汉信码:中国完全自主知识产权的二维码

日期:2013/09/01 作者:郑昱

汉信码是我国自主知识产权的一种二维条码。

2007年8月23日,国家标准化管理委员会发布了GB/T 21049 《汉信码》国家标准,标志着汉信码技术正式成为我国自动识别和数据采集技术的一员。汉信码的出现是二维条码技术发展史上的里程碑,它将对提高二维条码技术的应用水平,拓宽条码技术的应用领域起到重要作用。

编者按:自20世纪90年代以来,条码技术解决了计算机应用中数据采集的瓶颈,实现了信息的快速、准确获取和传输,在我国商品流通、国际贸易、信息化建设和经济发展中发挥了重要作用。

随着现代信息管理需求的不断增加,迫切需要在条码有限的几何空间内表示更多的信息,以满足千变万化的信息表示的需要。二维码的出现,弥补了一维条码的不足,并逐渐显示出其技术的优势。

目前,伴随手机智能终端的发展,为二维码的发展提供更为广阔的空间,餐厅、机场、电视、线上视频、网上购物以及社交平台等均通过二维码实现精准营销,为其已有的、潜在的客户群体服务。

不难看出,我国二维码应用正处在快速推广阶段:第一,数据采集方面,二维码能为企业提供有效、准确的数据,帮助其更好地管理,建立完成的经营体系;第二,在电子商务、物流等领域,可以实现供应链各方提供正确、及时的产品数据,实现实时同步追溯,保证整个供应链地高效运转,进而实现经济效益最大化。第三,通过对物品的识读,完成物品数字化、信息化管理,建立基于物联网技术的信息网络,推进我国物联网技术的应用。

然而,这不并意味着我国的二维码应用市场一片和谐景象,一些问题亟需解决:安全方面,一些嵌有虚假信息、欺骗信息或钓鱼网址的二维码被消费者扫到,会给消费者带来了话费丢失、隐私外泄等安全性威胁,直接损害了广大消费者的利益;标准方面,目前,已经制定的二维码标准主要是有关二维码生成和识读的基础性标准,相关应用还缺乏统一的标准规范。特别是二维码网络购物、二维码移动商务、二维码手机名片等标准尚未出台,造成二维码编码不统一,信息不规范,应用混乱;监管方面,当前随着智能手机的普及,二维码已走进百姓日常生活,每部智能手机的使用者都可能成为二维码的用户,安全威胁、恶意欺诈、隐私外泄等问题与日俱增,亟需加强对二维码的社会监管。

由此,一种自主可信的二维码是二维码应用引来春天的关键。

二维码

“二维码或称二维条码是能够在两个方向上承载信息的条码符号,作为一种衍生条码技术,二维码具有信息容量大、信息密度高、能够标识中文、图像等多种信息、保密防伪性强等优点。”

条码是采用深浅模块图像单元承载信息的图形符号,诞生于上世纪50年代中期。最早发展成熟的条码技术是一维条码技术,一维条码中的“一维”是指条码信息只在一个方向上(垂直于条空的方向)存在,而与条空平行的竖向则不承载信息。一维条码技术是为了解决商品零售结算环节,产品编码信息快速获取问题而研发的,目前,应用最广泛的条码是仍是超市等环节上采用的商品条码,如图1所示。


图1 零售商品条码

随着条码技术的飞速发展,人们希望能够用条码标识产品描述信息等更大量更多种类的信息,满足在物流、电子、单证、军事等领域产品描述信息自动化采集的需求。上世纪80年代中期,为了解决一维码信息容量不足等问题而研发的二维条码应运而生。二维码或称二维条码是能够在两个方向上承载信息的条码符号,作为一种衍生条码技术,从技术上可分为行排式和矩阵式两类。


图2 不同码制的二维码图

二维条码具有以下技术特点:

信息容量大

二维条码由于信息承担单元更小,因此在相同面积能够标识一维码几十倍的信息,例如,汉信码最多能够表示7829个数字、4350个英文字符和2714个汉字。

支持多种信息类型

二维码除了能够标识数字之外,还能够标识中英文字符、特殊字符、图片、声音等任何数字化信息,方便用于承载产品特征信息。

支持加密防伪

二维码由于信息量大,信息编码过程复杂,因此可以支持多种对称、非对称加密技术,以及信息数字签名等信息安全技术,与其他防伪技术结合可以用于产品防伪。

可以全向识读(矩阵式)

矩阵式二维码由于不受扫描线的限制,无论符号如何摆放,通过摄像式扫描设备都能够正确识读。

成本低廉

二维码印制成本主要是标签纸和碳带等耗材耗费,成本极低;专业二维码识读设备目前价格已经下降到普通一维码设备的价格范围,近年来由于智能手机的兴起,用户只需下载一个软件就可以完成二维码的识读,手机识读技术的应用成本也近乎免费。

汉信码

“汉信码是第一个具有我国自主知识产权的二维条码的国家标准。”

我国对二维条码技术的研究开始于上世纪90年代初,从“九五”的二维码共性技术等基础研究起步,到“十五”自主创新的新型二维码的研究,经多年的努力,走出了一条从技术引进吸收到自主创新的发展之路。

汉信码是中国物品编码中心承担的国家重大科技专项《二维条码新码制开发与关键技术标准研究》课题的研究成果,该课题已于2005年12月26日顺利通过国家标准委组织的项目验收,验收专家组一致认为“该课题攻克了二维条码码图设计、汉字编码方案、纠错编译码算法、符号识读与畸变矫正等关键技术,研制的汉信码具有抗畸变、抗污损能力强,信息容量高等特点,达到了国际先进水平。其中在汉字表示方面,支持GB 18030大字符集,汉字表示信息效率高,达到了国际领先水平。”专家们建议相关部门尽快将该课题的研究成果产业化,并积极组织试点及推广,同时,建议将汉信码国家标准申报成为国际标准。

中国物品编码中心在完成国家重大标准专项课题《二维条码新码制开发与关键技术标准研究》的基础上,于2006年向国家知识产权局申请了《纠错编码方法》《数据信息的编码方法》《二维条码编码的汉字信息压缩方法》《生成二维条码的方法》《二维条码符号转换为编码信息的方法》《二维条码图形畸变校正的方法》六项技术专利成果,并顺利通过专利初审,截至目前,汉信码的6项发明专利全部获得国家授权。

汉信码特点

汉信码码制与现有二维条码码制相比较,具有如下特点:

汉字编码能力超强

汉信码是目前唯一一个全面支持我国汉字信息编码强制性国家标准-GB 18030:《信息技术 信息交换用汉字编码字符集 基本集的扩充》的二维码码制,能够表示该标准中规定的全部常用汉字、二字节汉字、四字节汉字,同时支持该标准在未来的扩展。

在汉字信息编码效率方面,对于常用的双字节汉字采用12位二进制数进行表示,在现有的二维条码中表示汉字效率最高。

极强抗污损、抗畸变识读能力

由于考虑了物流等实际使用环境会给二维条码符号造成污损,同时由于识读角度不垂直、镜头曲面畸变、所贴物品表面凹凸不平等原因,也会造成二维条码符号的畸变。为解决这些问题,汉信码在码图和纠错算法、识读算法方面进行了专门的优化设计,确保汉信码具有极强的抗污损、抗畸变识读能力。现在汉信码能够在倾角为60度情况下准确识读,能够容忍较大面积的符号污损。因此,汉信码特别适合于在物流等恶劣条件下使用。

识读速度快

为提高二维条码的识读效率,满足物流、票据等实时应用系统的迫切需求,汉信码在信息编码、纠错编译码、码图设计方面采用了多种技术手段提高了汉信码的识读速度。目前,汉信码的识读速度比国际上的主流二维条码-Data Matrix要高,汉信码更便于广泛地在生产线、物流、票据等实时性要求高的领域中应用。

信息密度高

为提高汉信码的信息表示效率,汉信码在码图设计、字符集划分、信息编码等方面充分考虑了这一需求,从而提高了汉信码的信息特别是汉字信息的表示效率,当对大量汉字进行编码时,相同信息内容的汉信码符号面积只是QR码符号面积的90%,是Data Matrix 码符号的63.7%,因此,汉信码是表示汉字信息的首选码制。

信息容量大

汉信码最多可以表示7829个数字、4350个ASCII字符、2174个汉字、3262个8位字节信息,支持照片、指纹、掌纹、签字、声音、文字等数字化信息的编码。

纠错能力强

根据汉信码自身的特点以及实际应用需求,采用最先进的Reed-Solomon纠错算法,设计了四种纠错等级,适应于各种应用情形,最大纠错能力可以达到30%,在性能上接近并超越现有国际上通行的主流二维条码码制。

支持加密技术

汉信码是第一种在码制中预留加密接口的条码,它可以与各种加密算法和密码协议进行集成,因此具有极强的保密防伪性能。

图形美观

从码图的总体外观上看,特征明显,方向感强,美观整齐,凹凸有致,有立体美感。

汉信码应用前景

据国际权威机构调查统计:未来3-5年,二维条码的市场将呈现高速增长的态势。二维条码作为一种全新的信息存储、传递和识别技术,自诞生之日起就得到了世界上许多国家的关注。美国、德国、日本、墨西哥、埃及、哥伦比亚、巴西、菲律宾、南非、加拿大等国家不仅已将二维条码应用于公安、外交、军事等部门对各类证件的管理,而且也将二维条码应用于海关、税务等部门对各类报表、票据的管理,商业、交通运输部门对商品及货物运输的管理,邮政部门对邮政包裹的管理,工业生产领域对工业生产线的自动化管理等。

汉信码作为一种矩阵式二维条码,它具有汉字编码能力强、抗污损、抗畸变、信息容量大等特点,是一种十分适合在我国广泛应用的二维条码,具有广阔的市场前景:政府及主管部门,政府办公、电子政务、国防军队、医疗卫生、公安出入境、公安消防、贵重物品防伪、海关管理、食品安全、产品追踪、金融保险、质检监察、交通运输、人口管理、出版发行、票证/卡等;移动商务、互联网及相关行业,移动通讯、票务业、广告业、互联网等,如手机条码、移动通讯、电子票务/电子票证、电子商务等;供应链管理,装备制造、物流业、零售业、流通业、物流供应链等。

汉信码应用状况

汉信码研发完成后,中国物品编码中心通过与物流、铁路、教育等行业企业的合作,建立了六个汉信码的应用试点。其中,北京西南物流中心项目和天津天保冈谷国际物流有限公司项目达到了十个以上扫描点、一万次以上的扫描规模,对汉信码广泛应用形成了良好的示范效应,并支撑了汉信码国家标准的制定和发布具有我国自主知识产权的汉信码国家标准一经推出,就受到各方关注,不仅打破了国外企业对二维条码打印、识读等设备的价格垄断,还推动了国内自动识别领域的产业链升级。

在我国国税总局汉信码增值税发票和特种行业应用发票的上,采用的汉信码作为防伪信息的数据载体,以针打的方式实现了多联发票上的防伪信息的印制,通过税务局、企业部署的发票验证设备,可实现税源分布、纳税人位置的实时定位、监控和跟踪,税源数据的实时采集、集中存储和管理、实时查询和比对、综合分析和挖掘等功能,可以实时验证发票的真伪,从而,有效监控税源,减少税源流失,减少社保资金流失,杜绝了试点地区的虚开、重开增值税发票的问题;因此,汉信码的应用加强了税源信息采集,帮助政府及时了解公民税收负担承受水平,为财政分配向民生倾斜提供数据依据;增加税收缴纳和征管的透明性,降低税务机关征管成本和纳税人的负担,完善当前税收征收管理工作流程及税源信息采集监测手段;提高执政能力的重要体现,促进社会和谐、可持续发展,有效地体现国家的大政方针、财政收入向民生倾斜的分配政策,取得了良好的社会经济效益。目前本项目正在上海、广东、新疆等多个省市开展大规模试点。此外,国税总局金税工程3期正在论证所有发票(涉及到全国所有纳税人)上采用汉信码的问题,汉信码有望成为我国发票领域的标准码制。


(汉信码发票图)

广东省水产品质量可追溯体系中采用汉信码作为追溯信息载体,有效实现了水产专用标签与水产品的整个产业链相结合,达到水产品质量安全的有效控制,使人们吃到放心的水产品。采用汉信码作为水产品产业链中的信息传递媒介,不需要事先建立数据库的支持,信息传递过程中即可通过扫描自动读取相应信息。北京农业信息技术研究中心凭借深厚的技术背景,顺利完成了汉信码在广东省的设计和实施工作,经在广东50多家水产企业应用,效果良好,达到了企业经营管理与安全生产的有机统一,实现了养殖日常管理与追溯管理的无缝集成。企业在实施了电子化管理的同时也实现了条码标签的自动生成,大大提高了企业管理水平和效率,通过设置多用户、多权限的数据管理方式,方便了企业的分级业务管理,避免了数据的误操作性,有效地保证数据的真实性。本项目的实施为汉信码应用推广尤其是在水产品质量追溯应用领域积累了宝贵经验。汉信码必将在我国农产品质量安全领域发挥越来越重要的作用。

医疗卫生领域的新生儿疾病筛查的应用,采用汉信码标签作为信息载体,通过“虚拟”的网络化连接实现了区妇幼保健院所与采血单位的信息连接,从而保证两地信息的一致性,不再出现重复性录入信息,避免出现手工录入和重复录入易发生的人为错误,实现了新生儿疾病筛查过程化管理,有效地提高了其工作效率。利用汉信码的信息承载能力,过去花5分钟才能录入完成一张卡片的信息,现在只需要1秒钟就可以完成,并且信息的准确度达到100%。通过汉信码的快速识读,使该系统可以快速获取新生儿疾病筛查信息。汉信码的大容量存储空间保证了信息的完整性。汉信码的应用还使系统实现了信息加密,非专用设备无法读取该码中的信息,这样保证了患者的隐私安全,也保证了管理工作过程中数据的安全性。该项应用已经在北京市、黑龙江省、广东省、新疆等多个省市全面应用,为我国医疗卫生领域的信息化建设发挥了重要作用。

目前,我国的一维码应用已经非常广泛,但是二维码在我国的应用仍处于起步阶段,应用范围还非常有限,汉信码的市场潜力非常巨大。汉信码目前已经在医疗、食品追溯、发票等领域中实现规模化应用,并由于其信息容量大、密度高、防伪性能好、成本低、专利开放等特性,吸引了众多设备开发商、系统集成商与应用方的广泛关注,未来汉信码有望在我国食品产品追溯、物流、制造业信息化、单证、票据管理等领域机动车零部件领域取得行业应用,成为我国的二维条码主导码制。

来源:中国物品编码中心技术研究部