GS1數(shù)據(jù)矩陣碼淺析

廣西標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院 譚 欣 吳 敏 林翠霞

自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是信息數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)讀、自動(dòng)輸入計(jì)算機(jī)的重要方法和手段，它是以計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)的綜合性科學(xué)技術(shù)。條碼技術(shù)在當(dāng)今自動(dòng)識(shí)別技術(shù)中占有重要的地位。自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的形成過(guò)程是與條碼的發(fā)明、使用和發(fā)展分不開(kāi)的。條碼技術(shù)分為一維碼和二維碼。一維碼是由平行排列的寬窄不同的線條和間隔組成的二進(jìn)制編碼。二維碼技術(shù)是在一維碼無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用需求的前提下產(chǎn)生的，由于受信息容量的限制，一維碼通常是對(duì)物品的標(biāo)識(shí)，而不是對(duì)物品的描述，而二維碼能夠在橫向和縱向兩個(gè)方向同時(shí)表達(dá)信息，因此能在很小的面積內(nèi)表達(dá)大量的信息。二維碼已是迄今為止最經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，如何編碼才能使其在全球范圍內(nèi)準(zhǔn)確唯一，且能夠在任何商務(wù)流程中進(jìn)行電子識(shí)讀，成為貿(mào)易供應(yīng)鏈過(guò)程各主體最關(guān)心的問(wèn)題。

GS1數(shù)據(jù)矩陣碼遵循GS1系統(tǒng)編碼規(guī)則，是全球通用的二維碼。全球統(tǒng)一編碼標(biāo)識(shí)系統(tǒng)是國(guó)際物品編碼組織GS1負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)和維護(hù)的應(yīng)用于全球商貿(mào)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)和商業(yè)語(yǔ)言，一般稱為“GS1系統(tǒng)”。GS1系統(tǒng)規(guī)則指明了特定具體應(yīng)用中宜使用特定的數(shù)據(jù)載體。GS1認(rèn)可的數(shù)據(jù)載體有一維碼、二維碼和復(fù)合碼，其中一維碼包括EAN/UPC碼、ITF碼、GS1-128碼和GS1 DataBar碼，二維碼包括GS1數(shù)據(jù)矩陣碼（GS1 DataMa?trix）和GS1 QR碼。隨著二維碼廣泛應(yīng)用，符合GS1全球通用系統(tǒng)規(guī)則的GS1數(shù)據(jù)矩陣碼因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在各行各業(yè)得到了前所未有的普及，特別是在藥品、醫(yī)療器械和機(jī)械零部件領(lǐng)域得到大力推崇。但我們大多數(shù)人對(duì)GS1數(shù)據(jù)矩陣碼的結(jié)構(gòu)和特征等特點(diǎn)不甚了解，下面從定義、外觀構(gòu)成、技術(shù)特征、人工識(shí)讀字符和制作應(yīng)用場(chǎng)景示例等方面對(duì)GS1數(shù)據(jù)矩陣碼進(jìn)行簡(jiǎn)單解析，為應(yīng)用者提供參考。

數(shù)據(jù)矩陣碼與GS1數(shù)據(jù)矩陣碼

數(shù)據(jù)矩陣碼（DataMatrix）二維碼原名Datacode,由美國(guó)國(guó)際資料公司（International Data Matrix,簡(jiǎn)稱ID Matrix）于1989年發(fā)明。DataMatrix二維碼又可分為ECC000-140和ECC200兩種類型，ECC000-140具有多種不同等級(jí)的錯(cuò)誤糾正功能，而ECC200則使用Reed-Solomon糾錯(cuò)方法從而使得部分破損的數(shù)據(jù)矩陣碼符號(hào)也能夠被正確識(shí)讀。因ECC200版本的尺寸可以依需求印成不同大小，使用時(shí)采用的錯(cuò)誤糾正碼與尺寸配合，其演算法較為容易，且尺寸較有彈性，故一般以ECC200較為普遍。

GS1數(shù)據(jù)矩陣碼是通過(guò)在數(shù)據(jù)矩陣碼ECC200版本的第一個(gè)位置添加FNC1碼字形成的，從1994年開(kāi)始已經(jīng)在開(kāi)放環(huán)境中應(yīng)用。GS1系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)矩陣碼部分原因是其能夠編碼GS1系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及具有信息密度高、可以多種方法在不同基底上印制等GS1系統(tǒng)其他碼制不具有的特點(diǎn)。GS1數(shù)據(jù)矩陣碼是一種獨(dú)立的矩陣式二維碼，其符號(hào)由位于符號(hào)內(nèi)部的多個(gè)方形模塊與分布于符號(hào)外沿的尋像圖形組成。

外觀總體構(gòu)成

GS1數(shù)據(jù)矩陣碼由尋像圖形和數(shù)據(jù)兩個(gè)獨(dú)立的部分組成，如圖1所示。尋像圖形也被稱為“L尋像圖形”，L尋像圖形用于確定符號(hào)的形狀，即正方形或長(zhǎng)方形、尺寸、方向、行數(shù)和列數(shù)，且用于識(shí)讀器確認(rèn)該符號(hào)為GS1數(shù)據(jù)矩陣碼。尋像圖形的另外兩邊是交替的白點(diǎn)和黑點(diǎn)，被稱為“時(shí)鐘圖案”，其定義了符號(hào)的基本結(jié)構(gòu)，也可以輔助確定尺寸和變形。數(shù)據(jù)是在尋像圖形內(nèi)以矩陣模式進(jìn)行編碼，其可翻譯為二進(jìn)制GS1數(shù)據(jù)矩陣碼符號(hào)系統(tǒng)字符，即數(shù)字型或數(shù)字字母型。與一維碼相同，GS1數(shù)據(jù)矩陣碼有一個(gè)強(qiáng)制的空白區(qū)位于符號(hào)周圍，空白區(qū)的寬度等于四邊中每一邊上的符號(hào)X尺寸。每個(gè)數(shù)據(jù)矩陣碼符號(hào)由若干行和列組成。GS1數(shù)據(jù)矩陣碼始終具有偶數(shù)個(gè)行和列，因此其在右上角總是有一個(gè)淺色“正方形”（見(jiàn)圖1圓圈處）。如果對(duì)GS1數(shù)據(jù)矩陣碼符號(hào)進(jìn)行反片印刷，這個(gè)角的顏色會(huì)變成深色。

技術(shù)特征

GS1數(shù)據(jù)矩陣碼的主要技術(shù)特征有符號(hào)形狀和表示、符號(hào)尺寸和符號(hào)質(zhì)量等等，下面對(duì)部分主要技術(shù)特征進(jìn)行簡(jiǎn)析。

符號(hào)的形狀和表示

GS1數(shù)據(jù)矩陣碼可選擇正方形或長(zhǎng)方形的形狀印制，如圖2所示。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 16022-2006《信息技術(shù)自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)采集技術(shù)數(shù)據(jù)矩陣條碼符號(hào)規(guī)范》，正方形數(shù)據(jù)矩陣碼符號(hào)由于具有更多的可選符號(hào)尺寸與較大的信息容量，其在日常中更常用；而高度有限的長(zhǎng)方形數(shù)據(jù)矩陣碼符號(hào)更適合一些需要高速印刷技術(shù)和印刷空間特殊的情況。

圖2 正方形和長(zhǎng)方形數(shù)據(jù)矩陣碼示例

符號(hào)尺寸

GS1數(shù)據(jù)矩陣碼的尺寸取決于編碼信息量和編碼格式、X尺寸和符號(hào)形式的選擇等三個(gè)因素。其中編碼信息量和編碼格式為數(shù)字型或數(shù)字字母型：數(shù)字和字符按二進(jìn)制位編碼，由相同尺寸的模塊表示。在普通的打印條件下，模塊寬度用X尺寸表示，實(shí)際應(yīng)用中X尺寸的范圍應(yīng)綜合考慮應(yīng)用系統(tǒng)的通用需求以及生成識(shí)讀設(shè)備的匹配條件，并由應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

GS1數(shù)據(jù)矩陣碼的形式有正方形和長(zhǎng)方形，為滿足不同數(shù)據(jù)內(nèi)容的編碼需要，正方形和長(zhǎng)方形的符號(hào)又各有多個(gè)版本。其中正方形的GS1數(shù)據(jù)矩陣碼符號(hào)只存在偶數(shù)行的形式，根據(jù)表示數(shù)據(jù)容量的不同，有從10×10模塊一直到144×144模塊共24個(gè)符號(hào)版本，而長(zhǎng)方形的GS1數(shù)據(jù)矩陣碼則有從8×18到16×48模塊共6個(gè)符號(hào)版本，其中均不包括符號(hào)周圍1模塊寬的空白區(qū)。大于32×32模塊的GS1數(shù)據(jù)矩陣碼正方形符號(hào)被校正圖形分隔為4～36個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)域，長(zhǎng)方形符號(hào)也可被分為兩個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)。未進(jìn)行顏色反轉(zhuǎn)的校正圖形由深淺模塊交替排列形成圖形以及相鄰接的深色實(shí)線構(gòu)成。具有四個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)的正方形符號(hào)（左）和兩個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)的長(zhǎng)方形符號(hào)（右）的數(shù)據(jù)矩陣碼，如圖3所示，其編碼數(shù)據(jù)無(wú)實(shí)際意義。

圖3 多數(shù)據(jù)區(qū)GS1數(shù)據(jù)矩陣碼符號(hào)：正方形和長(zhǎng)方形格式

符號(hào)質(zhì)量

在應(yīng)用中，涉及GS1數(shù)據(jù)矩陣碼符號(hào)質(zhì)量包括編碼數(shù)據(jù)一致性和符號(hào)印刷質(zhì)量?jī)煞矫?，其中編碼數(shù)據(jù)一致性包含正確使用GS1應(yīng)用標(biāo)識(shí)符、校驗(yàn)位等，符號(hào)的印刷質(zhì)量根據(jù)ISO/IEC 15415-2011《信息技術(shù)自動(dòng)識(shí)別與數(shù)據(jù)采集技術(shù)條碼符號(hào)印刷質(zhì)量檢驗(yàn)規(guī)范二維碼符號(hào)》中的規(guī)定，由符號(hào)等級(jí)、符號(hào)反差、軸向不一致性、網(wǎng)絡(luò)不一致性、未使用糾錯(cuò)、固有圖形污損、模校調(diào)制比等參數(shù)的評(píng)價(jià)和應(yīng)用掃描環(huán)境的要求綜合確定。GS1數(shù)據(jù)矩陣碼符號(hào)在應(yīng)用場(chǎng)景中必須清晰可辨、印刷質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，即根據(jù)ISO/IEC 15415-2011,規(guī)定符號(hào)等級(jí)最低要求為1.5。同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況，符號(hào)位置、X尺寸的最小值和最大值、創(chuàng)建符號(hào)的印刷工藝均需符合實(shí)際的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，且設(shè)計(jì)印制全過(guò)程須做好質(zhì)量控制。

人工識(shí)讀字符（HRI）

人工識(shí)讀,是指與機(jī)器識(shí)讀媒介相對(duì)應(yīng)的可由人眼直接識(shí)別的編碼信息。人工識(shí)讀字符（Human Read?able Interpretation，HRI)位于條碼或標(biāo)簽的上、下、左或右側(cè)，與條碼或標(biāo)簽攜帶的字符相同的文本。非人工識(shí)讀字符文本（Non-HRI Text）,是指包裝、標(biāo)簽或產(chǎn)品上所有其他的文本，如圖4所示（見(jiàn)下頁(yè)）。在實(shí)際應(yīng)用中，建議在應(yīng)用標(biāo)識(shí)符（AI）及相關(guān)數(shù)據(jù)的GS1數(shù)據(jù)矩陣碼符號(hào)旁邊添加人工識(shí)讀字符。人工識(shí)讀字符的確切位置和字體取決于具體的應(yīng)用指南，典型慣例是將主要信息，例如全球貿(mào)易項(xiàng)目編號(hào)GTIN置于條碼下面的人工可讀數(shù)據(jù)中。字符應(yīng)清晰易讀，并且必須明顯與符號(hào)相關(guān)聯(lián)。應(yīng)用標(biāo)識(shí)符（AI）應(yīng)在人工識(shí)讀字符中清晰標(biāo)識(shí)，以便在符號(hào)無(wú)法掃描的情況下可輸入人工識(shí)讀字符，這通過(guò)將應(yīng)用標(biāo)識(shí)符放在括號(hào)內(nèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)。括號(hào)不是數(shù)據(jù)的一部分，也不在符號(hào)中編碼。這與起始符FNC1的用法完全相反，當(dāng)FNC1用作起始符或分隔符時(shí)，必須在符號(hào)中編碼，但不出現(xiàn)在供人識(shí)讀字符中。

圖4 HRI和 Non-HRI示例

制作及應(yīng)用場(chǎng)景示例

數(shù)據(jù)矩陣二維碼的最小尺寸是目前所有條碼中最小的，特別適用于小零件的標(biāo)識(shí)，以及直接印刷在實(shí)體上。在實(shí)際應(yīng)用中，由于非二維成像式條碼識(shí)讀器不能識(shí)讀GS1數(shù)據(jù)矩陣碼，故其僅限于在整個(gè)供應(yīng)鏈中采用成像式識(shí)讀器的新型應(yīng)用系統(tǒng)中使用，且制作應(yīng)遵循已經(jīng)核準(zhǔn)的GS1系統(tǒng)應(yīng)用導(dǎo)則。

下面列出了一些可制作應(yīng)用GS1數(shù)據(jù)矩陣碼的方法或場(chǎng)景：直接在部件上標(biāo)印，如在汽車、飛機(jī)金屬零件、醫(yī)療器械以及外科植入式器械等物品上采用打點(diǎn)沖印的方法制作；利用激光或化學(xué)刻蝕的辦法在部件上構(gòu)建，如電路板、電子元件、醫(yī)療器械、外科植入式器械等上制作低反射率（高反射率背底）或高反射率（低反射率背底）模塊GS1數(shù)據(jù)矩陣碼；在高速噴墨設(shè)備不能印制可識(shí)讀的一維碼時(shí)，可以在部件或組件上噴制數(shù)據(jù)矩陣碼；在非常小的物品上，其提供的空間只能容納方形符號(hào)，或者不能容納GS1 DataBar以及復(fù)合碼的情況時(shí)用數(shù)據(jù)矩陣碼；在提供B2C包裝擴(kuò)展信息類應(yīng)用上使用數(shù)據(jù)矩陣碼。GS1數(shù)據(jù)矩陣碼應(yīng)用示例，如圖5所示。

圖5 GS1數(shù)據(jù)矩陣碼應(yīng)用示例