二维条形码（2D Barcode）
在水平和垂直方向的二维空间存储信息的条形码，称为二维条形码（2-dimensional bar code），
(1) 二维条形码的分类
与一维条形码一样，二维条形码也有许多不同的编码方法，或称码制。就这些码制的编码原理而言，通常可分为以下三种类型:
① 线性堆叠式二维码 是在一维条形码编码原理的基础上，将多个一维码在纵向堆叠而产生的。典型的码制如：Code 16K、Code 49、PDF417等。
② 矩阵式二维码 是在一个矩形空间通过黑、白像素在矩阵中的不同分布进行编码。典型的码制如： Aztec、Maxi Code、QR Code、 Data Matrix等。
③邮政码 通过不同长度的条进行编码，主要用于邮件编码，如：Postnet、BPO 4-State。
在许多种类的二维条形码中，常用的码制有：Data Matrix, Maxi Code, Aztec, QR Code, Vericode, PDF417, Ultracode, Code 49, Code 16K 等,其中：
Data Matrix 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。
Maxi Code 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。
Aztec 是由美国韦林（Welch Allyn）公司推出的，最多可容纳3832个数字或3067个字母字符或1914个字节的数据。
下面，我们以PDF417码为例，介绍二维条形码的特性和特点。
(2) PDF417简介
PDF417码是由留美华人王寅敬（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”。因为组成条形码的每一符号字符都是由4个条和4个空构成，如果将组成条形码的最窄条或空称为一个模块，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。
(3) PDF417的特点
① 信息容量大：PDF417码除可以表示字母、数字、ASCII字符外，还能表达二进制数。为了使得编码更加紧凑，提高信息密度，PDF417在编码时有三种格式：
扩展的字母数字压缩格式 可容纳1850 个字符；
二进制 / ASCII格式 可容纳1108 个字节；
数字压缩格式 可容纳2710 个数字。
② 错误纠正能力：一维条形码通常具有校验功能以防止错读，一旦条形码发生污损将被拒读。而二维条形码不仅能防止错误，而且能纠正错误，即使条形码部分损坏，也能将正确的信息还原出来。
③ 印制要求不高 普通打印设备均可打印，传真件也能阅读。
④ 可用多种阅读设备阅读 PDF417码可用带光栅的激光阅读器，线性及面扫描的图像式阅读器阅读。
⑤ 尺寸可调以适应不同的打印空间。
⑥ 码制公开已形成国际标准，我国也已制定了417码的国标。
(4) PDF417的纠错功能
二维条形码的纠错功能是通过将部分信息重复表示（冗余）来实现的。比如在PDF417码中，某一行除了包含本行的信息外，还有一些反映其它位置上的字符（错误纠正码）的信息。这样，即使当条形码的某部分遭到损坏，也可以通过存在于其它位置的错误纠正码将其信息还原出来。
PDF417的纠错能力依错误纠正码字数的不同分为0~8共9级，级别越高，纠正码字数越多，纠正能力越强，条形码也越大。当纠正等级为8时，即使条形码污损50%也能被正确读出。
(5) PDF417的几种变形
PDF417还有几种变形的码制形式：
PDF417截短码 在相对“干净”的环境中，条形码损坏的可能性很小，则可将右边的行指示符省略并减少终止符。
PDF417微码 进一步缩减的PDF码。
宏PDF417码 当文件内容太长，无法用一个PDF417码表示时，可用包含多个（1~99999个）条形码分块的宏PDF417码来表示。
3. 二维条形码的优势
从以上的介绍可以看出，与一维条形码相比二维条形码有着明显的优势，归纳起来主要有以下几个方面：
数据容量更大
超越了字母数字的限制
条形码相对尺寸小
具有抗损毁能力
4. 二维条形码的应用
(1) 运输行业的应用
一个典型的运输业务过程通常经历：供应商-->货运代理，货运代理-->货运公司，货运公司-->客户等几个过程，在每个过程中都牵涉到发货单据的处理。发货单据含有大量的信息，包括：发货人信息、收货人信息、货物清单、运输方式等等。单据处理的前提是数据的录入，人工键盘录入的方式存在着效率低、差错率高的问题，已不能适应现代运输业的要求。
二维条形码在这方面提供了一个很好的解决方案，将单据的内容编成一个二维条形码，打印在发货单据上，在运输业务的各个环节使用二维条形码阅读器扫描条形码，信息便录入到计算机管理系统中，既快速又准确。
在美国，虽然 EDI 应用革新了业务流程的核心部分，但不巧的是它却忽略了流程中的关键角色--货运公司。许多 EDI 报文对于货运商来说总是迟到 ，以至于因不能及时确认准确的装运单信息而影响了货物运输和客户单据的生成。
美国货运协会 (ATA) 因此提出了纸上 EDI 系统。 发送方将EDI信息编成一张PDF417条形码标签提交给货运商，通过扫描条形码，信息立即传入货运商的计算机系统。这一切都发生在恰当的时间和恰当的地 点，使得整个运输过程的效率大大提高。
(2) 身份识别卡的应用
美国国防部已经在军人身份卡上印制 PDF417 码。 持卡人的姓名，军衔，照片和其他个人信息被编成一个PDF417码印在卡上。卡被用来做重要场所的进出管理及医院就诊管理。
该项应用的优点在于数据采集的实时性，低实施成本，卡片损坏（比如枪击）也能阅读，以及防伪性。
我国香港特别行政区的居民身份证也采用了PDF417码。其它的应用，如营业执照、驾驶执照、护照、我国城市的流动人口暂住证、医疗保险卡等也都是很好的应用方向。
(3) 文件和表格应用
日本Seimei 保险公司的每个经纪人在会见客户时都带着笔记本电脑。每张保单和协议都在电脑中制作并打印出来。当他们回到办公室后需要将保单数据手工输入到公司的主机中。
为了提高数据录入的准确性和速度，他们在制作保单的同时将保单内容编成一个PDF417条形码，打印在单据上，这样他们就可以使用二维条形码阅读器扫描条形码将数据录入主机。
其它类似的应用还有：海关报关单、税务申报单、政府部门的各类申请表等等。
(4) 资产跟踪
美国钢管公司在各地拥有不同种类的管道需要维护。为了跟踪每根管子，他们将管子的编号，位置编号，制造厂商，长度，等级，尺寸，厚度以及其他信息编成一个PDF417条形码，制成标签后贴在管子上。当管子移走或安装时，操作员扫描条形码标签，数据库信息得到及时更新。
工厂可以采用二维条形码跟踪生产设备；医院和诊所也可以采用二维条形码标签跟踪设备、计算机及手术器械。
5. 混合码及其应用
随着社会的发展、科技的进步、人民生活水平的提高、市场竞争的加剧，人们对信息的要求不断提高。一维条形码在它的一些传统应用领域，如：商业、药品、后勤运输等，由于受到信息容量的限制（一般只能标识物品或业务的识别号），已越来越不能满足人们的要求。二维条形码技术的不断完善正在这些应用领域引发着变革。
美国UCC组织（统一编码委员会）推出了一种新的码制——混合码，它是一种一维码和二维码的组合码，其中：
一维码组成部分可以是：
UCC/EAN-128
UPC/EAN
Reduced Space Symbology (RSS)
二维码组成部分可以是：
CC-A (一种专用于混合码的PDF417 微码的变体)
CC-B (标准 PDF417微码)
CC-C (标准PDF417)
一维条形码部分包含识别号，而二维条形码部分包含补充信息
将来可用线性CCD 和带光栅的激光扫描器阅读。
(1) 混合码在后勤和运输业务中的应用
采用 UCC/EAN-128 并以二维条形码作为补充，提供采购定单号、装运单、路线信息、装运通知的电子备份、包装、包含事项和批号等信息。
(2) 混合码在药品流通中的应用
用二维条形码记录补充信息，可以提供过期日期以利于药品周转，同时可以记录批号用于药品跟踪。
(3) 混合码在零售业中的应用
在食品，特别是新鲜及冷冻的易坏的东西上标上批号和过期日期可以使得货物的周转效率大大提高。在电子产品上也可以标上软件和硬件的版本修订信息。
6. 二维条形码阅读器
二维条形码的阅读设备依阅读原理的不同可分为：
线性CCD和线性图像式阅读器（Linear Imager） 可阅读一维条形码和线性堆叠式二维码（如PDF417），在阅读二维码时需要沿条形码的垂直方向扫过整个条形码，我们称为“扫动式阅读”。这类产品比较便宜，有很好的性价比；
带光栅的激光阅读器 可阅读一维条形码和线性堆叠式二维码。阅读二维码时将光线对准条形码，由光栅元件完成垂直扫描，不需要手工扫动。
图像式阅读器（Image Reader） 采用摄像方式将条形码图像摄取后进行分析和解码，可阅读一维条形码和所有类型的二维条形码，是一种高端设备。
美国韦林（Welch Allyn）公司是世界上主要的条形码阅读设备制造商之一，其CCD技术、图像式阅读器（Image Reader）技术以及译码技术处于世界领先地位，最近她又提出了线性图像（Linear Imaging）技术的新概念。以先进的技术为基础，韦林的二维条形码阅读设备一直领导着世界的潮流，其主要产品包括IT3800和IT4400两大系列。
Data Matrix
Data Matrix 二维条形码的发展
Data Matrix 二维条形码原名Datacode，由美国国际资料公司(International Data Matrix, 简称ID Matrix)於1989年发明。Data-Matrix二维条形码是一种矩阵式二维条形码，其发展的构想是希望在较小的条形码标签上存入更多的资料量。Data Matrix二维条形码的最小尺寸是目前所有条形码中最小的，尤其特别适用於小零件的标识，以及直接印刷在实体上。
Data Matrix 二维条形码又可分为ECC000-140与ECC200两种类型，ECC000-140具有多种不同等级的错误纠正功能，而ECC200则透过Reed-Solomon演算法产生多项式计算出错误纠正码，其尺寸可以依需求印成不同大小，但采用的错误纠正码应与尺寸配合，由於其演算法较为容易，且尺寸较有弹性，故一般以ECC200较为普遍，本节也仅介绍ECC200规格的Data Matrix二维条形码码，以下所说的Data- Matrix二维条形码事实上都是指ECC200而言。
图 Data Matrix二维条形码的外观
如图所示，Data Matrix二维条形码的外观是一个由许多小方格所组成的正方形或长方形符号，其资讯的储存是以浅色与深色方格的排列组合，以二位元码(Binary-code)方式来编码，故电脑可直接读取其资料内容，而不需要如传统一维条形码的符号对映表(Character Look-up Table)。深色代表 “1”，浅色代表 “0”，再利用成串(String)的浅色与深色方格来描述特殊的字元资讯，这些字串再列成一个完成的矩阵式码，形成DataMatrix二维条形码码，再以不同的印表机印在不同材质表面上。由於Data Matrix二维条形码只需要读取资料的20%即可精确辨读，因此很适合应用在条形码容易受损的场所，例如印在暴露於高热、化学清洁剂、机械剥蚀等特殊环境的零件上。
Data Matrix二维条形码的尺寸可任意调整，最大可到14平方英寸，最小可到0.0002平方英寸，这个尺寸也是目前一维与二维条形码中最小的，因此特别适合印在电路板的零组件上。另一方面，大多数的条形码的大小与编入的资料量有绝对的关系，但是Data Matrix二维条形码的尺寸与其编入的资料量却是相互独立的，因此它的尺寸比较有弹性。 此外，DataMatrix二维条形码最大储存量为2,000bytes，自动纠正错误的能力较低，只适用特别的CCD扫瞄器来解读。
Data Matrix二维条形码的结构
(一) 特性
Data Matrix二维条形码码具有以下特性：
可编码字元集包括全部的ASCII字元及扩充ASCII字元，共256个字元。
条形码大小(不包括空白区)：10×10 ~ 144×144
资料容量：235个文数字资料，1556个8位元资料，3116个数字资料。
错误纠正：透过Reed-Solomon演算法产生多项式计算获得错误纠正码。不同尺寸宜采用不同数量的错误纠正码。
(二 )基本结构
每个Data Matrix二维条形码符号由规则排列的方形模组构成的资料区组成，资料区的四周由定位图形(Finder Pattern)所包围，定位图形的四周则由空白区包围，资料区再以排位图形(Alignment Patterns)加以分隔。
定位图形
定位图形是资料区域的一个周界，为一个模组宽度。其中两条邻边为暗实线，主要用於限定物理尺寸；定位和符号失真。另两条邻边由交替的深色和浅色模组组成，主要用於限定符号的单元结构，但也能帮助确定物理尺寸及失真。
符号尺寸
ECC000-140符号有奇数行与奇数列。符号外观为一方形矩阵，尺寸从9×9至49×49，不包括空白区。这些符号可透过右上角深色方格识别出来。
ECC200符号有偶数行与偶数列。有些符号是正方形，尺寸从10×10至144×144，不包括空白区。有些是长方形，尺寸从8×18至16×48，不包括空白区。所有的ECC200符号都可以透过右上角浅色方格识别出来。
资料表示方法
Data Matrix二维条形码按以下步骤来表示资料：
资料编码
先分析要表示的资料，选取合适的编码方案，按所选定的方案将资料流转为字码流，并加入必要的填字，如果使用者未规定矩阵寸，则应选取能满足要存放资料的最小尺寸。DataMatrix二维条形码共有6种编码方案，即6种字码集，见表10.1。
Data Matrix二维条形码的编码方案与相对应之字元集
编码方案 字元集
ASCII 十进位数字
ASCII值0~127
扩展ASCII值128~255
C40
基本大写文数字型
Text 基本小写文数字型
EDIFACT 32~94
Base256 0~255
X12 ANSI X12 EDI数据集
错误检测和纠正字码(ECC)的产生
对少於255个字码的Data Matrix二维条形码，错误纠正字码可由资料字码计算得出。对於多於255个字码的符号，应将资料字码分成多个模组，然后再产生每一个模组的错误纠正字码。错误纠正字码能够纠正两种类误字码，包括E错误(已知位置上的错误字码)，以及T错误(未知位置上的错误字码)。换句话说，E错误是不能被扫瞄或不能被解码的符号字元，T错误则是被错误解码的符号字元。
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