2013/03/02
二維條碼演進與QR Code之技術特性
二維條碼演進與QR Code之技術特性
 
條碼已成為廣為流行,無論在處理速度(decode/encode)、精度和優越的功能特性。條碼成為流行,其方便普遍認可,市場開始呼籲研發能夠儲存更多的資訊,更多資料類型,而且可以印刷在較小的空間。
因此,進行了各種努力,以增加資訊量存儲的條形碼,例如增加數位條碼或鋪設了多種條碼。然而,透過技術的改良,無論印刷成本、使用便利性、快速反應都臻至商業使用之效益,很快的,二維條碼變成市場的主流,同時應用範圍越來越廣,底下我們將從二維條碼開始,一系列的介紹二維條碼之原理演進、QR Code之商業應用、二維條碼的未來,來推導下一代的條碼可能的開發方式與更廣泛的應用。
 
然而,比起其他儲存方式(RFID),條碼擁有以下特色優勢:
1.    能離線儲存資料:不同於一般資料儲存必須有Device或者線上遠端讀取資料,Bar Code能直接儲存資料於條碼中。
2.    成本低廉:Bar Code能於一般品質之紙張或幾乎所有材質之包裝上,不需要太高的印刷品質也不需要特定的列印界質,因此能夠方便大量複製、擴散,乃因其成本低廉。
3.    處理速度佳且損毀能回溯:條碼因應於生活中,能夠快速編碼、解碼,頗為符合商業用途中的使用便利性需求,同時因應可能的損毀,多具備損毀時資料回復的功能(Error correction/data restoration)
 
條碼發展過程中,增加儲存量方面的需求是不可避免的,而二維條碼的演進如下:
1.     Multiple bar code layout:利用多個一維條碼來增加資料儲存量,不過,很顯然的,這是只是以個數來擴大儲存量,若以商業角度考量,相對的構圖面積與印刷成本也呈倍數增加,因此這種方是沒多久即面臨淘汰。
2.    2D Code with stacked bar codes (stacked bar code type)利用多個一維條碼以堆疊方式減少面積,雖然技術效能大有改善,但是在縱切向方面仍屬一維的方式,仍未臻理想而有很大的改善空間。
3.    2D Code (matrix type):這個架構,無論縱向橫向,均採取演算法之堆疊方式處理,並能真正達到在不增加面積與解析度之狀況下,相對於一維條碼而產生巨量效益。
 
關於現有的二維條碼,目前已定義完整且制訂標準規格,並開放使用的有以下幾種:
 
由以上表列得知:除了QR Code為日本開發外,其餘均出自於美國,特定於美洲地區局部使用。
然而,就儲存量而言,表現最好的是QR Code,除了大儲存量外,同時QR Code也兼具較小的輸出、快速反應(decode)等商業應用特性。
 
QR」代表的意思是Quick Response(快速回應),由日本的Denso-Wave公司發明,在1999年公布了符合日本當地的「日本工業規格JIS」標準;隨後,2000年 獲得國際標準組織ISO的認可。ISO/IEC 18004的標準成立之後,QR Code現在已經成為全球標準的二維條碼規格。
 
QR Code與一維條碼之不同處在於在縱向方面,提供了儲存資料之方式(一維條碼只有橫向),這種儲存方式是透過演算法的技術給予巨量的改善,雖然QR Code以自由軟體方式,開放標準規範提供個資訊服務業者使用,但是相關演算法技術仍屬該公司所有,並未對外公佈。
QR Code之技術特色
高儲存量
開放式標準的QR Code到底有多厲害呢?能夠記錄的數字字元就有7089個,或是4296個英文字母。光是英文字母的記憶能力,就可以儲存一段不小的資訊。想想看,過去寫一封英文信可能要用一張A4紙,現在只要以QR Code編碼印在明信片上。記錄英文、數字也沒什麼了不起,QR Code還能儲存以Shift-JIS編碼的日文漢字與片假名;至於中文字呢?藉由列為全世界共通標準之萬國碼Unicode(UTF-8),也能存放 984個字。
 
小尺寸的輸出(Small Printout Size)
由於二維碼信息進行橫向和縱向,QR碼能夠編碼是相同的數據量大約十分之一的空間傳統的條形碼。 (對於較小的打印尺寸,微型QR碼可用。)
針對日本標規,QR Code的編碼(encode)具備JIS 漢字字元Lever I/Lever II的能力。譬如說在日本,一個漢字或平()假名的編碼須要13個位元(bits),而QR Code比起其他二維條碼能夠節省超過20%的資料需求量,意即:QR Code在漢字編碼(encode)的表現是非常優於其他的二維條碼。
 
抗損表現(Dirt and Damage Resistant)
QR碼的糾錯能力(error correction)。數據可以被恢復的象徵,即使是部分臟或損壞,最多30%的字碼可以恢復,亦即即使損毀了30%,能可透過回算技術回復資料。
* 1:一個碼字是一個單位,構建數據區。QR碼,一碼等於 8位。
* 2:資料恢復是否完全,在於其污垢或損壞是否於數據擷取目標範圍。
360度讀取
QR碼是能夠 360度(全向),高速讀取。 QR碼是透過如下圖之小正方形完成方位定位。這些小正方型主要是檢測保證穩定的高速讀取,規避的負面影響的背景干擾。
 
結構化的彈性應用
QR碼可以被分成多個數據區。相反,信息存儲在多個二維碼符號可以被重建為一個數據符號。
一個數據符號可以分為 16個符號,使印刷在一個狹窄的區域。
 
下次,我們將介紹QR Code的演進規範以及編碼器(encoder)/解碼器(decoder)製作原理。
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