Data Matrix與Maxicode二維條碼

1、DataMatrix 二維條碼二維條碼 DataMatrix 二維條碼二維條碼1綱要綱要綱綱 要要DataMatrix 二維條碼的發(fā)展二維條碼的發(fā)展Data Matrix二維條碼的結(jié)構(gòu)二維條碼的結(jié)構(gòu) DataMatrix 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)DataMatrix 工業(yè)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn) DataMatrix 政府標(biāo)準(zhǔn)政府標(biāo)準(zhǔn)DataMatrix 技術(shù)規(guī)格和性能技術(shù)規(guī)格和性能 2DataMatrix 二維條碼原名Datacode，由美國國際資料公司(International Data Matrix, 簡稱ID Matrix)於1989年發(fā)明。Data-Matrix二維條碼是一種矩陣式二維條碼，其

2、發(fā)展的構(gòu)想是希望在較小的條碼標(biāo)簽上存入更多的資料量。Data Matrix二維條碼的最小尺寸是目前所有條碼中最小的，尤其特別適用於小零件的標(biāo)識，以及直接印刷在實體上。DataMatrix 二維條碼又可分為ECC000-140與ECC200兩種類型，ECC000-140具有多種不同等級的錯誤糾正功能，而ECC200則透過Reed-Solomon演算法產(chǎn)生多項式計算出錯誤糾正碼，其尺寸可以依需求印成不同大小，但采用的錯誤糾正碼應(yīng)與尺寸配合，由於其演算法較為容易，且尺寸較有彈性，故一般以ECC200較為普遍，本節(jié)也僅介紹ECC200規(guī)格的Data Matrix二維條碼碼，以下所說的Data- Mat

3、rix二維條碼事實上都是指ECC200而言。發(fā)展歷程發(fā)展歷程3如圖所示，Data Matrix二維條碼的外觀是一個由許多小方格所組成的正方形或長方形符號，其資訊的儲存是以淺色與深色方格的排列組合，以二位元碼(Binary-code)方式來編碼，故電腦可直接讀取其資料內(nèi)容，而不需要如傳統(tǒng)一維條碼的符號對映表(Character Look-up Table)。深色代表 “1”，淺色代表 “0”，再利用成串(String)的淺色與深色方格來描述特殊的字元資訊，這些字串再列成一個完成的矩陣式碼，形成DataMatrix二維條碼碼，再以不同的印表機印在不同材質(zhì)表面上。由於Data Matrix二維條碼只

4、需要讀取資料的20%即可精確辨讀，因此很適合應(yīng)用在條碼容易受損的場所，例如印在暴露於高熱、化學(xué)清潔劑、機械剝蝕等特殊環(huán)境的零件上。發(fā)展歷程發(fā)展歷程Data Matrix二維條碼的外觀 4Data Matrix二維條碼的尺寸可任意調(diào)整，最大可到14平方英寸，最小可到0.0002平方英寸，這個尺寸也是目前一維與二維條碼中最小的，因此特別適合印在電路板的零組件上。另一方面，大多數(shù)的條碼的大小與編入的資料量有絕對的關(guān)系，但是Data Matrix二維條碼的尺寸與其編入的資料量卻是相互獨立的，因此它的尺寸比較有彈性。 此外，DataMatrix二維條碼最大儲存量為2,000bytes，自動糾正錯誤的能力

5、較低，只適用特別的CCD掃瞄器來解讀。發(fā)展歷程發(fā)展歷程5Data Matrix二維條碼碼具有以下特性： 可編碼字元集包括全部的ASCII字元及擴充ASCII字元，共256個字元。 條碼大小(不包括空白區(qū))：1010 144144 資料容量：235個文數(shù)字資料，1556個8位元資料，3116個數(shù)字資料。 錯誤糾正：透過Reed-Solomon演算法產(chǎn)生多項式計算獲得錯誤糾正碼。不同尺寸宜采用不同數(shù)量的錯誤糾正碼。(一) 特性 Data Matrix結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 6每個Data Matrix二維條碼符號由規(guī)則排列的方形模組構(gòu)成的資料區(qū)組成，資料區(qū)的四周由定位圖形(Finder Pattern)所包圍，

6、定位圖形的四周則由空白區(qū)包圍，資料區(qū)再以排位圖形(Alignment Patterns)加以分隔。 定位圖形定位圖形是資料區(qū)域的一個周界，為一個模組寬度。其中兩條鄰邊為暗實線，主要用於限定物理尺寸；定位和符號失真。另兩條鄰邊由交替的深色和淺色模組組成，主要用於限定符號的單元結(jié)構(gòu)，但也能幫助確定物理尺寸及失真。 符號尺寸ECC000-140符號有奇數(shù)行與奇數(shù)列。符號外觀為一方形矩陣，尺寸從99至4949，不包括空白區(qū)。這些符號可透過右上角深色方格識別出來。 ECC200符號有偶數(shù)行與偶數(shù)列。有些符號是正方形，尺寸從1010至144144，不包括空白區(qū)。有些是長方形，尺寸從818至1648，不包括

7、空白區(qū)。所有的ECC200符號都可以透過右上角淺色方格識別出來。(二 )基本結(jié)構(gòu) Data Matrix結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 7Data Matrix二維條碼按以下步驟來表示資料： 資料編碼先分析要表示的資料，選取合適的編碼方案，按所選定的方案將資料流轉(zhuǎn)為字碼流，并加入必要的填字，如果使用者未規(guī)定矩陣寸，則應(yīng)選取能滿足要存放資料的最小尺寸。DataMatrix二維條碼共有6種編碼方案，即6種字碼集，見下表。 Data Matrix二維條碼的編碼方案與相對應(yīng)之字元集資料表示方法Data Matrix結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 編碼方案編碼方案字元集字元集ASCII十進位數(shù)字ASCII值0127擴展ASCII值128255C4

8、0基本大寫文數(shù)字型Text基本小寫文數(shù)字型EDIFACT3294Base2560255X12ANSI X12 EDI數(shù)據(jù)集8錯誤檢測和糾正字碼(ECC)的產(chǎn)生對少於255個字碼的Data Matrix二維條碼，錯誤糾正字碼可由資料字碼計算得出。對於多於255個字碼的符號，應(yīng)將資料字碼分成多個模組，然後再產(chǎn)生每一個模組的錯誤糾正字碼。錯誤糾正字碼能夠糾正兩種類誤字碼，包括E錯誤(已知位置上的錯誤字碼)，以及T錯誤(未知位置上的錯誤字碼)。換句話說，E錯誤是不能被掃瞄或不能被解碼的符號字元，T錯誤則是被錯誤解碼的符號字元。 資料表示方法Data Matrix結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 9Data Matrix二維條

9、碼碼具有以下特性： 可編碼字元集包括全部的ASCII字元及擴充ASCII字元，共256個字元。 條碼大小(不包括空白區(qū))：1010 144144 資料容量：235個文數(shù)字資料，1556個8位元資料，3116個數(shù)字資料。 錯誤糾正：透過Reed-Solomon演算法產(chǎn)生多項式計算獲得錯誤糾正碼。不同尺寸宜采用不同數(shù)量的錯誤糾正碼。(一) 特性 Data Matrix結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 10Data Matrix 最初是通過AIM/USA面向公共領(lǐng)域發(fā)布目前Data Matrix被一份名為 ISO/IEC16022International Symbology Specification, Data Mat

10、rix 的ISO標(biāo)準(zhǔn)所覆蓋，并公開發(fā)布，這意味著這份它可以免費使用而不需要專門的授權(quán)和版稅。 ISO/IEC 15418:1999 Symbol Data Format Semantics (標(biāo)準(zhǔn)號可查找在：/)ISO/IEC 15434:1999 Symbol Data Format Syntax ISO/IEC 15415 2-D Print Quality Standard Uniform Code Council (UCC) 正處在對 Data Matrix 最終是否能夠成為二維碼載體進行審批。UCC是國際EAN組織成員，負責(zé)推進全球供應(yīng)鏈全部環(huán)節(jié)的標(biāo)

11、識和商業(yè)通訊標(biāo)準(zhǔn)。 美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ANSI）已經(jīng)接受Data Matrix作為產(chǎn)品部件表面直接標(biāo)記符號的標(biāo)準(zhǔn)。 DataMatrix 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)111、電子工業(yè)協(xié)會（EIA）推薦 Data Matrix 用于標(biāo)記電子元件和產(chǎn)品。 EIA 706, Electronics Industry Marking Standard EIA 802, Electronics Industry Marking Standard 2、半導(dǎo)體設(shè)備制造協(xié)會（SEMI）選擇作為300mm晶片標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)，同樣也用于鏡片包裝盒標(biāo)簽、平板顯示器和鉛框帶。 T2-0298E Marking Silicon Wafe

12、rs T3-0302 Marking Wafer Box Labels T7-0302 Marking back-surfaces of Double-Sided Polished Wafers T8-0698E Marking Glass Flat Panel Display Substrates T9-0200E Marking Lead-Frame Strips T10-0701 Test Method for the Assessment of Direct Mark Quality 3、自動工業(yè)行動組織（AIAG）推薦 Data Matrix 作為小部件標(biāo)識（B-4部件標(biāo)識和跟蹤應(yīng)用

13、標(biāo)準(zhǔn)）。 4、自動工程協(xié)會（SAE）。 SAE AS9132 Aerospace Industry Marking Standard 5、航空運輸協(xié)會（ATA）規(guī)范2000通過使用 Data Matrix 碼初步實現(xiàn)航空工業(yè)單元水平的可追蹤性。 工業(yè)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)12關(guān)于 Data Matrix 的美國政府標(biāo)準(zhǔn)包括：NASA（國家航空和宇宙航行局）開發(fā)了下列標(biāo)準(zhǔn)以統(tǒng)一相關(guān)標(biāo)記數(shù)據(jù)，并寫入 NASA 標(biāo)準(zhǔn)和詳細的指導(dǎo)手冊： NASA STD 6002 - 在航天器部件上應(yīng)用 Data Matrix NASA-HDBK-6003 - 在航天器部件使用直接部件標(biāo)記方法/技術(shù)中使用 Data M

14、atrix 標(biāo)記符號 NASA的這些標(biāo)準(zhǔn)是 NASA 馬歇爾空間飛行中心（MSFG）和 RVSI 符號研究中心（SRC）之間達成的一個空間行動協(xié)議的指導(dǎo)下完成的。美國國防部（DoD）實現(xiàn)了一個策略，要求大范圍實現(xiàn) Data Matrix 唯一標(biāo)識。MIL-STD-130L，軍用財產(chǎn)標(biāo)識，為使用 Data Matrix 的策略支持方面提供了指導(dǎo)。 Department of Defense Guide to Uniquely Identifying Items 更多的 DoD 的 UID 策略和 RVSI 為必須使用這些策略的政府承包商提供的支持服務(wù)參見 www.UID。國際政府標(biāo)準(zhǔn)韓國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會

15、 Korean Standards Association (KSA)。 0mindd或DataMatrix 政府標(biāo)準(zhǔn)政府標(biāo)準(zhǔn) 13Data Matrix 包括 ECC 000-140 和 ECC 200 兩套符號體系，ISO 標(biāo)準(zhǔn)推薦在公共場合使用 ECC 200 規(guī)范。下面給出 ECC 200 的相關(guān)技術(shù)規(guī)格和性能。技術(shù)規(guī)格和性能技術(shù)規(guī)格和性能 ECC 200 標(biāo)準(zhǔn)編碼模式標(biāo)準(zhǔn)編碼模式編碼模式字符集每字符數(shù)據(jù)位數(shù)ASCII數(shù)字成對編碼4ASCII 0-1278擴展 ASCII 128-25516C40大寫字母和數(shù)字5.33Text小寫字母和數(shù)字5.33X12ANSI X12 EDI 數(shù)據(jù)集

16、5.33EDIFACTASCII 32-946Base 2560-255 范圍的任何數(shù)據(jù)8Maxicode二維條碼牛眼碼二維條碼牛眼碼 Maxicode二維條碼二維條碼151980年代晚期，美國知名的UPS(United Parcel Service)快遞公司認知到利用機器辨讀資訊可有效改善作業(yè)效率、提高服務(wù)品質(zhì)，故從1987年開始著手於機器可讀表單(Machine Readable Form)的研究，發(fā)覺到條碼是相對成本最低的可行方案。為了能達到高速掃瞄的目的，UPS舍棄了堆疊式二維條碼的做法，重新研發(fā)一種新的條碼，在1992年時推出UPS code，并研發(fā)出相關(guān)設(shè)備，此即Maxicode二

17、維條碼的前身。1996年時，美國自動辨識協(xié)會(AIMUSA)制定統(tǒng)一的符號規(guī)格，稱為Maxicode二維條碼，也有人稱USS-Maxicode二維條碼(Uniform Symbology Specification- Maxicode)。本文所指的Maxicode二維條碼，都是遵循AIMUSA所制訂的標(biāo)準(zhǔn)。Maxicode的緣起的緣起16Maxicode二維條碼是一種中等容量、尺寸固定的矩陣式二維條碼，它由緊密相連的六邊形模組和位於符號中央位置的定位圖形所組成。Maxicode二維條碼是特別為高速掃瞄而設(shè)計，主要應(yīng)用於包裹搜尋和追蹤上。UPS除了將Maxicode二維條碼/牛眼碼應(yīng)用到包裹的分

18、類、追蹤作業(yè)上，并打算推廣到其他應(yīng)用上。1992年與1996年所推出的Maxicode二維條碼符號規(guī)格略有不同，就外觀上來看，圖的左邊是1992年剛推出的樣子，右邊則是現(xiàn)在Maxicode二維條碼應(yīng)有的樣子。由于其外觀形象，有名：牛眼碼。Maxicode的外觀 Maxicode二維條碼的外觀17外形近乎正方形，由位於符號中央的同心圓(或稱公牛眼)定位圖形 (Finder Pattern)，及其周圍六邊形蜂巢式結(jié)構(gòu)的資料位元所組成，這種排列方式使得Maxicode二維條碼可從任意方向快速掃瞄。其外觀與中心放大圖如圖所示。 基本特征基本特征 Maxicode二維條碼外觀與中心放大圖符號大小固定。為

19、了方便定位，使解碼更容易，以加快掃瞄速度，Maxicode二維條碼的圖形大小與資料容量大小都是固定的，圖形固定約1平方英寸，資料容量最多93個字元。18定位圖形：Maxicode二維條碼具有一個大小固定且唯一的中央定位圖形，為叁個黑色的同心圓，用於掃瞄定位。此定位圖形位在資料模組所圍成的虛擬六邊形的正中央，在此虛擬六邊形的六個頂點上各有3個黑白色不同組合式所構(gòu)成的模組，稱為方位叢(Orientation Cluster)，其提供掃瞄器重要的方位資訊，見圖基本特征基本特征 Maxicode二維條碼的符號排列方式二維條碼的符號排列方式 19每個Maxicode二維條碼均將資料欄位劃分成兩大部分，圍

20、在定位圖形周圍的深灰色蜂巢稱為主要訊息(Primary Messages)，其包含的資料較少，主要用來儲存高安全性的資料，通常是用來分類或追蹤的關(guān)鍵資訊，其包括60個資料位元(bits)和60個錯誤糾正位元。主要訊息有兩個特殊作用，其中最重要的是包含4個模式位元(Mode Bits)，圍在定位圖形右上方全白的方位叢左邊，以淡灰色所標(biāo)識的四個位元即是，其直接指示出其馀的資料編碼模式。另一個用途是，剩馀的56個資料位元則依包裹分類追蹤需要的所有資訊編碼成結(jié)構(gòu)化收件人訊息(Structured Carrier Messages)，因此大部份在高速掃瞄的狀況下，只需要將主要訊息解碼就夠了。在主要訊息外

21、圍的淡灰色部份(未表示完全)，用來儲存次要訊息(Secondary Messages)，其提供額外的訊息，如來源地、目的地等人工分類時所需的重要資訊。 模式：是一種允許符號有不同結(jié)構(gòu)的機制，Maxicode二維條碼共有7種模式(模式0模式6)，但其中有2個模式(模式0、模式1)已作廢。 基本特征基本特征20Maxicode二維條碼具有復(fù)雜而堅固的錯誤糾正能力，以確保符號中的資訊是正確的，就算條碼受到部份損毀，內(nèi)部儲存的資訊仍可完整讀出。(叁) 解碼速度 Maxicode二維條碼的最大優(yōu)點在於其解碼速度相當(dāng)快，Maxicode二維條碼可在速度為每分鐘550英 的輸送帶上成功讀取。Maxicode

22、二維條碼的組成編碼字元集Maxicode二維條碼允許對256個國際字符編碼，包括值0127的ASCII字元和128255的擴展ASCII字元。在數(shù)字組合模式下，可用6個字碼表示9位數(shù)字。用於代碼切換和其他控制字元也包括在其字元集中。 錯誤糾正能力21每個字元由6個六邊形的模組組成。 每個模組表示一個二進制位，深色模組表示 “1” ，淺色模組表示 “0”。 通常六個模組排成3層，順序為右上至左下，見圖。Maxicode二維條碼符號字元的表示二維條碼符號字元的表示 Maxicode二維條碼的位元組成排列方式 22由於Maxicode二維條碼符號的特殊結(jié)構(gòu)，符號字元具有特殊的排列形式。 字碼集字碼是

23、介於數(shù)字字元和符號字元間的值，也是錯誤糾正計算的基礎(chǔ)。Maxicode二維條碼的字碼集共有64個，范圍為063，二進位表示為000000111111。在每符號字元中，最高有效位是編號最低的模組。符號尺寸每個Maxicode二維條碼符號共有884個六邊形模組，分33層圍繞著中央定位圖形，每一層分別由30個或29個模組組成。符號四周應(yīng)有空白區(qū)。每個Maxicode二維條碼包括空白區(qū)在內(nèi)，尺寸固定為28.14mm26.91mm，約1平方英寸。中央定位圖形相當(dāng)於90個模組的大小。資料容量884個六邊形模組中，有18個模組用於定位，剩馀866個為資料模組，扣掉2個未使用的模組，用於表示資料編碼和錯誤糾正

24、的模組共有864個，包含144個6位元的符號字元，其中至少須有50個以上的錯誤糾正字元，以及1個模式字元，因此資料容量最大為93個字元，若純?yōu)閿?shù)字字元，則可存放138個。Maxicode二維條碼符號的特殊結(jié)構(gòu)二維條碼符號的特殊結(jié)構(gòu) 23Maxicode二維條碼提供標(biāo)準(zhǔn)錯誤糾正(Standard Error Correction, SEC)與增強錯誤糾正(Extended Error Correction, EEC)兩種錯誤糾正等級，這兩種等級需要不同數(shù)量的字，提供不同水準(zhǔn)的錯誤恢復(fù)能力，SEC的錯誤復(fù)原能力達16%，EEC則可達25%。這兩種錯誤糾正等級的基本特性如表所示。采用哪一種錯誤糾正等

25、級是由模式字元所指定。錯誤糾正錯誤糾正Maxicode的錯誤糾正等級特性 錯誤糾正等級 標(biāo)準(zhǔn) 增強 字碼總數(shù) 144 144 可能的資料字元數(shù) 93 77 模式字元數(shù) 1 1 錯誤字元數(shù) 50 66 可糾正的錯誤字元數(shù) 22 30 24如前所述，每個Maxicode有1個模式字元，用來定義符號的資料與錯誤結(jié)構(gòu)，模式的編碼是主要訊息的一部份。 原本於1992年推出的UPS code的規(guī)格只有兩種模式： 模式0：主要訊息為一個結(jié)構(gòu)化收件人訊息，次要訊息至多可編入84個大寫英文字母，或數(shù)字、標(biāo)點符號。 模式1：主要訊息加上次要訊息至多可編入93個大寫英文字母，或數(shù)字、標(biāo)點符號。 不過上述兩種模式已廢

26、除，由新規(guī)定的模式2和模式3取代模式0，由模式4取代模式1。AIMUSA所規(guī)定的新模式及其內(nèi)容為：模式2：主要訊息為一個結(jié)構(gòu)化收件人訊息加上一個數(shù)字型態(tài)的郵遞編號，次要訊息至多可編入84個字元(character)。模式3：主要訊息為一個結(jié)構(gòu)化收件人訊息加上一個文數(shù)字型態(tài)的郵遞編號，次要訊息至多可編入84個字元。 Maxicode的模式的模式25模式2及模式3適用於運輸業(yè)者，此時符號表示收件人定義的目的地地址及服務(wù)類型。符號的前120位用增強錯誤糾正(EEC)表示收件人結(jié)構(gòu)化資訊，而符號的其馀部份用標(biāo)準(zhǔn)錯誤糾正(SEC)表示其它資訊。收件人訊息的結(jié)構(gòu)如表。Maxicode的模式的模式結(jié)構(gòu)化收件人訊息的結(jié)構(gòu)位元編號 編碼資料 結(jié)構(gòu) 36 模式 二進制015