網(wǎng)屏編碼技術(shù)介紹

中國軟件行業(yè)協(xié)會嵌入式系統(tǒng)分會郭淳學(xué)

網(wǎng)屏編碼是天津阿波羅信息技術(shù)有限公司總裁顧澤蒼在國家有關(guān)部委的直接支持下，經(jīng)過長期的開發(fā)研制出來的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國際領(lǐng)先水平的編碼新技術(shù)。

最初，網(wǎng)屏編碼是針對一維碼和二維碼的不足研制的，實際其應(yīng)用領(lǐng)域遠遠超過一維和二維碼的應(yīng)用。進入物聯(lián)網(wǎng)時代，網(wǎng)屏編碼不僅可大范圍替代二維碼、水印技術(shù)、RFID技術(shù)用來識別物品，還將會有更加豐富的應(yīng)用。網(wǎng)屏編碼對紙介質(zhì)印刷圖像的信息埋入具有最佳化的解決方案，特別是可以應(yīng)用到多媒體印刷領(lǐng)域，將紙介質(zhì)出版與電子出版融合，使不斷衰退的印刷行業(yè)復(fù)興。將網(wǎng)屏編碼識讀程序嵌入到手機中，可以解決手機上網(wǎng)的入口問題，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)銷售的更加普及，促進手機增值業(yè)務(wù)的發(fā)展。利用R，G，B顏色與C，M，Y，K印刷顏色變換時，在某些顏色上的不可逆的特點可解決名牌商品的防偽問題。

網(wǎng)屏編碼特點

目前世界上在打印和印刷介質(zhì)上記錄信息的方法還僅限于幾何學(xué)的方法，而網(wǎng)屏編碼已突破了幾何學(xué)的方法，通過改變網(wǎng)屏網(wǎng)點的調(diào)制方式，以二維平面上波的傳播方式，用不同的力學(xué)模型等物理學(xué)的方法記錄信息，同時考慮印刷網(wǎng)屏的特性的信息記錄與信息埋藏。

網(wǎng)屏編碼的信息記錄與信息埋藏的原理是通過改變網(wǎng)屏網(wǎng)點的物理學(xué)的特性，而不改變包括網(wǎng)點的灰度值等在內(nèi)的印刷網(wǎng)屏特性實現(xiàn)信息記錄與信息隱藏的，可同時在文字、照片、圖像、圖形中埋入大量信息。用網(wǎng)屏編碼進行信息隱藏時，采用與圖像的像素相同灰度的網(wǎng)屏編碼的網(wǎng)點進行置換，因此埋入信息后圖像的質(zhì)量不會受大的影響。網(wǎng)屏編碼在網(wǎng)點的信息埋入原理如圖1所示。

網(wǎng)屏編碼可以埋入在打印和印刷時的不同文字和圖像里，如圖2所示。

目前使用600 dpi打印機可在A4紙上通過網(wǎng)屏編碼埋藏5萬以上的文字，存儲60 KB以上的聲音、圖像、數(shù)據(jù)庫等文件，同時還可打印正常的表格或文檔。

網(wǎng)屏編碼不僅可以做到信息加密與信息隱藏相結(jié)合的高度機密的通信，同時隱藏到印刷圖像中的機密文件，即使專業(yè)人員使用高精度設(shè)備也不容易識別出在什么地方埋有信息，更不易破解出信息的內(nèi)容，如圖3所示。

埋入網(wǎng)屏編碼的紙張即使受污染和破損，仍然可以正確識讀出隱藏的信息(產(chǎn)品指標(biāo)為:污染與破損范圍在1/3以下)，如圖4所示。

用網(wǎng)屏編碼隱藏的信息，與需要打印的數(shù)據(jù)可同往常一樣輸出到打印機進行打印。所不同的是在打印機與往常一樣打印正常文件的同時，還將以網(wǎng)屏編碼的形式打印附加信息。識別網(wǎng)屏編碼隱藏的信息時，可通過掃描儀、手機、傳真機、復(fù)印機、專用識讀機等設(shè)備讀取附加信息。

網(wǎng)屏編碼同國際現(xiàn)有技術(shù)的對比

網(wǎng)屏編碼同二維條碼的對比

為找到超市結(jié)算的一種簡便的方法，1932年由美國哈佛大學(xué)提出了一維條紋碼的提案，并被廣泛利用至今。為滿足寶石、半導(dǎo)體、制藥、機械等行業(yè)記錄更多信息的需求，1989年由美國Intermec公司開發(fā)了Code49，從此二維條碼誕生了。在此之后DataMatrix、MaxiCode、ArrayTag等相繼登場，在日本也開發(fā)了CPCode、QRCode，并被列入國際標(biāo)準(zhǔn)。

但是由于二維條碼是在一維條碼的基礎(chǔ)上產(chǎn)生出來的，因此很難跳出一維條碼的局限。首先，所有的二維條碼的提案仍然采用將黑色區(qū)域表示信息代碼“1”，白色區(qū)域表示信息代碼“0”，而沒考慮利用圖形變化來直接地表示一個多信息位代碼(Multi Bit)，造成信息表示的冗長。其次，二維條碼同一維條碼一樣必須單獨出現(xiàn)，占用了空間，影響印刷物的美觀，而且易于被復(fù)制，安全性差。

與15年前二維條碼出現(xiàn)時的硬件設(shè)備條件相比，打印設(shè)備、掃描設(shè)備都有了很大發(fā)展，精度也不斷提高?，F(xiàn)在，1 200 dpi、2 400 dpi高精度的打印機、掃描儀已司空見慣。在金融保險領(lǐng)域中，提出了對紙介質(zhì)文件的防偽防復(fù)制的要求，以及對商務(wù)文件的自動讀取要求。特別是在金融行業(yè)中，作為具有法律依據(jù)的商務(wù)文件，法律上規(guī)定一定要打印在紙上或通過不可涂改的PDF電子文件的形式做成。為實現(xiàn)辦公自動化的要求，商務(wù)文件中的大量數(shù)據(jù)如何能自動地輸入到計算機中將成為用戶關(guān)注的熱點，這些信息如能直接埋入紙上或PDF電子文件中，將會更加安全、方便。而目前的二維條碼技術(shù)在信息描述、定位、信息設(shè)置以及與其他印刷圖像的混合等方面從一開始就沒有被考慮，很難適應(yīng)時代發(fā)展的需求。

二維條碼有堆積式及行列式兩種類型，國際上代表性的堆積式二維條碼有“PDF417”，“代碼49”等，作為行列式二維條碼有“代碼1”，“數(shù)據(jù)碼”等，日本的“QR碼”與“CP碼”都屬于行列式二維條碼。

二維條碼的缺點是:(1)占用空間，需要專用的地方印刷二維條碼；(2)不能同印刷內(nèi)容混合在一起；(3)不能作為信息隱藏的手段；(4)標(biāo)識的信息量少；(5)外表不美觀。

網(wǎng)屏編碼的優(yōu)勢:(1)不占用空間，不需要專用的地方；(2)可同打印、印刷內(nèi)容混在一起打印、印刷；(3)可作為信息隱藏的手段；(4)埋入的信息量多；(5)外表美觀。

網(wǎng)屏編碼同數(shù)字水印技術(shù)的對比

2000年以來，以美國的研究者為核心的數(shù)字水印理論的研究在全球非常盛行，有大量的論文被發(fā)表。但絕大多數(shù)水印技術(shù)是為解決電子圖像的信息隱藏問題，很少涉及在印刷圖像上的應(yīng)用范例的論述。

當(dāng)前，在國際研究領(lǐng)域中盛行的數(shù)字水印技術(shù)，是采用信號分析的理論，通過傅里葉變換、小波變換等的手法，尋求肉眼不易發(fā)現(xiàn)的地方埋入信息。這種方法對電子圖像進行信息埋入效果很好。但在印刷圖像的應(yīng)用上，因沒有考慮印刷網(wǎng)屏理論，不能解決在RGB顏色空間變換到CMYK顏色空間中埋入的信息被破壞的問題，因此很少見到發(fā)表過有關(guān)成功應(yīng)用的例子。

日本代表性的數(shù)字水印技術(shù)成果，是由日本沖電氣株式會社發(fā)明的證書防篡改的成果。該成果可通過證件的底紋背景最大埋入數(shù)百字節(jié)的信息。同日本沖電氣株式會社發(fā)明的證書防篡改的成果相比，網(wǎng)屏編碼在底紋背景上可埋入數(shù)萬字節(jié)的信息，也就是說同數(shù)字水印技術(shù)相比具有100倍以上的信息埋入的容量優(yōu)勢。

網(wǎng)屏編碼同RFID的對比

當(dāng)前，國家有關(guān)部門對RFID應(yīng)用給以大力支持，社會上的相關(guān)研究單位和企業(yè)投入大量資金和人力進行推廣應(yīng)用，但是還未能見到預(yù)期的成效。其主要原因是RFID芯片的價格、埋入工藝、射頻傳輸可靠性、市場需求和維護成本等問題。

2000年以來人們熱衷于RFID射頻芯片的應(yīng)用，也有一些成功的應(yīng)用案例，而且依據(jù)摩根定理，這種RFID射頻芯片的價格應(yīng)該非常低廉。然而，經(jīng)過近十年來的努力，人們終于發(fā)現(xiàn)RFID射頻芯片的價格遠遠高于人們的期望值，在大型體育或娛樂場所的入場券、軌道交通的乘車票等急需埋藏數(shù)據(jù)量大、價格低廉的解決方案中用不上RFID。

相比之下，采用網(wǎng)屏編碼可取代目前RFID的許多設(shè)想中的應(yīng)用領(lǐng)域，并有顯著的推廣應(yīng)用優(yōu)勢。

網(wǎng)屏編碼應(yīng)用前景

值得關(guān)注的是，正當(dāng)紙介質(zhì)出版不斷地被電子出版所取代的同時，多媒體的記錄媒體也從磁帶記錄媒體、CD-ROM記錄媒體進化到了SD卡固體記錄媒體。然而，紙介質(zhì)的直感性、證據(jù)性、便利性以及廉價性等固有的特點，致使紙介質(zhì)出版雖然有減少的趨勢，但可以肯定紙介質(zhì)出版絕不會消亡。

特別是將可使紙介質(zhì)出版與電子出版融為一體化的網(wǎng)屏編碼技術(shù)的識別模塊，嵌入到手機中時，隨著這種新型手機的普及，必然會推動多媒體印刷出版物的蓬勃發(fā)展，這將是印刷行業(yè)繼活字印刷到計算機排版的第一次印刷行業(yè)的革命之后，又一次紙介質(zhì)出版與電子出版融合的革命性發(fā)展。同時，人們用嵌有網(wǎng)屏編碼識別模塊的手機，可方便地從物聯(lián)網(wǎng)中那些標(biāo)有用網(wǎng)屏編碼技術(shù)埋入信息標(biāo)識的物品的標(biāo)簽、說明表中方便地、隨時不受環(huán)境限制地讀取該物品的更多信息。

針對多媒體印刷的現(xiàn)狀，最近國內(nèi)出現(xiàn)的配多媒體讀物的點讀筆產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家，多數(shù)是購入臺灣某微處理器公司的專用點讀筆識別芯片設(shè)計而成的，因此這個技術(shù)實質(zhì)是臺灣的技術(shù)。這家臺灣公司先后推出OID1代碼的識別芯片以及OID2代碼的識別芯片。OID1代碼按照通常的二維條碼的構(gòu)成方法，由6×6的點陣組合構(gòu)成的12 bit的代碼，這種代碼不適于信息埋藏，而且只能組合4 096個代碼，遠遠適應(yīng)不了實際應(yīng)用的要求。OID2代碼大大突破OID1代碼的局限，通過實現(xiàn)點陣的不同位置來記錄信息，可實現(xiàn)2字節(jié)以上的信息記錄與隱藏。然而，OID2代碼的每一組信息單元只有一條水平基準(zhǔn)點陣與一條垂直基準(zhǔn)點陣，而形成基準(zhǔn)必須要有兩條水平基準(zhǔn)點陣與兩條垂直基準(zhǔn)點陣，因此要想在任意位置上讀到兩條水平基準(zhǔn)點陣與兩條垂直基準(zhǔn)點陣，需要擴大一倍以上的讀取面積。另外，OID2代碼的結(jié)構(gòu)只允許使用1 200 dpi以上的印刷設(shè)備或打印機設(shè)備，不支持一般的600 dpi的普通打印機，再有OID2代碼沒有考慮印刷圖像的網(wǎng)屏特性，不具有防止印刷圖像的干涉的能力。特別是OID2代碼利用網(wǎng)點不同的位置記錄多比特信息與網(wǎng)屏編碼在中國以及國際上的專利相抵觸，因此，其產(chǎn)品在國際上很多國家是不準(zhǔn)許銷售的。

網(wǎng)屏編碼自主知識產(chǎn)權(quán)所有者，天津阿波羅信息技術(shù)有限公司總裁顧澤蒼先生在日本獲得了2項專利權(quán)，同時也向美國申請了專利，在中國申請了30多個專利，現(xiàn)已獲得專利權(quán)4項，在該領(lǐng)域上大大領(lǐng)先于國際水平。

網(wǎng)屏編碼技術(shù)還可用來進行打印機、復(fù)印機的信息防偽，可以用網(wǎng)屏編碼技術(shù)低成本、方便地提高物聯(lián)網(wǎng)上物品的信息安全。由于用網(wǎng)屏編碼技術(shù)可簡便地通過打印機和印刷機等與可讀信息一同產(chǎn)生隱藏信息，可用于開發(fā)文字、圖像、多媒體等多種用途的隱藏信息識別設(shè)備，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)浅V闊。

目前，用網(wǎng)屏編碼技術(shù)埋入信息的打印發(fā)票防偽系統(tǒng)解決方案、各種車票防偽印刷解決方案及識別網(wǎng)屏編碼技術(shù)埋入信息的點讀筆和裝置也都先后研制出來。中國軟件行業(yè)協(xié)會嵌入式系統(tǒng)分會已組織天津阿波羅信息技術(shù)有限公司和北京公達數(shù)碼科技有限公司等單位完成網(wǎng)屏編碼國家標(biāo)準(zhǔn)的報批準(zhǔn)備工作，有關(guān)材料經(jīng)國家信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會通過，已轉(zhuǎn)報到國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會待批。網(wǎng)屏編碼國家標(biāo)準(zhǔn)的制定會有效推動網(wǎng)屏編碼在物聯(lián)網(wǎng)和全國各行業(yè)的應(yīng)用。