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浙江丁业大学硕士学位论文 基于移动端的二维条码识读研究 摘要 本文主要研究了现有的二维条码识读技术、主流手机操作系统和数字图像处理三方面 内容。针对移动端硬件特性，提出适合在移动端进行二维条码识读的图像优化处理方法， 在诺基亚手机端完成二维条码图像捕获和图像优化等，最终实现译码上网。 首先，调用手机摄像头拍摄二维条码，并对采集的二维条码图像进行适合移动端的图 像增强处理，包括加权甲均灰度化、中值滤波、自适应阈值分割以及连通区域生长和筛选 等，由此解决二维条码图像存在的划痕和污损等问题；接着对条码图像进行适合移动端的 快速定位；然后完成对条码图像的几何校正，校正发生畸变、倾斜的条码图像；最后将经 过上述步骤处理的d a t am a t r i x 二维条码图像转换为二维矩阵，调用r e e d s o l o m o n 纠错模 块进行解码，得到网址信息，调用浏览器访问网站。 特别针对通过h o u g h 变换得到d a t am a t r i x 定位符位置这一p c 端传统做法不能满足 移动端应用的事实，本文引入计算几何的叉积和凸包算法等实现移动端二维条码快速定 位。首先，使用s o b e l 算子对二维条码图像进行边缘检测，引入叉积排除边缘检测后的内 部点集，通过凸包算法获得d a t am a t r i x 二维条码顶点集，根据d a t am a t r i x 条码特征进一 步筛选点集，进而拟合得到“伪”四边形( 标准d a t am a t r i x 条码是右上角为空的四边形) 。 实现定位后，通过空间变换和双线性灰度插值法校正存在畸变和倾斜的条码图像。通过移 动端条码图像几何校正解决二维条码存在的畸变时，同时也解决了倾斜问题。 最后，在基于s y m b i a n $ 6 0 的诺基亚手机端完成移动端二维条码识读系统的开发，实 验证明该系统在移动端硬件配置有限的情况下，基本满足移动端条码识读的要求，并且具 备较高的d a t am a t r i x 二维条码识读率。 关键词：二维条码，s y m b i a no s ，快速定位，畸变校正，d a t am a t r i x 浙江工业人学硕上学位论文 r e s e a r c ho nt h er e c o g n i t i o no ft w o d i m e n s i o n a lb a r c o d e o nm o b i l e t e i u i n a l a b s t r a c t t h i sp a p e rm a i n l yf o c u s e so nt h ee x i s t i n gt e c h n o l o g yo f2 - d i m e n s i o nb a r c o d er e c o g n i t i o n ， s y m b i a no sa n dd i g i t a li m a g ep r o c e s sm e t h o d s a c c o r d i n gt ot h ed e m a n do fm o b i l et e r m i n a l ， t h i sp a p e ro p t i m i z e si m a g e - p r o c e s sa l g o r i t h m sa n dm a k et h e ms u i t a b l et or u no nt h em o b i l e t e r m i n a l t h e nt h e2 一db a r c o d er e c o g n i t i o ns y s t e mi sr u no nan o k i am o b i l ep h o n ew i t h s y m b i a no p e r a t i n gs y s t e m f i r s to fa l l ，t w o d i m e n s i o nb a r c o d ei sc a p t u r e db yb u i l d i nc a m e r aa n dd i s p l a y e do nm o b i l e p h o n es c r e e n s o m eb a s i cp r o c e s so fi m a g ee n h a n c e m e n tw i l lb ed o n eo ni n i t i a lt w o d i m e n s i o n b a r c o d e ，f o re x a m p l e ：w e i g h e da v e r a g eg r a y i n g ，m e d i u mf i l t e r i n g ，a d a p t i v et h r e s h i n g ，r e g i o n g r o w i n g ，e t c t h r o u g hb a s i ci m a g ee n h a n c e m e n t ，s o m es c r a t c ha n ds t a i no nt h eb a r c o d ei m a g e w i l lb er e m o v e da n dab a r c o d er e g i o nw i l le m e r g e t h e n ，d a t am a t r i xb a r c o d e sw i t hat i l t e d ， d e f o r m e do rd i s t o r t e ds h a p ew i l lb ec o r r e c t e d a f t e rt h ea b o v ei m a g ep r o c e s s ，t h ei m a g eo fd a t a m a t r i xb a r c o d ei st r a n s f e r r e dt oam a t h e m a t i cm a t r i x r e e d - s o l o m o na l g o r i t h mi sa l s o i n t r o d u c e dt od e c o d et h em a t r i x a f t e rd e c o d i n gt h em a t r i x ，t h ei n f o r m a t i o ni nt h ed a t am a t r i x b a r c o d ei so b t a i n e d t h ed e c o d e dm e s s a g em a yb ea nw e b s i t eo rb u s i n e s sc a r di n f o r m a t i o n w i t h t h ed e c o d e dw e b s i t ea d d r e s s ，m o b i l ep h o n eb r o w s e ri sc a l l e dt oa c c e s st h ed e s i g n a t e dw e b s i t e h o u g ht r a n s f o r ma l g o r i t h mi su s u a l l ya d o p t e dt oo b t a i nt h ep o s i t i o no fd a t am a t r i x sf i n d e r p a t t e r n h o w e v e r , i t sn o ts u i t a b l et or u no nm o b i l ep h o n ed u et oi t sl a r g ec a l c u l a t i o na n dh u g e s t o r a g es p a c e i nt h i sp a p e r ，s o b e la l g o r i t h mi su s e dt oo b t a i nt h ee d g eo ft h eb a r c o d e t h e c o n c e p to fc r o s sp r o d u c ti si n t r o d u c e dt od e l e t et h ei n s i d ep o i n t s t h r o u g hc o n v e xh u l la l g o r i t h m ， t h ea p e xo ft h eb a r c o d ew i l lb eo b t a i n e d a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co fd a t am a t r i xb a r c o d e ， af a k eq u a d r a n g l ew i l lb eg e n e r a t e dt op a t t e r nt h ed a t am a t r i x ( d a t am a t r i xi sas q u a r ew i t ha s m a l le m p t yc o r n e ro nt h et o pr i g h t ) t r a n s f o r m a t i o n sa n db i l i n e a ri n t e r p o l a t i o na p p r o a c ha r e a l s oa d o p t e dt og e tas t a n d a r db a r c o d ei m a g ef r o mt h ep r e v i o u sd i s t o r t e do n e w h i l et h ep r o b l e m o fd i s t o r t e db a r c o d ei sa d d r e s s e d ，t h ep r o b l e mo f t i l t ”i ss o l v e da tt h es a m et i m e f i n a l l y ，t h er e c o g n i t i o ns y s t e mo f2 - d i m e n s i o nb a r c o d eo fm o b i l et e r m i n a li sr u no nt h e n o k i am o b i l ep h o n e e x p e r i m e n t sh a ss h o wt h a tt h i ss y s t e mc a nm e e tt h ed e m a n do fm o b i l e 浙江工业人学硕士学位论文 t e r m i n a lh a r d w a r ew i t hah i g hr e c o g n i t i o nr a t e k e yw o r d s ：2 - d i m e n s i o nb a r c o d e ，s y m b i a no s ，r a p i dp o s i t i o n i n g ，d i s t o r t i o nc o r r e c t i o n ， d a t am a t r i x 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的 学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。 作者虢乌龟醐：2 下i z 肌，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密既 ( 请在以上相应方框内打“v ”) 作者签名： 导师签名： 乓锄 知 日期：m 带1 2 月2 弓日 日期：年月日 浙江工业人学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景和意义 二维条码( t w o d i m e n s i o nb a rc o d e ) 作为重要的数据自动采集与识别技术之一，采 用特定的几何图形遵循一定规律在二维平面分布的黑白相间的图形记录数据符号信 息【1 1 。二维条码根据编码方法的不同通常分为堆叠式二维码( s t a c k e db a rc o d e ) 和矩阵式 二维码( d o tm a t r i xb a rc o d e ) ，前者是在一维条码的编码基础上将多个一维码堆叠成两行 或多行，如p d f 4 1 7 和c o d e 4 9 等；后者是在一个矩形空间通过黑、白像素在矩阵中的不同 排布进行编码，如q r c o d e 码、d a t am a t r i x 码和m a x i c o d e 码等。二维条码【2 1 编码密度高， 信息容量大，并可以脱离对外部数据库的依赖独立运作；其次，二维条码具备纠错能力， 因穿孑l 、污损等引起局部损坏时，照样可以正确得到识读；而且二维条码能够表示汉 字，存储声音和图像等信息，延伸其应用领域；再者，二维条码可以脱离具体的载体，通 过复制、传真和手机彩信进行传输和识别，相对磁卡和i c 卡等自动识别技术具备不可比 拟的优势。因此，二维条码广泛应用于国防、公共安全、交通运输、医疗保健和工商业等 领域。 手机已经不再是单纯的无线移动通讯终端，而是转型成为一个移动的多媒体计算平台 和个人信息中心。移动端二维条码就是二维条码技术和无线移动终端结合的产物，扩充了 手机的应用领域。移动端二维条码采用手机作为二维条码的载体和识读设备，通过手机终 端的拍摄功能捕获二维条码图像，解析二维条码信息，并且实现带有信息的二维条码在手 机上识读、存储和传播等，同时也可以通过手机终端的网络连接功能实现二维条码对应的 网络应用【3 】。 移动端二维条码具备广阔的应用前景。移动端二维条码为用户提供了获取信息的捷 径，拓展手机上网入口，通过任何媒体随时随地获取内容信息，是促进媒体、通讯和互联 网融合的一座有效桥梁，为平面媒体延伸了空间，带来了新的信息传播方式。移动端二维 条码还可以对视频、网上购物和网上支付等业务提供方便的入口，从而推动移动商务的快 速发展。同时手机电子票务( 电影票、飞机票和火车票等) 、电子优惠券等都可能得到广 泛应用，有效解决传统票务领域内存在的诸多问题。通过移动端二维条码还可以方便地 用手机识别和存储名片、交换信息、自动输入短信、获取公共服务( 如天气预报) 、 1 浙江工业人学硕上学位论文 实现电子地图查询定位和手机阅读等多种功能【4 1 。 1 2 研究现状 1 2 1 国外研究现状 手机端二维条码在日本和韩国应用已经比较广泛，但是日、韩采用的是两种不同类型 的二维码。日本主推q r 码，韩国应用最广泛的是d m 码。 手机端二维条码在日本发展迅速，二维条码辨识系统已经成为日本手机的基本功能之 一。数年前手机端二维条码已经应用在名片上，利用自动文字输入的方式，即从编码到译 码的过程，让文字信息转化为二维条码图案，再通过具备辨识系统的手机拍摄转换成文字， 此类的应用陆续延伸到护照办理等领域。手机端二维条码还应用于身份鉴别、商务交易、 数字内容下载等，可以将信息量不大的铃声、图片、点数卡和票券等内容记录在二维条码 中使交易更为便利。日本更将二维条码应用于自动贩卖机上，消费者可以通过手机拍摄欲 选购商品上二维条形码，同时手机联机进行交易，消费者仅需在事后收到的电信账单缴费 即可。 韩国专门为照相手机研发的二维条码m a g i c o d e ，具有体积小、容量大和识别效率高的 特点，现已经广泛应用在平面、电子和户外媒体上。通过扫描出现在各种媒体上的m a g i c o d e 可以方便地连接到目标网页或者拨打目标电话号码，运用下载的方式把m a g i c o d 存储于手 机中还可以产生后续应用【5 1 。 除此之外，手机端二维条码在新加坡、中国台湾以及美国、英国、德国、意大利、瑞 士等国家得到了应用。 1 2 2 国内研究现状 国内对二维条码的研究和开发起步较晚，起初采取了引进国外先进技术的策略。我国 对美国s y m b o l 公司研制的p d f 4 1 7 行排式二维条码进行了深入研究，制定了第一个二 维条码国家标准四一七条码。进入2 1 世纪，我国相继开发了汉信码、矽感g m c m 码、 紫光u 码( 优码) 、龙贝码等一系列具有自主知识产权的二维条码新码制1 6 l 。 关于二维条码在移动端的应用方面，中国移动推出“条码识别业务，用户可利用手 机的拍照功能获取包含特定信息的二维码图像，并通过客户端软件进行解码，从而触发手 机上网、名片识读等多种关联操作。实际使用中对目标d a t am a t r i x 条码拍摄位置和角度都 要求较高，大角度倾斜拍摄下的条码很难实现准确解码。中国联通也对手机端二维码进行 了多方研讨。2 0 0 8 年3 月2 8 日，中国出版科学研究所联合银河传媒共同搭建的基于二维 2 浙江f t 业大学硕士学位论文 条码的移动多媒体出版平台一“中国手机出版服务平台在京启动，读者通过手机扫描二 维条码即可上网获得更多内容和服务。 手机端二维条码技术对手机终端的依赖性较强，特别依赖终端摄像镜头、操作系统等。 目前国内拍照手机占手机市场份额为7 0 7 左右，同时这些拍照手机的像素处于比较低的 水准，支持微距焦的少之又少；从终端的智能化角度来看，国内的智能手机市场份额在2 0 左右。相对日韩手机存在的这些问题，目前主要通过采用图像处理等软件手段来弥补硬件 弱势实现二维条码在手机端的应用。 1 3 研究目标及主要内容 本文的研究目标是在基于s y m b i a ns e r i e s 6 03 川平台的诺基亚手机上实现d a t am a t r i x 二 维条码的识读。首先通过手机摄像头拍摄二维条码，对二维条码图像进行适合移动端的图 像增强处理，解决二维条码图像存在的划痕、污点和污损等问题。针对传统d a t am a t r i x 二维条码定位算法一h o u g h 变换计算量大、存储空间要求高，导致不适合在手机端运行的 情况，引入计算几何学的叉积、凸包检测算法等实现d a t am a t r i x 二维条码手机端的快速定 位。通过空间变换、双线性灰度插值法完成畸变d a t am a t r i x 图像的校正。经过上述步骤处 理的d a t am a t r i x 二维条码图像最终被转换为数学二维矩阵，调用r e e d s o l o m o n 纠错模块 进行解码，得到网址信息，调用浏览器访问网站，完成移动端二维条码识读过程。本文所 采用的研究目标和主要内容如图1 - 1 所示。 3 浙江工业大学硕上学位论文 研究内容 oo 图1 - 1 研究目标及主要内容 1 4 论文的组织与安排 本文各章节的安排如下： 第一章绪论。本章介绍国外移动端二维条码应用情况，对比国内移动端二维条码研 究状态，剖析国内发展相对落后的原因，由此提出通过本文研究方案。 第二章二维条码。本章通过与一维条码、r i f d 的对比体现二维条码优势所在，并从 结构、编码方案和纠错码等方面深入研究d a t am a t r i x 二维条码。 第三章移动终端操作系统。本章剖析移动端s y m b i a n $ 6 0 平台架构以及图形图像处理 体系、位图处理模块和图像转换模块等，再介绍移动端二维条码识别系统的开发流程，包 括环境配置、模拟器调试、蓝牙连接手机进行终端发布和调试等。 第四章移动端二维条码图像增强处理。本章通过加权平均灰度化、中值滤波、自适 应阈值分割和区域生长等图像增强处理解决二维条码图像存在的划痕、污点和污损等问 题。 第五章移动端二维条码快速定位。本章在传统d a t am a t r i x 二维条码定位算法一h o u 曲 变换不适宜手机端运行的背景下，针对手机端硬件配置要求，引入计算几何学的叉积、凸 包检测算法等实现d a t am a t r i x 二维条码手机端的快速定位。 浙江工业人学硕士学位论文 第六章移动端二维条码畸变校正。本章通过空间变换、双线性灰度插值校正完成畸 变d a t am a t r i x 图像向标准d a t am a t r i x 条码的转变过程。通过移动端条码图像几何校正方 法在解决畸变问题时，同时也完成了倾斜校正过程。 第七章译码。本章从伴随式计算、差错位置多项式求解、差错位置求解和差错值计 算等几方面介绍d a t am a t r i x 条码的r e e d s o l o m o n 纠错码译码算法。 第八章系统实现。本章综合上述章节研究成果，在n o k i a 手机上实现移动端二维条码 识读。 第九章总结与展望。本章总结全文关于移动端二维条码识读所做的工作，展望移动 端二维条码识读领域内进一步发展趋势。 5 浙江1 业人学硕士学位论文 第2 章二维条码 2 1 二维条码特性 二维条码与一维条码、射频识别( r f i d ) 、光学字符识别( o c r ) 、磁 、声音识别和 视觉识别等起组成数据自动采集与识别技术，如图2 - 1 所示。 盈圈巳二堆毋 i l | | | l i | | i | i | | o 嚣 幽2 - 1 一维条码与一维条码 二维条码具有成本低、容量大、可靠性高、编码方式灵括、保密防伪性强和不依赖后 台数据库等特点i ，因此相比一维条码，二维条码优势明显，如表2 - 1 所示。 表2 - 1 二维条码与一维条码综合对照 编码字符集信息容量信息纠错能 加密对数据库识读设备 密度力的依赖 数字( o 9 ) 与小( 一般只提供 维 高扫描式识读 杂 a s c h 字符表示几r 低 错误校 否 码个数字字 验，无 器 符)法纠错 矩阵式运用 一 数字、汉字、大( 一般提供错 摄像式识读 维 图像、声音等表示几百 局 误校验 是低 嚣，行排式运 条 数字化信息 字节)和错误 用扫描式和 码 纠错 摄像式泌读 器 浙江工业大学硕十学位论文 r f i d ( 全称r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) ，即射频识别技术，利用无线射频方式在 阅读器和标签之间进行非接触双向数据传输，以达到目标识别和数据交换的目的，二维条 码与r f i d 技术各具自身应用优势，如表2 2 所示。 表2 - 2 二维条码与r f i d 综合对照 二维条码 r f i d 信息载体纸或物质表面存贮器 信息量大大 读写性读 读写 读取方式 光电转换无线通信 保密性好好 抗污染能力较强较强 抗干扰能力较强一般 基材价格低高 数据密度高、输入速度快、可在灰尘、油污等恶劣环境 优点 设备价格适中、非接触识别使用、非接触识读 2 2 主流二维条码 在二维条码符号表示技术研究方面，已研制出多种码制，全球现有的一、二维条码多 达2 5 0 种以上，其中常见的有p d f 4 1 7 、q r c o d e 、d a t am a t r i x 、m a x i c o d e 、c o d e 4 9 、c o d e l 6 k 和c o d e o n e 等二十几种【8 1 。 ( 1 ) p d f 4 1 7 码 p d f 4 1 7 码( 图2 - 2 ) 由美国符号科技( s y m b o lt e c h n o l o g i e s ，i n c ) 发明，发明人是台湾 赴美华人王寅敬( 音) 博士。p d f ( p o r t a b l ed a t af i l e ) 意为“便携数据文件 。因为组成条码 的每一符号字符都是由4 个条和4 个空构成，如果将组成条码的最窄条或统称为一个模块， 则上述的4 个条和4 个空的总模块数一定为1 7 ，所以称4 1 7 码或p d f 4 1 7 码。p d f 4 1 7 码可以表 示数字、字母或二进制数据，也可表示汉字。一个p d f 4 1 7 最多可容纳1 8 5 0 个字符或1 1 0 8 个字节的二进制数据，如果只表示数字可容纳2 7 1 0 个数字。p d f 4 1 7 码纠错能力分为9 级， 7 浙江t 业丈学硕十学位论文 级别越高，纠正能力越强，因此污损的p d f 4 1 7 也可以实现正确识读。p d f 4 1 7 条码可以将 照片、指纹、掌纹、签字、声音、文字等儿叮数字化的信息进行编码。此外，p d f 4 1 7 条 码具有多重防伪特性，它可以采用密码防伪、软件加密及利用所包含的信息如指纹、照片 等进行防伪，因此具有极强的保密防伪性能。 f 2 1 0 r 码 o r 码州( 囤2 - 3 ) 是由日本d e n s o 公司于1 9 9 4 年9 月研制。q r z 是矩阵式二维条码，在 矩阵的相应位置上用方点的出现表示二进制的“1 ”，点的不出现表示二进制的0 。点的 排列组舍确定了条码所代表的意义。除具有信息容量大、可靠性高、可表示汉字及图像多 种文字信息、保密防伪性强等优点外，q r 码还可高效地表示汉字，相司内容，其尺寸小于 相同密度的p d f 4 1 7 条码。q r 码三个项角存在三个寻象图形，使用c c d t 读设备束探测其 位置、大小、倾斜角度以解码，实现3 6 0 度超高速、全方位识读。o r 码可以存放18 1 7 个汉 字、7 0 8 9 个数字、42 0 0 个英文字母。q r 码应用数据压缩方式表示汉字，仅用1 6 b i t 即可表 示一个汉字相比其他二维条码表示汉字的效率可以提高2 0 。o r 码抗弯曲的性能较强， 每隔一定距离配置校正图形，从码的外形来推测校正图形中心点与实际校l f 图形中心点的 误差束修正各个模块的中心距离，即使将q r 码贴在弯曲的物品上也能实现快速泌读。 ( 3 1d a t am a t r i x 码 d a t a m a t r i x 二维条码( 图2 - 4 ) ，原名d a t a c o d e ，由美国国际资料公司( i n t e r n a t i o n a l d a t a m a t r i x ，简称1 d m a t r i x ) 于1 9 8 9 年发明。d a t a m a t r i x 二维条码是一种矩阵式二维条码，其 最扔设计构想是希望能够在较小的条码标签上存储较多的信息量。d a t am a t r i x 二维条码的 尺寸可以任意调整，最小尺寸可达到00 0 0 2 平方英寸，为目前所有条码中最小，被广泛用 于标示集成电路、药品等小件物品在i n t e i 、a m d 出产的c p u 表面下方都打印d a t a m a t r i x 标签，最大的可以到1 4 平方英寸。 燃圈黧篷 倒2 - 2p d f 4 1 7 码蚓2 - 3o r c o d e 码幽2 4d a l a m a t r i x 码 浙江t 业大学硕士学位论文 ( 4 ) 移动端二维条码的选择 在表2 3 中，p d f 4 1 7 、q rc o d e 、d a t am a t r i x 三种常用二维条码通过在信息存储容量、 信息纠错能力和其他综合性能方面的对比，可以得出：o r 码信息存储容量最大，d a t a m a t r i x 纠错级别最高( d a t am a t r i x 纠错级别为非离散，即错误级别由用户自定义) 。相比其他两 种二维条码，p d f 4 1 7 存在不支持汉字的缺陷，因此被排除在此次研究内容之外。q r 码对 手机摄像头的像素要求高且需其具备微调功能，比较适合运用在硬件配置好的日韩手机 上，但是很难适应国内手机摄像头像素低、支持微调的机子少的现实。与q r 码相比，d a t a m a t r i x 二维条码对拍照质量要求不是很高，也不苛求镜头具备微调功能，同时d a t am a t r i x 二维条码在体积、抗变形和纠错等方面也具有一定的优势，因此本文以d a t am a t r i x 为研究 对象。 表2 3 儿种二二维条码性能与参数的比较 p d f 4 1 7 q rc o d e d a t am a t r i x 最大信息储存容量 11 0 629 5 315 5 6 ( 字节平方英寸) 错级别9 级( 级别o 8 )4 级( l 、m 、q 、h )非离散级别 纠错信息( 字节 0 2 4 6 2 7 3 0 1 4 。2 5 平方英寸) 可否表示汉字 否 是是 抗畸变、变形能力较弱一般超强 识别速度慢超快一般 2 3d a t am a t r i x 二维条码 d a t am a t r i x 二维条码又可分为e c c 0 0 0 1 4 0 与e c c 2 0 0 两种类型，e c c 0 0 0 1 4 0 符号有 奇数行与奇数列。符号外观为一方形矩阵，尺寸从9 x 9 至4 9 x 4 9 ，不包括空白区。e c c 2 0 0 符号有偶数行与偶数列。有些符号是正方形，尺寸从1 0 x 1 0 至1 4 4 x 1 4 4 ，不包括空白区。 有些是长方形，尺寸从8 x 1 8 至1 6 x 4 8 ，不包括空白区。e c c l 4 0 具有多种不同等级的错误 纠正功能，而e c c 2 0 0 则透过r e e d s o l o m o n 演算法产生多项式计算出错误纠正码，其尺寸 9 浙江_ t 业大学硕十学位论文 可以依需求印成不同大小，但采用的错误纠正码应与尺寸配合，由于其演算法较为容易， 且尺寸较有弹性，故一般以e c c 2 0 0 较为普遍【1 0 l 。 2 3 1d a t am a t r i x 二维条码结构 d a t am a t r i x 二维条码符号由规则排列的方形模组构成的资料区组成，资料区的四周被 定位图形( f i n d e r p a t t e r n ) 所包围，定位图形的四周则由空白区包围，资料区再以排位图形 ( a l i g n m e n tp a t t e m s ) 力1 以分隔。定位图形是资料区域的一个周界，为一个模组宽度。其中两 条“l 型的暗实线邻边主要用于限定物理尺寸、定位和符号失真。另两条邻边由交替的 深色和浅色模组组成，主要用于限定符号的单元结构，也能帮助确定物理尺寸及失真，如 图2 5 所示。 定位 ( f i n d e r 图2 5d a t am a t r i x - 二维条码 定位图形 ( f i n d e rp a t t e r n ) 2 3 2d a t am a t r i x 二维条码编码 d a t am a t r i x 二维条码分为a s c i i ，c 4 0 ，b a s e2 5 6 ，t e x t ，x 1 2 和e d i f a c6 种编码方案， 即6 种字码集【1 1 1 ，如表2 4 所示。 a s c i i 压缩模式是d a t am a t r i x 条码的默认压缩模式，其它的模式都由这个模式出发， 然后回到这个模式。a s c i i 压缩模式可编码的字元集包括：十进位数字、a s c i i 值0 1 2 7 、 扩展a s c i i 值1 2 8 2 5 5 。在a s c i i 压缩模式下，将根据下面的算法对字元集进行编码： ( 1 ) a s c i i 值0 1 2 7 ：加1 ； ( 2 ) 扩展a s c i i 值1 2 8 2 5 5 ：前面加转移符2 3 5 ，再减1 2 7 ( 转移符只对后一个字符起 作用) ； ( 3 ) 0 0 9 9 的一对十进位数字：数值加1 3 0 。 c 4 0 压缩模式可以把3 个字母信息压缩成2 个码字。通过标识码字2 3 0 可以从a s c i i 压缩模式转换到c 4 0 压缩模式，一对c 4 0 码字后紧跟2 5 4 则又返回a s c i i 压缩模式。 c 4 0 压缩模式的编码算法如下：先将3 个信息压缩成一个1 - 6 4 0 0 0 的数，然后用此数 1 0 浙江t 业大学硕十学位论文 对2 5 6 取商得到第一个码字，取模得到第二个码字。 b a s e2 5 6 模式用来对8 比特的位数据进行压缩编码。b a s e2 5 6 压缩模式以码字2 3 1 来 标识模式开始，后面紧接着的是用此模式压缩编码的信息长度，当最后一个b a s e2 5 6 模式 编码完成后，自动回到a s c i i 压缩模式。 d a t am a t r i x 压缩编码过程中，可能会用到上述六种压缩模式的所有组合，根据当前数 据流的类型，选择与之对应的压缩效率最高的模式。 表2 4d a t am a r x 二维条码的编码方案与相对应之字元集 编码方案字元集字符所占比特位 十进位数字 4 a s c a s c i i 值0 1 2 78 扩展a s c i i 值1 2 8 - - 2 5 5 1 6 c 4 0 基本大写文数字型 5 3 3 1 e x t基本小写文数字型 5 3 3 x 1 2a n s ix 1 2e d i 数据集 5 3 3 e d i f a c t3 2 9 46 b a s e 2 5 60 2 5 58 2 3 3 d a t am a t r i x 二维条码r s 纠错码 r s 码，全称r e e d s o l o m o n 码，是以其发明人里德一所罗f - j ( r e e d s o l o m o n ) 的姓氏 开头字母命名的一类特殊形式循环码。它是b c h 多元码( b c h 码是纠错能力可控的纠随 机差错码，是循环码的子类) 最重要的子类。r s 码广泛应用于数据存储系统、消费电子系 统和数字通信系统等领域。二维条码包括d a t am a t r i x 码、p d f 4 1 7 码、q r c o d e 码等均采 用r e e d s o l o m o n 错误纠错码。 r s 纠错编码算法就是把数据码字根据r s 的编码算法产生纠错码字的过程。r s 码基 于有限域理论，特别是形如g f ( q m ) 的有限域( q 为质数，m 为大于2 的任意正整数) ， 当q = 2 的时候，码字长度为m 位。在发送端发送信息之前，纠错编码器根据要发送的信息 计算相应的纠错信息，并把纠错信息作为冗余校验和数据信息一起组成纠错码。在接收端 收到这些码后，通过纠错编码器不仅能自动地发现错误，而且能自动地纠正码字在传输过 程中的错误，这种差错控制的系统属于前向纠错系统( f e c ：f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n ) 。 浙江工业人学硕十学位论文 2 3 4 d a t am a t r i x 二维条码生成 基于上述内容，对简单数据“1 2 3 4 5 6 ( 长度6 ) 编码以展示d a t am a t r i x ( e c c 2 0 0 ) 编 码过程，编码过程分三步完成。 ( 1 ) 数据编码 数据的a s c i i 形式表示： d a t ac h a r a c t e r ：1 2 3 4 5 6 decimal：495 0 5 15 2 5 35 4 a s c i i 编码方式将上述6 字符转换成3 字节，此过程为数字对使用下述计算式所得。 c o d e w o r d = 数字对的数字值+ 1 3 0 。 具体计算过程如下：“1 2 ”= 1 2 + 1 3 0 = 1 4 2 ， “3 4 ”= 3 4 + 1 3 0 = 1 6 4 ，“5 6 ”= 5 6 + 1 3 0 = 1 8 6 。 经过数据编码后得到数据流：d e c i m a l ：1 4 21 6 4 1 8 6 。 通过查询表2 5e c c 2 0 0 属性表得到，3 码字适合1 0 x1 0 的条码规格，且需增加的校 正码字数量为5 。如果被编码的数据不能填满数据域，可以通过编码多余的空格实现。 表2 5e c c 2 0 0 属性表 s y m b o ls i z e d a t ar e g i o n m a p p i n g t o t a lr e e d s o l o m o ni n t e r -d a t ac a p a c i t y m a t r i xc o d e w o r d sb l o c kl e a v e d n u m a l p h a n u mb y t e r o wc o ls i z en u m b e rs i z ed a t ae r r o rd a t ae r r o rb i o c k s c a p c a p c a p 1 01 08 818 835351631 1 21 21 0 1 0l1 0 1 05757 1 1 06 3 1 41 41 2 1 211 2 1 28l o81 011 61 06 1 61 61 4 1 411 4 1 41 21 21 21 212 41 61 0 1 4 41 4 42 2 2 23 61 3 2 1 3 21 5 5 86 2 01 5 66 28 奉3 1 1 62 3 3 51 5 5 6 1 5 56 22 木 ( 2 ) 错误检验与校f ： 通过r e e d s o l o m o n 算法产生纠错码追加到编码后的数据流，得到数据流如下： c o d e w o r d ：12 34 5678 d e c i m a l ：1 4 21 6 41 8 61 1 4 2 558 81 0 2 1 2 浙江工业人学硕士学位论文 h e x ：8 e a 4b a7 21 90 55 86 6 d a t a c h e c k ( 3 ) 矩阵模块放置 根据e c c 2 0 0 矩阵模块的算法规则，步骤( 2 ) 中得到的最终码字放置到相应的二维矩 阵中，如图2 6 所示。 1 2 悯 3 4 s 8 7 8 l s 8 l s b = l o a s ts i g n i f i c a n tb i t m s bzm o s ts i g n i f i c a n tb i t ( a ) 生成规则 1 o _ 1 oio r 一 工l 工 o l 工lo 0 - 1 l l 兰 兰 l 0 o l o i 1 o l o 0工10 图2 - 6 二维矩阵生成图 ( b ) - - 维矩阵生成 ( 4 ) 实际条码图像 通过加入寻边区模块得到最后的数据矩阵，将“1 ”装换成黑色，”o ”转换成白色，最终 得到d a t am a t r i x 二维条码图像，如图2 7 所示。 图2 7d a t am a t r i x 二维条码生成图 1 3 浙江t 业大学硕十学位论文 2 4 本章小结 本章通过对比二维条码与一维条码、二维条码与r i f d 体现其优势所在，剖析和对比 三种常用二维条码，然后本章从结构、编码方案、纠错码等方面研究d a t am a t r i x 二维条码， 最后通过编码实例展示d a t am a t r i x 二维条码生成过程。 1 4 浙江工业大学硕士学位论文 第3 章移动终端操作系统 3 1 s y m b i a ns 6 0 平台 s y m b i a no s 是一个开放的、标准的、多任务的实时纯3 2 位操作系统，非常适合手机 等移动设备使用，经过不断完善，可以支持g p r s 、蓝牙、s y n c m l 和3 g 技术。最重要的 是它是一个标准化的开放式平台，任何人都可以为支持s y m b i a n 的设备开发软件1 1 2 l 。 作为一种面向未来的嵌入式操作系统，其具备的功能是w i n d o w sm o b i l e 和l i n u x 等操 作系统无法比拟的。s y m b i a no s 具有高效的多任务处理功能，通过采用事件驱动的消息机 制实现多任务处理，系统丌销降至几十个字节。s y m b i a no s 最大限度地支持软件重用。 s y m b i a n 在开发时就将功能模块作为单独的引擎开发，使第三方免去重复开发，直接调用 即可，由此节省了代码对存储空间的消耗。s y m b i a no s 支持动态链接库技术，极大节省内 存消耗。s y m b i a no s 具备高效的电源管理功能。电源管理被集成到操作系统的内核中，系 统中有一个特殊的空线程，在没有其他线程运行时，该线程会调用电源管理程序使设备进 入休眠状态以节省能源。由此可见，s y m b i a no s 对硬件资源要求非常低，支持低功率处理 器和有限存储空间，并适应电池供电，是高效的操作系统。 s y m b i a no s 不提供特定的用户界面，而只提供操作系统的核心功能。在s y m b i a no s 和最终手机设备之间还有一个用户界面平台，用来确定手机设备的用户界面风格，包括屏 幕大小、菜单结构、空间外观和输入方式等。$ 6 0 平台是s y m b i a n 操作系统中的一个重要 平台。 s y m b i a n $ 6 0 是极为庞大的系统【1 3 】，其类库包括了数百个类和上万个成员函数，按照 不同的功能将s y m b i a n $ 6 0 分成若干个子系统，如图3 1 所示。子系统在这里是一个逻辑 上的概念，每个子系统由许多类组成，这些类仅仅是功能上相关，并且在概念上被划分到 一个子系统中，子系统本身并没有对应实际存在的组件，例如动态链接库、一个服