技术发展与应用现状

二维条码的技术发展与应用现状

施 科



作为当今应用最广泛的自动识别技术，条码是由一组按一定编码规则排列的条、空符号，其原理是利用条形码的粗细及黑白的线条来代表数字。常见的多为一维条码，一维条码信息容量较小，一般只有几十个字节。随着信息技术的发展，二维条码自发明至今，在全球范围内得到了愈加广泛的应用。

二维条码是一种信息存储的方式，具备信息容量大、具有良好的容错能力等优点，离线时二维条码可以存储上千个汉字，联线时可与数据库链接，真正实现无限扩容。自20世纪80年代末投入使用，它被称为“纸面EDI（电子信息交换）”。目前全球有40多种二维条形码，应用最多的二维条码PDF417是中国人的发明，PDF417发明人是台湾赴美学人王寅君博士，是其博士论文的直接应用，于1992年底在世界最大的条码设备制造公司美国符号科技公司（Symbol Technologies, Inc.）推出PDF417，成为国际最主流的二维条码标准。

一、一维条码（1D Barcode）

一维条码只是在一个方向（一般是水平方向）表达信息，而在垂直方向则不表达任何信息，其一定的高度通常是为了便于阅读器的对准。一维条码的应用可以提高信息录入的速度，减少差错率，但是一维条码也存在一些不足之处：

数据容量较小： 30个字符左右

只能包含字母和数字

条码尺寸相对较大（空间利用率较低）

条码遭到损坏后便不能阅读

二、二维条码（2D Barcode）

在水平和垂直方向的二维空间存储信息的条码， 称为二维条码（2-dimensional bar code）。如图1所示。




图1: 一维条码与二维条码



2.1、二维条码的分类

与一维条码一样，二维条码也有许多不同的编码方法，或称码制。就这些码制的编码原理而言，通常可分为以下三种类型（见图2)：

1. 线性堆叠式二维码 是在一维条码编码原理的基础上，将多个一维码在纵向堆叠而产生的。典型的码制如：Code 16K、Code 49、PDF417等。

2. 矩阵式二维码 是在一个矩形空间通过黑、白像素在矩阵中的不同分布进行编码。典型的码制如： Aztec、Maxi Code、QR Code、 Data Matrix等。
3. 邮政码 通过不同长度的条进行编码，主要用于邮件编码，如：Postnet、BPO 4-State。






图2：二维条码的分类

在许多种类的二维条码中，常用的码制有：Data Matrix，Maxi Code，Aztec，QR Code，Vericode，PDF417，Ultracode，Code 49，Code 16K 等，见图3：


图3：常用二维条码码制



其中：

Data Matrix 主要用于电子行业小零件的标识，如Intel的奔腾处理器的背面就印制了这种码。

Maxi Code 是由美国联合包裹服务（UPS）公司研制的

，用于包裹的分拣和跟踪。

Aztec 是由美国韦林（Welch Allyn）公司推出的，最多可容纳3832个数字或3067个字母字符或1914个字节的数据。

2.2、下面，我们以PDF417码为例，介绍二维条码的相关知识。

四一七条码符号是一个多行结构。符号的顶部和底部为空白区。上下空白区之间是多行结构。每行数据符号字符数相同，行与行左右对齐直接衔接。其最小行数为3，最大行数为90。四一七条码有三种数据压缩模式：文本压缩模式（TC）、字节压缩模式（BC）、数字压缩模式（NC）。每种压缩模式有不同的适用范围和压缩方法。在一个四一七条码中，可以应用多种模式表示数据。使用模式锁定码字或模式转移码字在三种不同模式之间转换。模式锁定与模式转移是两种不同概念。模式锁定是将当前模式切换为指定模式，该切换在下一个切换前有效。模式转移是将当前模式暂时切换到目标模式，该切换仅对切换后的第一个码字有效。

三、二维条码的优点：

（1）输入速度快。与键盘输入相比，条码输入的速度是键盘的5倍，并且能实现即时数据输入。（2）可靠性强。键盘输入数据出错率为三百分之一，利用光学字符识别技术出错率为万分之一，而采用条码技术误码率抵于万分之一。（3）采集信息量大。利用传统的一维条码一次可采集几十位的信息，一条PDF417二维条码最多可以存储的信息有1848个字母字符或2729个数字字符或字母数字混合编码[3]。（4）二维条码可以直接显示英文、中文、数字、符号、图形、可存放1KB的字符，可用扫描仪直接读取内容，无须另带数据库，可脱机使用。（5）译码可靠性高，纠错能力强。据有关信息显示，在美国国防部举办的管理数据库测试中，识读2000万个条码符号，无一列译码错误，说明PDF417具有很高的可靠性。还可对信息进行加密，生成密文，再编码，识读后的密文信息需要经过解码后才能还原。在最高级别时可将污损面积达50%的字符符号存储信息恢复再现，仍可读取完整信息[4]。（6）灵活实用。条码识别既可以作为一种识别手段单独使用，也可以和有关识别设备组成一个系统实现图书自动化识别。同时，它容易印制且寿命长、成本低，印的条码可用10年。它还具有传真性、影印性、追踪性等特点，它还可以和其它控制设备联接起来实现自动化管理。

四、二维条码的应用

4.1、运输行业的应用

一个典型的运输业务过程通常经历：供应商-->货运代理，货运代理-->货运公司，货运公司-->客户等几个过程，在每个过程中都牵涉到发货单据的处理。发货单据含有大量的信息，包括：发货人信息、收货人信息、货

物清单、运输方式等等。单据处理的前提是数据的录入，人工键盘录入的方式存在着效率低、差错率高的问题，已不能适应现代运输业的要求。

二维条码在这方面提供了一个很好的解决方案，将单据的内容编成一个二维条码，打印在发货单据上，在运输业务的各个环节使用二维条码阅读器扫描条码，信息便录入到计算机管理系统中，既快速又准确。

在美国，虽然 EDI 应用革新了业务流程的核心部分，但不巧的是它却忽略了流程中的关键角色--货运公司。许多 EDI 报文对于货运商来说总是迟到 ，以至于因不能及时确认准确的装运单信息而影响了货物运输和客户单据的生成。

美国货运协会 (ATA) 因此提出了纸上 EDI 系统。 发送方将EDI信息编成一张PDF417条码标签提交给货运商，通过扫描条码，信息立即传入货运商的计算机系统。这一切都发生在恰当的时间和恰当的地 点，使得整个运输过程的效率大大提高。

4.2、身份识别卡的应用

美国国防部已经在军人身份卡上印制 PDF417 码。 持卡人的姓名，军衔，照片和其他个人信息被编成一个PDF417码印在卡上。卡被用来做重要场所的进出管理及医院就诊管理。

该项应用的优点在于数据采集的实时性，低实施成本，卡片损坏（比如枪击）也能阅读，以及防伪性。

我国香港特别行政区的居民身份证也采用了PDF417码。其它的应用，如营业执照、驾驶执照、护照、我国城市的流动人口暂住证、医疗保险卡等也都是很好的应用方向。

4.3、文件和表格应用

日本Seimei 保险公司的每个经纪人在会见客户时都带着笔记本电脑。每张保单和协议都在电脑中制作并打印出来。当他们回到办公室后需要将保单数据手工输入到公司的主机中。

为了提高数据录入的准确性和速度，他们在制作保单的同时将保单内容编成一个PDF417条码，打印在单据上，这样他们就可以使用二维条码阅读器扫描条码将数据录入主机。

其它类似的应用还有：海关报关单、税务申报单、政府部门的各类申请表等等。

4.4、资产跟踪

美国钢管公司在各地拥有不同种类的管道需要维护。为了跟踪每根管子，他们将管子的编号，位置编号，制造厂商，长度，等级，尺寸，厚度以及其他信息编成一个PDF417条码，制成标签后贴在管子上。当管子移走或安装时，操作员扫描条码标签，数据库信息得到及时更新。

工厂可以采用二维条码跟踪生产设备；医院和诊所也可以采用二维条码标签跟踪设备、计算机及手术器械。

五、混合码及其应用

随着社会的发展、科技的进步、人民生活水平的提高、市场竞争的加剧，人们对信息的要求不

断提高。一维条码在它的一些传统应用领域，如：商业、药品、后勤运输等，由于受到信息容量的限制（一般只能标识物品或业务的识别号），已越来越不能满足人们的要求。二维条码技术的不断完善正在这些应用领域引发着变革。

美国UCC组织（统一编码委员会）推出了一种新的码制——混合码，它是一种一维码和二维码的组合码，其中：

* 一维码组成部分可以是：

* UCC/EAN-128

* UPC/EAN

* Reduced Space Symbology (RSS)

* 二维码组成部分可以是：

* CC-A (一种专用于混合码的PDF417 微码的变体)

* CC-B (标准 PDF417微码)

* CC-C (标准PDF417)

* 一维条码部分包含识别号，而二维条码部分包含补充信息

* 将来可用线性CCD 和带光栅的激光扫描器阅读。

5.1、混合码在后勤和运输业务中的应用

采用 UCC/EAN-128 并以二维条码作为补充，提供采购定单号、装运单、路线信息、装运通知的电子备份、包装、包含事项和批号等信息。

5.2、混合码在药品流通中的应用

用二维条码记录补充信息，可以提供过期日期以利于药品周转，同时可以记录批号用于药品跟踪。

5.3、混合码在零售业中的应用

在食品，特别是新鲜及冷冻的易坏的东西上标上批号和过期日期可以使得货物的周转效率大大提高。在电子产品上也可以标上软件和硬件的版本修订信息。

六、二维条码阅读器

二维条码的阅读设备依阅读原理的不同可分为：

* 线性CCD和线性图像式阅读器（Linear Imager） 可阅读一维条码和线性堆叠式二维码（如PDF417），在阅读二维码时需要沿条码的垂直方向扫过整个条码，我们称为“扫动式阅读”。这类产品比较便宜，有很好的性价比；

* 带光栅的激光阅读器 可阅读一维条码和线性堆叠式二维码。阅读二维码时将光线对准条码，由光栅元件完成垂直扫描，不需要手工扫动。

* 图像式阅读器（Image Reader） 采用摄像方式将条码图像摄取后进行分析和解码，可阅读一维条码和所有类型的二维条码，是一种高端设备。

美国韦林（Welch Allyn）公司是世界上主要的条码阅读设备制造商之一，其CCD技术、图像式阅读器（Image Reader）技术以及译码技术处于世界领先地位，最近她又提出了线性图像（Linear Imaging）技术的新概念。以先进的技术为基础，韦林的二维条码阅读设备一直领导着世界的潮流，其主要产品包括IT3800和IT4400两大系列。



参考文献：

1徐杰民，肖云，二维条码技术现状及发展前景[J]，计算机与现代化2004（12）。