條形碼知多少-淺談條形碼的演進(jìn)與二維條形碼的應(yīng)用
一、 前言
條形碼在現(xiàn)代生活中隨處可見, 這粗細(xì)不同的長(zhǎng)方形黑線條, 除了大量應(yīng)用在各項(xiàng)產(chǎn)業(yè)與產(chǎn)品標(biāo)示之外, 也常見于各項(xiàng)商品、 信用卡賬單、 稅單之中。 而在一維條形碼之后研發(fā)出的二維條形碼, 目前在臺(tái)灣更是鮮為一般大眾所知。 身為計(jì)算機(jī)作業(yè)系統(tǒng)霸主的微軟公司, 在 2009 年年初就發(fā)布了一套 iPhone 應(yīng)用軟件 Tag Reader, 用來讀取微軟獨(dú)創(chuàng)的 Microsoft Tag 二維條形碼(見圖 1), 卓實(shí)彰顯了它的重要性。 接下來, 讓我們好好了解一下, 這個(gè)即將充斥于我們生活的二維條形碼。
圖 1 微軟二維條形碼應(yīng)用于游戲軟件外盒(數(shù)據(jù)源: Microsoft Tag)
二、 條形碼的演進(jìn)
條形碼最早起源于1949年, 由美國 Woodland 等人為研究食品項(xiàng)目代碼及相應(yīng)設(shè)備而發(fā)明, 這種最早的條形碼其實(shí)是一種同心圓環(huán)形碼, 俗稱「公牛眼」(bull-eye) 。 并在1960年早期開始出現(xiàn)有關(guān)各種條形碼技術(shù)的文章, 到了1960年代晚期, 美國超市業(yè)者因收銀臺(tái)結(jié)賬太慢和常出錯(cuò), 故由一群零售商、 批發(fā)商和雜貨制造商組成超市委員會(huì), 與當(dāng)時(shí)的主要計(jì)算機(jī)廠商共同尋求解決方法。 1973年,美國統(tǒng)一編碼協(xié)會(huì)UCC制定一套代碼, 稱為「統(tǒng)一商品代碼」 (Universal Product Code, UPC) , 并以UPC碼建立條形碼系統(tǒng), 制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn), 并在食品業(yè)內(nèi)以UPC碼做為標(biāo)準(zhǔn)碼推廣使用, 條形碼技術(shù)從此由研究階段進(jìn)入大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用階段, 其后的歐洲、 日本等地也都各自發(fā)展EAN與JAN等不同的條形碼標(biāo)準(zhǔn)。
2002 年末, 代表 UCC 的美國與加拿大一同加入 EAN 組織, 使得主導(dǎo)物品編碼, 推動(dòng)電子商務(wù)的兩大國際組織達(dá)到真正合一, 經(jīng)過理事會(huì)于 2003 年的協(xié)商,與 2004 年規(guī)劃小組的策劃, 在 2005 年正式對(duì)外宣告更名為 GS1全球標(biāo)準(zhǔn)組織,領(lǐng)導(dǎo)全球標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施(臺(tái)灣 GS1, 2009)。
三、 條形碼的種類
條形碼主要可分為一維條形碼及二維條形碼兩大類, 二維條形碼又可分為兩種, 堆棧式二維條形碼及矩陣式二維條形碼, 分別概述如后。
(一) 一維條形碼
一維條形碼的結(jié)構(gòu)為一組印在商品包裝上的平行黑線和號(hào)碼, 因此有了「條形碼」 (BarCode) 的稱呼。 而黑線與空白按照一定的編碼規(guī)則組合起來的符號(hào), 用以代表一定的字母、 數(shù)字等數(shù)據(jù), 只要利用條形碼閱讀機(jī) (Barcode Reader) 來讀取商品上的條形碼, 得到一組反射光信號(hào), 此信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后變?yōu)橐唤M與黑線、 空白相對(duì)應(yīng)的電子訊號(hào), 譯碼后還原為相應(yīng)的文數(shù)字,
再傳入計(jì)算機(jī), 即可辨別所有商品, 其讀取的錯(cuò)誤率約為百萬分之一, 首讀率更大于98%, 是一種可靠性高、 輸入快速、 準(zhǔn)確性高、 成本低、 應(yīng)用面廣的數(shù)據(jù)自動(dòng)收集技術(shù)。 全世界已知的一維條形碼系統(tǒng)約225種, 常用約 40多種, 像是在UPC碼之后, 于1974年由Intermec公司推出的39碼, 在工業(yè)及軍事上得到了廣泛的使用; 1977年, 歐洲共同體成立了歐洲商品編碼協(xié)會(huì)(EAN), 以 UPC標(biāo)準(zhǔn)碼(UPC-A) 為基礎(chǔ), 制定出歐洲商品代碼(European Article Number) EAN-13碼與EAN-8碼; 1981年有128碼被推出應(yīng)用, 1982年之后又推出93碼, 其符號(hào)密度比39碼高30%, 其他常見的還有ISBN碼, 以上皆屬于一維條形碼的范圍(見表1) 。
表 1 常見的一維條形碼
UPC-A 碼 | ?![]() |
UPC 碼僅提供數(shù)字編碼, 只支持?jǐn)?shù)字 0 到 9, 有一位檢查碼, 限制位數(shù)(12 位和 6 位)、 需要檢查碼、 允許雙向掃瞄、 數(shù)字為 OCR-B的字型。主要用于超市及百貨業(yè)。 |
UPC-E 碼 | ?![]() |
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EAN-13 碼 | ?![]() |
參考 UPC 碼, 訂定與之兼容的EAN 碼, EAN 的特性是僅有數(shù)字號(hào)碼, 只支持?jǐn)?shù)字 0 到 9, 通常為 13碼, 允許雙向掃瞄, 縮短碼為 8 碼,數(shù)字為 OCR-B 字型。主要應(yīng)用于超市與百貨業(yè)。 |
EAN-8 碼 | ?![]() |
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39 碼 | ?![]() |
在九個(gè)碼素中, 其中有三個(gè)碼素是粗線, 故名「39 碼」, 除數(shù)字 0到 9 外, 尚提供英文字母 (A-Z)及特殊符號(hào)( +, -, *, , , %,$ , ? , Space)。 特性是允許雙向掃瞄, 檢查碼可有可無, 支持 44 組條形碼、 數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的空白不代表碼義, 以* 號(hào)作為起始碼及終止碼。主要應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品、 商業(yè)資料、 醫(yī)院的保健數(shù)據(jù)、 圖書館、 錄影帶出租業(yè)等。 |
ISBN 碼 | ?![]() |
國際標(biāo)準(zhǔn)書號(hào)碼。 為因應(yīng)圖書出版、 管理的需要, 便于國際間出版品的交流與統(tǒng)計(jì)所發(fā)展的一套國際統(tǒng)一的編號(hào)制度, 由一組有 ISBN代號(hào)的十位數(shù)號(hào)所組成, 用以識(shí)別出版品所屬國別地區(qū)(語言), 出版機(jī)構(gòu)、 書名、 版本及裝訂方式。 |
數(shù)據(jù)源: 整理自AIM Global
(二) 二維條形碼
一維條形碼雖然提高了數(shù)據(jù)收集與數(shù)據(jù)處理的速度, 但由于受到數(shù)據(jù)容量的限制, 一維條形碼僅能標(biāo)識(shí)商品, 而不能描述商品, 因此相當(dāng)依賴計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫。 而在沒有數(shù)據(jù)庫或不便連接網(wǎng)絡(luò)的地方, 一維條形碼很難派上用場(chǎng)。 也因此開發(fā)了儲(chǔ)存量較高的二維條形碼。不同于一維條形碼最多僅能表示28個(gè)字符, 二維條形碼可存放的數(shù)據(jù)量就比較大, 能表示1000個(gè)字符以上, 至少約500個(gè)中文字, 因此它不僅能夠用來儲(chǔ)存窗體、 文字?jǐn)?shù)據(jù), 更可用來儲(chǔ)存影像數(shù)據(jù), 將整頁窗體的數(shù)據(jù)濃縮存放在一個(gè)條形碼內(nèi), 接收者可利用專屬掃瞄器自動(dòng)地把窗體數(shù)據(jù)輸入電腦, 且抗損性較高, 不會(huì)有病毒、 消磁、 損壞、 容量不足等問題, 且具有高密度、 大容量、 抗磨損等特點(diǎn), 所以更拓寬了條形碼的應(yīng)用領(lǐng)域( 趙怡晴、陳玲慧, 1999) 。
目前的二維條形碼主要可分為兩類, 堆棧式二維條形碼及矩陣式二維條碼。 堆棧式二維條形碼是最早的一種二維條形碼形式, 由一維條形碼中的39碼及128碼延伸變化而來, 其主要的設(shè)計(jì)想法十分直接, 就是將一維條形碼堆棧起來以增加條形碼的容量。 編碼原理是將一維條形碼的高度變窄, 再依需要堆成多行, 其在編碼設(shè)計(jì)、 檢查原理、 辨讀方式等方面都繼承了一維條形碼的特點(diǎn), 但由于行數(shù)增加, 對(duì)行的辨別、 譯碼算法及軟件則與一維條形碼有所不同。 較具代表性的堆棧式二維條形碼有Code 49、Code 16K、PDF417、SuperCode等, 如表2所示。
表2 常見的堆棧式二維條形碼
?Code 49 | ?![]() |
?于1987年由Intermec Corporation公司提出, 是第一個(gè)正式的二維條碼。 主要是以Code 39一維條形碼為基礎(chǔ)所發(fā)展, 但缺乏錯(cuò)誤糾正的功能。 |
?Code 16K | ?![]() |
?為1989年由Laser System公司提出。 一個(gè)Code 16K通常有2到16列,使用UPC與Code 128為基礎(chǔ)所發(fā)展 而成。 因?yàn)橐彩菍儆谳^早期的二維條形碼, 所以不具有錯(cuò)誤糾正的能力。 |
?PDF417 | ?![]() |
?為目前廣為人知的一個(gè)堆棧式二維條形碼, 于1991年由Symbol Technologies的王寅君博士所發(fā)表。 一個(gè)PDF417碼包含3到90列,儲(chǔ)存容量可達(dá)1100位, 并具有錯(cuò)誤糾正的能力。 另外還有Micro PDF417格式, 可應(yīng)用在較小面積的印刷表面。 |
?SuperCode | ?![]() |
王寅君博士于1994發(fā)表, 采用包裹式的結(jié)構(gòu), 儲(chǔ)存容量可達(dá)2546位, 并具有32個(gè)等級(jí)的錯(cuò)誤糾正力。 |
數(shù)據(jù)源: 整理自AIM Global
矩陣式二維條形碼是以矩陣的形式組成, 在矩陣相應(yīng)元素位置上, 用點(diǎn)(Dot) 的出現(xiàn)表示二進(jìn)制的 1, 不出現(xiàn)表示二進(jìn)制的 0, 點(diǎn)的排列組合確定了矩陣碼所代表的意義。 其中點(diǎn)可以是方點(diǎn)、 圓點(diǎn)或其他形狀的點(diǎn)。 矩陣碼是建立在計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)、 組合編碼原理等基礎(chǔ)上的圖形符號(hào)自動(dòng)辨識(shí)的碼制, 已較不適合用條形碼稱之。 具有代表性的矩陣式二維條形碼有Dot Code A、 USS Code One、 MaxiCode、 Data Matrix 、 Aztec Code、 QR Code等,如表3所示。
表3 常見的矩陣式二維條形碼
?Dot Code A | ?![]() |
?也稱作Philips Dot Code, 由許多的小點(diǎn)所組成, 其結(jié)構(gòu)為6×6到12×12的四方形, 主要用于某些相對(duì)小的領(lǐng)域中的對(duì)象做標(biāo)記或在印刷技術(shù)不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那闆r下使用, 如應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室里的玻璃器皿及洗衣店為衣服做的標(biāo)記。 |
?USS Code One | ?![]() |
?1992年由Ted Williams所發(fā)明, 可以包含ASCII碼, 有錯(cuò)誤糾正的能力, 容量可從1A等級(jí)的13字符到1H等級(jí)的2218字符, 多用于藥品的卷標(biāo)及回收業(yè)的裝箱上。 |
?Maxi Code | ?![]() |
?于1992年由美國UPS快遞公司所發(fā)表, 也被稱為UPS Code。 為了能快速掃瞄與譯碼, 它的符號(hào)大小固定, 且在中央有一個(gè)同心圓狀的公牛眼(bull-eye) 用來定位二維碼。 主要用途是郵包的搜尋與追蹤。 |
?Data Matrix | ?![]() |
?于1989年由CiMatrix提出, 是一個(gè)正方形的二維碼, 其大小可依儲(chǔ)存量多寡而變動(dòng)。 它的上邊與右邊是由虛線組成, 而下邊與左邊則是由實(shí)線組成, 這個(gè)特征可用來判斷二維碼的方向。 通常被用來做小型物品的卷標(biāo), 例如IC的辨識(shí)卷標(biāo), 它具有錯(cuò)誤糾正的能力。 |
?Aztec Code | ?![]() |
?在1995年由Welch Allyn Inc的Andy Longacre所提出。 設(shè)計(jì)的主要目的是容易列印及譯碼。 Aztec Code是一正方形的二維 碼, 并且在條形碼的正中央有著同心方形的特征來做定位。 其大小可依儲(chǔ)存量多寡而變動(dòng), 最小的Aztec Code可儲(chǔ)6位的數(shù)據(jù),最大的則可儲(chǔ)1914位。 |
?QR Code | ?![]() |
?由Nippondenso ID System所發(fā)表, 是一個(gè)正方形的二維碼, 于左上角、 右上角與左下角各有一特殊圖樣用來偵測(cè)二維碼的旋轉(zhuǎn)方向, 可儲(chǔ)存大量的數(shù)據(jù)并具有錯(cuò)誤糾正的能力。 |
數(shù)據(jù)源: 整理自AIM Global
除了以上較為常見的二維條形碼之外, 還有一些正在推廣或研發(fā)的表列于下:
表4 推廣中的二維條形碼
?GS1 DataBar堆棧延展型 | ?![]() |
2002年由AIM公開展示說明, 原名RSS, 于2007年更名為DataBar, 以符合其可結(jié)合二維之特性, 可說是第二代的條形碼系統(tǒng)。 它是一種能以線性掃瞄器掃瞄, 或結(jié)合二維PDF147成復(fù)合型條形碼的新一代條碼, 表面積比GS1條形碼約小0.6倍, 卻又能攜帶更多商品信息的條形碼。 另有標(biāo)準(zhǔn)型、 截短型共七種不同類型。 |
Quick Mark | ?![]() |
由國內(nèi)廠商金揚(yáng)科技所開發(fā)之特殊格式, 儲(chǔ)存量為1108位, 特征為側(cè)邊的四根短直線條及左下角的小圈, 容錯(cuò)等級(jí)分L、 M、 H、 U 四級(jí), 且支持 Unicode。 |
Magi Code | ?![]() |
由韓國研發(fā)使用, 臺(tái)灣廠商廣譜行動(dòng)科技引進(jìn)國內(nèi)推廣, 特征為側(cè)邊有四條直線。 |
Grid Matrix Code | ?![]() |
由中國研發(fā), 經(jīng)AIM認(rèn)證為國際標(biāo)準(zhǔn)。GM網(wǎng)格碼是一種正方形的二維碼碼制, 該碼制的碼圖由正方形宏模塊組成, 每個(gè)宏模塊由6乘6個(gè)正方形單元模塊組成。 網(wǎng)格碼可以編碼儲(chǔ)存1143位的數(shù)據(jù)并提供5 種錯(cuò)誤糾正等級(jí)。 |
HCCB(Microsoft Tag) | ?![]() |
運(yùn)用CMYK 四色及三角排列的方式去儲(chǔ)存數(shù)據(jù), 而非 QR Code 般只使用黑色方格像素去儲(chǔ)存, 優(yōu)點(diǎn)是可以在更少的方格中保存更多的數(shù)據(jù), 在拍攝 Code 圖案時(shí)所出現(xiàn)的誤差也可以減少。 可擴(kuò)充八色系 統(tǒng)來因應(yīng)儲(chǔ)存容量增加的需求。 |
數(shù)據(jù)源: 整理自AIM Global、 Microsoft Tag
四、 二維條形碼的應(yīng)用
(一) 在產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用
由于二維條形碼改良了一維條形碼的不足, 因此這個(gè)技術(shù)逐漸被重視, 在其「數(shù)據(jù)儲(chǔ)存量大」 、 「信息隨著產(chǎn)品走」 、 「可以傳真影印」 、 「錯(cuò)誤糾正能力高」 等特性下, 二維條形碼勢(shì)必將走入每個(gè)人的生活之中, 給我們帶來更大的便利。 前文提到條形碼的產(chǎn)生一開始是為了超市做生意的需求,但隨著時(shí)代的改變與地區(qū)及產(chǎn)業(yè)別的不同, 條形碼種類持續(xù)增加, 過多彼此不兼容的條形碼將會(huì)造成使用上的困擾, 因此陸續(xù)有國際性的組織進(jìn)行協(xié)調(diào)與統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) , 以下為全球自動(dòng)識(shí)別組織AIM列出應(yīng)用在產(chǎn)業(yè)中的主要使用條形碼類型列表, 如表5所示:
產(chǎn)業(yè) | 二維條形碼 | 應(yīng)用 |
生產(chǎn) | 主要︰ Data Matrix(北美和歐洲)QR Code(亞洲)次要︰ PDF-417、 Micro-PDF-417
其他: Code 49(法國) |
零件追蹤 |
郵政 | 主要︰ Postal Symbologies Postnet(美國郵政)Aus Post(澳洲郵政)
BPO(英國郵政) JPO(日本郵政) Kix Code(荷蘭郵政) 次要︰ PDF417和OCR |
業(yè)務(wù)稽核掛號(hào)郵件
回郵信件 銷售據(jù)點(diǎn) |
抽獎(jiǎng) | 主要︰ PDF417次要︰ Data Matrix | 票卷確認(rèn) |
交通 | 主要︰ Maxi Code、 PDF417 | 包裹追蹤送貨證明
提貨單 |
政府 | 主要︰ PDF417次要︰ Data Matrix、 OCR | 身分證各項(xiàng)登記
資產(chǎn)追蹤 |
保健 | 主要︰ Code 128、 PDF417、Data Matrix
次要︰ OCR |
病患手環(huán)藥物處理
保險(xiǎn)契約 |
臨床 | 主要︰ PDF417、 Data Matrix次要︰ OCR | 臨床分析 |
零售 | 主要︰ JAN次要︰ GS1 DataBar、 OCR、
Composite Codes |
銷售據(jù)點(diǎn)返回貨物
存貨控制 |
貿(mào)易展 | 主要︰ PDF417 | 客戶追蹤 |
先進(jìn)攝影系統(tǒng)APS | 主要︰ Code 49 | 底片 |
汽車 | 主要︰ QR Code(亞洲
次要︰ PDF417 |
存貨清單車輛證明 |
數(shù)據(jù)源: AIM Global
(二) 在生活中的應(yīng)用
早期一維條形碼主要用于產(chǎn)業(yè)中, 無法直接為一般人所用, 主要是因?yàn)樽x取設(shè)備缺乏及后端數(shù)據(jù)庫建制困難。 但是科技不斷進(jìn)步, 二維條形碼儲(chǔ)存容量大幅增加, 可攜帶更多資料, 搭配上普及率日高、 并擁有高畫素鏡頭、能行動(dòng)上網(wǎng)的手機(jī)便成了最佳的讀取設(shè)備, 應(yīng)用層面大幅提升。 在日本,二維條形碼已到處可見, 如展示墻上的大海報(bào)、 路旁發(fā)的傳單里、 公車站牌路線圖及日本JR鐵路的旅游導(dǎo)覽手冊(cè)上, 甚至在吃的巧克力上面也有, 人類的生活由于條形碼的發(fā)展, 因此獲得了更大的便利性。臺(tái)灣在近幾年也逐步開始推廣使用, 例如國內(nèi)經(jīng)濟(jì)部工業(yè)局行動(dòng)上網(wǎng)聯(lián)盟初步底定 QR Code為手機(jī)二維條形碼標(biāo)準(zhǔn); 財(cái)政部提供國人在申報(bào)綜合所得稅時(shí)使用之「綜合所得稅二維條形碼結(jié)算申報(bào)系統(tǒng)」 (見圖2) 即屬于二維條形碼的應(yīng)用; 中華電信提供客戶以手機(jī)上網(wǎng)訂購電影票, 客戶之訂票資訊及付款數(shù)據(jù)透過3DES方式加密后, 以二維條形碼的形式, 直接傳送電子票卷至訂票客戶號(hào)碼的手機(jī); 農(nóng)委會(huì)為推行農(nóng)產(chǎn)品管制制度, 開始進(jìn)行良好農(nóng)業(yè)規(guī)范的實(shí)施及驗(yàn)證, 及建立履歷追溯體系, 因此在零售標(biāo)簽上除了基本產(chǎn)品標(biāo)章外, 加入了QR Code建立該產(chǎn)品的產(chǎn)銷履歷信息, 而零售卷標(biāo)上的一維條形碼是EAN-13的國際商品編號(hào), 用于零售結(jié)賬(見圖3) 。
(三) 在教育上的應(yīng)用
近年常聽見的「行動(dòng)學(xué)習(xí)」, 即透過任何不受時(shí)間限制與地點(diǎn)限制的服務(wù)或設(shè)備, 提供學(xué)習(xí)者數(shù)字化信息與教材, 并協(xié)助學(xué)習(xí)者取得知識(shí), 依通訊方式的不同, 可分為同步式與異步式兩種, 二維條形碼目前在教育上,主要就是應(yīng)用在異步式行動(dòng)學(xué)習(xí)方面, 如圖 4 所示, 利用其儲(chǔ)存容量較大的特性, 將教學(xué)內(nèi)容存于其中, 或是結(jié)合網(wǎng)絡(luò), 透過二維條形碼內(nèi)藏的網(wǎng)址, 讓使用者迅速準(zhǔn)確的連結(jié)到相關(guān)網(wǎng)站, 以獲取更大量的訊息( 王曉璇、劉晏佐、 高奇峯, 2009), 如由香港教育局信息科技教育組主導(dǎo)的「樹木全接觸-流動(dòng)學(xué)習(xí)計(jì)劃」, 主要就是利用手機(jī)將 QRcode 與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合以進(jìn)行教學(xué)的方式, 讓學(xué)生透過信息科技進(jìn)行互動(dòng)學(xué)習(xí), 培養(yǎng)學(xué)生愛護(hù)大自然的意識(shí),并加深學(xué)生對(duì)常見樹木的認(rèn)識(shí)。
五、 結(jié)語
科技在因應(yīng)人類需求而不斷的推陳出新, 尤其在進(jìn)入了計(jì)算機(jī)化、 網(wǎng)絡(luò)化的資訊社會(huì)后, 全世界各地因而串聯(lián)起來, 各式產(chǎn)品、 技術(shù)的開發(fā), 甚至文化的交流都更加快速, 在二維條形碼的輔助之下, 一般民眾也可以享受到大量、 迅速、 便捷的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù), 期待產(chǎn)官學(xué)界能夠有系統(tǒng)的進(jìn)行推廣、 宣傳, 并建立相關(guān)的系統(tǒng),學(xué)校教育也能及時(shí)跟進(jìn), 思考二維條形碼在教育方面的應(yīng)用, 使條形碼科技更加能受到廣泛的應(yīng)用。
作 者 | 張勝茂、 ?高翊峰、 ?陳馨雯 |
出 處 | 生活科技教育月刊(臺(tái)灣?。? 二○○九年 四十二卷 第六期 |