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第三节 二维码技术
一、二维码技术介绍
1、条码技术
条码技术是在计算机技术和信息技术基础上发展起来的一门集编码、印刷、识别、数据采集和处理于一身的技术。条码技术广泛应用于商业、邮政、图书管理、仓储、工业生产过程控制、交通等领域,在当今的自动识别技术中占有重要的地位。条码就是由一组规则排列的条、空以及对应的字符组成的标记,“条”指对光线反射率较低的部分,“空”指对光线反射率较高的部分,这些条和空组成的数据表达一定的信息,并能够用特定的设备识读,转换成与计算机兼容的二进制和十进制信息。通常对于每一种物品,它的编码是唯一的,对于普通的一维条码来说,还要通过数据库建立条码与物品信息的对应关系,当条码的数据传到计算机上时,由计算机的应用程序对数据进行操作和处理。因此,普通的一维条码在使用过程中仅作为识别信息,它的意义是通过在计算机系统的数据库中提取相应的信息而实现的。而条码系统则是由条码符号的设计、制作及扫描阅读组成的自动识别系统。条码是迄今为止最经济、实用的一种自动识别技术。条码技术具有以下几方面的优点:
(1)可靠准确。用键盘输入平均每 300个字符一个错误,而条码输入平均每 15000个字符一个错误。如果加上校验位出错率是千万分之一。

(2)数据输入速度快。键盘输入,一个每分钟打 90个字的打字员 1.6秒可输入 12个字符或字符串,而使用条码,做同样的工作只需0.3秒,速度提高了5倍。
(3)经济便宜。与其他自动识别技术相比较,推广应用条码技术,所需费用较低。

(4)灵活实用。条码符号作为一种识别手段可以单独使用,也可以和有关设备组成识别系统实现自动化识别,还可和其他控制设备联系起来实现整个系统的自动化管理。同时,在没有自动识别设备时,也可实现手工键盘输入。

(5)自由度大。识别设备与条码标签相对位置的自由度要比 OCR大得多。因为只在一维方向上表达信息的条码,同一条码上所表示的信息完全相同并且连续,这样即使是标签有部分缺欠,仍可以从正常部分读取正确的信息。

(6)识读设备简单。条码符号识别设备的结构简单,操作容易,无需专门训练。

(7)易于制作。条码可印刷,被称作“可印刷的计算机语言”,条码标签易于制作,对印刷技术设备和材料无特殊要求。

条码主要分有一维条码和二维条码。一维条码只是在一个方向(一般是水平方向)表达信息,而在垂直方向则不表达任何信息,其一定的高度通常是为了便于阅读器的对准。一维条码的应用可以提高信息录入的速度,减少差错率,一维条码的主要特征是简单直观,条码表示的信息与其下方的数字一致,生成设备与识读设备品种多、价格低,对生成设备要求不高,管理方案众多、成熟。但是一维条码也存在一些不足之处:
数据容量较小,30个字符左右(如EAN/UPC、CODE 39 、CODE128、EAN、UPC等,只能作为一个简单的编码,离开了数据库的支持,这类条码变得毫无意义);只能包含字母和数字;条码尺寸相对较大(空间利用率较低);条码遭到损坏后便不能阅读。
二维条码(2-dimensional bar code)是在水平和垂直方向的二维空间存储信息。二维条码具有信息容量大、安全性强、保密性高(可加密)、识别率高、编码范围广等特点。同一维条码相比,二维条码也有一些缺点,如要有专门的生成程序 ,识读设备价格比较昂贵,对于在线扫描,即先有码后赋值的模式,不能发挥其特点。
二、二维码技术的特点及应用
1、二维条码具有以下特点:
(1)
信息容量大,在一个二维条码中可以存储 1000个字节以上,一个载体上可以有几个二维条码。

(2)
信息密度高,同样大小的二维条码是一维条码信息密度的 100倍以上;识别率极高,由于二维码有极强的错误修正技术,即便破损、玷污50%的面积也能正确读出全部信息。

(3)
保密性、防伪能力强,由于二维码的编码技术十分巧妙,因此非常有效地防止伪造;编码范围广,可以将照片、指纹、掌纹、手写签名等凡是可以数字化的信息均可编码;制作容易、使用成本低,可以打印在普通的纸张、PVC或其他材料上,与一维条码的制造成本相当。
2、二维码的应用
(1)手机二维码
手机与二维码的结合,进一步拓展了二维码应用价值,促进了行业的融合。随着市场、产业链、商业模式的不断成熟,手机二维码将为通信、媒体以及其他传统行业带来更多的商机,手机二维码将在未来走进更多人的生活。随着全球信息通信技术的迅猛发展,以手机为终端的各种应用不断涌现,在未来,手机无疑将成为移动商务赖以发展的最重要的终端之一,而手机二维码的发展将在移动商务的发展中扮演重要角色。
手机二维码由一个二维码矩阵图形和一个二维码号,以及下方的说明文字构成。用户通过手机摄像头对二维码图形进行扫描,或输入二维码号即可以进入相关网页进行手机上网。作为一种新型的数据业务,二维码能将多种无线通信手段进行集成(SMS/MMS/WAP/CRBT),通过二维码的信息导航与信息承载,二维码将成为中国运营商打造新媒体的重要平台。手机二维码有两种典型业务:
①识读。识读就是借助二维码生成软件和手机应用软件,用手机对准条码,直接读出码上信息。

②被读。被读是指,推广公司会发一条含二维码的短信或彩信到手机上,拿商场或检票口的识读装置扫描,就可以得到优惠或门票确认。

1 )手机二维码的典型应用

①电子商务
主要包括电子支付回执、电子票务、电子折扣等,其中电子回执的主要推动力量来自中国移动,自从短消息业务之后,中国移动一直希望找到下一个增值业务的杀手级应用,因此对电子回执业务寄予了很大的期望。如图 3所示,电子回执目前完整的产业链包括技术提供商、中国移动、中国银联、票务和用户。电子回执将手机作为支付工具,将信用卡作为支付平台,使得消费者在获得发送到手机的电子支付回执凭条后,可凭此领取所购买的物品或享受折扣、售后服务、VIP服务等。而电子票务的实现方式结合售票单位的网站、售票信息发布平台共同完成。首先消费者有购票的需求,查找相关的票务信息,接触到票务信息后,根据相关信息发短信至售票系统,按提示进行手机支付。支付完成后,售票系统会把电子票以二维码的形式发送到购票者手机中,完成购票流程。
②防伪功能
通过手机电子二维码识别验证可享受专项服务的证据,具有客户惟一性。利用安装了二维码阅读引擎的手机,即可有效解决上述问题。二维条码具有多重防伪特性,它可以采用密码防伪、软件加密及利用所包含的信息如指纹、照片等进行防伪,因此具有极强的保密防伪性能。
2
)手机二维码在全球市场的应用概况

①日本:QR码
QR码最初由夏浦等日系厂商共同制定,为了方便手机上网而开发。目前日本市场上已有很成熟的 QR手机二维码市场应用,QR条形码在日本得到相当规模的应用,日本的海报、游览手册、传单、折扣券、电子票证,甚至连树上都贴着二维码,成为日本手机用户登录网站以及获得广告商品信息的非常便捷的方式。4NTT Docomo推出的手机中将有超过90%具有 QR编码识别功能。
②韩国:DM码
在韩国,DM码则大行其道,最近用户突破了千万,也被证明是成功的模式。韩国的铃声下载和游戏已成最热门 DM读码服务,许多的游戏厂商和内容提供商,每天都会在报纸上刊出不同服务的二维条码,让消费者更快去找到使用的内容。
③欧洲:DM码
在欧洲,DM码已在德国、乌克兰、奥地利、瑞士、意大利等国家应用,尤其是在销售足球赛门票时广泛使用手机购买的电子票。而英国也计划在2010年推出手机二维码登机牌,乘客不需要机票和登机牌,只需要用手机上的登机二维码扫描即可。
④中国:QR和 DM码并行
中国目前用手机浏览 WAP网页的用户还很少,手机上网多按照信息流量来收费,通信费都比较昂贵。但中国手机二维码用户量在未来几年将呈现快速增长态势,到 2010年有望达到 2.7亿人。目前中国移动采用的是矩阵式的 QR和 DM码。
3 )手机二维码的安全与监管

①安全性

从技术角度来看,手机二维码如果用于一般的商业用途,基本上不会出现安全隐患。惟一需要防范的是,某些造假者具有生成二维码的能力。对于掌握各种二维码的生成源程序的厂家来说,可以在生成手机条码的过成中采用二维条码内部的加密,保证二维条码具有防止伪造的充分可靠性。另外,为进一步保证手机条码使用的安全性,可以在第一次显示二维条形码时,将手机 ID发送至指定服务商。之后每次使用时,再将这一数据与手机的 ID相对照,不管相符与否,均可由系统发回一个确认短信,以此判断是否非法持有该“二维码”。这样,无论手机持有者是利用短信转发的功能还是其他的方式去复制,都无法改变二维条码中的特征信息。
②监管
从整体上看,韩日的手机二维码市场都存在不足。在日本,手机二维码的运营模式是全开放式的,二维码扫描是手机上的一项功能,而不是运营商提供的一种服务。二维码的技术商将解码软件提供给运营商后,按手机的装机量收取版权费,运营商则将软件的解码完全公开,用户可以进行任意编码。日本由于编码完全开放,无法形成有效的产业链,使得整个手机条码市场的价值没有真正得以发掘。而韩国,由于二维码专利权益是推动这个市场的主要动力,造成了各电信巨头都开发自己的码制,竞争也趋于恶性,市场的大规模推广困难重重。
利用二维码可以对汉字或图片进行编码的特性,可以很容易地将图书在版编目( CIP)数据、版权信息、内容提要、防伪信息。
我们在手机二维码业务推广中要借鉴日、韩两的成功经验,同时不能照搬,而应采用有效过滤的管理模式。因为如果手机链接的内容是黄色网站、政治性网站或虚假、低俗信息,势必对社会产生不良影响。
(2)图书二维码
利用二维码可以对汉字或图片进行编码的特性,可以很容易地将图书在版编目(CIP)数据、版权信息、内容提要、防伪信息,甚至封面图案、作者照片及指纹等一切可以数字化的信息编入二维码中,可以有效地解决图书信息的可机读及真伪辨别问题。在图书管理、销售、收藏等单位的计算机上录入出版物编目数据等信息时,只需几秒钟就可以准确地完成,不仅节约了图书登记、图书管理人员的宝贵时间,还避免了人工录入较易发生的差错,确保了图书信息的可靠性,因此可广泛地运用于出版物。
出版行业采用二维码技术对于解决目前出版物物流信息处理中存在的交换格式不规范、书号不惟一、信息传递滞后,影响物流通畅、重复编目浪费巨大等问题极为有效。
将二维码应用于图书等出版物,不仅能够起到有效保护版权的作用,还能够实现增值服务、提高读者黏性。提供最简单可行的版权管理、销售监控机制,实现对侵权行为的快速发现达到保护版权的目的,进而在用户中树立版权概念并拉动参与。二维码图书管理系统能够建立交互的服务和增值模式,以图书内容为核心实现对读者更好售后和增值服务;并可建立编者-读者、读者-读者、读者-销售渠道之间的多向交互。这样还可以借助图书销售反馈信息提高印量预测准确性、降低退货损失、甚至可以开展预售、个性化印刷。通过版权保护和服务提升拉动品牌形象,对读者行为进行跟踪分析,实现对用户群和行业整体的把握,为出版行业带来无限商机。
三、二维码技术在物联网领域的应用
表单应用:
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
保密应用:
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。
追踪应用:
公文自动追踪、生产线零件自动追踪、客户服务自动追踪、邮购运送自动追踪、维修记录自动追踪、危险物品自动追踪、后勤补给自动追踪、医疗体检自动追踪、生态研究(动物、鸟类...)自动追踪等。
证照应用:
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。
盘点应用:
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。
备援应用:
文件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,保存时间长,又可影印传真,做更多备份。
四、国内外二维条码技术标准简述
1、国外对二维条码技术的研究始于20世纪 80年代末,已研制出多种码制,全球现有的一、二维条码多达 250种以上,其中常见的有PDF417,QRCode,Code49,Code16K,CodeOne等 20余种。二维条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)都是二维条码技术的佼佼者。
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条码符号,其全称为Quickly Response,意思是快速响应。它除具有一维条码及其他二维条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条码,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。
2、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条码图像的识别和处理。

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