chap04補(bǔ)充-條形碼技術(shù)

1、主講：白小軍條形碼技術(shù)基礎(chǔ)內(nèi)容提要條形碼技術(shù)簡介EAN-13一維條形碼技術(shù)QR Code二維條碼技術(shù)條形碼(barcode)是將寬度不等的多個黑條和空白，按照一定的編碼規(guī)則排列，用以表達(dá)一組信息的圖形標(biāo)識符。條形碼可以標(biāo)出物品的生產(chǎn)國、制造廠家、商品名稱、圖書分類號、類別等許多信息，因而在商品流通、圖書管理、郵政管理等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。1 條碼技術(shù)簡介 什么是條形碼：1 條碼技術(shù)簡介 條形碼的分類：一維條碼：只是在一個方向（一般是水平方向）表達(dá)信息，而在垂直方向則不表達(dá)任何信息。二維條碼：在水平和垂直方向的二維空間存儲信息的條形碼， 稱為二維條形碼（2-dimensional bar

2、code）彩色條碼：結(jié)合帶有視像鏡頭的手提電話或個人電腦，利用鏡頭來閱讀雜志、報(bào)紙、電視機(jī)或電腦屏幕上的顏色條碼，并傳送到數(shù)據(jù)中心；數(shù)據(jù)中心會因應(yīng)收到的顏色條碼來提供網(wǎng)站資料或消費(fèi)優(yōu)惠。 條形碼的工作原理：掃描和譯碼掃描器發(fā)出的光在條碼上反射后，照射到掃描器內(nèi)部的光電轉(zhuǎn)換器上，轉(zhuǎn)換器根據(jù)反射光信號的強(qiáng)弱，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號。電信號輸出到掃描器的放大電路增強(qiáng)后，再送到整形電路，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。譯碼器通過測量脈沖數(shù)字信號0和1的數(shù)目來判別條和空的數(shù)目，通過測量0和1信號連續(xù)的個數(shù)來判別條和空的寬度。要知道條碼所包含的信息，還需根據(jù)對應(yīng)的編碼規(guī)則（如EAN-8碼），將條形符號換成相應(yīng)的數(shù)字

3、和字符。最后，計(jì)算機(jī)管理信息系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)處理，識別并得到物品的詳細(xì)信息。1 條碼技術(shù)簡介 編碼的基本規(guī)則：唯一性：同種規(guī)格同種產(chǎn)品對應(yīng)同一個代碼，同種產(chǎn)品不同規(guī)格對應(yīng)不同的代碼。根據(jù)產(chǎn)品的不同性質(zhì)，如：重量、包裝、規(guī)格、氣味、顏色、形狀等等，賦予不同的商品代碼。永久性：產(chǎn)品代碼一經(jīng)分配，就不再更改，并且是終身的。當(dāng)此種產(chǎn)品不再生產(chǎn)時，其對應(yīng)的產(chǎn)品代碼只能擱置起來，不得重復(fù)起用再分配給其它的商品。無含義：為了保證代碼有足夠的容量以適應(yīng)產(chǎn)品頻繁的更新?lián)Q代的需要，最好采用無含義的順序碼1 條碼技術(shù)簡介1 條碼技術(shù)簡介 常用碼制：UPC(統(tǒng)一產(chǎn)品代碼)：只能表示數(shù)字，有A、B、C、D、E五個版本,

4、主要使用于美國和加拿大地區(qū)。EAN-13碼：歐洲的International Article Numbering Association 在UPC-A標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上建立，解決UPC碼的應(yīng)用區(qū)域局限性問題。PDF 417：由多行條碼堆疊組成的二維碼，其字符集含128個字符，最大數(shù)據(jù)量1850個字符。意為“便攜數(shù)據(jù)文件”，即Portable Data File，每一個碼字都是由4個條和4個空構(gòu)成，并且4個條和4個空的寬度加起來總是17個模塊，所以稱為PDF417碼。QR Code：Quick Response Code，由日本DENSO公司研制的一種矩陣式二維條碼符號。具有識讀速度快、可全方位識讀、

5、用特定的數(shù)據(jù)壓縮模式表示中國漢字和日本漢字等優(yōu)點(diǎn)，獲得了廣泛的應(yīng)用。 EAN-13碼的背景知識：2 EAN-13碼因?yàn)閁PC-A標(biāo)準(zhǔn)并不能很好的滿足國際化應(yīng)用，EAN-13便在UPC-A的基礎(chǔ)上建立起來。兩者的唯一區(qū)別在于它們的數(shù)字系統(tǒng)編碼不同，UPC-A是從0到9的一位數(shù)字，而EAN-13的數(shù)字系統(tǒng)編碼由從00到99的兩位數(shù)字構(gòu)成，它實(shí)際上是一個國家編碼。EAN-13是UPC-A的一個超集，這就意味著，任何能夠讀取EAN-13符號的軟件或硬件，都能夠自動地讀取UPC-A符號。 EAN-13碼的組成：2 EAN-13碼數(shù)制：是由2位組成(有時候是3位)，用來區(qū)分國家或經(jīng)濟(jì)區(qū)域（編碼管理局）。任

6、何以0開始的數(shù)制都是一個UPC-A。廠商碼：由數(shù)制碼標(biāo)示的編碼管理局為每個廠商分配的唯一的編碼。一個公司的所有產(chǎn)品將使用相同的廠商碼，EAN使用變長廠商碼。產(chǎn)品碼：廠商為自己的產(chǎn)品分配的唯一編碼，廠商只需確保自己的產(chǎn)品碼不重復(fù)就可以了。校驗(yàn)位：是一個附加的位，用來驗(yàn)證一個條碼是否被正確的掃描。 如何計(jì)算校驗(yàn)位：2 EAN-13碼將最右邊一個數(shù)位作為“奇數(shù)”位，從右向左為每個字符指定奇數(shù)/偶數(shù)位。對所有奇數(shù)位上的數(shù)值求和，將結(jié)果乘以3。對所有偶數(shù)位上的數(shù)值求和。對第2步和第3步計(jì)算的結(jié)果求和。校驗(yàn)位的數(shù)字加上用第4步計(jì)算的總和數(shù)應(yīng)該能夠被10整除。如果第4步計(jì)算的總和數(shù)能夠被10整除，校驗(yàn)位就是

7、“0”例如：13位條碼0075678164125，最后一位5是如何來的？ EAN-13編碼符號計(jì)算出校驗(yàn)位后，整個消息必須被編碼為“條”和“空”的序列；用數(shù)字“1”來表示條碼的一個“暗”或“條”部分；用數(shù)字“0”來表示條碼的一個“亮”或“空間”部分；例如，數(shù)值1101表示：兩個寬度的條（11），跟著一個寬度的空（0），跟著一個寬度的條（1），如圖示。2 EAN-13碼 EAN-13碼的物理結(jié)構(gòu)左手邊警戒條，或開始哨，編碼為101數(shù)制碼的第二個字符，按照下面描述的方式編碼廠商碼的5個字符，按照下面描述的方式編碼中間警戒模式，編碼為01010產(chǎn)品碼的5個字符，按照下面描述的右手邊字符方式進(jìn)行編碼校

8、驗(yàn)位，按照下面描述的右手邊字符方式進(jìn)行編碼右手邊警戒條，或結(jié)束哨，編碼為1012 EAN-13碼 EAN-13碼的字符編碼表2 EAN-13碼 EAN-13碼的編碼規(guī)律2 EAN-13碼一個EAN-13字符使用7個元素來描述，包含2個條和2個空。例外是左、右警戒條（3個元素）以及中間警戒條（5個元素）。任何條或空的長度都不會超過4個元素。條碼左手邊的所有字符總是以0（空）開始的，而右手邊的所有字符都是以1（條）開始的。如果把1變成0，把0變成1，那么“右手邊”編碼模式和“左手邊奇數(shù)”編碼模式是完全相同的。“左手邊偶數(shù)”編碼模式是基于“左手邊奇數(shù)”編碼模式的。2 EAN-13碼示例：商品代碼 7

9、5 01031 31130，計(jì)算出校驗(yàn)碼為 9，編碼如下：左警戒條: 總是101. 第二數(shù)制位 5: 按照左手邊奇數(shù)性進(jìn)行編碼, 0110001. 廠商碼第1個數(shù)位 0: 按照左手邊偶數(shù)性進(jìn)行編碼, 0100111. 廠商碼第2個數(shù)位 1: 按照左手邊奇數(shù)性進(jìn)行編碼, 0011001. 廠商碼第3個數(shù)位 0: 按照左手邊偶數(shù)性進(jìn)行編碼, 0100111. 廠商碼第4個數(shù)位 3: 按照左手邊奇數(shù)性進(jìn)行編碼, 0111101. 廠商碼第5個數(shù)位 1: 按照左手邊偶數(shù)性進(jìn)行編碼, 0110011. 中間警戒條 (總是相同的): 01010. 2 EAN-13碼示例：商品代碼 75 01031 311

10、30，計(jì)算出校驗(yàn)碼為 9，編碼如下：產(chǎn)品碼第1個數(shù)位 3: 按照右手邊字符進(jìn)行編碼, 1000010. 產(chǎn)品碼第2個數(shù)位 1: 按照右手邊字符進(jìn)行編碼, 1100110. 產(chǎn)品碼第3個數(shù)位 1: 按照右手邊字符進(jìn)行編碼, 1100110. 產(chǎn)品碼第4個數(shù)位 3: 按照右手邊字符進(jìn)行編碼, 1000010. 產(chǎn)品碼第5個數(shù)位 0: 按照右手邊字符進(jìn)行編碼, 1110010. 校驗(yàn)位 9: 按照右手邊字符進(jìn)行編碼, 1110100. 右邊警戒條 : 總是101. 將這個數(shù)字字符串轉(zhuǎn)換成他們的圖形表示形式：2 EAN-13碼示例：條碼75 01031 31130 9 的圖案如下：3 QR Code二

11、維碼QR Code的主要特點(diǎn)：信息容量大可靠性高可表示漢字及多種文字信息超高速識讀：每秒可識讀30個含有100個字符的QR Code符號全方位識讀：加入了位置探測圖形，可360度識別編碼效率高：13位表示漢字字符3 QR Code二維碼幾種常用二維碼相關(guān)參數(shù)對比：3 QR Code二維碼QR-Code基本特性：3 QR Code二維碼QR-Code版本和規(guī)格：QR code條碼符號共有40種規(guī)格，分別為版本l、版本2、版本40；版本1的規(guī)格為21模塊21模塊、版本2的規(guī)格為25模塊25模塊，依此類推每一版本比前一版本每一邊增加4個模塊，直到版本40，其規(guī)格為177模塊177模塊；不同的版本包含

12、不同的信息量3 QR Code二維碼QR-Code基本圖符：尋像圖形：形包括三個相同的位置探測圖形，分別位于符號的左上角、右上角、左下角。每個位置探測圖形可以看作是由3個重疊的同心正方形組成，分別為77個深色模塊、55個淺色模塊、33個深色模塊。3 QR Code二維碼QR-Code基本圖符：分隔符：在每個位置探測圖形和編碼區(qū)域之間有個寬度為1個模塊的分割符，便于找到位置探測圖形，進(jìn)而確定二維碼圖像的具體位置。定位圖形：水平和垂直定位圖形分別為一個模塊寬的一行和一列，由深色和淺色模塊交替組成，開始和結(jié)尾都是深色模塊（第6行和第6列）。矯正圖形：對于攝像頭拍攝的圖像大多都有不同程度的失真，通過校

13、正圖形便于確定圖像的失真程度。校正圖形可以看作是3個重疊的同心正方形，由55個的深色模塊、33個的淺色模塊以及位于中心的一個深色模塊組成。校正圖形的位置數(shù)量視符號的版本號而定，版本2以上(含版本2)的符號均有校正圖形。編碼區(qū)域：包括表示數(shù)據(jù)碼字、糾錯碼字、版本信息和格式信息的符號區(qū)域。不同的版本符號根據(jù)規(guī)范，其中包含的信息量是不同的。編碼時，如果沒有明確的版本規(guī)定，則自動使用滿足信息量的最小版本。3 QR Code二維碼QR-Code基本圖符：版本信息：在條碼的兩個特定的區(qū)域有版本信息。因?yàn)榘姹拘畔⒃谧g碼時相當(dāng)重要，所以圖形中出現(xiàn)兩次，提供冗余。版本信息為18位，其中6位數(shù)據(jù)位、12位通過BC

14、H(18，6)編碼計(jì)算出來的糾錯位。格式信息：格式信息包含了條碼的糾錯等級和掩碼圖形參考等信息，也出現(xiàn)兩次，提供信息冗余。格式信息為15位，其中有5位數(shù)據(jù)位、lO位用BEH(15，5)編碼計(jì)算得到的糾錯位。第1、2數(shù)據(jù)位是符號的糾錯等級，第3、4、5位是掩模圖。QR-Code條碼圖像特征：QR Code矩陣式二維條碼是由深色模塊和淺色模塊組成的，深色模塊代表二進(jìn)制中的“l(fā)”、淺色模塊代表二進(jìn)制中的“0”。條碼的識別實(shí)質(zhì)上就是識別條碼基本模塊代表的是“0”還是“1”，識別的錯誤率越低，圖像處理算法的性能就越好。3 QR Code二維碼QR-Code編碼過程：數(shù)據(jù)分析與模式選擇：QR code條碼

15、包括幾種不同的模式，即數(shù)字模式、字母數(shù)字模式、8位字節(jié)模式、中國漢字模式，能將不同的字符字集轉(zhuǎn)換為符號字符，必要時可以進(jìn)行模式之間的轉(zhuǎn)換，以便更高效地將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制位流。數(shù)據(jù)編碼：將輸入的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為位流。每種模式對應(yīng)相應(yīng)的段，每一段由模式指示符、字符計(jì)數(shù)指示符、數(shù)據(jù)位流組成。所得的數(shù)據(jù)位流將被分為一個個碼字，碼字長度都是8位。如果最后一個碼字不足8位全補(bǔ)O，必要時加入交替的填充字符11101100和00010001以填滿按照版本要求的數(shù)據(jù)碼字?jǐn)?shù)。糾錯編碼：QR code條碼具有很強(qiáng)的糾錯能力，最高可恢復(fù)的碼字比例為30，這種能力是通過Reed-Solomon糾錯控制編碼來實(shí)現(xiàn)的。3 QR

16、Code二維碼QR-Code編碼過程：構(gòu)造最終信息：根據(jù)各項(xiàng)規(guī)則將數(shù)據(jù)碼字序列分為n塊，對每一塊，計(jì)算得到相應(yīng)塊的糾錯碼字。依次將每一塊的數(shù)據(jù)和糾錯碼字排列成最終位流序列：數(shù)據(jù)塊1的碼字、數(shù)據(jù)塊2的碼字,依此類推至數(shù)據(jù)塊以的最后一個碼字，隨后糾錯塊1的碼字、糾錯塊2的碼字、糾錯塊3的碼字，依此類推至糾錯塊刀的最后一個碼字。在矩陣中布置數(shù)據(jù)塊：整個二維碼圖形分為功能圖形區(qū)域和編碼區(qū)域。在功能圖塊區(qū)域的位置，填入適當(dāng)?shù)纳钌驕\色模塊。在編碼區(qū)域，符號字符以2個模塊寬的縱列從右下角開始布置，自右向左，且交替地從下向上或從上到下安排。途中，如遇到功能模塊或格式和版本信息，則繞過這些模塊在其上面或下面繼續(xù)排列。3 QR Code二維碼在矩陣中布置數(shù)據(jù)塊：3 QR Code二維碼在矩陣中布置數(shù)據(jù)塊：3 QR Code二維碼QR-Code編碼過程：掩膜：為提高條碼閱讀的可靠性，最好均衡地安排深色和淺色模