QR-Code-Fehlerkorrektur: wie L, M, Q und H wirklich arbeiten

Das Wichtigste in Kürze

• Fehlerkorrektur ist die Redundanz in einem QR-Code, mit der ein Scanner die Daten wieder aufbauen kann, wenn ein Teil des Symbols beschädigt oder verdeckt ist.
• Die vier in ISO/IEC 18004 definierten Stufen stellen etwa 7 % (L), 15 % (M), 25 % (Q) und 30 % (H) der Daten des Codes wieder her.
• Höhere Fehlerkorrektur senkt die Datenkapazität, dieselbe URL braucht also eine größere Symbolversion - bei fester Druckbreite bedeutet das kleinere Module und einen schwereren Scan.
• Fehlerkorrektur repariert nur den Datenbereich. Schäden an einem Suchmuster, an den Taktmustern oder an der Ruhezone machen den Code meist unlesbar, gleich welche Stufe gewählt war.
• Fehlerkorrektur kann schwachen Kontrast, Unschärfe, Blendung oder einen zu klein gedruckten Code nicht ausgleichen, denn diese Probleme verschlechtern das ganze Symbol auf einmal statt einer einzelnen Stelle.

Was ist QR-Code-Fehlerkorrektur?

Der Mechanismus ist die Reed-Solomon-Codierung, dieselbe Codefamilie, die auf CDs und in der Weltraumübertragung eingesetzt wird. Die Reed-Solomon-Codierung ist das Verfahren, das die Fehlerkorrektur-Codewörter eines QR-Codes erzeugt und fehlende Daten aus den unversehrt gebliebenen rekonstruiert. Sie arbeitet mit Codewörtern, nicht mit einzelnen Quadraten. Ein Codewort ist eine Gruppe von acht Modulen, die ein QR-Code als eine Einheit behandelt - entweder eine Einheit Daten oder eine Einheit Fehlerkorrektur.

Die Fehlerkorrektur wird einmal gewählt, bei der Erzeugung, und ins Symbol eingebacken. Die Stufe steht in der Formatinformation neben den Suchmustern, jeder Scanner kann also lesen, welche Stufe verwendet wurde. Die Fehlerkorrekturstufe eines gedruckten QR-Codes lässt sich nachträglich nicht ändern; sie zu ändern heißt, den Code neu zu erzeugen und neu zu drucken.

Was bedeuten die Fehlerkorrekturstufen L, M, Q und H?

Die vier QR-Fehlerkorrekturstufen stellen etwa 7 % (L), 15 % (M), 25 % (Q) und 30 % (H) der Codewörter eines Codes wieder her. Jeder QR-Code nutzt genau eine davon. Höhere Stufen fügen mehr Wiederherstellungs-Codewörter hinzu, wodurch bei gegebener Symbolgröße weniger Codewörter für deine eigentlichen Daten bleiben.

Die Prozentwerte beschreiben Codewörter, nicht Fläche, und sie sind Nennwerte statt exakter Zahlen. Version 1 macht die Rechnung sichtbar: Das Symbol fasst insgesamt 26 Codewörter, und Reed-Solomon kann bis zur Hälfte der Fehlerkorrektur-Codewörter eines Blocks reparieren, abzüglich einer kleinen Reserve, die der Standard zurückhält, um das Risiko falsch decodierter Daten zu senken.

In größeren Symbolen werden die Daten auf mehrere Reed-Solomon-Blöcke aufgeteilt und die Codewörter über das ganze Symbol verschachtelt, sodass ein einzelner Fleck sich über viele Blöcke verteilt und jeder Block seinen eigenen Anteil repariert. Wegen dieser Verschachtelung ist ein Kaffeerand in einer Ecke meist zu überleben und der Nennprozentsatz ein brauchbarer Anhaltspunkt, obwohl die Korrektur Block für Block geschieht.

Welche Fehlerkorrekturstufe solltest du nehmen?

Nimm M für die meisten gedruckten QR-Codes, Q oder H, wenn ein Logo auf dem Code sitzt oder die Oberfläche Strapazen aushält, und L nur auf Bildschirmen oder dort, wo der Inhalt lang ist und der Code grob bleiben muss. M ist die Stufe, auf die die meisten Generatoren voreingestellt sind, und für ein Plakat, einen Flyer, eine Speisekarte oder eine Visitenkarte, die nicht zerkratzt wird, ist M die richtige Antwort.

Entscheidungsregeln:

• Wenn der Code auf einem Bildschirm gezeigt wird, nimm L. Bildschirme haben keinen Schmutz, keine Knicke und perfekten Kontrast, Wiederherstellungskapazität ist dort also verschenkte Redundanz, die den Code nur dichter macht.
• Wenn der Code auf Papier gedruckt wird und kein Logo trägt, nimm M. M deckt normales Anfassen, Farbzuwachs und leichtes Verschmieren ab.
• Wenn der Code ein Logo in der Mitte trägt, nimm mindestens Q und H, wenn das Logo groß ist. Das Logo verbraucht Wiederherstellungskapazität, die sonst Druck- und Scanfehler auffangen würde.
• Wenn der Code nach draußen geht, auf eine Verpackung, auf eine Maschine oder irgendwohin, wo er gerieben, geknickt oder bewittert wird, nimm H. Abrieb entfernt Module dauerhaft.
• Wenn der Inhalt lang ist und der Code physisch klein bleiben muss, nimm L oder M und kürze stattdessen den Inhalt. Die Stufe bei einer langen URL anzuheben erzwingt ein dichteres Symbol, und das ist meist das größere Risiko.

Ein durchgerechnetes Gegenbeispiel hilft hier. Die Swiss QR-Rechnung, der nationale Zahlungsstandard für die Schweiz und Liechtenstein, schreibt Fehlerkorrekturstufe M vor, ein festes Symbol von 46 × 46 mm, eine Mindestmodulgröße von 0,4 mm und ein Schweizer Kreuz von 7 × 7 mm in der Mitte des Codes. Dieses Kreuz deckt etwa 2,3 % der Symbolfläche ab. Ein nationaler Bankenstandard setzt ein Logo auf einen QR-Code der Stufe M - weil das Logo klein und die Modulgröße garantiert ist. Stufe H ist keine Voraussetzung für ein Logo; sie ist der Ausgleich für ein großes.

Wie die Fehlerkorrektur die Größe eines gedruckten QR-Codes verändert

Eine höhere Fehlerkorrekturstufe macht jedes Modul bei fester Druckbreite kleiner, weil dieselben Daten eine höhere Symbolversion mit mehr Modulen je Seite brauchen. Das ist der Kompromiss, den die meisten übersehen: Die Stufe, die vor Schäden schützt, erhöht zugleich die Dichte, die überhaupt erst zu Scanfehlern führt.

Nimm eine URL mit 44 Zeichen wie https://koloqr.com/qr-codes-for/coffee-shops, im Byte-Modus codiert und 25 mm breit gedruckt:

Aus dieser Tabelle folgen zwei Dinge. Erstens schrumpft der Schritt von L nach H jedes Modul bei gleicher Druckgröße um etwa 21 % - auf saugendem Papier ist das der Unterschied zwischen scharfen Modulen und Modulen, die ineinander laufen. Zweitens ergeben M und Q für diesen Inhalt dieselbe Symbolversion, das heißt, Q ist umsonst: derselbe physische Code, dieselbe Modulgröße, 25 % Wiederherstellung statt 15 %.

Prüfe diesen zweiten Punkt jedes Mal. Weil die Kapazität in Stufen springt, kostet ein Schritt nach oben oft gar nichts. Erzeuge den Code in deiner gewählten Stufe, notiere die Rastergröße, erzeuge ihn eine Stufe höher und vergleiche. Bleibt das Raster gleich, nimm die höhere Stufe.

Wie viel von einem QR-Code darf ein Logo verdecken?

Ein Logo in der Mitte, das bis zu etwa 20 % der Fläche eines QR-Codes verdeckt, ist auf Stufe H in den meisten Druckabläufen zuverlässig wiederherstellbar. Die theoretische Obergrenze bei H liegt nahe bei 30 %, aber das ganze Wiederherstellungsbudget für das Logo auszugeben lässt nichts übrig für Farbzuwachs, Blendung, einen Fingerabdruck oder eine leicht unscharfe Kamera - und diese Fehler kommen aus demselben Budget.

Eine praktische Regel, die sich leicht prüfen lässt: Ein rundes Logo, dessen Durchmesser halb so groß ist wie die Breite des QR-Codes, verdeckt etwa 20 % der Symbolfläche. Ein quadratisches Logo mit der Seitenlänge 0,45 × Codebreite verdeckt ungefähr genauso viel. Bleib dabei, und Stufe H hält rund ein Drittel ihrer Kapazität in Reserve.

Regeln, die mehr zählen als der Prozentsatz:

• Halte das Logo in der Mitte. Ein zentriertes Logo verteilt seinen Schaden gleichmäßig über die verschachtelten Reed-Solomon-Blöcke. Ein außermittiges Logo gleicher Größe bündelt den Schaden und erschöpft eher einen einzelnen Block.
• Lass das Logo nie die drei Suchmuster berühren. Über diese großen Quadrate in den Ecken findet ein Scanner den Code überhaupt erst, und sie tragen keine Fehlerkorrektur.
• Gib dem Logo einen deckenden Hintergrund. Ein Logo mit transparentem Hintergrund direkt über den Modulen erzeugt an seinem Rand mehrdeutige halbe Module, und die daraus entstehenden Fehler muss der Decoder trotzdem mit Kapazität ausbügeln.
• Achte ab Version 7 auf die Ausrichtungsmuster. Ab Version 7 liegen Ausrichtungsmuster im Datenbereich, auch nahe der Mitte. Ein großes Logo in der Mitte kann eines davon begraben, was frontal meist noch scannt, aber schräg oder auf einer gewölbten Oberfläche versagen kann.
• Teste den gedruckten Code, nicht die Bildschirmvorschau. Ein Logo, das am Monitor bei 400 % Zoom funktioniert, kann bei 25 mm auf ungestrichenem Papier versagen.

KoloQR, ein kostenloser QR-Code-Generator mit runden und individuell geformten QR-Codes, unterstützt das Platzieren von Logos und lässt dich die Fehlerkorrekturstufe vor dem Export setzen. Dekorative Modulformen - abgerundete Punkte, runde Module - verkleinern die gedruckte Farbfläche jedes Moduls und verbrauchen damit einen Teil derselben Toleranz, die die Fehlerkorrektur bereitstellen soll. Styling verbessert die Scanleistung nie; die Fehlerkorrektur ist das, was den Unterschied auffängt. Wie das in der Praxis aussieht, zeigen gebrandete QR-Codes.

Welche Teile eines QR-Codes die Fehlerkorrektur nicht reparieren kann

Die Fehlerkorrektur schützt nur den Datenbereich. Die Strukturmuster, die ein Scanner braucht, bevor er überhaupt etwas decodieren kann, sind von der Reed-Solomon-Korrektur nicht abgedeckt, Schäden dort sind also meist tödlich, ganz gleich ob der Code mit L oder mit H erzeugt wurde.

• Suchmuster. Die drei konzentrischen Quadrate oben links, oben rechts und unten links sagen dem Scanner, wo das Symbol liegt und wie es gedreht ist. Keine Redundanz schützt sie. Eines zu verdecken heißt üblicherweise, dass der Code nie erkannt wird.
• Ruhezone. Die Ruhezone ist der leere Rand von vier Modulen um einen QR-Code, an dem ein Scanner erkennt, wo das Symbol beginnt und endet. Text, ein Rahmen oder ein Foto, das in diesen Rand geschoben wird, bricht die Erkennung, während jedes Modul im Code noch perfekt ist.
• Taktmuster. Die abwechselnden Linien aus einzelnen Modulen zwischen den Suchmustern legen das Modulraster fest. Ein Schaden hier verschiebt die gesamte Lesung.
• Ausrichtungsmuster. Ab Version 2 vorhanden, korrigieren sie perspektivische Verzerrung. Eines zu verlieren ist bei einem flachen, frontalen Scan oft zu überleben und auf einer gewölbten Flasche oder einem schrägen Schild deutlich weniger.

Die Formatinformation ist die Ausnahme. Der Modulstreifen neben den Suchmustern, der Fehlerkorrekturstufe und Maskenmuster festhält, ist selbst durch einen BCH-Code geschützt und zweimal im Symbol abgelegt, übersteht also von sich aus einiges an Schaden.

Wogegen die Fehlerkorrektur nicht schützt

Fehlerkorrektur behebt örtlich begrenzte Schäden, keine flächige Verschlechterung. Die Stufe von M auf H anzuheben bringt nichts für einen Code, der zu klein, zu blass, unscharf oder schlecht beleuchtet ist - diese Probleme betreffen jedes Modul auf einmal, und es bleibt keine unbeschädigte Stelle, aus der der Decoder rekonstruieren könnte.

Fehler, die eine höhere Fehlerkorrekturstufe nicht löst:

• Ein für seine Daten zu klein gedruckter Code. Unterhalb von etwa 0,4 mm je Modul im Druck tun sich Handykameras schwer, das Raster aufzulösen. Die Stufe anzuheben macht die Module kleiner und das Problem größer.
• Schwacher Kontrast. Ein Scanner braucht eine klare Hell-Dunkel-Unterscheidung. Ein blassgrauer Code auf cremefarbenem Grund versagt auf jeder Stufe.
• Invertierte Farben. Helle Module auf dunklem Grund werden nicht überall unterstützt; mehrere Scan-Apps und native Kameras erwarten Dunkel auf Hell.
• Blendung und Laminierung. Glanzlaminierung unter einem Strahler spiegelt in die Kamera und löscht das ganze Symbol aus.
• Bewegungsunschärfe und wenig Licht. Beides verschlechtert das ganze Bild, nicht eine Ecke davon.
• Eine falsche oder tote Ziel-URL. Die Fehlerkorrektur garantiert, dass der Scanner die codierte Zeichenkette korrekt liest. Ob diese Adresse noch auflöst, sagt sie nicht.

Wenn ein Code im Feld sporadisch versagt und das gedruckte Muster sauber aussieht, liegt es fast immer an Modulgröße, Kontrast oder Beleuchtung - nicht an der Fehlerkorrekturstufe.

Fehlerkorrektur am Bildschirm und im Druck

Auf einem Bildschirm ist Stufe L meist die bessere Wahl; im Druck ist M die vernünftige Untergrenze. Ein QR-Code auf einem Display trifft auf keines der physischen Risiken, für die es die Fehlerkorrektur gibt - kein Farbzuwachs, keine Knicke, kein Abrieb, kein Schmutz -, die Wiederherstellungskapazität bringt also nichts, und die zusätzlichen Module machen den Code dichter als nötig.

Was am Bildschirm zählt: Ein Code, der auf einem Handy gezeigt und von einem anderen Handy gescannt wird, kämpft mit Spiegelungen und Helligkeit, und dagegen hilft höhere Fehlerkorrektur nicht. Erhöhe stattdessen die Anzeigegröße und die Bildschirmhelligkeit.

Was im Druck zählt: Saugendes Papier lässt die Farbe auslaufen, und jedes Modul wächst leicht in seine Nachbarn hinein. Dieser Farbzuwachs ist eine echte Fehlerquelle und genau das, was die Stufen M und Q auffangen. Gestrichenes Papier läuft weniger aus; Zeitungspapier, Kraftpapier und Stoff laufen mehr aus. Exportiere SVG statt eines hochskalierten PNG, damit die Module in der Auflösung des Druckers geometrisch exakt bleiben - KoloQR exportiert sowohl PNG als auch SVG.

So testest du, wie viel Schaden dein QR-Code wirklich übersteht

Teste den echten gedruckten Code, statt dem Nennprozentsatz zu vertrauen - die Stufe nennt dir das Budget, die Auflage sagt dir, wie viel davon schon ausgegeben war. Das Verfahren unten dauert etwa fünfzehn Minuten und liefert dir eine Zahl, auf die du dich verlassen kannst.

1. Erzeuge den Code mit den finalen Einstellungen. Gleicher Inhalt, gleiche Fehlerkorrekturstufe, gleiches Logo, als SVG exportiert.
2. Drucke mit den Produktionseinstellungen auf dem Produktionspapier. Gleicher Drucker, gleiches Papier, gleiche Laminierung. Ein Laserandruck auf Büropapier sagt nichts darüber, wie sich ungestrichener Karton verhält.
3. Scanne den unbeschädigten Druck aus der vorgesehenen Distanz mit zwei Handys. Ein iOS- und ein Android-Gerät, mit der nativen Kamera. Versagt er schon hier, halt an und behebe Größe oder Kontrast, bevor du Schäden testest.
4. Decke 10 % der Symbolfläche in der Mitte mit deckendem Klebeband ab. Bei einem 25-mm-Code kommt ein Quadrat von 8 × 8 mm nahe an 10 %. Scanne erneut.
5. Vergrößere die abgedeckte Fläche in 5-%-Schritten, bis der Code nicht mehr scannt. Notiere den letzten Prozentsatz, der funktioniert hat - das ist deine echte Toleranz.
6. Wiederhole es mit dem Schaden an einer Kante und über einer Ecke. Die Suchmuster dabei aussparen. Randschäden versagen oft früher als Schäden in der Mitte.
7. Wiederhole es unter dem echten Licht. Die Verkaufsfläche, das Restaurant am Abend, der Lagergang.
8. Vergleiche das Ergebnis mit der Nennstufe. Versagt ein Code der Stufe H schon bei 12 % Abdeckung, hat die Druckqualität das restliche Budget aufgebraucht. Vergrößere den Code, kürze die URL oder wechsle auf eine weniger saugende Oberfläche.

Notiere die Zahl. Sie ist der nützlichste Einzelwert, den man vor einer Druckauflage haben kann.

Häufige Fehler bei der Wahl der Fehlerkorrekturstufe

Der häufigste Fehlerkorrekturfehler ist, standardmäßig H zu wählen, in der Annahme, mehr Schutz sei immer sicherer. Bei einer langen URL in kleiner Druckgröße erzeugt H einen dichteren Code, der öfter versagt als die Version mit M, die er ersetzt hat.