條碼的問題總結而來。

本文記錄的問題是:當AVFoundation使用多解碼器掃描的時候。二維碼是秒殺,但是條形碼卻經常掃不上。如果去掉二維碼的話,條形碼掃描又秒殺的問題。

為什麼我們沒有選用ZXing而是用AVfoundation呢,是因為我說服了老闆,iOS7開發,而不再去兼容iOS5/6。所以我們終於可以拋棄效率低下的ZXing,而選擇AVFoundation。為什麼說ZXing效率低下,我們這裡可以說上幾句。

ZXing

ZXing 是 Google Code上的一個開源的條碼掃描庫,是用java設計的,連Google Glass 都在使用的。但有人為了追求更高效率以及可移植性,出現了c++ port. Github上的Objectivc-C port,其實就是用OC代碼封裝了一下而已,而且已經停止維護。

ZXing掃描,是拿到攝像頭的每一幀,然後對其根據如下公式做灰度化

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f(i,j)=0.30R(i,j)+0.59G(i,j)+0.11B(i,j)) 

之後做全局直方圖二值化的方法,最後按照 ISO/IEC 18004 規範進行解析。

這樣效率非常低,在instrument下面可以看到CPU佔用遠遠高於 AVFoundation。而且全局直方圖二值化導致精准度並不高。這個庫還會帶來一大堆C++的東西,在純iOS7的工程下,不推薦使用。

AVFoundation 掃碼的簡單使用

這裡說一下,我們禮物說是和passbook一樣,同時可以掃描二維碼和條形碼,真是因為這個特性,導致了我寫這篇總結。 先粘一下掃碼實現部份,如下。

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- (BOOL)startReading {
    _isReading = YES;
    NSError *error;
    AVCaptureDevice *captureDevice = [AVCaptureDevice defaultDeviceWithMediaType:AVMediaTypeVideo];

    AVCaptureDeviceInput *input = [AVCaptureDeviceInput deviceInputWithDevice:captureDevice error:&error];

    if (!input) {
        NSLog(@"%@", [error localizedDescription]);
        return NO;
    }

    _captureSession = [[AVCaptureSession alloc] init];
    // Set the input device on the capture session.
    [_captureSession addInput:input];

    AVCaptureMetadataOutput *captureMetadataOutput = [[AVCaptureMetadataOutput alloc] init];
    [_captureSession addOutput:captureMetadataOutput];

    // Create a new serial dispatch queue.
    dispatch_queue_t dispatchQueue;
    dispatchQueue = dispatch_queue_create("myQueue", NULL);
    [captureMetadataOutput setMetadataObjectsDelegate:self queue:dispatchQueue];

    if (self.qrcodeFlag)
        [captureMetadataOutput setMetadataObjectTypes:[NSArray arrayWithObject:AVMetadataObjectTypeQRCode]];
    else
        [captureMetadataOutput setMetadataObjectTypes:[NSArray arrayWithObjects:AVMetadataObjectTypeEAN13Code, AVMetadataObjectTypeEAN8Code, AVMetadataObjectTypeCode128Code, AVMetadataObjectTypeQRCode, nil]];

    _videoPreviewLayer = [[AVCaptureVideoPreviewLayer alloc] initWithSession:_captureSession];
    [_videoPreviewLayer setVideoGravity:AVLayerVideoGravityResizeAspectFill];
    [_videoPreviewLayer setFrame:self.view.layer.bounds];
    [self.view.layer addSublayer:_videoPreviewLayer];

    [_captureSession startRunning];

    return YES;
}


-(void)stopReading{
    [_captureSession stopRunning];
    _captureSession = nil;
    [_videoPreviewLayer removeFromSuperlayer];
}

-(void)captureOutput:(AVCaptureOutput *)captureOutput didOutputMetadataObjects:(NSArray *)metadataObjects
      fromConnection:(AVCaptureConnection *)connection
{
    if (!_isReading) return;

    if (metadataObjects != nil && [metadataObjects count] > 0) {
        AVMetadataMachineReadableCodeObject *metadataObj = [metadataObjects objectAtIndex:0];

        Do Something....
    }
}

這個代碼也不需要加什麼註釋,挺簡單易懂的。

闡述問題

我們上面說過了:當AVFoundation使用多解碼器掃描的時候。二維碼是秒殺,但是條形碼卻經常掃不上。如果去掉二維碼的話,條形碼掃描又秒殺的問題。

但有趣的事情是,如果我寫了個demo,用上述代碼的話。卻又可以秒殺掃描。這個問題困擾了我一下午,仔細對比了項目中的每一行代碼和我demo中的全部。除了demo沒有畫一個提示框在屏幕上以外,其他地方全都一模一樣。

那麼為什麼導致項目中掃描效率如此之慢呢?

猜想1: UI以及後臺線程佔用大量CPU時間,

結果在 instrument下,不攻自破,cpu佔用,內存佔用非常非常低。

猜想2:系統架構問題

因為添加了QRCode才導致掃描變慢的,那麼就應該是和算法效率有關。多引入了一個每一幀都要工作的解碼器,導致條形碼掃描效率下降。我的Demo是arm64 v7s v7 系統全支持,而項目是ArmV7。

這個想法挺異想天開的。覺得可能是Arm64的指令集效率比armv7快得多導致的。我還去問巧哥,armv7和arm64在密集運算的時候效率差多少,會不會比較明顯。

但重新配置了一下,還是錯誤的。

插曲

我發現把屏幕橫過來掃描效率比豎過來高多了。於是懷疑是不是 Capture 的方向問題。

猜想3: 攝像頭方向問題導致解碼效率低

這個猜想,我沒有去證實,因為太麻煩了。要給Session 添加一個新的output 來輸出每一幀,而且還是個CMBuffer,還要手動轉碼。不過後面證實這個也是錯的。

猜想4:攝像頭參數問題

當初看AVCam 寫拍照模塊的時候,記得攝像頭有很多參數,ZXing 也有一個檔位叫做精確解碼,犧牲效率換精確度。於是就在想會不會蘋果家的也要設置參數。

於是就壞懷這個問題去看文檔去了,結果歪打正著的發現了正確原因。 這是記錄在蘋果的FAQ中的,並沒在AVFoundation 的 Reference 中。具體編號為:Technical Note TN2325

正確原因

就是描述問題裡面說到的,demo和工程裡面的唯一區別,多了個surfaceLayer。如下圖:

為了正確解釋這個有趣的問題,我們要解釋一下條形碼掃描原理。

上面有提過二維碼是通過全局直方圖二值化后,按照ISO標準解碼,實際上是,按照1:1:3:1:1去尋找那三個尋像圖形,就是標誌性的大方塊。然後圈出二維碼大小再去解碼的。也就是說,再沒設定邊界的情況下全屏都可以。

而條形碼完全不同,他是在Detect Center那個點,畫一個無限延伸的米字型,然後去判斷每一條線上能否解析出條形碼所需要的0101010序列。而iOS默認的Center是 Layer 的 Center。

我們再回過頭來看工程中的 SurfaceLayer,其實他提示給用戶的那個框,已經遠離了Center。所以我們豎著掃描的時候,那條水平的掃描線是沒有貫穿條形碼的,所以掃不上他。

於是乎要根據設備,iPhone4 iPhone5 通過AVCaptureDeviceFormatAVCaptureSessionPreset 重新設置一下AVCaptureMetadataOutput rectOfInterest,結果問題就解決了。

為什麼去掉二維碼就沒事了呢

還在那篇FAQ中,有那麼一個表格。

Supported Device Scan lines (only 1D codes enabled) Scan lines (when 2D codes are also enabled)
iPhone 4 Center Center
iPhone 4S and later Center + additional Center
iPad (all) Center + additional Center
iPod Touch Center + additional Center

可見,當我們沒有二維碼的時候,他會有個additional存在。用更加優秀且稍微耗時的算法去優化掃描精准度。

總結

  • 當我們遇到問題的時候,不光要記得看 蘋果的 guide 和 reference,還要記得看以下 sample code,tech note, FAQ。說不好有意外收穫
  • 為什麼條形碼掃描器上往往會有一條紅線,這並不是為了擬物化,而是告訴用戶一定要用這條線對準條形碼,否則會有掃不上的可能性。
  • 正如福爾摩斯所說:抛开所有不可能的,剩下的,不管多么令人匪夷所思,那都是事实。兩套代碼僅有UI不一樣,效果不同,其實就是UI引導用戶錯誤的使用了掃描器。
iOS

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