鄧惠朋 王毅 董曉文/文

上世紀(jì)80年代早期，隨著條碼技術(shù)在零售等行業(yè)的廣泛應(yīng)用，越來越多的行業(yè)希望能夠采用條碼來解決本行業(yè)面臨的物品管理和信息自動(dòng)化采集方面的問題，與此同時(shí)，多種應(yīng)用場(chǎng)景也對(duì)條碼技術(shù)提出了新的更高的要求。在行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景中，人們希望條碼能夠承載更多的數(shù)據(jù)量，能夠標(biāo)識(shí)數(shù)字之外的ASCII字符、日文等，并能夠支持加密等更多的功能，因而信息容量更高且能夠標(biāo)識(shí)更多信息的二維碼技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

二維碼的誕生

最早的二維碼是1983年研發(fā)的code 49條碼，屬于層排式二維碼，層排式二維碼直接脫胎于一維條碼，可以被視為是多行一維條碼堆疊起來而形成的，如圖1。

圖1 code 49條碼

隨著數(shù)字成像技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字圖像的信息采集和處理技術(shù)發(fā)展成熟，使二維碼的技術(shù)發(fā)展如虎添翼，誕生了一類新型二維碼，即矩陣式二維碼。矩陣式二維碼擺脫了條空組合的限制，基本信息編碼單元更改為同樣大小的正方形等形狀的模塊，極大提高了條碼技術(shù)的信息容量，80年代中后期出現(xiàn)了Veri code（如圖2所示）和數(shù)據(jù)矩陣碼（ECC000-140）等碼制。數(shù)據(jù)矩陣碼是最早成熟的矩陣式二維碼，為二十年后二維碼的應(yīng)用爆發(fā)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

圖2 Veri code

目前應(yīng)用廣泛的二維碼主要有：美國(guó)的PDF417條碼，由美國(guó)Symbol公司開發(fā)，發(fā)明人為美籍華人王寅軍。這種條碼的密度非常高，可靠性也比一維條碼有很大提升。它甚至可以用傳統(tǒng)的激光線性掃碼器識(shí)別（朝一個(gè)方向掃即可）；而矩陣式二維碼需要圖像傳感器成像才能識(shí)別。Data matrix（也稱為DM碼）是原美國(guó)國(guó)際資料公司在1989年發(fā)明的矩陣碼，DM碼雖小，但它的數(shù)據(jù)容量卻相當(dāng)大。制造企業(yè)就可以用它來表示追溯數(shù)據(jù)，而不會(huì)影響產(chǎn)品包裝的整體外觀和感覺?，F(xiàn)在手機(jī)支付用的QR碼則誕生于日本，全稱為快速響應(yīng)矩陣碼（Quick Response Code），于1994年由日本DENSO WAVE公司發(fā)明。它的好處在于，日語當(dāng)中的漢字也被納入了編碼模式之中，信息的存儲(chǔ)更加方便，它最早是在汽車制造廠使用，為了便于追蹤零件裝配，后來用于存貨管理。我國(guó)也有自己的二維碼——漢信碼。由中國(guó)物品編碼中心牽頭完成設(shè)計(jì)與研發(fā)，技術(shù)研究部副主任王毅擔(dān)任技術(shù)負(fù)責(zé)人/項(xiàng)目編輯（PL/PE），是我國(guó)目前唯一一個(gè)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的二維碼。

具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的四種主流二維碼碼制

截止2021年，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）發(fā)布的主流二維碼碼制標(biāo)準(zhǔn)共有四項(xiàng)，分別為PDF417、Da?ta Matrix、QR和漢信碼，如圖3所示。

圖3 具有ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的四種主流二維碼（從左到右依次為PDF417、DM碼、QR碼和漢信碼）

PDF417作為最早進(jìn)入大眾視野的二維碼，除了具有普通條碼的優(yōu)點(diǎn)外，同時(shí)具有信息容量大，可以將文字、照片、聲音、指紋等多種數(shù)字信息進(jìn)行編碼；保密防偽性強(qiáng)，名義糾錯(cuò)率較高等特點(diǎn)。PDF417是四種碼制中唯一的層排式二維碼，由于層排式二維碼仍依賴條空寬窄不同的方式實(shí)現(xiàn)信息編碼，對(duì)于符號(hào)字符的條高有一定要求（標(biāo)準(zhǔn)要求條高應(yīng)至少為3X尺寸，即最小模塊寬的3倍），因此其信息容量和密度提高空間有限，在攝像頭掃碼硬件普及后，便很快被矩陣式二維碼所取代。

Data Matrix碼在現(xiàn)有二維碼中，規(guī)定了多個(gè)小版本符號(hào)，最小的DM碼僅有10×10個(gè)模塊，也是所有二維碼中最小的版本，由于其研發(fā)較早，且在電子、微電子與制造業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為成熟，相關(guān)設(shè)備支持和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)支持狀況較好。

QR碼的設(shè)計(jì)是二維碼技術(shù)史上的一大創(chuàng)新，該碼制采用回字形的尋像圖形進(jìn)行尋像，具有顯著特征的同時(shí)，節(jié)省了符號(hào)面積。QR碼的最小版本是21×21模塊，每個(gè)版本符號(hào)比上一個(gè)版本每邊增加4個(gè)模塊，從QR碼的英文名稱Quick Response Code可以看出，超高速識(shí)讀是主要特性之一。

漢信碼的符號(hào)設(shè)計(jì)在綜合了多種二維碼碼制成功設(shè)計(jì)的同時(shí)進(jìn)行了自主創(chuàng)新，首次采用了非對(duì)稱的特征比例圖形進(jìn)行尋像，并通過特征比例圖形（掃描比例為3:1:1:1:1或1:1:1:1:3）的不同取向，指示符號(hào)的取向位置，最小的漢信碼是23×23，但能夠承載數(shù)據(jù)最多的是漢信碼的84版本，共有189×189個(gè)模塊。在漢字表達(dá)方面，PDF417和DM碼沒有特定的漢字表示模式，無法對(duì)漢字進(jìn)行準(zhǔn)確表達(dá)，QR碼和漢信碼有專門的漢字模式，QR碼使用13bit表示一個(gè)漢字，漢信碼為12bit。QR碼可表達(dá)中國(guó)漢字1817個(gè)，漢信碼可表達(dá)2174個(gè)，是最適合作漢信碼載體的二維碼。除此之外，漢信碼還有一個(gè)固有附加特性--顏色反轉(zhuǎn)。識(shí)讀漢信碼符號(hào)時(shí)，圖形是深色圖形淺色底，或者是淺色圖形深色底。這種功能為二維碼的打碼材質(zhì)和底色提供了更廣的范圍。四種碼制的技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比，見表1（下頁）。

表1

二維碼應(yīng)用的發(fā)展進(jìn)程與大眾化應(yīng)用

進(jìn)入新世紀(jì)以來，隨著移動(dòng)通信、移動(dòng)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)設(shè)備，特別是手機(jī)的計(jì)算、存儲(chǔ)能力越來越強(qiáng)，移動(dòng)商務(wù)的熱潮逐漸席卷全球，二維碼作為一種信息容量大、應(yīng)用方便的數(shù)據(jù)載體受到人們的廣泛關(guān)注。以騰訊確立二維碼作為其微信入口為標(biāo)志，以二維碼為載體的移動(dòng)商務(wù)應(yīng)用開始在我國(guó)爆發(fā)式增長(zhǎng)，二維碼支付、二維碼追溯、二維碼營(yíng)銷等迅速進(jìn)入千家萬戶的日常生活，掃碼支付已經(jīng)成為小額支付的主流，圍繞著二維碼技術(shù)的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新層出不窮，消費(fèi)者通過掃描或展示二維碼，真切地體驗(yàn)到了信息技術(shù)帶來的便捷，二維碼技術(shù)的大眾化應(yīng)用蔚然成風(fēng)，相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也相繼制定發(fā)布，這一切都標(biāo)志著二維碼技術(shù)的高度成熟。

目前，中國(guó)已成為二維碼應(yīng)用最廣泛的國(guó)家，據(jù)新華社報(bào)道，我國(guó)二維碼應(yīng)用占全球九成以上，二維碼生態(tài)作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)中現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界的連接器，是線上線下融合的關(guān)鍵入口，它讓商業(yè)連接成本更低，價(jià)值增值通道更暢通，將成為未來經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字化全面轉(zhuǎn)型的重要賦能途徑之一。