Wie QR-Code-Generatoren QR-Codes so schnell erstellen

Wenn Sie schon einmal auf QRCodeChicken auf die Schaltfläche „QR-Code erstellen“ geklickt haben, ist Ihnen wahrscheinlich aufgefallen, dass Ihr QR-Code nahezu sofort erscheint.

Egal, ob Sie einen QR-Code für eine Website, ein WLAN-Netzwerk, eine E-Mail-Adresse oder eine Telefonnummer erstellen – der Vorgang dauert in der Regel weniger als eine Sekunde.

Warum ist die Erstellung von QR-Codes also so schnell?

Die Antwort ist überraschend einfach: QR-Codes enthalten nur sehr wenige Daten, und der Algorithmus zu ihrer Erstellung ist darauf ausgelegt, äußerst effizient zu arbeiten. Im Gegensatz zum Erstellen eines Videos, dem Rendern eines Bildes oder dem Trainieren eines KI-Modells besteht die Generierung eines QR-Codes hauptsächlich darin, Daten nach einem festen Regelwerk in einem Raster anzuordnen.

Schauen wir uns an, was dabei tatsächlich im Hintergrund passiert.

Schritt 1: Ihre Daten werden vorbereitet

Alles beginnt mit dem QR-Code-Typ, den Sie auswählen. Nachdem Sie alle erforderlichen Informationen eingegeben haben, wandelt der Generator diese in eine standardisierte Textzeichenfolge um. Diese formatierte Zeichenfolge sind die eigentlichen Daten, die in den QR-Code codiert werden.

Je nach ausgewähltem QR-Code-Typ könnten die formatierten Daten beispielsweise so aussehen:

Für einen QR-Code-Generator sind all diese Beispiele lediglich Textzeichenfolgen.

Obwohl diese Zeichenfolgen unterschiedlich aussehen, stellen sie alle Klartext dar. Der QR-Code-Generator öffnet weder die Website noch verbindet er sich mit dem WLAN oder überprüft die E-Mail-Adresse. Er übernimmt den formatierten Text genau so, wie er vorliegt, und bereitet ihn für die Codierung in den QR-Code vor.

• https://qrcodechicken.com (URL-QR-Code)
• Hello World (TEXT-QR-Code)
• WIFI:T:WPA;S:MyWiFi;P:password123;; (WLAN-QR-Code)
• mailto:someone@example.com (E-MAIL-QR-Code)

Schritt 2: Der Text wird in Binärdaten umgewandelt

Nachdem der Text vorbereitet wurde, besteht der nächste Schritt darin, ihn in ein Format umzuwandeln, das Computer verstehen können.

Computer arbeiten nicht direkt mit Buchstaben oder Wörtern. Stattdessen erhält jedes Zeichen anhand eines Zeichenkodierungsstandards wie ASCII oder Unicode einen numerischen Wert. Diese Zahlen werden anschließend als Binärzahlen dargestellt – als Folge von Einsen und Nullen.

Das Wort HELLO wird beispielsweise folgendermaßen umgewandelt:

Diese lange Bitfolge enthält die Informationen, die später im QR-Code gespeichert werden. In diesem Stadium handelt es sich lediglich um Binärdaten – sie wurden noch nicht in das bekannte quadratische Muster angeordnet.

Obwohl QR-Codes aus schwarzen und weißen Modulen bestehen, werden die Binärziffern nicht direkt nach dem Prinzip „1 = schwarz“ und „0 = weiß“ in den QR-Code übernommen. Stattdessen verarbeitet die QR-Code-Spezifikation den Bitstrom, fügt Fehlerkorrekturdaten hinzu und ordnet die Bits in einem vordefinierten Layout an, bevor festgelegt wird, welche Module schwarz und welche weiß sind.

• H → 72 → 01001000
• E → 69 → 01000101
• L → 76 → 01001100
• L → 76 → 01001100
• O → 79 → 01001111

Kombiniert: 0100100001000101010011000100110001001111

Schritt 3: Fehlerkorrekturdaten werden hinzugefügt

Bevor der QR-Code erstellt wird, fügt der Generator zusätzliche Daten hinzu, die als Fehlerkorrektur bezeichnet werden. Diese zusätzlichen Informationen dienen als Sicherung und ermöglichen es Scannern, die ursprünglichen Daten wiederherzustellen, selbst wenn Teile des QR-Codes beschädigt sind oder fehlen.

Wird ein QR-Code beispielsweise zerkratzt, verschmutzt, verblasst oder teilweise von einem Aufkleber oder Logo verdeckt, kann der Scanner die fehlenden Informationen häufig rekonstruieren, anstatt den Code nicht lesen zu können.

Der QR-Code-Generator erstellt diese Sicherungsinformationen mithilfe eines mathematischen Verfahrens namens Reed-Solomon-Fehlerkorrektur. Die zugrunde liegende Mathematik ist zwar komplex, das Grundprinzip jedoch einfach: Aus den Originaldaten werden zusätzliche Bytes berechnet, mit denen fehlende oder beschädigte Informationen beim Scannen erkannt und wiederhergestellt werden können.

Wie viele Fehlerkorrekturdaten hinzugefügt werden, hängt von der Stufe ab, die Sie beim Erstellen des QR-Codes auswählen:

Auch wenn die Reed-Solomon-Fehlerkorrektur kompliziert klingt, enthalten QR-Codes in der Regel nur eine geringe Datenmenge. Moderne Computer führen diese Berechnungen in einem Bruchteil einer Millisekunde durch, wodurch der gesamte Vorgang praktisch sofort abgeschlossen ist.

• Stufe L – Stellt etwa 7 % beschädigter Daten wieder her.
• Stufe M – Stellt etwa 15 % wieder her.
• Stufe Q – Stellt etwa 25 % wieder her.
• Stufe H – Stellt etwa 30 % wieder her und ist die beste Wahl, wenn ein Logo hinzugefügt wird.

Schritt 4: Die Daten werden im QR-Code-Raster platziert

Sobald die Daten und die Fehlerkorrekturinformationen vorbereitet sind, platziert der QR-Code-Generator jedes Bit in einem quadratischen Raster. Aus diesem Raster entsteht schließlich der schwarz-weiße QR-Code, den Sie sehen.

Die Platzierung erfolgt nicht zufällig. Die QR-Code-Spezifikation legt genau fest, wo jedes Bit gespeichert wird, sodass jeder QR-Code-Scanner den Code korrekt lesen kann – unabhängig davon, von wem er erstellt wurde.

Bevor die eigentlichen Daten eingefügt werden, werden mehrere Bereiche des Rasters für Muster reserviert, die dem Scanner helfen, den QR-Code zu finden und zu decodieren:

Nachdem diese reservierten Bereiche platziert wurden, werden die verbleibenden freien Module mit den Daten- und Fehlerkorrekturbits nach einem vordefinierten Zickzackmuster gefüllt, das im QR-Code-Standard festgelegt ist.

Schritt 5: Das Bild wird erstellt

Zu diesem Zeitpunkt ist der QR-Code bereits vollständig erstellt. Jedem Modul wurde seine richtige Position zugewiesen, und das vollständige Raster befindet sich im Arbeitsspeicher. Der letzte Schritt besteht lediglich darin, dieses Raster als Bild zu zeichnen.

Die Software rendert jedes Modul entweder als schwarzes oder weißes Quadrat und erzeugt so das bekannte QR-Code-Muster, das von Smartphones und anderen QR-Code-Scannern gelesen werden kann.

Je nach Generator und gewähltem Format kann der fertige QR-Code exportiert werden als:

Warum benötigt die Erstellung von QR-Codes so wenig Rechenleistung?

Die Erstellung von QR-Codes ist überraschend ressourcenschonend, da der Computer nur wenige einfache Operationen auf einer relativ kleinen Datenmenge ausführt. Es sind weder komplexe Berechnungen noch KI-Modelle oder große Dateien zu verarbeiten.

• Ihre Eingaben werden in eine standardisierte Textzeichenfolge formatiert.
• Der Text wird in Binärdaten umgewandelt.
• Die Fehlerkorrekturdaten werden mithilfe des Reed-Solomon-Algorithmus berechnet.
• Die Bits werden gemäß der QR-Code-Spezifikation im QR-Code-Raster platziert.
• Das fertige Bild wird durch das Einfärben kleiner schwarzer und weißer Quadrate gezeichnet.

Warum Tausende von QR-Codes pro Sekunde erstellt werden können

Selbst einfache Server können Tausende von QR-Codes pro Sekunde erstellen, ohne die CPU nennenswert zu belasten.

Auf Websites wie QRCodeChicken.com erscheint der QR-Code nahezu sofort, da er vollständig in Ihrem Browser erzeugt wird, ohne Daten an einen Server zu senden.

Benötigt ein QR-Code-Generator eine Internetverbindung?

Nicht unbedingt.

Der Algorithmus zur Erstellung von QR-Codes funktioniert vollständig offline.

Viele QR-Code-Generatoren, darunter auch browserbasierte Tools, können QR-Codes direkt auf Ihrem Gerät mit JavaScript erstellen.

In diesen Fällen:

Einige Websites erstellen QR-Codes dennoch auf ihren Servern. Dies geschieht jedoch meist aus Gründen der Benutzerfreundlichkeit, für Analysen oder für dynamische QR-Code-Funktionen – nicht, weil der Algorithmus eine serverseitige Verarbeitung erfordert.

In diesen Fällen kann es zu einer kleinen Verzögerung kommen, da die Daten zunächst an den Server gesendet und das erzeugte QR-Code-Bild anschließend über das Internet zurückübertragen werden muss.

Verlangsamt das Hinzufügen eines Logos die Erstellung?

Nicht nennenswert.

Beim Hinzufügen eines Logos führt der Generator lediglich folgende Schritte aus:

Die zusätzliche Bildverarbeitung verursacht nur einen geringen Mehraufwand. Deshalb erscheinen QR-Codes mit Logo ebenfalls nahezu sofort.

Der wichtigere Faktor ist nicht die Geschwindigkeit, sondern sicherzustellen, dass das Logo nicht zu viel vom QR-Code verdeckt. Die Fehlerkorrektur kann fehlende Bereiche bis zu einem gewissen Grad ausgleichen, doch eine zu starke Abdeckung kann das Scannen erschweren.

Fazit

Die Erstellung eines QR-Codes wirkt nahezu augenblicklich, weil der gesamte Prozess einfach und stark optimiert ist. Ein QR-Code-Generator formatiert Ihre Daten, wandelt sie in Binärdaten um, fügt Fehlerkorrekturdaten hinzu, platziert die Bits in einem strukturierten Raster und rendert schließlich das fertige Bild.

Da QR-Codes in der Regel nur eine geringe Datenmenge enthalten, können moderne Computer all diese Schritte innerhalb weniger Millisekunden ausführen – unabhängig davon, ob die Erstellung auf einem Server oder direkt in Ihrem Browser erfolgt.