1、 二維條形碼(PDF417的編碼與實現楊清華,張宗橙(南京郵電大學,南京 210003【摘 要】二維條形碼中應用最廣泛的是PDF417碼,文章簡要介紹PDF417條碼結構的三大主要組成部分:起始符與終止符、左、右行指示符、數據區符號字符。這三大部分的確定也就是PDF417的編碼過程 。而PDF417條碼的一大特色就是糾錯能力強,因此就引入了錯誤糾正碼字。對于數據區編碼,采用了字節壓縮(BC模式下的數據壓縮算法,詳細闡述了用計算機實現其編碼的方法,并通過實驗證實了所編程序的正確性,實現了PDF417條碼的繪制。【關鍵詞】二維條形碼;編碼; PDF417【中圖分類號】TP 【文獻標識碼】A【文章編

2、號】1008-1151(200707-0085-02二維條形碼具有容量大、密度高、防偽糾錯能力強、可靠性高、編碼方式靈活、保密防偽性強等特點,具有比一維長形碼更廣泛的應用優勢。其中以PDF417堆積式二維條碼應用最廣。PDF為Portable Data File的英文縮寫,意為“便攜式數據文件”。 作為當今最先進的條碼技術,PDF417條碼已廣泛應用于各種證件、票據的管理、公共安全、物流和圖書館等領域。我國國家技術監督局1998年8月正式決定采用PDF417條碼作為我國的二維條碼碼制。可見,研究PDF417條碼技術,并將其推廣是具有很大價值和意義的。(一PDF417二維條形碼的結構1.P DF

3、417符號字符的結構PDF417條碼符號是一個多行結構,符號的頂部和底部為空白區,上下空白區之間為多行結構。每行的數據符號字符數相同,各行左右兩端對齊直接連接。可以包括390行,每一行從左到右依次由7部分組成:左空白區、起始符、左行指示符號字符、130個數據符號字符組成、右行指示符號字符、終止符和右空白區。每一個符號字符,有4個條和4個空,左邊從條開始,每一個條、空由16個模塊組成,總的模塊數為17(此為417名的來源。2.符號字符中簇的確定PDF417的符號字符集由三個簇組成,分別稱為簇0、3、6 。每一個簇中,每一符號字符對應唯一的碼字,范圍是0 928。條碼的每行的簇號相同,第一行用第0

4、簇的符號字符,第2 行用第3簇的符號字符,第3 行用第6簇的符號字符,依此類推,同一簇每三行重復一次。這里可以預先把數據碼字對應的PDF417條碼的符號字符,存放在文件如pdf417codeword.txt 。下表1為第0簇的一個片段,了解它的大致結構:表1 PDF417碼字與符號對應表(片段碼字 bsbsbsbs0 3111 11361 4111 1144 928 2151 4112對于一個特定的符號字符,其簇號由下式確定:簇號=(1b-2b+3b-4b+9mod9 (1其中1b,2b,3b,4b分別表示自左向右四個條的模塊。對于每一特定的行,其簇號由下式確定:簇號=(行號-1mod3 &#

5、215;3 (23.左、右行指示符的確定每一行包含一個左、右行指示符,分別記為iL和iR,其中PDF417的行數(390、列數(130和錯誤糾正等級(08。設id為數據碼字,iC為糾錯碼字。PDF417條碼結構示意圖1:L1nd2nd0R1L1R1RL0d1kc2kc1RR起始符RL1ccRR終止符圖1 PDF417條碼結構左右行指示符號字符的值由下式確定:【作者簡介】楊清華(1982-,女,山東臨沂人,研究生;張宗橙,男,南京郵電大學傳媒技術學院教授,從事無線信道編碼調制、無線接入技術研究。8586(i i i 30 when c 030 when c 330 when c 6i t i i

6、 x y L x z x v +=+=+=(i i i 30 when c 030 when c 330 when c 6i t i i x v R x y x z +=+=+= (3其中i 為行號,錯誤糾正等級為s,數據區列數為C,行數為R,i c 為第i 行的簇號,INT 表示取一個數的整數部分,a mod b 表示a 除以b 所得的余數。i x =INT(i-1/3 i=1,2,390;y =INT(R-1/3 ; z =s×3+(R-1mod3; v =C-1 ;(二PDF417具體編碼1.起始符和終止符PDF417條碼的起始符和終止符是唯一的。自左向右,由條開始,起始符的條

7、、空序列為81111113 ,終止符的條、空序列為711311121 。2.數據區編碼PDF417條形碼有三種數據壓縮模式來編碼:文本壓縮模式(TC、字節壓縮模式(BC、數字壓縮模式(NC。這里采用BC 模式。字節壓縮模式(BC中,每一個碼字編碼的是一個字節值,通過256進制的數轉換到900進制的數,將6個字節轉換成5個碼字,從左到右進行轉換。有2個用來模式鎖定字節壓縮模式的碼字(901,924。當所要表示的字節總數為6的倍數時,用模式鎖定924. 如6個字節5b ,4b ,3b ,2b 1b ,0b ,(0i b 255存在唯一的一組數4c 、3c 、2c 、1c 、0c (0i c 900

8、,使下式成立:(4注意,上式中i b ,i c 均以十進制數形式帶入。當要表示的字節總數不是6的倍數時,用模式鎖定901,前面那些6個一組的字節采用同樣的方法處理,最后剩下的不足6個字節,第一個字節直接對應一個碼字,逐字節地用碼字表示即可。數據區的第一個碼字是符號長度值,表示數據碼字(含符號長度碼字的個數,因為PDF417條碼的形狀為矩形,當碼字的總數不能正好填充一個矩陣時,用碼字900作為虛擬碼字填充。3.錯誤檢測與糾正碼字PDF417條碼的錯誤糾正等級可由用戶選擇。每種錯誤糾正等級所對應的錯誤糾正碼字數目可參照表2。對于一個給定的錯誤糾正等級,其錯誤糾正容量由下式確定:(5 式中,e 為拒

9、讀(缺失錯誤數目;t 為替代錯誤數目;s 為錯誤糾正等級;d 為錯誤糾正碼字數目。錯誤糾正碼字的總數為12s +。其中,兩個用于錯誤檢測,其余的錯誤糾正碼字用于錯誤糾正。用一個錯誤糾正碼字恢復拒讀錯誤,用兩個錯誤糾正碼字糾正一個替代錯誤。根據已得的數據碼字和選擇的糾錯等級計算糾錯碼字。糾錯碼字的計算包括以下步驟:(1建立符號數據多項式,表達式為(2.2-1,n 是碼字個數。式中多項式系數由數據碼字區的碼字構成,包括符號長度碼字、數據碼字和填充碼字,排列位置參照圖1。(6 (2建立糾錯碼字的生成多項式。s 是用戶選擇的錯誤糾正等級,k=12s +是錯誤、糾正的碼字個數。則具有k 個錯誤糾正碼字的

10、生成多項式為:(2.3-2(7(3錯誤糾正碼字的計算。對于一組給定的數據碼字和一個選定的錯誤糾正等級,錯誤糾正碼字為符號數據多項式(d x 乘以k x ,然后除以生成多項式(g x ,所得余式為各系數的補數即為用于檢測與糾正錯誤的碼字0c ,1c ,2k c ,1k c 。最后,按照1n d ,2n d ,0d 1k c ,2k c ,1c ,0c 的順序,排列在矩陣上即得所求編碼,如圖1,其中的1n d =n,為數據碼字個數。到此輸出的編碼可以是這樣一個文本文件,文件中的每一行對應了條碼的每一個行,每一行的內容由圖1 決定的序列,用計算出來的碼字,通過一段子程序把它變換成對應為條與空的01序

11、列。也就是表示PDF417條碼編碼的輸出文件,是由01組成的R×C 的矩陣,0表示空白,1表示著色。如41111315,編出來是11110101111011111。(三PDF417條碼的繪制至此已將輸入的符號字符轉換成二進制序列,對0和1序列的處理過程是,對于1則用一個黑色矩形條,對于0則用一個白色矩形條。繪制條碼圖形之前要確定圖形的行數和列數,進而確定每個符號字符在圖形上的位置。開始符和終止符要特別注意。關鍵是根據符號字符和它的位置確定每一個“條”所對應的矩形框的4個頂點的坐標。需要將所有頂點的坐標都保存入一個點數組。除此之外,還要注意不同行的各個碼字之間相對位置的差別,以整個條碼

12、圖像的左上頂點為參照點,確定長度和寬度,從而確定4個頂點坐標。在確定每點的坐標之后,就可以用Microsoft VC+中MFC 的畫刷(CBrush對象為各個“條”矩形著色,連接各點,繪制出二維條形碼的圖形。然后運用VC+ GDI 繪圖功能中的CDC 函數在屏幕上實現條碼的繪制。 (下轉第79頁543254321043243210256256256256256900900900900b b b b b b c c c c c ×+×+×+×+×+=×+×+×+×+ 12222s e t d +=23e t

13、 d + 121210(n n n n d x d x d x d x d =+ 21110(3(3(3k k k k g x x x x x g x g x g =+-79- 圖6 監控中心總體流程圖(四結語微波傳輸方式的缺點是帶寬窄和誤碼率高,因此需要更好的傳輸技術,以得到高質量的圖像監控系統。本文提出了一種基于DaVinci TM、H.264等技術的微波視頻監控系統的軟件設計,達到了有效傳輸高質量視頻圖像的目標。我們測試了在64k 的低帶寬條件下的視頻傳輸,對于CIF 圖像,即352x288的標準分辨率圖像,可以獲得大約高達每秒2-5幀的傳輸速率。傳輸速度同時會隨著視頻流的不同,而有所變

14、化。這樣的幀率對安全監控,已經滿足要求。個別時候由于干擾發生丟幀情況時,時延會增大。畫面質量的平均PSN 在30分貝左右,基本滿足了視覺需要。【參考文獻】1 Texas Instruments Incorporated,TMS320DM6446 Digital Media System on-ChipS. Literature Number SPRS283,2005.2 ITU-T Rec. H.264/ISO/IEC 11496-10, Advanced Video CodingS.Final Committee Draft, Document JVTG050,2003.3 孟凡蕊. 基于R

15、TP/RTCP 協議視頻數據網絡傳輸的實現J. 計算機工程與應用,2004,40(31:143-144.4 Texas Instruments Incorporated,Codec Engine Algorithm Creator User's GuideS. Literature Number SPRUED6,2006.5 陳輝. 數字微波視頻監控通信系統的設計與應用J. 青島建筑工程學院學報,2004, 25(2:9092.(上接第86頁(四運行結果演示輸入信息“PDF417二維條形碼”,選擇的錯誤糾正等級s=1,行為4,數據區列為5時。輸入信息數據區的矩陣為:016 453 17

16、8 121 239 901 306 602 058 443 873 208 206 194 235 900 640 758 583 019編碼后整個PDF417輸出條碼矩陣為:8111111341111144311122433131222351211142111425213122132341111243711311121811111135111122421611132421231311131611321115232121541126111113371131112181111113311112622441112251214112521231121121254122131152211112547113111218111111311114243142322122321242111415221313413112111233451116111711311121PDF417條形碼圖為