CN100383818C

CN100383818C - 编码区域长宽比例连续可变的二维条形码系统

Info

Publication number: CN100383818C
Application number: CNB2004100169069A
Authority: CN
Inventors: 边隆祥
Original assignee: Shanghai Longbei Information Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Lp Century Technology Co ltd
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2024-03-12
Also published as: CN1560792A; WO2005088528A1

Abstract

本发明提供一种二维条形码系统，其编码区域由以矩阵形式排列的单元节点组成，编码序列由数据码字和纠错码字构成，属于同一码字的码元在编码序列内连续分布，所述编码序列内的码元按照一定的可逆排列顺序依次放置于所述矩阵阵列内的单元节点上并且属于同一码字的码元所构成的区域的周长小于设定值。上述二维条形码系统大幅度提高了编码/译码效率，在确保符合RS码纠错方式要求的同时，还避免了在矩阵每行或每列内出现剩余位。最后，由于采用可逆排列顺序并可在矩阵阵列内的合适位置上设置标识识读方向的定向码元，因此本发明的二维条形码系统还具备双向可读能力。

Description

编码区域长宽比例连续可变的二维条形码系统

技术领域

本发明涉及条形码技术，特别涉及一种二维条形码系统，其适用于各种长宽比例下的编码区域并且具备双向可读能力。

背景技术

条形码是一种可供光学扫描设备识读的特殊光学符号系统，被广泛应用于各个领域。按照空间维数，条形码可分为一维条形码、堆栈码和二维条形码，其中，二维条形码由于能提供最高的信息密度和信息容量，应用范围不断拓展。在结构上，二维条形码的编码信息一般以码字为基本单位，并且包含数据码字和纠错码字两种类型，由于RS(Reed-Solomon)码的译码器具有突发性错误纠错能力强、处理速度快、成本经济以及译码错误率很小等优点，所以现今的二维条形码基本上都采用RS码来进行纠错，而且不同的应用对于纠错能力的要求各不相同，因此纠错码字的数量也是不同的。每个码字由若干码元构成(一般为8个)，因此编码信息实际上可以视为一个由码元构成的序列。编码区域(Eneoding region)通常由以矩阵形式排列的单元节点组成，编码序列内的码元以矩阵阵列内一定的起始单元节点开始，按照一定的分布规律逐个放置于相应的单元节点上。同样，在译码时也要从该矩阵阵列内的同一起始点开始，按照相同的分布规律从矩阵中读取相应的码元并送至译码系统中进行译码。

在很多实际应用中，条形码打印区域面积非常有限并且形状也有限制，因此这不仅要求条形码具有较高的信息密度，而且还要能够改变外形以适应不同场合的需要。例如根据国际上统一的格式规定，各国护照内页上仅有少量狭长空白区域可供打印条形码，因此这就要求所用二维条形码的编码区域也设计成细长的条状。但是就目前而言，各种二维条形码(例如数据矩阵码、Maxi码和QR码等)的编码区域只局限于少数几种形状，其长宽之比无法作连续调整。以下对此作进一步的具体阐述。

当采用RS纠错编码时，数据码元和纠错码元必须按照如下的规则排布在编码区域的矩阵阵列内：每个码元与属于同一码字的至少一个码元在空间上相邻，码字在空间上也必须相邻。符合上述规则的排布顺序不止一种，例如图1a和1b示出了QR码的码字在向上或向下排列时码字内码元的排列顺序，图2a和2b示出了QR码的码字方向改变时码字内码元的排列顺序。显然，上述附图所示的排布顺序肯定无法适用于各种不同尺寸和/或纠错等级的二维条形码，为此，必须针对每种尺寸和/或纠错等级，设计相应的码字间排列顺序和每个码字内码元的排列顺序，特别是，对于不同方向的码字，其中码元的排列顺序也是不相同的。这意味着，编码区域长宽比例的任何改变或者编码纠错等级的改变都要对码字间和码字内码元的排布顺序作重新调整，从而导致处理变得非常复杂和不便。有鉴于此，为了简化处理，现有的二维条形码标准仅针对正方形的编码区域，向用户提供了有限几种固定排列模式。另外，在现有的二维条形码系统中，如果编码区域的长度和宽度(即编码区域矩阵的行数和列数)不能被8整除，则须在一行或一列的最后一个码元之后以取值为0的单元去填充，这些单元称为剩余位，不表示数据，因此浪费了编码信息空间。

最后，现有的二维条形码必须利用功能图形来定义识读方向。由于功能图形将占用条形码有效面积，因此减少了编码区域的面积。其次，功能图形一般缺乏任何保护措施，一旦这些功能图形受损，将会导致译码失败。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种二维条形码系统，它可适应于各种长宽比例和纠错比例的编码区域。

本发明的上述目的可通过以下技术方案实现：

一种编码区域长宽比例连续可变的二维条形码系统，所述编码区域由以矩阵形式排列的单元节点组成，编码序列由数据码字和纠错码字构成，属于同一码字的码元在编码序列内连续分布，所述编码序列内的码元按照一定的可逆排列顺序依次放置于所述矩阵阵列内的单元节点上并且属于同一码字的码元所构成的区域的周长小于设定值。

比较好的是，在上述编码区域长宽比例连续可变的二维条形码系统中，在所述编码序列的两端设置标识所述编码序列首部和尾部的码元。

本发明的另外一个目的是提供一种二维条形码系统，它可适应于各种长宽比例和纠错比例的编码区域并且双向可读。

本发明的上述目的可通过以下技术方案实现：

一种编码区域长宽比例连续可变的二维条形码系统，所述编码区域由以矩阵形式排列的单元节点组成，编码序列由数据码字、纠错码字和插入在数据码字或纠错码字内的特殊信息码元构成，属于同一码字的码元在编码序列内连续分布或者仅被特殊信息码元隔开，所述编码序列内的码元按照一定的可逆排列顺序依次放置于所述矩阵阵列内的单元节点上，并且属于同一码字的码元所构成区域的周长和/或特殊信息码元连同所插入码字的码元所构成区域的周长小于设定值。

比较好的是，在上述编码区域长宽比例连续可变的二维条形码系统中，所述特殊信息码元为定向码元，其左右对称地分布于所述编码序列内并且以其所处特定位置与取值的组合标识二维条形码识读方向。

比较好的是，在上述编码区域长宽比例连续可变的二维条形码系统中，所述特殊信息码元包含设置于所述编码序列两端以标识所述编码序列首部和尾部的码元。

在上述二维条形码系统中，对于不同长宽比例的编码区域和各种纠错等级，都可以采用同一可逆排列顺序来放置编码信息序列，因此分布规则的算法非常简单、精炼，大幅度提高了编码/译码效率。此外，通过对区域周长的限定可使属于同一码字的码元具有较高的“集聚度”，因此在确保符合RS码纠错方式要求的同时，还避免了在矩阵每行或每列内出现剩余位，这有效提高了编码空间的利用率。最后，由于采用可逆排列顺序，因此只要在矩阵阵列内的合适位置上设置标识识读方向的定向码元，就可以使上述二维条形码系统具备双向可读能力。

附图说明

通过以下结合附图对本发明较佳实施例的描述，可以进一步理解本发明的目的、特征和优点，其中：

图1a和1b示出了QR码的码字在向上和向下排列时码字内码元的排列顺序。

图2a和2b示出了QR码的码字方向改变时码字内码元的排列顺序。

图3a和3b为5×5矩阵的一种可逆排列顺序示意图。

图4为按照本发明一个较佳实施例的二维条形码可逆排列顺序示意图。

图5为按照本发明另一较佳实施例的二维条形码系统编码区域的示意图。

具体实施方式

以下首先描述可逆序列的概念。借助一维数组，可逆序列定义如下：

A＝{a₁，a₂，...，a_n-1，a_n}

A’＝{a_n，a_n-1，...，a₂，a₁}

上述数组具有两个性质：(1)数组A和A′包含有相同的元素；(2)A数组中所有元素与A’数组中所有元素互为逆向排列。以下将具有上述性质的一对数组称为互为可逆序列。

对于由码元构成的编码序列在二维条形码矩阵阵列内的分布规律(即可逆排列顺序)，也可以采用这样的一维数组来表示，其中，数组内元素的取值代表该元素所处阵列单元节点的编号。以5×5矩阵阵列为例，假设按图3a所示的路径或分布规律(沿箭头方向)依次读取每个单元节点上的码元，则可得到下列节点序列B：

B＝{0，5，6，1，2，7，8，3，4，9，14，13，12，11，10，15，20，21，16，17，22，23，18，19，24}

当将图3a所示矩阵阵列旋转180°后将得到图3b所示的矩阵阵列，如果仍然按照图3a所示的路径或分布规律依次读取每个单元节点的码元，则将得到下列节点序列B′：

B’＝{24，19，18，23，22，17，16，21，20，15，10，11，12，13，14，9，4，3，8，7，2，1，6，5，0}

显然，这两个序列B与B’构成互为可逆序列。值得指出的是，对于一个矩阵阵列来说，可能有多个构成可逆序列的分布规律，上述图3a和3b仅仅是示例性质的，不应理解为对本发明保护范围的限定。

本发明的基本思想是，以可逆排列顺序作为通用排列规则将构成编码序列的码元依次放置于矩阵阵列的单元节点上，并且该排列规则还应使属于同一码字的码元比较多地相邻排布在一起或比较集中地集聚在一起以满足RS码纠错方式的要求。显然，当同一码字的码元比较多地相邻排布在一起时，这些码元构成的区域的周长较小，因此可以根据实际应用环境等因素设定一个数值，使该区域的周长小于设定的数值。这里所谓的“依次放置”应理解为，按照码元在编码序列内的位置顺序，将码元逐个放置在由可逆排列规则规定的单元节点上。通过以下对较佳实施例的描述将会看到，对于各种长宽比例和纠错级别的二维条形码编码区域，完全可以利用同一种可逆排列顺序将编码序列内的码元放置于矩阵阵列的单元节点上，而且可以保证同一码字内的码元比较多地相邻排布在一起或比较集中地集聚在一起。

第一实施例

以下描述本发明二维条形码系统的一个较佳实施例。

在本实施例中，编码序列以码字为基本信息单位，每个码字由8个码元构成，因此每个码字占用编码区域矩阵阵列的8个单元节点，并且同一码字内的码元在编码序列内连续分布。假设编码区域矩阵阵列的列数x和行数y均为奇数并且y大于等于7。对于矩阵行，其按照下列规则被分为若干矩阵行组：

(1)每组由连续相邻的2行或3行组成；

(2)3行矩阵行组的数量m取值为1或3，如果行数y除2取整为奇数，则m等于1，否则m等于3；

(3)3行矩阵行组相对第(y+1)/2矩阵行对称地分布，并且3行矩阵行组之间不得插入2行矩阵行组。

例如，如果y＝7，则y除2取整后等于3，因此m取值为1，3行组的数量为1组，矩阵行组的总数为3，其分布从上至下依次为2行组、3行组和2行组。又如，如果y＝9，则y除2取整等于4，因此m取值为3，3行组的数量为3，矩阵行组的总数也为3，其分布从上至下依次为3行组、3行组和3行组。还如，如果y＝11，则y除2取整等于5，m取值为1，3行组的数量为1组，矩阵行组的总数为5，其分布从上至下依次为2行组、2行组、3行组、2行组和2行组。最后，如果y＝13，则y除2取整等于6，因此m取值为3，3行组的数量为3，矩阵行组的总数为5，其分布从上至下一致为2行组、3行组、3行组、3行组和2行组。

当按照上述规则将矩阵划分为若干矩阵行组后，即可构造出满足本发明上述基本思想的可逆排列顺序，具体而言，编码序列内的码元的放置顺序以矩阵行组为单位，只有将一组内的单元节点全部遍历之后才开始进入下方相邻的矩阵行组，而在每个矩阵行组内，放置码元的遍历路径呈S形，即从上至下→从左至右→从下至上→从左至右→从上至下……，如此周而复始直至遍历矩阵行组内所有的单元节点，此外，从上一矩阵行组进入下一矩阵行组的进入方向为从上至下。

对于本领域内普通技术人员来说，在理解了本发明的上述基本思想后，寻找到其它符合上述条件的可逆排列顺序也是非常容易的事情，为了满足RS码纠错方式的要求，这些可逆排列顺序还应使同一码字的码元构成的区域的周长较小或者小于一个设定值。

图4示出了将本实施例的可逆排列顺序应用于9×11矩阵阵列时放置码元的遍历路径，图中标记数字的方格为编码区域，每个白色方格代表矩阵阵列的一个单元节点，其中的数字表示该单元节点在编码区域内的位置编号，箭头表示放置码元的遍历路径。编码区域以外以长方形灰色块表示的区域为导向条码，用于标识二维条形码的水平方向，编码区域以外以正方形灰色块表示的区域为同步条码，用于确定每个码元的基准位置。

这里规定同一码字的码元构成的区域的周长小于17个长度单位，其中每个长度单位等于图4中一个正方形矩阵单元的边长。

如图4所示，根据上述规则，该矩阵的3行矩阵行组的数量为1，矩阵行组的总数为5，其分布从上至下依次为2行组、2行组、3行组、2行组和2行组，其遍历路径如图中箭头所示，从上至下依次在2行组、2行组、3行组、2行组和2行组内放置码元，在每个矩阵行组内，码元的遍历路径呈S型，由此可得到下列节点序列B：

B＝{0，9，10，1，2，11，12，3，4，13，14，……，84，85，94，95，86，87，96，97，88，89，98}

当将图4所示矩阵阵列旋转180°后将得到新的矩阵阵列，如果仍然按照相同的遍历路径或分布规律依次读取每个单元节点的码元，则将得到下列节点序列B’：

B＝{98，89，88，97，96，87，86，95，94，85，84，……，14，13，4，3，12，11，2，1，10，9，0}

显然，序列B与B’构成互为可逆序列，因此上述排列顺序是可逆的。此外，该排列顺序还使得任何一个码字的码元所构成区域的周长不超过17个单位长度。例如在图4中，位于单元节点18、19、27、28、36、45、54和55内的码元属于同一码字，在整个矩阵阵列中，它们所构成区域的周长最大但也只有16个单位长度。

值得指出的是，由于上述周长设定值的选择取决于应用环境等因素，因此选取方式并不构成本发明的内容，本发明的保护范围也不应受到选取方式的限定。

当数据码字和纠错码字的码元总数小于矩阵阵列的单元节点数量时，将出现冗余的单元节点，在本实施例中，可以借助这些冗余节点来标识二维条形码的识读方向。具体而言，以分别标识编码序列首部和尾部的序头码元和序尾码元缀加在原先编码序列的两端，序头码元和序尾码元之和即等于冗余的单元节点数量。

第二实施例

当按照构成可逆序列的分布规律放置码元时，由于沿两个识读方向读取的编码序列互为可逆，因此如果将特殊信息码元安排在编码序列的对称位置上，则沿两个方向上按照可逆序列读取到的编码序列的特定位置上都是特殊信息码元，因此只要取值不同，即可区分出识读方向。

以下描述本发明的另一较佳实施例，在本实施例中，编码序列包括数据码字、纠错码字和插入数据码字或纠错码字内的特殊信息码元，每个数据码字由8个数据码元构成，每个纠错码字由8个纠错码元构成，因此每个码字占用编码区域矩阵阵列的8个单元节点。由于在编码序列内增加了特殊信息码元，因此同一数据或纠错码字内的码元之间可能插入有特殊信息码元，从而导致同一码字内的码元在编码序列内不一定是连续分布，但是显而易见的是，这并不会影响编码序列内码元在单元节点上按照可逆序列的放置。

为了满足RS码纠错方式的要求，在本实施例中，所选择的可逆排列顺序除了应使同一码字内的码元所构成区域的周长较小或小于一个设定值以外，当同一码字内码元中间插入有特殊信息码元时，还应使这些码元构成区域的周长较小或小于一个设定值。

以下仍然以9×11矩阵为例描述本实施例的一个示例。在图5所示的示例中，编码区域与图4所示的相同，该区域内的每个方格代表矩阵阵列的一个单元节点，其中白色单元为编码信息单元而灰色单元为定向码元单元。编码区域以外以长方形灰色块表示的区域为导向条码，用于标识二维条形码的水平方向，编码区域以外以正方形灰色块表示的区域为同步条码，用于确定每个码元的基准位置。

假设编码序列包含6个数据码字D1、D2、D3、D4、D5和D6、4个纠错码字E1、E2、E3和E4、由14个标识特殊信息码元组成的特殊信息码元、由3个码元组成的序头H和2个码元组成的序尾T，并且规定同一码字的码元构成的区域的周长和特殊信息码元及其所插入码字的码元构成的区域的周长小于19个长度单位，其中每个长度单位等于图5中一个正方形矩阵单元的边长。

特殊信息码元包括用作确定识读方向的定位控制符定向信息码元以及表示纠错能力、格式信息和版本信息等的其它码元，它们被按照一定方式左右对称地分布于编码序列的特定位置上。

对于序头码元和序尾码元的数量，可以采用下列统一的规则确定：

(1)序头H的码元数量h等于剩余数R进位法除2，例如剩余数为5，则进位法除2即等于3。这里的剩余数R即矩阵阵列单元节点数量减去数据码元、纠错码元和特殊信息码元之后的差值，例如在图5所示实例中，剩余数R等于5，码元数量h为3。

(2)序尾T的码元数量t等于剩余数R减去序头H的码元数量。例如在图5所示实施例中，码元数量t为2。

序头和序尾码元的排列规则为，编码序列的前h个码元为序头码元，最后t个码元为序尾码元。与第一实施例中的相同，序头H和序尾T的码元也可以用来标识二维条形码的识读方向。

在本实施例中，当采用与第一实施例相似的方式将上述编码序列内的码元放置到编码区域矩阵阵列的单元节点上时即可得到图5所示的码元分布。值得指出的是，可逆排放顺序可以与第一实施例所述的相同，也可以不同，只要能保证同一码字的码元构成的区域的周长和特殊信息码元及其所插入码字的码元构成的区域的周长小于19个长度单位。为了能够标识出二维条形码的识读方向，如上所述，特殊信息码元在编码序列内应对称分布，下列表示特殊信息码元分布位置的序列D即可满足该限制条件：

D＝{b₄，b₁₅，b₃₅，b₁₉，b₅₄，b₅₅，b₄₈，b₅₀，b₄₃，b₄₄，b₇₉，b₆₄，b₈₃，b₉₄}

其中，b表示特殊信息码元，下标代表该特殊信息码元在矩阵阵列内的位置编号。

当将编码序列内所有码元按照图4所示的可逆排列序列放置于矩阵阵列的单元节点上后，即得到如图5所示的编码区域示意图。由图5可见，序头H的码元位置分布为{0，9，10}，序尾T的码元位置分布为{89，98}，特殊信息码元的位置分布为{4，15，35，19，54，55，48，50，43，44，79，64，83，94}，其余的单元节点内则放置数据码元和纠错码元，这里，括号内的数字表示矩阵阵列的位置编号。此外，图4所示的可逆排列序列还使得同一码字内的码元所构成区域以及特殊信息码元和所插入码字的码元构成的区域的周长不超过19个单位长度。例如在图5中，数据码字D4的码元(即位于单元节点18、20、27、28、29、36、45和46的码元)和插入该码字的特殊信息码元(即位于单元节点19、54和55的码元)所构成区域的周长最大但也只有18个单位长度。

同样，由于上述周长设定值的选择取决于应用环境等因素，因此选取方式并不构成本发明的内容，本发明的保护范围也不应受到选取方式的限定。

Claims

1.一种码元区域长宽比例连续可变的二维条形码系统，所述码元区域由以矩阵形式排列的单元节点组成，码元序列由数据码字和纠错码字构成，其特征在于，属于同一码字的码元在码元序列内连续分布，所述码元序列内的码元按照一定的可逆排列顺序依次放置于所述矩阵阵列内的单元节点上并且属于同一码字的码元所构成的区域的周长小于设定值，从而使所述系统沿两个识读方向读取的编码序列互为可逆。

2.如权利要求1所述的码元区域长宽比例连续可变的二维条形码系统，其特征在于，在所述码元序列的两端设置标识所述码元序列首部和尾部的码元。

3.一种码元区域长宽比例连续可变的二维条形码系统，所述码元区域由以矩阵形式排列的单元节点组成，其特征在于，码元序列由数据码字、纠错码字和插入在数据码字或纠错码字内的特殊信息码元构成，属于同一码字的码元在码元序列内连续分布或者仅被特殊信息码元隔开，所述码元序列内的码元按照一定的可逆排列顺序依次放置于所述矩阵阵列内的单元节点上，并且属于同一码字的码元所构成区域的周长和/或特殊信息码元连同所插入码字的码元所构成区域的周长小于设定值。

4.如权利要求3所述的码元区域长宽比例连续可变的二维条形码系统，其特征在于，所述特殊信息码元包含定向码元，其左右对称地分布于所述码元序列内并且以其所处特定位置与取值的组合标识二维条形码识读方向。

5.如权利要求3或4所述的码元区域长宽比例连续可变的二维条形码系统，其特征在于，所述特殊信息码元包含设置于所述码元序列两端以标识所述码元序列首部和尾部的码元。