二维码技术的发展及应用宁夏回族自治区标准化院王阿承摘要：随着二维码的日益普及，二维码的应用正在迅速扩大，条码及条码技术逐渐渗透到人们的生活中，把人们从繁琐和重复的工作中全面解脱出来，本文试从二维码的起源、编码原理、技术标准、与一维码进行比较及二维码应用等方面阐述二维码技术的发展及应用。

关键词：二维码编码原理技术标准应用Abstract: With the increasing popularity of the two dimensional barcode, two dimensional barcode applications are expanded rapidly, barcode and bar code technology permeates gradually to people's life, people from trival and repetitive work, this paper tries to comprehensive liberation from the origin, two dimensional barcode principle, technical standards, codes compared withone-dimensional yards and two dimensional barcode applications aspects, two dimensional barcode technology development and application.Key Words: Two dimensional barcode，Encoding principle，Technical standard，application 一、引言：条码技术自20世纪70年代初问世以来，发展十分迅速，仅仅20年时间，它已广泛应用于商业流通、仓储、医疗卫生、图书情报、邮政、铁路、交通运输、生产自动化管理等领域。

条码技术的应用极大地提高了数据采集和信息处理的速度，改善了人们的工作和生活环境，提高了工作效率，并为管理的科学化和现代化做出了重要贡献。

二、二维码的起源二维码技术从上世纪八十年代末开始出现，经过20年的推广应用，在传统行业的信息管理和信息交换领域发挥了巨大作用。

如果说一维码对工业发展产生了巨大贡献的话，二维码的明天无疑就是一维码的今天，甚至由于其具有的独特优势，能够对社会的经济发展贡献更多。

二维码技术是在一维码无法满足实际应用需求的前提下产生的。

由于受信息容量的限制，一维码通常是对物品的标识，而不是对物品的描述。

所谓对物品的标识，就是给某物品分配一个代码，代码以条码的形式标识在物品上，用来标识该物品以便自动扫描设备的识读，代码或一维码本身不表示该产品的描述性信息。

因此，在通用商品条码的应用系统中，对商品信息，如生产日期、价格等的描述必须依赖数据库的支持。

在没有预先建立商品数据库或不便联网的地方，一维码表示汉字和图像信息几乎是不可能的，即使可以表示，也显得十分不便且效率很低。

随着现代高新技术的发展，迫切需要用条码在有限的几何空间内表示更多的信息，以满足千变万化的信息表示的需要。

因此二维码技术应运而生。

三、二维码的编码原理二维码可以分为堆叠式/行排式二维码和矩阵式二维码。

堆叠式/行排式二维码形态上是由多行短截的一维码堆叠而成；矩阵式二维码以矩阵的形式组成，在矩阵相应元素位置上用“点”表示二进制“1”，用“空”表示二进制“0”，由“点”和“空”的排列组成代码。

（一）堆叠式/行排式二维码行排式二维码(又称：堆积式二维码或层排式二维码)，其编码原理是建立在一维码基础之上，按需要堆积成二行或多行。

它在编码设计、校验原理、识读方式等方面继承了一维码的一些特点，识读设备与条码印刷与一维码技术兼容。

但由于行数的增加，需要对行进行判定、其译码算法与软件也不完全相同于一维码。

有代表性的行排式二维码有CODE49、CODE 16K、PDF417等。

其中的CODE49,是1987年由 David Allair 博士研制，Intermec 公司推出的第一个二维码。

Code 49条码Code 49是一种多层、连续型、可变长度的条码符号，它可以表示全部的128个ASCII字符。

每个Code 49条码符号由2到8层组成，每层有18个条和17个空。

层与层之间由一个层分隔条分开。

每层包含一个层标识符，最后一层包含表示符号层数的信息。

Code 16K码Code 16K条码是一种多层、连续型可变长度的条码符号，可以表示全ASCII字符集的128个字符及扩展ASCII字符。

它采用UPC及Code128字符。

一个16层的Code 16K符号，可以表示77个ASCII字符或154个数字字符。

Code 16K通过唯一的起始符/终止符标识层号，通过字符自校验及两个模107的校验字符进行错误校验。

（二）矩阵式二维码短阵式二维码（又称棋盘式二维码）它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。

在矩阵相应元素位置上，用点（方点、圆点或其他形状）的出现表示二进制“1”，点的不出现表示二进制的“0”，点的排列组合确定了矩阵式二维码所代表的意义。

矩阵式二维码是建立在计算机图像处理技术、组合编码原理等基础上的一种新型图形符号自动识读处理码制。

具有代表性的矩阵式二维码有：Code One、Maxi Code、QR Code、 Data Matrix 等。

在目前几十种二维要码中，常用的码制有：PDF417二维码，Datamatrix二维码，Maxicode 二维码，QR Code，Code 49，Code 16K，Code one等，除了这些常见的二维码之外，还有Vericode条码、CP条码、Codablock F条码、田字码、 Ultracode条码，Aztec条码。

下图列举了国内外二维码制及符号。

四、二维码技术标准国外对二维码技术的研究始于20世纪80年代末，已研制出多种码制，全球现有的一维码、二维码多达250种以上，其中常见的有PDF417，QRCode，Code49，Code16K，CodeOne 等20余种。

二维码技术标准在全球范围得到了应用和推广。

美国讯宝科技公司(Symbol)和日本电装公司(Denso)都是二维码技术的佼佼者。

目前得到广泛应用的二维码国际标准有QR码、PDF417码、DM码和CM码。

QR码是由日本Denso公司于1994年9月研制的一种矩阵二维码符号，其全称为Quickly Response，意思是快速响应。

它除具有一维码及其他二维码所具有的信息容量大、可靠性高、可表示汉字及图像多种文字信息、保密防伪性强等优点外，还可高效地表示汉字，相同内容，其尺寸小于相同密度的PDF417条码。

它是目前日本主流的手机二维码技术标准，目前市场上的大部分条码打印机都支持QRcode条码。

PDF417码是由美籍华人王寅敬(音)博士发明的。

PDF是取英文Portable Data File三个单词的首字母的缩写，意为“便携数据文件”。

因为组成条码的每一符号字符都是由4个条和4个空构成，如果将组成条码的最窄条或统称为一个模块，则上述的4个条和4个空的总模块数一定为17，所以称417码或PDF417码。

DM码，其全称为DataMatrix，中文名称为数据矩阵。

DM采用了复杂的纠错码技术，使得该编码具有超强的抗污染能力。

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，DM码由于其优秀的纠错能力成为韩国手机二维码的主流技术。

MC（Maxicode）码（又称牛眼码），是一种中等容量、尺寸固定的矩阵式二维码，它由紧密相连的六边形模组和位于符号中央位置的定位图形所组成。

Maxicode是特别为高速扫描而设计，主要应用于包裹搜寻和追踪上。

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。

Maxicode的基本特征：外形近乎正方形，由位于符号中央的同心圆(或称公牛眼)定位图形 (Finder Pattern)，及其周围六边形蜂巢式结构的资料位元所组成，这种排列方式使得Maxicode可从任意方向快速扫描。

在我国，GM 《二维码网格矩阵码(GM)》SJ/T11349-2006和CM《二维码紧密矩阵码(CM)》SJ/T11350-2006标准是由原国家信息产业部于2006年5月25日所颁布的两项国产行业推荐标准。

此两项标准于2006年5月30日起实施。

GM码其全称为网格码（Grid Matrix Code）是一种正方形的二维码码制，该码制的码图由正方形宏模块组成，每个宏模块由6乘6个正方形单元模块组成。

网格码可以编码存储一定量的数据并提供5个用户可选的纠错等级。

CM码意为“紧密矩阵”，是英文Compact Matrix的缩写。

码图采用齿孔定位技术和图像分段技术，通过分析齿孔定位信息和分段信息可快速完成二维码图像的识别和处理。

五、二维码技术的优越性二维码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向上）分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的；在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”、“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理，因此，与一维码技术的比较中，其优越性显而易见。

首先，二维码的高密度特性克服了一维码技术识别技术较低的缺陷。

目前，应用比较成熟的一维码如EAN／UPC条码，因密度较低，故仅作为一种标识数据，不能对产品进行描述。

我们要知道产品的有关信息，必须通过识读条码而进入数据库。

这就要求我们必须事先建立以条码所表示的代码为索引字段的数据库。

二维码通过利用垂直方向的尺寸来提高条码的信息密度。

通常情况下其密度是一维码的几十到几百倍，这样我们就可以把产品信息全部存储在一个二维码中，要查看产品信息，只要用识读设备扫描二维码即可，因此不需要事先建立数据库，真正实现了用条码对“物品”的描述。

其次，二维码的纠错功能使得二维码成为一种安全可靠的信息存储和识别方法。

一维码的应用建立在这样一个基础上，那就是识读时拒读(即读不出)要比误读(读错)好。

因此一维码通常同其表示的信息一同印刷出来。

当条码受到损坏(如污染，脱墨等)时，可以通过键盘录入代替扫描条码。

鉴于以上原则，一维码没有考虑到条码本身的纠错功能，尽管引入了校验字符的概念，但仅限于防止读错。

二维码可以表示数以千计字节的数据，通常情况下，所表示的信息不可能与条码符号一同印刷出来。

如果没有纠错功能，当二维码的某部分损坏时，该条码便变得毫无意义，因此二维码引入错误纠正机制。