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汉信码与PDF417、 数据矩阵码(DM码)、QR码的对比

发布时间:2021年11月17日 来源:中国自动识别网 作者:邓惠朋 王毅 董晓文

上世纪80年代早期,随着条码技术在零售等行业的广泛应用,越来越多的行业希望能够采用条码来解决本行业面临的物品管理和信息自动化采集方面的问题,与此同时,多种应用场景也对条码技术提出了新的更高的要求。在行业应用场景中,人们希望条码能够承载更多的数据量,能够标识数字之外的ASCII字符、日文等,并能够支持加密等更多的功能,因而信息容量更高且能够标识更多信息的二维码技术应运而生。
 
二维码的诞生
最早的二维码是1983年研发的code 49条码,属于层排式二维码,层排式二维码直接脱胎于一维条码,可以被视为是多行一维条码堆叠起来而形成的,如图1。
图1  code 49条码
 
随着数字成像技术的发展,数字图像的信息采集和处理技术发展成熟,使二维码的技术发展如虎添翼,诞生了一类新型二维码,即矩阵式二维码。矩阵式二维码摆脱了条空组合的限制,基本信息编码单元更改为同样大小的正方形等形状的模块,极大提高了条码技术的信息容量, 80年代中后期出现了Veri code(如图2所示)和数据矩阵码(ECC000-140)等码制。数据矩阵码是最早成熟的矩阵式二维码,为二十年后二维码的应用爆发奠定了技术基础。
图2  Veri code
 
目前应用广泛的二维码主要有:美国的PDF417条码,由美国Symbol公司开发,发明人为美籍华人王寅军。这种条码的密度非常高,可靠性也比一维条码有很大提升。它甚至可以用传统的激光线性扫码器识别(朝一个方向扫即可);而矩阵式二维码需要图像传感器成像才能识别。Data matrix(也称为DM码)是原美国国际资料公司在1989年发明的矩阵码,DM码虽小,但它的数据容量却相当大。制造企业就可以用它来表示追溯数据,而不会影响产品包装的整体外观和感觉。现在手机支付用的 QR码则诞生于日本,全称为快速响应矩阵码(Quick Response Code),于1994年由日本DENSO WAVE公司发明。它的好处在于,日语当中的汉字也被纳入了编码模式之中,信息的存储更加方便,它最早是在汽车制造厂使用,为了便于追踪零件装配,后来用于存货管理。我国也有自己的二维码——汉信码。由中国物品编码中心牵头完成设计与研发,技术研究部副主任王毅担任技术负责人/项目编辑(PL/PE),是我国目前唯一一个拥有完全自主知识产权的二维码。
 
具有国际标准的四种主流二维码码制
截止2021年,国际标准化组织(ISO)发布的主流二维码码制标准共有四项,分别为PDF417、Data Matrix、 QR和 汉信码,如图3所示。
图3  具有ISO国际标准的四种主流二维码
(从左到右依次为PDF417、DM码、QR码和汉信码)
 
PDF417作为最早进入大众视野的二维码,除了具有普通条码的优点外,同时具有信息容量大,可以将文字、照片、声音、指纹等多种数字信息进行编码;保密防伪性强,名义纠错率较高等特点。PDF417是四种码制中唯一的层排式二维码,由于层排式二维码仍依赖条空宽窄不同的方式实现信息编码,对于符号字符的条高有一定要求(标准要求条高应至少为3X尺寸,即最小模块宽的3倍),因此其信息容量和密度提高空间有限,在摄像头扫码硬件普及后,便很快被矩阵式二维码所取代。
Data Matrix码在现有二维码中,规定了多个小版本符号,最小的DM码仅有10×10个模块,也是所有二维码中最小的版本,由于其研发较早,且在电子、微电子与制造业领域应用较为成熟,相关设备支持和应用标准支持状况较好。
QR码的设计是二维码技术史上的一大创新,该码制采用回字形的寻像图形进行寻像,具有显著特征的同时,节省了符号面积。QR码的最小版本是21×21模块,每个版本符号比上一个版本每边增加4个模块,从QR码的英文名称Quick Response Code可以看出,超高速识读是主要特性之一。
汉信码的符号设计在综合了多种二维码码制成功设计的同时进行了自主创新,首次采用了非对称的特征比例图形进行寻像,并通过特征比例图形(扫描比例为3:1:1:1:1或1:1:1:1:3)的不同取向,指示符号的取向位置,最小的汉信码是23×23,但能够承载数据最多的是汉信码的84版本,共有189×189个模块。在汉字表达方面,PDF417和DM码没有特定的汉字表示模式,无法对汉字进行准确表达,QR码和汉信码有专门的汉字模式,QR码使用13bit表示一个汉字,汉信码为12bit。QR码可表达中国汉字1817个,汉信码可表达2174个,是最适合作汉信码载体的二维码。除此之外,汉信码还有一个固有附加特性--颜色反转。识读汉信码符号时,图形是深色图形浅色底,或者是浅色图形深色底。这种功能为二维码的打码材质和底色提供了更广的范围。四种码制的技术特点对比,见表1。
表1
 
二维码应用的发展进程与大众化应用
进入新世纪以来,随着移动通信、移动计算技术的发展,移动设备,特别是手机的计算、存储能力越来越强,移动商务的热潮逐渐席卷全球,二维码作为一种信息容量大、应用方便的数据载体受到人们的广泛关注。以腾讯确立二维码作为其微信入口为标志,以二维码为载体的移动商务应用开始在我国爆发式增长,二维码支付、二维码追溯、二维码营销等迅速进入千家万户的日常生活,扫码支付已经成为小额支付的主流,围绕着二维码技术的技术创新和应用创新层出不穷,消费者通过扫描或展示二维码,真切地体验到了信息技术带来的便捷,二维码技术的大众化应用蔚然成风,相关的国家标准也相继制定发布,这一切都标志着二维码技术的高度成熟。
目前,中国已成为二维码应用最广泛的国家,据新华社报道,我国二维码应用占全球九成以上,二维码生态作为数字经济中现实世界与虚拟世界的连接器,是线上线下融合的关键入口,它让商业连接成本更低,价值增值通道更畅通,将成为未来经济社会数字化全面转型的重要赋能途径之一。
邓惠朋 王毅 董晓文
作者单位:中国物品编码中心
《中国自动识别技术》2021年第5期总第92期

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