GS1數據矩陣碼淺析

廣西標準技術研究院 譚 欣 吳 敏 林翠霞

自動識別技術是信息數據自動識讀、自動輸入計算機的重要方法和手段，它是以計算機技術和通信技術的發展為基礎的綜合性科學技術。條碼技術在當今自動識別技術中占有重要的地位。自動識別技術的形成過程是與條碼的發明、使用和發展分不開的。條碼技術分為一維碼和二維碼。一維碼是由平行排列的寬窄不同的線條和間隔組成的二進制編碼。二維碼技術是在一維碼無法滿足實際應用需求的前提下產生的，由于受信息容量的限制，一維碼通常是對物品的標識，而不是對物品的描述，而二維碼能夠在橫向和縱向兩個方向同時表達信息，因此能在很小的面積內表達大量的信息。二維碼已是迄今為止最經濟、實用的一種自動識別技術，如何編碼才能使其在全球范圍內準確唯一，且能夠在任何商務流程中進行電子識讀，成為貿易供應鏈過程各主體最關心的問題。

GS1數據矩陣碼遵循GS1系統編碼規則，是全球通用的二維碼。全球統一編碼標識系統是國際物品編碼組織GS1負責開發和維護的應用于全球商貿領域的標準和商業語言，一般稱為“GS1系統”。GS1系統規則指明了特定具體應用中宜使用特定的數據載體。GS1認可的數據載體有一維碼、二維碼和復合碼，其中一維碼包括EAN/UPC碼、ITF碼、GS1-128碼和GS1 DataBar碼，二維碼包括GS1數據矩陣碼（GS1 DataMa?trix）和GS1 QR碼。隨著二維碼廣泛應用，符合GS1全球通用系統規則的GS1數據矩陣碼因其獨特的優點在各行各業得到了前所未有的普及，特別是在藥品、醫療器械和機械零部件領域得到大力推崇。但我們大多數人對GS1數據矩陣碼的結構和特征等特點不甚了解，下面從定義、外觀構成、技術特征、人工識讀字符和制作應用場景示例等方面對GS1數據矩陣碼進行簡單解析，為應用者提供參考。

數據矩陣碼與GS1數據矩陣碼

數據矩陣碼（DataMatrix）二維碼原名Datacode,由美國國際資料公司（International Data Matrix,簡稱ID Matrix）于1989年發明。DataMatrix二維碼又可分為ECC000-140和ECC200兩種類型，ECC000-140具有多種不同等級的錯誤糾正功能，而ECC200則使用Reed-Solomon糾錯方法從而使得部分破損的數據矩陣碼符號也能夠被正確識讀。因ECC200版本的尺寸可以依需求印成不同大小，使用時采用的錯誤糾正碼與尺寸配合，其演算法較為容易，且尺寸較有彈性，故一般以ECC200較為普遍。

GS1數據矩陣碼是通過在數據矩陣碼ECC200版本的第一個位置添加FNC1碼字形成的，從1994年開始已經在開放環境中應用。GS1系統采用數據矩陣碼部分原因是其能夠編碼GS1系統數據結構以及具有信息密度高、可以多種方法在不同基底上印制等GS1系統其他碼制不具有的特點。GS1數據矩陣碼是一種獨立的矩陣式二維碼，其符號由位于符號內部的多個方形模塊與分布于符號外沿的尋像圖形組成。

外觀總體構成

GS1數據矩陣碼由尋像圖形和數據兩個獨立的部分組成，如圖1所示。尋像圖形也被稱為“L尋像圖形”，L尋像圖形用于確定符號的形狀，即正方形或長方形、尺寸、方向、行數和列數，且用于識讀器確認該符號為GS1數據矩陣碼。尋像圖形的另外兩邊是交替的白點和黑點，被稱為“時鐘圖案”，其定義了符號的基本結構，也可以輔助確定尺寸和變形。數據是在尋像圖形內以矩陣模式進行編碼，其可翻譯為二進制GS1數據矩陣碼符號系統字符，即數字型或數字字母型。與一維碼相同，GS1數據矩陣碼有一個強制的空白區位于符號周圍，空白區的寬度等于四邊中每一邊上的符號X尺寸。每個數據矩陣碼符號由若干行和列組成。GS1數據矩陣碼始終具有偶數個行和列，因此其在右上角總是有一個淺色“正方形”（見圖1圓圈處）。如果對GS1數據矩陣碼符號進行反片印刷，這個角的顏色會變成深色。

技術特征

GS1數據矩陣碼的主要技術特征有符號形狀和表示、符號尺寸和符號質量等等，下面對部分主要技術特征進行簡析。

符號的形狀和表示

GS1數據矩陣碼可選擇正方形或長方形的形狀印制，如圖2所示。根據國際標準ISO/IEC 16022-2006《信息技術自動識別和數據采集技術數據矩陣條碼符號規范》，正方形數據矩陣碼符號由于具有更多的可選符號尺寸與較大的信息容量，其在日常中更常用；而高度有限的長方形數據矩陣碼符號更適合一些需要高速印刷技術和印刷空間特殊的情況。

圖2 正方形和長方形數據矩陣碼示例

符號尺寸

GS1數據矩陣碼的尺寸取決于編碼信息量和編碼格式、X尺寸和符號形式的選擇等三個因素。其中編碼信息量和編碼格式為數字型或數字字母型：數字和字符按二進制位編碼，由相同尺寸的模塊表示。在普通的打印條件下，模塊寬度用X尺寸表示，實際應用中X尺寸的范圍應綜合考慮應用系統的通用需求以及生成識讀設備的匹配條件，并由應用標準規定。

GS1數據矩陣碼的形式有正方形和長方形，為滿足不同數據內容的編碼需要，正方形和長方形的符號又各有多個版本。其中正方形的GS1數據矩陣碼符號只存在偶數行的形式，根據表示數據容量的不同，有從10×10模塊一直到144×144模塊共24個符號版本，而長方形的GS1數據矩陣碼則有從8×18到16×48模塊共6個符號版本，其中均不包括符號周圍1模塊寬的空白區。大于32×32模塊的GS1數據矩陣碼正方形符號被校正圖形分隔為4～36個數據區域，長方形符號也可被分為兩個數據區。未進行顏色反轉的校正圖形由深淺模塊交替排列形成圖形以及相鄰接的深色實線構成。具有四個數據區的正方形符號（左）和兩個數據區的長方形符號（右）的數據矩陣碼，如圖3所示，其編碼數據無實際意義。

圖3 多數據區GS1數據矩陣碼符號：正方形和長方形格式

符號質量

在應用中，涉及GS1數據矩陣碼符號質量包括編碼數據一致性和符號印刷質量兩方面，其中編碼數據一致性包含正確使用GS1應用標識符、校驗位等，符號的印刷質量根據ISO/IEC 15415-2011《信息技術自動識別與數據采集技術條碼符號印刷質量檢驗規范二維碼符號》中的規定，由符號等級、符號反差、軸向不一致性、網絡不一致性、未使用糾錯、固有圖形污損、模校調制比等參數的評價和應用掃描環境的要求綜合確定。GS1數據矩陣碼符號在應用場景中必須清晰可辨、印刷質量達到標準要求，即根據ISO/IEC 15415-2011,規定符號等級最低要求為1.5。同時根據實際情況，符號位置、X尺寸的最小值和最大值、創建符號的印刷工藝均需符合實際的應用標準，且設計印制全過程須做好質量控制。

人工識讀字符（HRI）

人工識讀,是指與機器識讀媒介相對應的可由人眼直接識別的編碼信息。人工識讀字符（Human Read?able Interpretation，HRI)位于條碼或標簽的上、下、左或右側，與條碼或標簽攜帶的字符相同的文本。非人工識讀字符文本（Non-HRI Text）,是指包裝、標簽或產品上所有其他的文本，如圖4所示（見下頁）。在實際應用中，建議在應用標識符（AI）及相關數據的GS1數據矩陣碼符號旁邊添加人工識讀字符。人工識讀字符的確切位置和字體取決于具體的應用指南，典型慣例是將主要信息，例如全球貿易項目編號GTIN置于條碼下面的人工可讀數據中。字符應清晰易讀，并且必須明顯與符號相關聯。應用標識符（AI）應在人工識讀字符中清晰標識，以便在符號無法掃描的情況下可輸入人工識讀字符，這通過將應用標識符放在括號內來實現。括號不是數據的一部分，也不在符號中編碼。這與起始符FNC1的用法完全相反，當FNC1用作起始符或分隔符時，必須在符號中編碼，但不出現在供人識讀字符中。

圖4 HRI和 Non-HRI示例

制作及應用場景示例

數據矩陣二維碼的最小尺寸是目前所有條碼中最小的，特別適用于小零件的標識，以及直接印刷在實體上。在實際應用中，由于非二維成像式條碼識讀器不能識讀GS1數據矩陣碼，故其僅限于在整個供應鏈中采用成像式識讀器的新型應用系統中使用，且制作應遵循已經核準的GS1系統應用導則。

下面列出了一些可制作應用GS1數據矩陣碼的方法或場景：直接在部件上標印，如在汽車、飛機金屬零件、醫療器械以及外科植入式器械等物品上采用打點沖印的方法制作；利用激光或化學刻蝕的辦法在部件上構建，如電路板、電子元件、醫療器械、外科植入式器械等上制作低反射率（高反射率背底）或高反射率（低反射率背底）模塊GS1數據矩陣碼；在高速噴墨設備不能印制可識讀的一維碼時，可以在部件或組件上噴制數據矩陣碼；在非常小的物品上，其提供的空間只能容納方形符號，或者不能容納GS1 DataBar以及復合碼的情況時用數據矩陣碼；在提供B2C包裝擴展信息類應用上使用數據矩陣碼。GS1數據矩陣碼應用示例，如圖5所示。

圖5 GS1數據矩陣碼應用示例