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专家解读:汉信码的前世今生

日期:2013/10/14 作者:王毅

二维码技术于上世纪80年代中期在美国问世,上世纪90年代中期发展成熟,包括Data Matrix、PDF417、QR码在内的一批二维码码制相继制定了ISO国际标准,并在物流、单证管理、军事、电子行业、汽车、航空航天等行业形成了大规模应用,形成了一系列行业应用标准。

进入新世纪以来,移动商务的热潮席卷全球,二维码作为一种信息容量大、应用方便的数据载体受到人们的广泛关注。二维码作为手机等移动设备的上网门户和服务凭证等应用已经渐趋成熟,形成了手机主读和手机被读两种工作模式。

在日本、韩国,二维码的移动应用早已进入主流大众生活,几乎所有的商品、出版物、广告等物品上,都有二维码标识供手机识读。近两年来,以二维码为载体的移动商务开始在欧洲、美国发生爆发式的增长,用二维码作为产品、商品的第二标识的应用越来越广泛,消费者、最终用户通过扫描产品上的二维码,可以直接获得产品的附加信息,或通过上网,访问相关产品、企业网页获取相关信息。

我国对二维码移动商务应用的探索于本世纪初开始起步,意锐新创、银河传媒、清华紫光等企业在2005年开始将日本、韩国的商业模式引入国内,此后,随着iPhone、Android等智能手机软硬件平台的发展成熟,出现了我查查、灵动快拍等二维码移动商务应用公司,特别是在2012年,二维码作为手机上网入口的概念被广泛接受,腾讯公司、百度公司等互联网巨头开始在二维码上投入巨额资源研发和推广,二维码广告与标志随处可见,手机二维码认知逐渐成熟,二维码移动商务应用正在走出市场培育期。

当然,我国手机二维码快速发展的同时也逐步暴露出一些问题,比如,二维码营销诈骗频现,亟需加强监管;二维码业务发展粗放,需要标准化支撑;二维码碎片化应用严重,缺乏公共服务平台支撑等问题突出。这些问题的出现,是二维码技术与应用快速发展过程中出现的问题,同时也是我国二维码发展缺乏自主二维码码制技术、编码标识等系列二维码标准以及可信二维码服务等自主可信二维码技术标准服务体系支撑的体现。

 自主可信的二维码


图1 汉信码符号

细心的人们会发现,近两年,增值税发票和北京地区的新生儿采血卡上印了漂亮的二维码,这是二维码家族中的后起之秀——汉信码。

汉信码是目前我国唯一一个拥有完全自主知识产权的二维码,具有汉字表示能力强、可加密、效率高、抗畸变、抗污损、识读快速等特点。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(该标准已于2008年2月正式实施),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。

汉信码是中国物品编码中心(以下简称“编码中心”)承担的国家重大科技专项《二维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。”

 汉信码的特点

汉信码与现有其他二维码相比较,具有如下特点:

1.知识产权免费

作为一种完全自主创新的二维码码制,汉信码的《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》六项技术专利成果归编码中心所有,编码中心早在汉信码研发完成时即明确了汉信码专利免费授权使用的基本原则,使用汉信码码制技术没有任何的专利风险与专利陷阱,同时不需要向编码中心以及其他任何单位缴纳专利使用费。

2.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 18030-2000《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,在现有的二维码中表示汉字效率最高。

3.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,从而使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在物流等恶劣条件下使用。

4.识读速度快

为提高识读效率,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码——Data Matrix要高,因此汉信码能够广泛地在生产线、物流、票据等实时性要求高的领域中应用。

5.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。

6.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。

7.码制扩展性强

作为一种自主研发的二维码码制,我国掌控了汉信码核心技术与专利,可以非常方便针对相关的大规模应用和行业应用进行汉信码技术的扩展和升级,例如,为了满足移动商务领域的应用需求,编码中心研发了系列微型汉信码和彩色汉信码,以及为了提高安全性而开发了与多种加密算法和协议进行集成的加密汉信码等等。

 汉信码相关技术研发百花齐放

汉信码技术研发成功后,编码中心郑重承诺汉信码的专利权免费使用,任何人都可以根据汉信码标准自主开发汉信码生成识读软件与设备,而不需向编码中心或任何其它机构及个人缴纳专利使用费,使汉信码成为我国第一个自主知识产权的公开二维码。汉信码的优越性能以及免费的专利许可制度吸引了众多国内企业和国外企业在汉信码技术上进行二次开发,诞生了一系列生成、识读设备与生成软件以及控件商用化产品,我国汉信码技术发展呈现出百花齐放、百家争鸣的良好局面。

1.生成设备

通过自主研发与合作开发的方式,目前已经有多款专用条码打印机支持汉信码生成,如国产新北洋、SATO等著名标签打印机制造商的某些型号打印机,已经能够实现汉信码的打印输出。


图2 支持汉信码的打印机

2.识读设备

目前汉信码获得新大陆、霍尼韦尔、维深、意锐新创等多家国内外识读设备制造商的支持,汉信码的识读功能已经内嵌入十多款识读器与数据采集器中,特别是新大陆、霍尼韦尔、维深针对汉信码与应用的特点对设备提供了技术升级服务,确保了汉信码识读性能的不断提升。


图3 支持汉信码的识读器与数据采集器

3.生成软件与控件

目前国产的Labelshop以及国外的Codesoft专业标签制作软件已经能够提供汉信码生成功能,由国内部分企业开发的汉信码生成控件也实现商用。


图4 条码生成与标鉴设计软件

 汉信码应用蓬勃发展

为了有效地推进了汉信码的应用,编码中心联合业内企业在物流供应链、物资管理、教育等领域建立了多个汉信码应用试点。近年来,随着汉信码应用技术的不断成熟,新的规模化汉信码应用系统与新的应用模式不断涌现。

1.汉信码易制毒化学品全流程监管系统

该系统是采用汉信码对易制毒化学品供应链中易制毒化学品的加工、包装、仓储、运输、销售、使用等环节进行全过程跟踪监管的系统。易制毒化学品全流程监管系统包括了软件管理工作、生产企业赋码工作、仓库企业解码赋码、经营企业解码赋码、最终用户解码及上报工作。


图5 汉信码在易制毒化学品全流程监管中的应用

•生产环节,对生产加工的易制毒化学品进行汉信码标识赋码;

•仓储环节,仓储企业针对环境变化情况对其进行解码后再赋码;

•经营环节,经营企业将汉信码信息通过系统反馈到国家监管部门并输出重新投入使用;

•最终用户环节,最终用户进行汉信码识读并将信息传输到国家监管部门。

本系统的建设实现了对易制毒化学品进行全程跟踪、追溯管理的要求,杜绝了易制毒化学品的安全隐患,对于从源头上遏制毒品的日益蔓延起到了决定性作用。

2.汉信码在北京西南物流中心的应用

通过在北京西南物流中心的汉信码应用,推动了图书行业的汉信码应用。与北京西南物流中心有过合作的出版社、图书批销中心、书店、图书馆等对汉信码都非常感兴趣,认为汉信码的应用能够极大地推动图书行业的信息化进程,应用前景广阔。北京西南物流中心通过应用汉信码技术,规范了工作流程,提升了工作效率,并且实现了北京西南物流中心与上下游企业的业务数据交换,使北京西南物流中心及其相关企业提升了工作效率,降低了成本,避免了数据录入的差错,经济效益和社会效益都非常明显。


图6 汉信码在图书行业的应用

3.汉信码在移动商务、信息安全和产品追溯方面的应用

在移动商务成为二维码重要发展方向的前提下,编码中心以汉信码作为突破口,在移动商务领域开展了一系列的研发工作与标准化工作,从而为我国二维码手机应用提供了充分的技术与标准化支撑。

为满足用户对汉信码生成与识读方面的需求,编码中心在中国自动识别技术协会企业的支持下,研发了能够识读汉信码的手机识读软件,并且已经在苹果公司iOS平台APP市场以及android平台的安智、安卓等各大市场正式上线,免费供用户使用;同时,生成软件也已在编码中心网站上线,可供用户生成汉信码。此外,中国自动识别技术协会会员——北京仁聚智汇科技发展有限公司和北京意锐新创科技有限公司开发的手机软件也提供汉信码生成识读功能,从而使汉信码移动应用具备了深厚的技术基础。

目前采用手机作为数据采集装置的二维码应用发展方兴未艾,但我国大多数提供手机二维码数据采集功能或服务的软件与企业主要依赖于国外的码制(如QR码)、国外的开源软件进行应用开发,企业缺乏自主创新能力和提供深度增值服务的技术积累;同时,二维码的应用鱼龙混杂,在信息安全、管理和服务方面也存在着很多问题。为此,编码中心认为,汉信码作为我国自主研发的二维码,除了具有在信息容量、信息密度等方面的优势之外,还能够根据应用的不同需求,在安全性等方面进行相应的扩展,通过提供专用识读软件等方式,授权用户或消费者扫描加密后的汉信码,从而规避网络欺诈,安全地获得产品的附加信息。而且,汉信码也可以接入编码中心提供的产品追溯平台,从平台上获取产品的深度信息,实现产品的防伪与安全追溯功能。

除此之外,汉信码还可以在以下领域得到应用:

•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、供应链等。


图7 汉信码的移动应用

展望未来,长远发展

汉信码技术正式实施以来,相关的研发应用以及标准化的进展如星火燎原,在我国如火如荼地开展起来,国际标准化也取得了非常大的突破,目前,专门从事汉信码应用研发或支持汉信码技术的企业数十个,汉信码应用系统不胜枚举,相关技术产品不断推陈出新,汉信码已经成为我国自动识别技术产业界的共同事业。展望未来,在编码中心、中国自动识别技术协会的领导以及相关业界的支持下汉信码管理日臻完善;借助核心技术创新、设备研发及产业化创新、应用模式创新以及国际AIM乃至ISO标准的制定,汉信码最终将成为我国自动识别产业在21世纪以及物联网框架下长期发展的自主创新技术平台、产业平台、应用平台与标准平台,为我国自动识别技术的长远发展奠定基础。

作者简介:

王毅,中国物品编码中心技术研究部副主任。汉信码技术发明人之一,汉信码国家标准主要起草人,AIM标准中国专家组成员,负责或参与多项二维码技术研究项目与标准研究工作,发表多项二维码技术论文,荣获2011年“全国质检工作先进个人”等荣誉称号。

来源:《中国自动识别技术》杂志社

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