二维条码QR Code、Data Matrix和PDF417的应用和比较

所谓二维条码，简单地说就是将一维条码存储信息的方式在二维空间上扩展，从而存储更多的信息，从一维条码对物品的"标识"转为二维条码对物品的"描述"。
使用二维条码可以解决如下问题：
（1）表示包括汉字、照片、指纹、签字在内的小型数据文件；
（2）在有限的面积上表示大量信息；
（3）对"物品"进行精确描述；
（4）防止各种证件、卡片及单证的仿造；
（5）在远离数据库和不便联网的地方实现数据采集。
二维条形码在准考证打印的应用实例：

在此实例中，动态的把考生的信息生成一个二维条形码，起到了防伪的作用，条码里面的信息还可以通过一些加密的手段让信息更安全。图片可以通过专用的扫描枪进行对图片的扫描即可识别准考证的真伪，图片还可以通过手机上的二维软件或扫描到电脑进行识别，下面是识别程序：

1. Data Matrix 二维条码原名Data code，由美国国际资料公司(International Data Matrix, 简称ID Matrix)于1989年发明。Data-Matrix二维条码是一种矩阵式二维条码。有国际标准。
2. PDF417二维条码是一种堆叠式二维条码，目前应用最为广泛。PDF417条码是由美国SYMBOL公司发明的，PDF（Portable Data File）意思是“便携数据文件”。组成条码的每一个条码字符由4个条和4个空共17个模块构成，故称为PDF417条码。码制公开，有国际标准。
3. QR Code码英文全称是Quick Response Code，翻译成中文为快速响应二维矩阵码。
   QR Code，QR码，二维条形码的一种，目前在日本很流行，据本人观察在国内的网络上好像也比较流行， 日本现在的新手机大部分都内置了这种二维条形码的识别软件，它利用手机自带的摄像头就可以实现数据识别。目前在国内的网站上可以下载到windows mobile 2003se smartphone 版本的解码软件Quick Mark，目前该软件的最新版是3.2版，0.3M-Pixel（30W像素）的摄像头就可以利用该软件识别QR Code。

QR Code有如下优点：
1、信息容量大。纯数字型数据，最大容量为7089字符；纯字母型数据，最大容量为4296字符；二进制（8 bits）数据，最大容量为2953bytes；汉字及全宽度假名（kanji,full width kana）数据，最大容量为1817字符。
2、印刷面积小。QR Code，QR码在水平和竖直两个方向记录信息，记录相同的信息比传统一维条形码占用的小，大概只占用传统一维条形码的1/10空间。
3、兼容汉字与假名。因为是日本人发明的，所以QR Code，QR码支持JIS Level 1及 Level 2的汉字字符及假名。
4、抗污损。QR Code，QR码的容错、纠错能力较强，有时候只需要全部面积30%的条码就可以把整个条码的信息还原出来。
5、360度可读。你可以以任何角度读取QR Code，QR码的信息。
6、结构可附加。一个QR Code，QR码的信息可以存在一个高级的QR Code，QR码里也可以存在四个低级的QR Code，QR码里。
附：二维条形码知识：
一维条码只是在一个方向（一般是水平方向）表达信息，而在垂直方向则不表达任何信息，其一定的高度通常是为了便于阅读器的对准。
一维条码的应用可以提高信息录入的速度，减少差错率，但是一维条码也存在一些不足之处：

• 数据容量较小：30个字符左右
• 只能包含字母和数字
• 条码尺寸相对较大（空间利用率较低）
• 条码遭到损坏后便不能阅读

在水平和垂直方向的二维空间存储信息的条码， 称为二维条码（2-dimensional bar code）。
与一维条码一样，二维条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，介绍二维条码的特性和特点。

（一）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。

（二）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 一维条码通常具有校验功能以防止错读，一旦条码发生污损将被拒读。而二维条码不仅能防止错误，而且能纠正错误，即使条码部分损坏，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。

（三）PDF417的纠错功能
二维条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，见图4，级别越高，纠正码字数越多，纠正能力越强，条码也越大。当纠正等级为8时，即使条码污损50%也能被正确读出。

（四）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）条码分块的宏PDF417码来表示。

二维条码的优势
从以上的介绍可以看出，与一维条码相比二维条码有着明显的优势，归纳起来主要有以下几个方面：
1.数据容量更大
2.超越了字母数字的限制
3.条码相对尺寸小
4.具有抗损毁能力

二维条码的应用
（一）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码，打印在发货单据上，在运输业务的各个环节使用二维条码阅读器扫描条码，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条码标签提交给货运商，通过扫描条码，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。

（二）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。

（三）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条码，打印在单据上，这样他们就可以使用二维条码阅读器扫描条码将数据录入主机。
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。

（四）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，操作员扫描条码标签，数据库信息得到及时更新。
工厂可以采用二维条码跟踪生产设备；医院和诊所也可以采用二维条码标签跟踪设备、计算机及手术器械。