漢信碼與PDF417、數據矩陣碼（DM碼）、QR碼的對比

鄧惠朋 王毅 董曉文/文

上世紀80年代早期，隨著條碼技術在零售等行業的廣泛應用，越來越多的行業希望能夠采用條碼來解決本行業面臨的物品管理和信息自動化采集方面的問題，與此同時，多種應用場景也對條碼技術提出了新的更高的要求。在行業應用場景中，人們希望條碼能夠承載更多的數據量，能夠標識數字之外的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識更多信息的二維碼技術應運而生。

二維碼的誕生

最早的二維碼是1983年研發的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

隨著數字成像技術的發展，數字圖像的信息采集和處理技術發展成熟，使二維碼的技術發展如虎添翼，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的信息容量，80年代中后期出現了Veri code（如圖2所示）和數據矩陣碼（ECC000-140）等碼制。數據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用爆發奠定了技術基礎。

圖2 Veri code

目前應用廣泛的二維碼主要有：美國的PDF417條碼，由美國Symbol公司開發，發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。它甚至可以用傳統的激光線性掃碼器識別（朝一個方向掃即可）；而矩陣式二維碼需要圖像傳感器成像才能識別。Data matrix（也稱為DM碼）是原美國國際資料公司在1989年發明的矩陣碼，DM碼雖小，但它的數據容量卻相當大。制造企業就可以用它來表示追溯數據，而不會影響產品包裝的整體外觀和感覺。現在手機支付用的QR碼則誕生于日本，全稱為快速響應矩陣碼（Quick Response Code），于1994年由日本DENSO WAVE公司發明。它的好處在于，日語當中的漢字也被納入了編碼模式之中，信息的存儲更加方便，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。我國也有自己的二維碼——漢信碼。由中國物品編碼中心牽頭完成設計與研發，技術研究部副主任王毅擔任技術負責人/項目編輯（PL/PE），是我國目前唯一一個擁有完全自主知識產權的二維碼。

具有國際標準的四種主流二維碼碼制

截止2021年，國際標準化組織（ISO）發布的主流二維碼碼制標準共有四項，分別為PDF417、Da?ta Matrix、QR和漢信碼，如圖3所示。

圖3 具有ISO國際標準的四種主流二維碼（從左到右依次為PDF417、DM碼、QR碼和漢信碼）

PDF417作為最早進入大眾視野的二維碼，除了具有普通條碼的優點外，同時具有信息容量大，可以將文字、照片、聲音、指紋等多種數字信息進行編碼；保密防偽性強，名義糾錯率較高等特點。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現信息編碼，對于符號字符的條高有一定要求（標準要求條高應至少為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碼在現有二維碼中，規定了多個小版本符號，最小的DM碼僅有10×10個模塊，也是所有二維碼中最小的版本，由于其研發較早，且在電子、微電子與制造業領域應用較為成熟，相關設備支持和應用標準支持狀況較好。

QR碼的設計是二維碼技術史上的一大創新，該碼制采用回字形的尋像圖形進行尋像，具有顯著特征的同時，節省了符號面積。QR碼的最小版本是21×21模塊，每個版本符號比上一個版本每邊增加4個模塊，從QR碼的英文名稱Quick Response Code可以看出，超高速識讀是主要特性之一。

漢信碼的符號設計在綜合了多種二維碼碼制成功設計的同時進行了自主創新，首次采用了非對稱的特征比例圖形進行尋像，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，指示符號的取向位置，最小的漢信碼是23×23，但能夠承載數據最多的是漢信碼的84版本，共有189×189個模塊。在漢字表達方面，PDF417和DM碼沒有特定的漢字表示模式，無法對漢字進行準確表達，QR碼和漢信碼有專門的漢字模式，QR碼使用13bit表示一個漢字，漢信碼為12bit。QR碼可表達中國漢字1817個，漢信碼可表達2174個，是最適合作漢信碼載體的二維碼。除此之外，漢信碼還有一個固有附加特性--顏色反轉。識讀漢信碼符號時，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和底色提供了更廣的范圍。四種碼制的技術特點對比，見表1（下頁）。

表1

二維碼應用的發展進程與大眾化應用

進入新世紀以來，隨著移動通信、移動計算技術的發展，移動設備，特別是手機的計算、存儲能力越來越強，移動商務的熱潮逐漸席卷全球，二維碼作為一種信息容量大、應用方便的數據載體受到人們的廣泛關注。以騰訊確立二維碼作為其微信入口為標志，以二維碼為載體的移動商務應用開始在我國爆發式增長，二維碼支付、二維碼追溯、二維碼營銷等迅速進入千家萬戶的日常生活，掃碼支付已經成為小額支付的主流，圍繞著二維碼技術的技術創新和應用創新層出不窮，消費者通過掃描或展示二維碼，真切地體驗到了信息技術帶來的便捷，二維碼技術的大眾化應用蔚然成風，相關的國家標準也相繼制定發布，這一切都標志著二維碼技術的高度成熟。

目前，中國已成為二維碼應用最廣泛的國家，據新華社報道，我國二維碼應用占全球九成以上，二維碼生態作為數字經濟中現實世界與虛擬世界的連接器，是線上線下融合的關鍵入口，它讓商業連接成本更低，價值增值通道更暢通，將成為未來經濟社會數字化全面轉型的重要賦能途徑之一。