Data Matrix与Maxicode二维条码

1、DataMatrix 二维条码二维条码 DataMatrix 二维条码二维条码1纲要纲要纲纲 要要DataMatrix 二维条码的发展二维条码的发展Data Matrix二维条码的结构二维条码的结构 DataMatrix 国际标准国际标准DataMatrix 工业规格标准工业规格标准 DataMatrix 政府标准政府标准DataMatrix 技术规格和性能技术规格和性能 2DataMatrix 二维条码原名Datacode，由美国国际资料公司(International Data Matrix, 简称ID Matrix)於1989年发明。Data-Matrix二维条码是一种矩阵式二维条码，其

2、发展的构想是希望在较小的条码标签上存入更多的资料量。Data Matrix二维条码的最小尺寸是目前所有条码中最小的，尤其特别适用於小零件的标识，以及直接印刷在实体上。DataMatrix 二维条码又可分为ECC000-140与ECC200两种类型，ECC000-140具有多种不同等级的错误纠正功能，而ECC200则透过Reed-Solomon演算法产生多项式计算出错误纠正码，其尺寸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，由於其演算法较为容易，且尺寸较有弹性，故一般以ECC200较为普遍，本节也仅介绍ECC200规格的Data Matrix二维条码码，以下所说的Data- Mat

3、rix二维条码事实上都是指ECC200而言。发展历程发展历程3如图所示，Data Matrix二维条码的外观是一个由许多小方格所组成的正方形或长方形符号，其资讯的储存是以浅色与深色方格的排列组合，以二位元码(Binary-code)方式来编码，故电脑可直接读取其资料内容，而不需要如传统一维条码的符号对映表(Character Look-up Table)。深色代表 “1”，浅色代表 “0”，再利用成串(String)的浅色与深色方格来描述特殊的字元资讯，这些字串再列成一个完成的矩阵式码，形成DataMatrix二维条码码，再以不同的印表机印在不同材质表面上。由於Data Matrix二维条码只

4、需要读取资料的20%即可精确辨读，因此很适合应用在条码容易受损的场所，例如印在暴露於高热、化学清洁剂、机械剥蚀等特殊环境的零件上。发展历程发展历程Data Matrix二维条码的外观 4Data Matrix二维条码的尺寸可任意调整，最大可到14平方英寸，最小可到0.0002平方英寸，这个尺寸也是目前一维与二维条码中最小的，因此特别适合印在电路板的零组件上。另一方面，大多数的条码的大小与编入的资料量有绝对的关系，但是Data Matrix二维条码的尺寸与其编入的资料量却是相互独立的，因此它的尺寸比较有弹性。 此外，DataMatrix二维条码最大储存量为2,000bytes，自动纠正错误的能力

5、较低，只适用特别的CCD扫瞄器来解读。发展历程发展历程5Data Matrix二维条码码具有以下特性： 可编码字元集包括全部的ASCII字元及扩充ASCII字元，共256个字元。 条码大小(不包括空白区)：1010 144144 资料容量：235个文数字资料，1556个8位元资料，3116个数字资料。 错误纠正：透过Reed-Solomon演算法产生多项式计算获得错误纠正码。不同尺寸宜采用不同数量的错误纠正码。(一) 特性 Data Matrix结构结构 6每个Data Matrix二维条码符号由规则排列的方形模组构成的资料区组成，资料区的四周由定位图形(Finder Pattern)所包围，

6、定位图形的四周则由空白区包围，资料区再以排位图形(Alignment Patterns)加以分隔。 定位图形定位图形是资料区域的一个周界，为一个模组宽度。其中两条邻边为暗实线，主要用於限定物理尺寸；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，主要用於限定符号的单元结构，但也能帮助确定物理尺寸及失真。 符号尺寸ECC000-140符号有奇数行与奇数列。符号外观为一方形矩阵，尺寸从99至4949，不包括空白区。这些符号可透过右上角深色方格识别出来。 ECC200符号有偶数行与偶数列。有些符号是正方形，尺寸从1010至144144，不包括空白区。有些是长方形，尺寸从818至1648，不包括

7、空白区。所有的ECC200符号都可以透过右上角浅色方格识别出来。(二 )基本结构 Data Matrix结构结构 7Data Matrix二维条码按以下步骤来表示资料： 资料编码先分析要表示的资料，选取合适的编码方案，按所选定的方案将资料流转为字码流，并加入必要的填字，如果使用者未规定矩阵寸，则应选取能满足要存放资料的最小尺寸。DataMatrix二维条码共有6种编码方案，即6种字码集，见下表。 Data Matrix二维条码的编码方案与相对应之字元集资料表示方法Data Matrix结构结构 编码方案编码方案字元集字元集ASCII十进位数字ASCII值0127扩展ASCII值128255C4

8、0基本大写文数字型Text基本小写文数字型EDIFACT3294Base2560255X12ANSI X12 EDI数据集8错误检测和纠正字码(ECC)的产生对少於255个字码的Data Matrix二维条码，错误纠正字码可由资料字码计算得出。对於多於255个字码的符号，应将资料字码分成多个模组，然後再产生每一个模组的错误纠正字码。错误纠正字码能够纠正两种类误字码，包括E错误(已知位置上的错误字码)，以及T错误(未知位置上的错误字码)。换句话说，E错误是不能被扫瞄或不能被解码的符号字元，T错误则是被错误解码的符号字元。 资料表示方法Data Matrix结构结构 9Data Matrix二维条

9、码码具有以下特性： 可编码字元集包括全部的ASCII字元及扩充ASCII字元，共256个字元。 条码大小(不包括空白区)：1010 144144 资料容量：235个文数字资料，1556个8位元资料，3116个数字资料。 错误纠正：透过Reed-Solomon演算法产生多项式计算获得错误纠正码。不同尺寸宜采用不同数量的错误纠正码。(一) 特性 Data Matrix结构结构 10Data Matrix 最初是通过AIM/USA面向公共领域发布目前Data Matrix被一份名为 ISO/IEC16022International Symbology Specification, Data Mat

10、rix 的ISO标准所覆盖，并公开发布，这意味着这份它可以免费使用而不需要专门的授权和版税。 ISO/IEC 15418:1999 Symbol Data Format Semantics (标准号可查找在：/)ISO/IEC 15434:1999 Symbol Data Format Syntax ISO/IEC 15415 2-D Print Quality Standard Uniform Code Council (UCC) 正处在对 Data Matrix 最终是否能够成为二维码载体进行审批。UCC是国际EAN组织成员，负责推进全球供应链全部环节的标

11、识和商业通讯标准。 美国国家标准协会（ANSI）已经接受Data Matrix作为产品部件表面直接标记符号的标准。 DataMatrix 国际标准国际标准111、电子工业协会（EIA）推荐 Data Matrix 用于标记电子元件和产品。 EIA 706, Electronics Industry Marking Standard EIA 802, Electronics Industry Marking Standard 2、半导体设备制造协会（SEMI）选择作为300mm晶片标识标准，同样也用于镜片包装盒标签、平板显示器和铅框带。 T2-0298E Marking Silicon Wafe

12、rs T3-0302 Marking Wafer Box Labels T7-0302 Marking back-surfaces of Double-Sided Polished Wafers T8-0698E Marking Glass Flat Panel Display Substrates T9-0200E Marking Lead-Frame Strips T10-0701 Test Method for the Assessment of Direct Mark Quality 3、自动工业行动组织（AIAG）推荐 Data Matrix 作为小部件标识（B-4部件标识和跟踪应用

13、标准）。 4、自动工程协会（SAE）。 SAE AS9132 Aerospace Industry Marking Standard 5、航空运输协会（ATA）规范2000通过使用 Data Matrix 码初步实现航空工业单元水平的可追踪性。 工业规格标准工业规格标准12关于 Data Matrix 的美国政府标准包括：NASA（国家航空和宇宙航行局）开发了下列标准以统一相关标记数据，并写入 NASA 标准和详细的指导手册： NASA STD 6002 - 在航天器部件上应用 Data Matrix NASA-HDBK-6003 - 在航天器部件使用直接部件标记方法/技术中使用 Data M

14、atrix 标记符号 NASA的这些标准是 NASA 马歇尔空间飞行中心（MSFG）和 RVSI 符号研究中心（SRC）之间达成的一个空间行动协议的指导下完成的。美国国防部（DoD）实现了一个策略，要求大范围实现 Data Matrix 唯一标识。MIL-STD-130L，军用财产标识，为使用 Data Matrix 的策略支持方面提供了指导。 Department of Defense Guide to Uniquely Identifying Items 更多的 DoD 的 UID 策略和 RVSI 为必须使用这些策略的政府承包商提供的支持服务参见 www.UID。国际政府标准韩国标准协会

15、 Korean Standards Association (KSA)。 0mindd或DataMatrix 政府标准政府标准 13Data Matrix 包括 ECC 000-140 和 ECC 200 两套符号体系，ISO 标准推荐在公共场合使用 ECC 200 规范。下面给出 ECC 200 的相关技术规格和性能。技术规格和性能技术规格和性能 ECC 200 标准编码模式标准编码模式编码模式字符集每字符数据位数ASCII数字成对编码4ASCII 0-1278扩展 ASCII 128-25516C40大写字母和数字5.33Text小写字母和数字5.33X12ANSI X12 EDI 数据集

16、5.33EDIFACTASCII 32-946Base 2560-255 范围的任何数据8Maxicode二维条码牛眼码二维条码牛眼码 Maxicode二维条码二维条码151980年代晚期，美国知名的UPS(United Parcel Service)快递公司认知到利用机器辨读资讯可有效改善作业效率、提高服务品质，故从1987年开始着手於机器可读表单(Machine Readable Form)的研究，发觉到条码是相对成本最低的可行方案。为了能达到高速扫瞄的目的，UPS舍弃了堆叠式二维条码的做法，重新研发一种新的条码，在1992年时推出UPS code，并研发出相关设备，此即Maxicode二

17、维条码的前身。1996年时，美国自动辨识协会(AIMUSA)制定统一的符号规格，称为Maxicode二维条码，也有人称USS-Maxicode二维条码(Uniform Symbology Specification- Maxicode)。本文所指的Maxicode二维条码，都是遵循AIMUSA所制订的标准。Maxicode的缘起的缘起16Maxicode二维条码是一种中等容量、尺寸固定的矩阵式二维条码，它由紧密相连的六边形模组和位於符号中央位置的定位图形所组成。Maxicode二维条码是特别为高速扫瞄而设计，主要应用於包裹搜寻和追踪上。UPS除了将Maxicode二维条码/牛眼码应用到包裹的分

18、类、追踪作业上，并打算推广到其他应用上。1992年与1996年所推出的Maxicode二维条码符号规格略有不同，就外观上来看，图的左边是1992年刚推出的样子，右边则是现在Maxicode二维条码应有的样子。由于其外观形象，有名：牛眼码。Maxicode的外观 Maxicode二维条码的外观17外形近乎正方形，由位於符号中央的同心圆(或称公牛眼)定位图形 (Finder Pattern)，及其周围六边形蜂巢式结构的资料位元所组成，这种排列方式使得Maxicode二维条码可从任意方向快速扫瞄。其外观与中心放大图如图所示。 基本特征基本特征 Maxicode二维条码外观与中心放大图符号大小固定。为

19、了方便定位，使解码更容易，以加快扫瞄速度，Maxicode二维条码的图形大小与资料容量大小都是固定的，图形固定约1平方英寸，资料容量最多93个字元。18定位图形：Maxicode二维条码具有一个大小固定且唯一的中央定位图形，为叁个黑色的同心圆，用於扫瞄定位。此定位图形位在资料模组所围成的虚拟六边形的正中央，在此虚拟六边形的六个顶点上各有3个黑白色不同组合式所构成的模组，称为方位丛(Orientation Cluster)，其提供扫瞄器重要的方位资讯，见图基本特征基本特征 Maxicode二维条码的符号排列方式二维条码的符号排列方式 19每个Maxicode二维条码均将资料栏位划分成两大部分，围

20、在定位图形周围的深灰色蜂巢称为主要讯息(Primary Messages)，其包含的资料较少，主要用来储存高安全性的资料，通常是用来分类或追踪的关键资讯，其包括60个资料位元(bits)和60个错误纠正位元。主要讯息有两个特殊作用，其中最重要的是包含4个模式位元(Mode Bits)，围在定位图形右上方全白的方位丛左边，以淡灰色所标识的四个位元即是，其直接指示出其馀的资料编码模式。另一个用途是，剩馀的56个资料位元则依包裹分类追踪需要的所有资讯编码成结构化收件人讯息(Structured Carrier Messages)，因此大部份在高速扫瞄的状况下，只需要将主要讯息解码就够了。在主要讯息外

21、围的淡灰色部份(未表示完全)，用来储存次要讯息(Secondary Messages)，其提供额外的讯息，如来源地、目的地等人工分类时所需的重要资讯。 模式：是一种允许符号有不同结构的机制，Maxicode二维条码共有7种模式(模式0模式6)，但其中有2个模式(模式0、模式1)已作废。 基本特征基本特征20Maxicode二维条码具有复杂而坚固的错误纠正能力，以确保符号中的资讯是正确的，就算条码受到部份损毁，内部储存的资讯仍可完整读出。(叁) 解码速度 Maxicode二维条码的最大优点在於其解码速度相当快，Maxicode二维条码可在速度为每分钟550英 的输送带上成功读取。Maxicode

22、二维条码的组成编码字元集Maxicode二维条码允许对256个国际字符编码，包括值0127的ASCII字元和128255的扩展ASCII字元。在数字组合模式下，可用6个字码表示9位数字。用於代码切换和其他控制字元也包括在其字元集中。 错误纠正能力21每个字元由6个六边形的模组组成。 每个模组表示一个二进制位，深色模组表示 “1” ，浅色模组表示 “0”。 通常六个模组排成3层，顺序为右上至左下，见图。Maxicode二维条码符号字元的表示二维条码符号字元的表示 Maxicode二维条码的位元组成排列方式 22由於Maxicode二维条码符号的特殊结构，符号字元具有特殊的排列形式。 字码集字码是

23、介於数字字元和符号字元间的值，也是错误纠正计算的基础。Maxicode二维条码的字码集共有64个，范围为063，二进位表示为000000111111。在每符号字元中，最高有效位是编号最低的模组。符号尺寸每个Maxicode二维条码符号共有884个六边形模组，分33层围绕着中央定位图形，每一层分别由30个或29个模组组成。符号四周应有空白区。每个Maxicode二维条码包括空白区在内，尺寸固定为28.14mm26.91mm，约1平方英寸。中央定位图形相当於90个模组的大小。资料容量884个六边形模组中，有18个模组用於定位，剩馀866个为资料模组，扣掉2个未使用的模组，用於表示资料编码和错误纠正

24、的模组共有864个，包含144个6位元的符号字元，其中至少须有50个以上的错误纠正字元，以及1个模式字元，因此资料容量最大为93个字元，若纯为数字字元，则可存放138个。Maxicode二维条码符号的特殊结构二维条码符号的特殊结构 23Maxicode二维条码提供标准错误纠正(Standard Error Correction, SEC)与增强错误纠正(Extended Error Correction, EEC)两种错误纠正等级，这两种等级需要不同数量的字，提供不同水准的错误恢复能力，SEC的错误复原能力达16%，EEC则可达25%。这两种错误纠正等级的基本特性如表所示。采用哪一种错误纠正等

25、级是由模式字元所指定。错误纠正错误纠正Maxicode的错误纠正等级特性 错误纠正等级 标准 增强 字码总数 144 144 可能的资料字元数 93 77 模式字元数 1 1 错误字元数 50 66 可纠正的错误字元数 22 30 24如前所述，每个Maxicode有1个模式字元，用来定义符号的资料与错误结构，模式的编码是主要讯息的一部份。 原本於1992年推出的UPS code的规格只有两种模式： 模式0：主要讯息为一个结构化收件人讯息，次要讯息至多可编入84个大写英文字母，或数字、标点符号。 模式1：主要讯息加上次要讯息至多可编入93个大写英文字母，或数字、标点符号。 不过上述两种模式已废

26、除，由新规定的模式2和模式3取代模式0，由模式4取代模式1。AIMUSA所规定的新模式及其内容为：模式2：主要讯息为一个结构化收件人讯息加上一个数字型态的邮递编号，次要讯息至多可编入84个字元(character)。模式3：主要讯息为一个结构化收件人讯息加上一个文数字型态的邮递编号，次要讯息至多可编入84个字元。 Maxicode的模式的模式25模式2及模式3适用於运输业者，此时符号表示收件人定义的目的地地址及服务类型。符号的前120位用增强错误纠正(EEC)表示收件人结构化资讯，而符号的其馀部份用标准错误纠正(SEC)表示其它资讯。收件人讯息的结构如表。Maxicode的模式的模式结构化收件人讯息的结构位元编号 编码资料 结构 36 模式 二进制015