二维条形码--中文百科全书

历史简介

起源

二维码技术诞生于20世纪40年代初，但得到实际套用和迅速发展还是在近20年间。在通用商品条码的套用系统中，最先採用的是一维码，国外对二维码技术的研究始于20世纪80年代，在二维码符号表示技术研究方面，已研製出多种码製，常见的有PDF417，QR Code，Code 49，Code 16K，Code One等。这些二维码的密度都比传统的一维码有了较大的提高。专家介绍说，在二维码标準化研究方面，国际自动识别製造商协会(AIM)、美国标準化协会(ANSI)已完成了PDF417，QR Code，Code 49，Code 16K，Code One等码製的符号标準。在二维码设备开发研製、生产方面，美国、日本等国的设备製造商生产的识读设备、符号生成设备，已广泛套用于各类二维码套用系统。

二维码作为一种全新的信息存储、传递和识别技术，自诞生之日起就得到了许多国家的关注。据了解，美国、德国、日本、墨西哥、埃及、哥伦比亚、巴林、新加坡、菲律宾、南非、加拿大等国，不仅将二维码技术套用于公安、外交、军事等部门对各类证件的管理，而且也将二维码套用于海关、税务等部门对各类报表和票据的管理，商业、交通运输等部门对商品及货物运输的管理，邮政部门对邮政包裹的管理，工业生产领域对工业生产线的自动化管理。二维码的套用极大地提高了资料採集和信息处理的速度，改善了人们的工作和生活环境，为管理的科学化和现代化做出了重要贡献。

发展

近年来，随着资料自动收集技术的发展，用条形码符号表示更多资讯的要求与日俱增，而一维条形码最大资料长度通常不超过15个字元，故多用以存放关键索引值(Key)，仅可作为一种资料标识，不能对产品进行描述，因此需透过网路到资料库抓取更多的资料项目，因此在缺乏网路或资料库的状况下，一维条形码便失去意义。此外一维条形码有一个明显的缺点，即垂直方向不携带资料，故资料密度偏低。当初这样设计有二个目的:(1) 为了保证局部损坏的条形码仍可正确辨识，(2) 使扫描容易完成。

要提高资料密度，又要在一个固定面积上印出所需资料，可用二种方法来解决:

(1) 在一维条形码的基础上向二维条形码方向扩展，

(2) 利用图像识别原理，採用新的几何形体和结构设计出二维条形码。前者发展出堆叠式(Stacked)二维条形码，后者则有矩阵式(Matrix)二维条形码之发展，构成现今二维条形码的两大类型。

堆叠式二维条形码的编码原理是建立在一维条形码的基础上，将一维条形码的高度变窄，再依需要堆成多行，其在编码设计、检查原理、识读方式等方面都继承了一维条形码的特点，但由于行数增加，对行的辨别、解码演算法及软体则与一维条形码有所不同。较具代表性的堆叠式二维条形码有PDF417, Code16K, Supercode, Code49等。

矩阵式二维条形码是以矩阵的形式组成，在矩阵相应元素位置上，用点(Dot)的出现表示二进位的 "1"，不出现表示二进位的 "0"，点的排列组合确定了矩阵码所代表的意义。其中点可以是方点、圆点或其它形状的点。矩阵码是建立在电脑图像处理技术、组合编码原理等基础上的图形符号自动辨识的码製，已较不适合用"条形码"称之。具有代表性的矩阵式二维条形码有 Datamatrix, Maxicode, Vericode, Softstrip, Code1, Philips Dot Code等。

二维条形码的新技术在1980年代晚期逐渐被重视，在"资料储存量大"、"资讯随着产品走"、"可以传真影印"、"错误纠正能力高"等四大特徵下，二维条形码在1990年代初期已逐渐被使用。

两大分类

二维码一共有40个尺寸。官方叫版本Version。Version 1是21 x 21的矩阵，Version 2是 25 x 25的矩阵，Version 3是29的尺寸，每增加一个version，就会增加4的尺寸，公式是：(V-1)*4 + 21（V是版本号）最高Version 40，(40-1)*4+21 = 177，所以最高是177 x 177 的正方形。

二维条码/二维码可以分为堆叠式/行排式二维条码和矩阵式二维条码。

堆叠式/行排式二维条码形态上是由多行短截的一维条码堆叠而成;

矩阵式二维条码以矩阵的形式组成，在矩阵相应元素位置上用"点"表示二进位"1"，用"空"表示二进位"0"，由"点"和"空"的排列组成代码。

堆叠式

堆叠式/行排式二维条码(又称堆积式二维条码或层排式二维条码)，其编码原理是建立在一维条码基础之上，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条码的一些特点，识读设备与条码印刷与一维条码技术兼容。但由于行数的增加，需要对行进行判定，其解码演算法与软体也不完全相同于一维条码。有代表性的行排式二维条码有:Code 16K、Code 49、PDF417等。

矩阵式

短阵式二维条码(又称棋盘式二维条码)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)的出现表示二进位"1"，点的不出现表示二进位的"0"，点的排列组合确定了矩阵式二维条码所代表的意义。矩阵式二维条码是建立在电脑图像处理技术、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製。具有代表性的矩阵式二维条码有:Code One、Maxi Code、QR Code、 Data Matrix等。

在目前几十种二维要码中，常用的码製有:PDF417二维条码、Datamatrix二维条码、Maxicode二维条码、QR Code、Code 49、Code 16K 、Code one等，除了这些常见的二维条码之外，还有Vericode条码、CP条码、Codablock F条码、田字码、 Ultracode条码，Aztec条码。要对条码进行质量检测，需要用到条形码检测仪。因为市场容量不大，所以这类检测仪并不多见。只有datalgic、HHP、LIVS、webscan几个厂家在做。能对dataMatrix检测的，webscan公司的trucheck 系统最具性价比。但webscan公司还没有在中国设立办公室。只有一家公司(信亦达科技)做销售代理。

设备分类

二维码设备分为两类:二维码识读设备和二维码列印设备。

二维码识读设备是用来读取条码信息的设备。它使用一个光学装置将条码的条空信息转换成电平信息，再由专用解码器翻译成相应的资料信息。

二维码识读设备一般不需要驱动程式，接上后可直接使用，如同键盘一样。二维码扫描设备从形式上有手持式和固定式两种。

条码列印设备主要是用于二维码标签的列印。

目前，列印二维码标签有两种方式:二维码印表机列印方式和软体配合雷射印表机方式。

现在二维码套用软体也日趋增多，很多带有二维码生成功能的软体可使文字、图片生成二维码来套用。

涉及概念

1、堆叠式二维条形码(2D Stacked Code)

堆叠式二维条形码是一种多层符号(Multi-Row Symbology)，通常是将一维条形码的高度截短再层叠起来表示资料。

2、矩阵式二维条形码(2D Matrix Code)

矩阵式二维条形码是一种由中心点到与中心点固定距离的多边形单元所组成的图形，用来表示资料及其它与符号相关功能。

3、资料字元(Data Character)

用于表示特定资料的ASCII字元集的一个字母、数位或特殊符号等字元。

4、符号字元(Symbol Character)

依条形码符号规则定义来表示资料的线条、空白组合形式。资料字元与符号字元间不一定是一对一的关系。一般情况下，每个符号字元分配一个唯一的值。

5、代码集(Code Set)

代码集是指将资料字元转化为符号字元值的方法。

6、字码(Codeword)

字码是指符号字元的值，为原始资料转换为符号字元过程的一个中间值，一种条形码的字码数决定了该类条形码所有符号字元的数量。

7、字元自我检查(Character Self-Checking)

字元自我检查是指在一个符号字元中出现单一的印刷错误时，扫描器不会将该符号字元解码成其它符号字元的特徵。

8、错误纠正字元(Error Correction Character)

用于错误侦测和错误纠正的符号字元，这些字元是由其它符号字元计算而得，二维条形码一般有多个错误纠正字元用于错误侦测以及错误纠正。有些线性扫描器有一个错误纠正字元用于侦测错误。

9、E错误纠正(Erasure Correction)

E错误是指在已知位置上因图像对比度不够，或有大污点等原因造成该位置符号字元无法辨识，因此又称为拒读错误。通过错误纠正字元对E错误的恢复称为E错误纠正。对于每个E错误的纠正仅需一个错误纠正字元。

10、T错误纠正(Error Correction)

T错误是指因某种原因将一个符号字元识读为其它符号字元的错误，因此又称为替代错误。T错误的位置以及该位置的正确值都是未知的，因此对每个T错误的纠正需要两个错误纠正字元，一个用于找出位置，另一个用于纠正错误。

11、错误侦测(Error Detection)

一般是保留一些错误纠正字元用于错误侦测，这些字元被称为侦测字元，用以侦测出符号中不超出错误纠正容量的错误数量，从而保证符号不被读错。此外，也可利用软体透过侦测无效错误纠正的计算结果提供错误侦测功能。若仅为E错误纠正则不提供错误侦测功能。

特点

1.高密度编码:信息容量大:比普通条码信息容量约高几十倍。

2.编码範围广:该条码可以把图片、声音、文字、签字、指纹等可以数位化的信息进行编码，用条码表示出来;可以表示多种语言文字;可表示图像资料。

3.容错能力强:具有纠错功能:这使得二维条码因穿孔、污损等引起局部损坏时，照样可以正确得到识读，损毁面积达50%仍可恢复信息。

4.解码可靠性高:它比普通条码解码错误率百万分之二要低得多，误码率不超过千万分之一。

5.可引入加密措施:保密性、防伪性好。

6.成本低，易製作，持久耐用。

7.条码符号形状、尺寸大小比例可变。

8.二维条码可以使用雷射或CCD阅读器识读。

资料编码

Numeric mode 数位编码，从0到9。如果需要编码的数位的个数不是3的倍数，那麽，最后剩下的1或2位数会被转成4或7bits，则其它的每3位数位会被编成 10，12，14bits，编成多长还要看二维码的尺寸（下面有一个表Table 3说明了这点）

Alphanumeric mode 字元编码。包括 0-9，大写的A到Z（没有小写），以及符号$ % * + – . / : 包括空格。这些字元会对应成一个字元索引表。如下所示：（其中的SP是空格，Char是字元，Value是其索引值）编码的过程是把字元两两分组，然后转成下表的45进位，然后转成11bits的二进位，如果最后有一个落单的，那就转成6bits的二进位。而编码模式和字元的个数需要根据不同的Version尺寸编成9, 11或13个二进位（如下表中Table 3）

Byte mode, 位元组编码，可以是0-255的ISO-8859-1字元。有些二维码的扫描器可以自动检测是否是UTF-8的编码。

Kanji mode 这是日文编码，也是双位元组编码。同样，也可以用于中文编码。日文和汉字的编码会减去一个值。如：在0X8140 to 0X9FFC中的字元会减去8140，在0XE040到0XEBBF中的字元要减去0XC140，然后把结果前两个16进位位拿出来乘以0XC0，然后再加上后两个16进位位，最后转成13bit的编码。如下图示例：

Extended Channel Interpretation (ECI) mode 主要用于特殊的字元集。并不是所有的扫描器都支持这种编码。

Structured Append mode 用于混合编码，也就是说，这个二维码中包含了多种编码格式。

FNC1 mode 这种编码方式主要是给一些特殊的工业或行业用的。比如GS1条形码之类的。

下面两张表中，

Table 2 是各个编码格式的“编号”，这个东西要写在Format Information中。注：中文是1101

Table 3 表示了，不同版本（尺寸）的二维码，对于，数位，字元，位元组和Kanji模式下，对于单个编码的2进位的位数。

社会套用

二维条码具有储存量大、保密性高、追蹤性高、抗损性强、备援性大、成本便宜等特徵，这些特徵特别适用于表单、安全保密、追蹤、证照、存货盘点、资料备援等方面。

1、表单套用:公文表单、商业表单、进出口报单、舱单等资料之传送交换，减少人工重覆输入表单资料，避免人为错误，降低人力成本。

2、保密套用:商业情报、经济情报、政治情报、军事情报、私人情报等机密资料之加密及传递。

3、追蹤套用:公文自动追蹤、生产线零件自动追蹤、客户服务自动追蹤、邮购运送自动追蹤、维修记录自动追蹤、危险物品自动追蹤、后勤补给自动追蹤、医疗体检自动追蹤、生态研究(动物、鸟类...)自动追蹤等。

4、证照套用:护照、身份证、挂号证、驾照、会员证、识别证、连锁店会员证等证照之资料登记及自动输入，发挥「随到随读」、「立即取用」的资讯管理效果。

5、盘点套用:物流中心、仓储中心、联勤中心之货品及固定资产之自动盘点，发挥「立即盘点、立即决策」的效果。

6、备援套用:档案表单的资料若不愿或不能以磁碟、光碟等电子媒体储存备援时，可利用二维条码来储存备援，携带方便，不怕折叠，储存时间长，又可影印传真，做更多备份。

虽然二维码真正的火起来还是最近两年的事情，但其实它并不是一个新技术，早在2007年左右就出现了相关的套用。但由于那时候智慧型手机等硬体支持并未到位，许多很有创意的二维码项目不得不黯然夭折。从2010年开始，国内二维码市场才开始迅速升温，各种套用软体层出不穷。二维码套用已经渗透到餐饮、超市、电影、购物、旅游、汽车等行业，在国外，二维码甚至套用在了啤酒瓶和墓碑上。

归结起来，二维码目前主要套用于以下四个方面:

1、传递信息。如个人名片、产品介绍、质量跟蹤等;

2、电商平台入口。顾客线下扫描商品广告的二维码，然后线上购物;

3、移动支付。顾客扫描二维码进入支付平台，使用手机进行支付;

4、凭证。比如团购的消费凭证，会议的入场凭证等。

尽管二维码套用渐趋广泛，但与日韩等国相比，我国的二维码发展还远远不够。製约因素除了运营商的支持度外，还有技术、终端适配、盈利模式等方面。最近炒得很火热的是二维码与O2O(Online To Offline)模式的结合，即利用二维码的读取将线上的使用者引流给线下的商家。尽管有些人不看好二维码的套用，但无可否认，只要培养了足够多的使用者群，再结合良好的商业模式，二维码将成为桥接现实与虚拟最得力的工具之一。

手机二维条形码套用

手机扫描二维码技术简单的说是通过手机拍照功能对二维码进行扫描，快速获取到二维条码中存储的信息，进行上网、传送简讯、拨号、资料交换、自动文字输入等，手机二维码已经被各大手机厂商使用开发。

手机二维码是二维码的一种，手机二维码不但可以印刷在报纸、杂志、广告、图书、包装以及个人名片上，使用者还可以通过手机扫描二维码，或输入二维码下面的号码即可实现快速手机上网功能，并随时随地下载图文、了解企业产品信息等。

餐厅的套用一

手机电子选单:

为商家建立一个手机电子选单，餐饮店可以很轻松的将餐饮文化、菜品介绍等信息按照相关的指引录入。使用者通过扫码获得该手机网站的跳转连结获取商家相关信息。套用场景 :各宣传海报、手册，餐桌牌。商家利益 :

①解决消费者由于等位、等餐带来的客户流失、客户抱怨问题;

②差异化行销，提升使用者体验水準，增强品牌竞争力;

③通过电子选单，餐厅会获得更广泛的关注和口碑宣传。

④提升服务员工作效率。消费者利益 :

①到店就餐之前就可以通过电子选单确定今天要点什麽，节省点餐时间;

②扫码后电子选单可以永久储存在消费者手机裏，引导消费者的再次消费。选单信息商家可以即时更新，一次宣传，恆久收益;

③更加详细的了解菜品，选择符合自己口味的菜品。

作用

二维条形码，能够在横向和纵向两个方位同时以图形表达信息，因此，能在很小的面积内表达大量的信息。

四大优势

与一维条形码相比二维条形码有着明显的优势，归纳起来主要有以下几个方面:

一)资料容量更大

二)超越了字母数位的限製

三)条形码相对尺寸小

四)具有抗损毁能力

二维码行销必须考虑五大因素:

1、提供一个有价值的扫描的理由

你的手机网站必须有足够的诱惑力，解决顾客的问题，例如售后，优惠，顾客需要阅读的信息。

2、必须要建立移动版网页

当顾客已经被吸引，扫描完二维码后，居然迟迟无法开启，好不容易开启，居然是电脑桌面版的网站，你的行销还有机会麽?移动版网页是必须的，整个网页必须为手机设备最佳化，能快速载入页面，适应不同的手机流览器类型和萤幕大小。如果不能提供，简单地放一段文字和微博连结等内容也比电脑版网站强。

如果你不想那麽费事做移动版网站，可以用草料的商用二维码，其本质就是一个为二维码扫描设计的，能够快速生成的移动网站。如果手上有素材，花5分锺就能搞定一个看起来很专业的移动版网站。

3、内容编排要简洁

不是有移动版网页就万事大吉了，要记住使用者是有明确目的的，他们不想探索你复杂的手机版网站，他们需要立即在他的小萤幕中找到他需要的内容。对移动设备的心理学调查表明，使用者只喜欢一个维度的内容，稍微复杂的分类，使用者就很可能关闭网页。所以，牢记一个原则:简单而清晰。

4、把你的二维码放在合适的地点

高速公路边上的广告牌麽?这是为超人準备的?

过道广告牌、路边橱窗上的二维码，那匆匆而过的人群，也很少会有人停留。楼顶灯箱广告上就更不靠谱了，你自己扫一扫就知道有多难。

在没有手机信号覆盖的地方，你的手机网页载入不出来，除了让使用者骂以外，不会有任何效果，所以电梯上如果没有覆盖手机信号，还是算了吧。

最适合的地方就是大家比较闲的地方，例如公车站的灯箱，餐厅的桌角，电影院排队的地方。

5、二维码边上的文字提示

在二维码边上可以附上使用方法介绍，但不要太详细，你不是专业培训二维码套用的，浪费宝贵的空间写扫描教程，会用的嫌你啰嗦，不会用的根本不会去看。

阅读设备

二维条形码的阅读设备依阅读原理的不同可分为三大类:

(1) 线性CCD和线性图像式阅读器(Linear Imager)

可阅读一维条形码和线性堆叠式二维码(如PDF417)，在阅读二维码时需要沿条形码的垂直方向扫过整个条形码，我们称为"扫动式阅读"。这类产品比较便宜。

(2)带光栅的雷射阅读器

可阅读一维条形码和线性堆叠式二维码。阅读二维码时将光线对準条形码，由光栅元件完成垂直扫描，不需要手工扫动。

(3) 图像式阅读器(Image Reader)

採用面阵CCD摄像方式将条形码图像摄取后进行分析和解码，可阅读一维条形码和所有类型的二维条形码。

另外，二维条形码的识读设备依工作方式的不同还可以分为:手持式、固定式和平版扫描式。

二维条形码的识读设备对于二维条形码的识读会有一些限製，但是均能识别一维条形码。

识别方法

二维条形码的识别有两种方法:

(1) 透过线型扫描器逐层扫描进行了解码，

(2) 透过照相和图像处理对二维条形码进行解码。对于堆叠式二维条形码，可以採用上述两种方法识读，但对绝大多数的矩阵式二维条形码则必须用照相方法识读，例如使用面型CCD扫描器。

二维条形码的识别

用线型扫描器如线型CCD、雷射枪对二维条形码进行辨识时，如何防止垂直方向的资料漏读是主要的技术关键，因为在识别二维条形码符号时，扫描线往往不会与水準方向平行。解决这个问题的方法之一是必须保证条形码的每一层至少有一条扫描线完全穿过，否则解码程式不识读。这种方法简化了处理过程，但却降低了资料密度，因为每层必须要有足够的高度来确保扫描线完全穿过，如图所示。我们所提到的二维条形码中，如Code 49, Code 16K的识别即是如此。

图二维条形码的识别(每层至少一条扫描线通过)

不同于其它堆叠式二维条形码，PDF417建立了一种能「缝合」局部扫描的机製，只要确保有一条扫描线完全落在任一层中即可，因此层与层间不需要分隔线，而是以不同的符号字元 (Cluster)来区分相邻层，因此PDF417的资料密度较高，是Code 49及Code 16K的两倍多，但其识读设备也比较复杂。

对比评鑒

因为二维码比一维码的更为复杂，在容错方面已比一维码有了很大的提高，但，在实际生产过程中，通常还是要对二维条码的印製质量进行检测评鑒的。在欧洲，一般採用全检测，而美国则採用抽检的方式。又因为中国是世界製造中心，所以事实上大多数的检测工作就是在中国进行的。

比较

一维条条形码与二维条形码套用处理的比较示，

表:二维条形码与一维条形码之比较

虽然一维和二维条形码的原理都是用符号(Symbology)来携带资料，达成资料的自动辨识。但是从套用的观点来看，一维条形码偏重于"标识"商品，而二维条形码则偏重于「描述」商品。因此相较于一维条形码，二维条形码(2D)不仅只存关键值，并可将商品的基本资料编入二维条形码中，达到资料库随着产品走的效益，进一步提供许多一维条形码无法达成的套用。例如一维条码必须搭配电脑资料库才能读取产品的详细资讯，若为新产品则必须再重新登录，对产品特徵为多样少量的行业构成套用上的困扰。此外，一维条码稍有磨损即会影响条码阅读效果，故较不适用于工厂型行业。除了这些资料重覆登录与条码磨损等问题外，二维条形码还可有效解决许多一维条码所面临的问题，让企业充分享受资料自动输入、无键输入的好处，对企业与整体产业带来相当的利益，也拓宽了条形码的套用领域。

一维条码与二维条形码的差异可以从资料容量与密度、

表:二维条形码与磁卡、IC卡、光卡之比较

错误侦测能力及错误纠正能力、主要用途、资料库依赖性、识读设备等项目看出，二者的比较如表所示。需要智慧型手机

国际标準

国际组织在二维条形码标準上的努力已有初步成效，将详细介绍美国国家标準协会(ANSI)所製定的二维条形码国际标準，包括PDF417、Maxicode、Datamatrix。其中以PDF417套用範围最广，从生产、运货、行销、到存货管理都很适合，故PDF417特别适用于流通业者。Maxicode通常用于邮包的自动分类和追蹤，Datamatrix则特别适用于小零件的标识。

国际标準组织

标準製定委员会最大的任务，在避免同一行业採用不同的二维条形码，造成资讯传输上的困扰。目前国际组织在二维条码标準上的努力已有初步成效，例如下列国际组织皆设有二维条形码标準製订委员会:

美国国家标準协会， American National Standards Institute，简称ANSI。

美国自动辨识协会，Automatic Identification Manufacturers, 简称AIM-USA。

电子工业协会，Electronic Industries Association--EIA PEPS Industrial--PN3132。

汽车工业协会，Automotive Industry Action Group，简称 AIAG。

国际航空协会，International Air Transport Association，简称 IATA。

公用事业工业协会，Utility Industry Group，简称 UIG。

欧洲的标準技术协会225委员会，Commit European Normalization Technical Committee 225，简称 CEN TC225。

欧洲的电子资料交换协会，Electronic Data Interchange Forum for Companies with Interests in Computing and Electronics，简称 EDIFICE。

日本的电子工业协会，简称EIA-J。

国际标準组织，International Standard Organization, 简称ISO。