二維條碼技術及應用淺析

[摘要] 本文系統闡述了條碼技術，重點介紹了二維碼編碼技術、二維碼技術標準、手機二維碼和圖書二維碼的應用。

[關健詞] 條碼技術二維條碼手機二維碼圖書二維碼

一、條碼技術

條碼技術是在計算機技術和信息技術基礎上發展起來的一門集編碼、印刷、識別、數據采集和處理于一身的技術。條碼技術廣泛應用于商業、郵政、圖書管理、倉儲、工業生產過程控制、交通等領域，在當今的自動識別技術中占有重要的地位。條碼就是由一組規則排列的條、空以及對應的字符組成的標記，“條”指對光線反射率較低的部分，“空”指對光線反射率較高的部分，這些條和空組成的數據表達一定的信息，并能夠用特定的設備識讀，轉換成與計算機兼容的二進制和十進制信息。通常對于每一種物品，它的編碼是唯一的，對于普通的一維條碼來說，還要通過數據庫建立條碼與物品信息的對應關系，當條碼的數據傳到計算機上時，由計算機的應用程序對數據進行操作和處理。因此，普通的一維條碼在使用過程中僅作為識別信息，它的意義是通過在計算機系統的數據庫中提取相應的信息而實現的。而條碼系統則是由條碼符號的設計、制作及掃描閱讀組成的自動識別系統。條碼是迄今為止最經濟、實用的一種自動識別技術。條碼技術具有以下幾方面的優點：

1.可靠準確。用鍵盤輸入平均每300個字符一個錯誤，而條碼輸入平均每15000個字符一個錯誤。如果加上校驗位出錯率是千萬分之一。

2.數據輸入速度快。鍵盤輸入，一個每分鐘打90個字的打字員1.6秒可輸入12個字符或字符串，而使用條碼，做同樣的工作只需0.3秒，速度提高了5倍。

3.經濟便宜。與其他自動識別技術相比較，推廣應用條碼技術，所需費用較低。

4.靈活實用。條碼符號作為一種識別手段可以單獨使用，也可以和有關設備組成識別系統實現自動化識別，還可和其他控制設備聯系起來實現整個系統的自動化管理。同時，在沒有自動識別設備時，也可實現手工鍵盤輸入。

5.自由度大。識別設備與條碼標簽相對位置的自由度要比OCR大得多。因為只在一維方向上表達信息的條碼，同一條碼上所表示的信息完全相同并且連續，這樣即使是標簽有部分缺欠，仍可以從正常部分讀取正確的信息。

6.識讀設備簡單。條碼符號識別設備的結構簡單，操作容易，無需專門訓練。

7.易于制作。條碼可印刷，被稱作“可印刷的計算機語言”，條碼標簽易于制作，對印刷技術設備和材料無特殊要求。

條碼主要分有一維條碼和二維條碼。一維條碼只是在一個方向（一般是水平方向）表達信息，而在垂直方向則不表達任何信息，其一定的高度通常是為了便于閱讀器的對準。一維條碼的應用可以提高信息錄入的速度，減少差錯率，一維條碼的主要特征是簡單直觀，條碼表示的信息與其下方的數字一致，生成設備與識讀設備品種多、價格低，對生成設備要求不高，管理方案眾多、成熟。但是一維條碼也存在一些不足之處：

數據容量較小，30個字符左右（如EAN/UPC、CODE 39 、CODE128、EAN、UPC等，只能作為一個簡單的編碼，離開了數據庫的支持，這類條碼變得毫無意義）；只能包含字母和數字；條碼尺寸相對較大（空間利用率較低）；條碼遭到損壞后便不能閱讀。

二維條碼（2-dimensional bar code）是在水平和垂直方向的二維空間存儲信息。二維條碼具有信息容量大、安全性強、保密性高（可加密）、識別率高、編碼范圍廣等特點。同一維條碼相比，二維條碼也有一些缺點，如要有專門的生成程序 ，識讀設備價格比較昂貴，對于在線掃描，即先有碼后賦值的模式，不能發揮其特點。

二、二維條碼的編碼原理

與一維條碼一樣，二維條碼也有許多不同的編碼方法或稱碼制。就這些碼制的編碼原理而言，通常可分為以下三種類型：

線性堆疊式（或稱層排式）二維碼（stacked bar code）：是在一維條碼編碼原理的基礎上，將多個一維碼在縱向堆疊而產生的。在編碼設計、校驗原理、識讀方式等方面繼承了一維條碼的特點，識讀設備與條碼印刷與一維條碼技術兼容，這類二維條碼有CODE49、PDF417、CODE16K等。

矩陣式二維碼（dot matrix bar code）：是在一個矩形空間里通過黑、 白像素在矩陣中的不同分布進行編碼。矩陣式二維條碼是建立在計算機圖像處理技術、組合編碼原理等基礎之上的一種新型的圖像符號自動識別處理碼制。有代表性的有CODE ONE、DATA MATRIX 、CP碼等。

郵政碼:通過不同長度的“條”進行編碼，主要用于郵件編碼。

二維條碼具有以下特點：

信息容量大，在一個二維條碼中可以存儲1000個字節以上，一個載體上可以有幾個二維條碼；信息密度高，同樣大小的二維條碼是一維條碼信息密度的100倍以上；識別率極高，由于二維碼有極強的錯誤修正技術，即便破損、玷污50%的面積也能正確讀出全部信息；保密性、防偽能力強，由于二維碼的編碼技術十分巧妙，因此非常有效地防止偽造；編碼范圍廣，可以將照片、指紋、掌紋、手寫簽名等凡是可以數字化的信息均可編碼；制作容易、使用成本低，可以打印在普通的紙張、PVC或其他材料上，與一維條碼的制造成本相當。

三、二維條碼技術標準

國外對二維條碼技術的研究始于20世紀80年代末，已研制出多種碼制，全球現有的一、二維條碼多達250種以上，其中常見的有PDF417，QRCode，Code49，Code16K，CodeOne等20余種。二維條碼技術標準在全球范圍得到了應用和推廣。美國訊寶科技公司(Symbol)和日本電裝公司(Denso)都是二維條碼技術的佼佼者。

目前得到廣泛應用的二維碼國際標準有QR碼、PDF417碼、DM碼和CM碼。

QR碼是由日本Denso公司于1994年9月研制的一種矩陣二維條碼符號，其全稱為Quickly Response，意思是快速響應。它除具有一維條碼及其他二維條碼所具有的信息容量大、可靠性高、可表示漢字及圖像多種文字信息、保密防偽性強等優點外，還可高效地表示漢字，相同內容，其尺寸小于相同密度的PDF417條碼。它是目前日本主流的手機二維碼技術標準，目前市場上的大部分條碼打印機都支持QRcode條碼。

PDF417碼是由美籍華人王寅敬(音)博士發明的。PDF是取英文Portable Data File三個單詞的首字母的縮寫，意為“便攜數據文件”。因為組成條碼的每一符號字符都是由4個條和4個空構成，如果將組成條碼的最窄條或統稱為一個模塊，則上述的4個條和4個空的總模塊數一定為17，所以稱417碼或PDF417碼。

DM碼，其全稱為DataMatrix，中文名稱為數據矩陣。DM采用了復雜的糾錯碼技術，使得該編碼具有超強的抗污染能力。主要用于電子行業小零件的標識，如Intel的奔騰處理器的背面就印制了這種碼，DM碼由于其優秀的糾錯能力成為韓國手機二維碼的主流技術。

MC（Maxicode）碼（又稱牛眼碼），是一種中等容量、尺寸固定的矩陣式二維條碼，它由緊密相連的六邊形模組和位于符號中央位置的定位圖形所組成。Maxicode是特別為高速掃描而設計，主要應用于包裹搜尋和追蹤上。是由美國聯合包裹服務(UPS)公司研制的，用于包裹的分揀和跟蹤。Maxicode的基本特征：外形近乎正方形，由位于符號中央的同心圓(或稱公牛眼)定位圖形 (Finder Pattern)，及其周圍六邊形蜂巢式結構的資料位元所組成，這種排列方式使得Maxicode可從任意方向快速掃描。

在我國，GM 《二維碼網格矩陣碼(GM)》SJ/T11349-2006和CM《二維碼緊密矩陣碼(CM)》SJ/T11350-2006標準是由原國家信息產業部于2006年5月25日所頒布的兩項國產行業推薦標準。此兩項標準于2006年5月30日起實施。

GM碼其全稱為網格碼（Grid Matrix Code）是一種正方形的二維碼碼制，該碼制的碼圖由正方形宏模塊組成，每個宏模塊由6乘6個正方形單元模塊組成。網格碼可以編碼存儲一定量的數據并提供5個用戶可選的糾錯等級。

CM碼意為“緊密矩陣”，是英文Compact Matrix的縮寫。碼圖采用齒孔定位技術和圖像分段技術，通過分析齒孔定位信息和分段信息可快速完成二維條碼圖像的識別和處理。

四、二維碼的應用

1.手機二維碼

手機與二維碼的結合，進一步拓展了二維碼應用價值，促進了行業的融合。隨著市場、產業鏈、商業模式的不斷成熟，手機二維碼將為通信、媒體以及其他傳統行業帶來更多的商機，手機二維碼將在未來走進更多人的生活。隨著全球信息通信技術的迅猛發展，以手機為終端的各種應用不斷涌現，在未來，手機無疑將成為移動商務賴以發展的最重要的終端之一，而手機二維碼的發展將在移動商務的發展中扮演重要角色。

手機二維碼由一個二維碼矩陣圖形和一個二維碼號，以及下方的說明文字構成。用戶通過手機攝像頭對二維碼圖形進行掃描，或輸入二維碼號即可以進入相關網頁進行手機上網。作為一種新型的數據業務，二維碼能將多種無線通信手段進行集成（SMS/MMS/WAP/CRBT），通過二維碼的信息導航與信息承載，二維碼將成為中國運營商打造新媒體的重要平臺。手機二維碼有兩種典型業務：(1)識讀。識讀就是借助二維碼生成軟件和手機應用軟件，用手機對準條碼，直接讀出碼上信息。(2)被讀。被讀是指，推廣公司會發一條含二維碼的短信或彩信到手機上，拿商場或檢票口的識讀裝置掃描，就可以得到優惠或門票確認。

(1)手機二維碼的典型應用

①電子商務

主要包括電子支付回執、電子票務、電子折扣等，其中電子回執的主要推動力量來自中國移動，自從短消息業務之后，中國移動一直希望找到下一個增值業務的殺手級應用，因此對電子回執業務寄予了很大的期望。如圖3所示，電子回執目前完整的產業鏈包括技術提供商、中國移動、中國銀聯、票務和用戶。電子回執將手機作為支付工具，將信用卡作為支付平臺，使得消費者在獲得發送到手機的電子支付回執憑條后，可憑此領取所購買的物品或享受折扣、售后服務、VIP服務等。而電子票務的實現方式結合售票單位的網站、售票信息發布平臺共同完成。首先消費者有購票的需求，查找相關的票務信息，接觸到票務信息后，根據相關信息發短信至售票系統，按提示進行手機支付。支付完成后，售票系統會把電子票以二維碼的形式發送到購票者手機中，完成購票流程。

②防偽功能

通過手機電子二維碼識別驗證可享受專項服務的證據，具有客戶惟一性。利用安裝了二維碼閱讀引擎的手機，即可有效解決上述問題。二維條碼具有多重防偽特性，它可以采用密碼防偽、軟件加密及利用所包含的信息如指紋、照片等進行防偽，因此具有極強的保密防偽性能。

(2)手機二維碼在全球市場的應用概況

①日本：QR碼

QR碼最初由夏浦等日系廠商共同制定，為了方便手機上網而開發。目前日本市場上已有很成熟的QR手機二維碼市場應用，QR條形碼在日本得到相當規模的應用，日本的海報、游覽手冊、傳單、折扣券、電子票證，甚至連樹上都貼著二維碼，成為日本手機用戶登錄網站以及獲得廣告商品信息的非常便捷的方式。如圖1所示，NTT Docomo推出的手機中將有超過90％具有QR編碼識別功能。

②韓國：DM碼

在韓國，DM碼則大行其道，最近用戶突破了千萬，也被證明是成功的模式。韓國的鈴聲下載和游戲已成最熱門DM讀碼服務，許多的游戲廠商和內容提供商，每天都會在報紙上刊出不同服務的二維條碼，讓消費者更快去找到使用的內容。

③歐洲：DM碼

在歐洲，DM碼已在德國、烏克蘭、奧地利、瑞士、意大利等國家應用，尤其是在銷售足球賽門票時廣泛使用手機購買的電子票。而英國也計劃在2010年推出手機二維碼登機牌，乘客不需要機票和登機牌，只需要用手機上的登機二維碼掃描即可。

④中國：QR和DM碼并行

中國目前用手機瀏覽WAP網頁的用戶還很少，手機上網多按照信息流量來收費，通信費都比較昂貴。但中國手機二維碼用戶量在未來幾年將呈現快速增長態勢，到2010年有望達到2.7億人。目前中國移動采用的是矩陣式的QR和DM碼。

(3)手機二維碼的安全與監管

①安全性

從技術角度來看，手機二維碼如果用于一般的商業用途，基本上不會出現安全隱患。惟一需要防范的是，某些造假者具有生成二維碼的能力。對于掌握各種二維碼的生成源程序的廠家來說，可以在生成手機條碼的過成中采用二維條碼內部的加密，保證二維條碼具有防止偽造的充分可靠性。另外，為進一步保證手機條碼使用的安全性，可以在第一次顯示二維條形碼時，將手機ID發送至指定服務商。之后每次使用時，再將這一數據與手機的ID相對照，不管相符與否，均可由系統發回一個確認短信，以此判斷是否非法持有該“二維碼”。這樣，無論手機持有者是利用短信轉發的功能還是其他的方式去復制，都無法改變二維條碼中的特征信息。

②監管

從整體上看，韓日的手機二維碼市場都存在不足。在日本，手機二維碼的運營模式是全開放式的，二維碼掃描是手機上的一項功能，而不是運營商提供的一種服務。二維碼的技術商將解碼軟件提供給運營商后，按手機的裝機量收取版權費，運營商則將軟件的解碼完全公開，用戶可以進行任意編碼。日本由于編碼完全開放，無法形成有效的產業鏈，使得整個手機條碼市場的價值沒有真正得以發掘。而韓國，由于二維碼專利權益是推動這個市場的主要動力，造成了各電信巨頭都開發自己的碼制，競爭也趨于惡性，市場的大規模推廣困難重重。我們在手機二維碼業務推廣中要借鑒日、韓兩的成功經驗，同時不能照搬，而應采用有效過濾的管理模式。因為如果手機鏈接的內容是黃色網站、政治性網站或虛假、低俗信息，勢必對社會產生不良影響。

2.圖書二維碼

利用二維碼可以對漢字或圖片進行編碼的特性，可以很容易地將圖書在版編目（CIP）數據、版權信息、內容提要、防偽信息，甚至封面圖案、作者照片及指紋等一切可以數字化的信息編入二維碼中，可以有效地解決圖書信息的可機讀及真偽辨別問題。在圖書管理、銷售、收藏等單位的計算機上錄入出版物編目數據等信息時，只需幾秒鐘就可以準確地完成，不僅節約了圖書登記、圖書管理人員的寶貴時間，還避免了人工錄入較易發生的差錯，確保了圖書信息的可靠性，因此可廣泛地運用于出版物。

出版行業采用二維碼技術對于解決目前出版物物流信息處理中存在的交換格式不規范、書號不惟一、信息傳遞滯后，影響物流通暢、重復編目浪費巨大等問題極為有效。

將二維碼應用于圖書等出版物，不僅能夠起到有效保護版權的作用，還能夠實現增值服務、提高讀者黏性。提供最簡單可行的版權管理、銷售監控機制，實現對侵權行為的快速發現達到保護版權的目的，進而在用戶中樹立版權概念并拉動參與。二維碼圖書管理系統能夠建立交互的服務和增值模式，以圖書內容為核心實現對讀者更好售后和增值服務；并可建立編者-讀者、讀者-讀者、讀者-銷售渠道之間的多向交互。這樣還可以借助圖書銷售反饋信息提高印量預測準確性、降低退貨損失、甚至可以開展預售、個性化印刷。通過版權保護和服務提升拉動品牌形象，對讀者行為進行跟蹤分析，實現對用戶群和行業整體的把握，為出版行業帶來無限商機。

參考文獻：

[1]www.inspiry.com.cn/solution/book_2dCode.html

[2]www.gapp.gov.cn/xwzs/html/53/858/200608/450999.html

[3]www.syston.com.cn/2barcode/shouji.htm

[4]www.subject.it168.com/nblue/200701/tele/erweima/index.shtml