一、 前言

條形碼在現(xiàn)代生活中隨處可見， 這粗細不同的長方形黑線條， 除了大量應(yīng)用在各項產(chǎn)業(yè)與產(chǎn)品標示之外， 也常見于各項商品、 信用卡賬單、 稅單之中。 而在一維條形碼之后研發(fā)出的二維條形碼， 目前在臺灣更是鮮為一般大眾所知。 身為計算機作業(yè)系統(tǒng)霸主的微軟公司， 在 2009 年年初就發(fā)布了一套 iPhone 應(yīng)用軟件 Tag Reader， 用來讀取微軟獨創(chuàng)的 Microsoft Tag 二維條形碼（見圖 1）， 卓實彰顯了它的重要性。 接下來， 讓我們好好了解一下， 這個即將充斥于我們生活的二維條形碼。

圖 1 微軟二維條形碼應(yīng)用于游戲軟件外盒（數(shù)據(jù)源： Microsoft Tag）

二、 條形碼的演進

條形碼最早起源于1949年， 由美國 Woodland 等人為研究食品項目代碼及相應(yīng)設(shè)備而發(fā)明， 這種最早的條形碼其實是一種同心圓環(huán)形碼， 俗稱「公牛眼」（bull-eye） 。 并在1960年早期開始出現(xiàn)有關(guān)各種條形碼技術(shù)的文章， 到了1960年代晚期， 美國超市業(yè)者因收銀臺結(jié)賬太慢和常出錯， 故由一群零售商、 批發(fā)商和雜貨制造商組成超市委員會， 與當時的主要計算機廠商共同尋求解決方法。 1973年，美國統(tǒng)一編碼協(xié)會UCC制定一套代碼， 稱為「統(tǒng)一商品代碼」 （Universal Product Code， UPC） ， 并以UPC碼建立條形碼系統(tǒng)， 制定了相應(yīng)的標準， 并在食品業(yè)內(nèi)以UPC碼做為標準碼推廣使用， 條形碼技術(shù)從此由研究階段進入大規(guī)模實際應(yīng)用階段， 其后的歐洲、 日本等地也都各自發(fā)展EAN與JAN等不同的條形碼標準。

2002 年末， 代表 UCC 的美國與加拿大一同加入 EAN 組織， 使得主導(dǎo)物品編碼， 推動電子商務(wù)的兩大國際組織達到真正合一， 經(jīng)過理事會于 2003 年的協(xié)商，與 2004 年規(guī)劃小組的策劃， 在 2005 年正式對外宣告更名為 GS1全球標準組織，領(lǐng)導(dǎo)全球標準的設(shè)計與實施（臺灣 GS1， 2009）。

三、 條形碼的種類

條形碼主要可分為一維條形碼及二維條形碼兩大類， 二維條形碼又可分為兩種， 堆棧式二維條形碼及矩陣式二維條形碼， 分別概述如后。

（一） 一維條形碼

一維條形碼的結(jié)構(gòu)為一組印在商品包裝上的平行黑線和號碼， 因此有了「條形碼」 （BarCode） 的稱呼。 而黑線與空白按照一定的編碼規(guī)則組合起來的符號， 用以代表一定的字母、 數(shù)字等數(shù)據(jù)， 只要利用條形碼閱讀機 （Barcode Reader） 來讀取商品上的條形碼， 得到一組反射光信號， 此信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后變?yōu)橐唤M與黑線、 空白相對應(yīng)的電子訊號， 譯碼后還原為相應(yīng)的文數(shù)字，
再傳入計算機， 即可辨別所有商品， 其讀取的錯誤率約為百萬分之一， 首讀率更大于98%， 是一種可靠性高、 輸入快速、 準確性高、 成本低、 應(yīng)用面廣的數(shù)據(jù)自動收集技術(shù)。 全世界已知的一維條形碼系統(tǒng)約225種， 常用約 40多種， 像是在UPC碼之后， 于1974年由Intermec公司推出的39碼， 在工業(yè)及軍事上得到了廣泛的使用； 1977年， 歐洲共同體成立了歐洲商品編碼協(xié)會（EAN）， 以 UPC標準碼（UPC-A） 為基礎(chǔ)， 制定出歐洲商品代碼（European Article Number） EAN-13碼與EAN-8碼； 1981年有128碼被推出應(yīng)用， 1982年之后又推出93碼， 其符號密度比39碼高30%， 其他常見的還有ISBN碼， 以上皆屬于一維條形碼的范圍（見表1） 。

表 1 常見的一維條形碼

UPC-A 碼	?	UPC 碼僅提供數(shù)字編碼， 只支持數(shù)字 0 到 9， 有一位檢查碼， 限制位數(shù)（12 位和 6 位）、 需要檢查碼、 允許雙向掃瞄、 數(shù)字為 OCR-B的字型。主要用于超市及百貨業(yè)。
UPC-E 碼	?
EAN-13 碼	?	參考 UPC 碼， 訂定與之兼容的EAN 碼， EAN 的特性是僅有數(shù)字號碼， 只支持數(shù)字 0 到 9， 通常為 13碼， 允許雙向掃瞄， 縮短碼為 8 碼，數(shù)字為 OCR-B 字型。主要應(yīng)用于超市與百貨業(yè)。
EAN-8 碼	?
39 碼	?	在九個碼素中， 其中有三個碼素是粗線， 故名「39 碼」， 除數(shù)字 0到 9 外， 尚提供英文字母 （A-Z）及特殊符號（ ＋， －， ＊， ， ， ％，＄ ， ? ， Space）。 特性是允許雙向掃瞄， 檢查碼可有可無， 支持 44 組條形碼、 數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的空白不代表碼義， 以＊ 號作為起始碼及終止碼。主要應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品、 商業(yè)資料、 醫(yī)院的保健數(shù)據(jù)、 圖書館、 錄影帶出租業(yè)等。
ISBN 碼	?	國際標準書號碼。 為因應(yīng)圖書出版、 管理的需要， 便于國際間出版品的交流與統(tǒng)計所發(fā)展的一套國際統(tǒng)一的編號制度， 由一組有 ISBN代號的十位數(shù)號所組成， 用以識別出版品所屬國別地區(qū)（語言）， 出版機構(gòu)、 書名、 版本及裝訂方式。

數(shù)據(jù)源： 整理自AIM Global

（二） 二維條形碼

一維條形碼雖然提高了數(shù)據(jù)收集與數(shù)據(jù)處理的速度， 但由于受到數(shù)據(jù)容量的限制， 一維條形碼僅能標識商品， 而不能描述商品， 因此相當依賴計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫。 而在沒有數(shù)據(jù)庫或不便連接網(wǎng)絡(luò)的地方， 一維條形碼很難派上用場。 也因此開發(fā)了儲存量較高的二維條形碼。不同于一維條形碼最多僅能表示28個字符， 二維條形碼可存放的數(shù)據(jù)量就比較大， 能表示1000個字符以上， 至少約500個中文字， 因此它不僅能夠用來儲存窗體、 文字數(shù)據(jù)， 更可用來儲存影像數(shù)據(jù)， 將整頁窗體的數(shù)據(jù)濃縮存放在一個條形碼內(nèi)， 接收者可利用專屬掃瞄器自動地把窗體數(shù)據(jù)輸入電腦， 且抗損性較高， 不會有病毒、 消磁、 損壞、 容量不足等問題， 且具有高密度、 大容量、 抗磨損等特點， 所以更拓寬了條形碼的應(yīng)用領(lǐng)域（ 趙怡晴、陳玲慧， 1999） 。
目前的二維條形碼主要可分為兩類， 堆棧式二維條形碼及矩陣式二維條碼。 堆棧式二維條形碼是最早的一種二維條形碼形式， 由一維條形碼中的39碼及128碼延伸變化而來， 其主要的設(shè)計想法十分直接， 就是將一維條形碼堆棧起來以增加條形碼的容量。 編碼原理是將一維條形碼的高度變窄， 再依需要堆成多行， 其在編碼設(shè)計、 檢查原理、 辨讀方式等方面都繼承了一維條形碼的特點， 但由于行數(shù)增加， 對行的辨別、 譯碼算法及軟件則與一維條形碼有所不同。 較具代表性的堆棧式二維條形碼有Code 49、Code 16K、PDF417、SuperCode等， 如表2所示。

表2 常見的堆棧式二維條形碼

?Code 49	?	?于1987年由Intermec Corporation公司提出， 是第一個正式的二維條碼。 主要是以Code 39一維條形碼為基礎(chǔ)所發(fā)展， 但缺乏錯誤糾正的功能。
?Code 16K	?	?為1989年由Laser System公司提出。 一個Code 16K通常有2到16列，使用UPC與Code 128為基礎(chǔ)所發(fā)展 而成。 因為也是屬于較早期的二維條形碼， 所以不具有錯誤糾正的能力。
?PDF417	?	?為目前廣為人知的一個堆棧式二維條形碼， 于1991年由Symbol Technologies的王寅君博士所發(fā)表。 一個PDF417碼包含3到90列，儲存容量可達1100位， 并具有錯誤糾正的能力。 另外還有Micro PDF417格式， 可應(yīng)用在較小面積的印刷表面。
?SuperCode	?	王寅君博士于1994發(fā)表， 采用包裹式的結(jié)構(gòu)， 儲存容量可達2546位， 并具有32個等級的錯誤糾正力。

數(shù)據(jù)源： 整理自AIM Global

矩陣式二維條形碼是以矩陣的形式組成， 在矩陣相應(yīng)元素位置上， 用點（Dot） 的出現(xiàn)表示二進制的 1， 不出現(xiàn)表示二進制的 0， 點的排列組合確定了矩陣碼所代表的意義。 其中點可以是方點、 圓點或其他形狀的點。 矩陣碼是建立在計算機圖像處理技術(shù)、 組合編碼原理等基礎(chǔ)上的圖形符號自動辨識的碼制， 已較不適合用條形碼稱之。 具有代表性的矩陣式二維條形碼有Dot Code A、 USS Code One、 MaxiCode、 Data Matrix 、 Aztec Code、 QR Code等，如表3所示。

表3 常見的矩陣式二維條形碼

?Dot Code A	?	?也稱作Philips Dot Code， 由許多的小點所組成， 其結(jié)構(gòu)為6×6到12×12的四方形， 主要用于某些相對小的領(lǐng)域中的對象做標記或在印刷技術(shù)不夠嚴謹?shù)那闆r下使用， 如應(yīng)用在實驗室里的玻璃器皿及洗衣店為衣服做的標記。
?USS Code One	?	?1992年由Ted Williams所發(fā)明， 可以包含ASCII碼， 有錯誤糾正的能力， 容量可從1A等級的13字符到1H等級的2218字符， 多用于藥品的卷標及回收業(yè)的裝箱上。
?Maxi Code	?	?于1992年由美國UPS快遞公司所發(fā)表， 也被稱為UPS Code。 為了能快速掃瞄與譯碼， 它的符號大小固定， 且在中央有一個同心圓狀的公牛眼（bull-eye） 用來定位二維碼。 主要用途是郵包的搜尋與追蹤。
?Data Matrix	?	?于1989年由CiMatrix提出， 是一個正方形的二維碼， 其大小可依儲存量多寡而變動。 它的上邊與右邊是由虛線組成， 而下邊與左邊則是由實線組成， 這個特征可用來判斷二維碼的方向。 通常被用來做小型物品的卷標， 例如IC的辨識卷標， 它具有錯誤糾正的能力。
?Aztec Code	?	?在1995年由Welch Allyn Inc的Andy Longacre所提出。 設(shè)計的主要目的是容易列印及譯碼。 Aztec Code是一正方形的二維 碼， 并且在條形碼的正中央有著同心方形的特征來做定位。 其大小可依儲存量多寡而變動， 最小的Aztec Code可儲6位的數(shù)據(jù)，最大的則可儲1914位。
?QR Code	?	?由Nippondenso ID System所發(fā)表， 是一個正方形的二維碼， 于左上角、 右上角與左下角各有一特殊圖樣用來偵測二維碼的旋轉(zhuǎn)方向， 可儲存大量的數(shù)據(jù)并具有錯誤糾正的能力。

數(shù)據(jù)源： 整理自AIM Global

除了以上較為常見的二維條形碼之外， 還有一些正在推廣或研發(fā)的表列于下：

表4 推廣中的二維條形碼

?GS1 DataBar堆棧延展型	?	2002年由AIM公開展示說明， 原名RSS， 于2007年更名為DataBar， 以符合其可結(jié)合二維之特性， 可說是第二代的條形碼系統(tǒng)。 它是一種能以線性掃瞄器掃瞄， 或結(jié)合二維PDF147成復(fù)合型條形碼的新一代條碼， 表面積比GS1條形碼約小0.6倍， 卻又能攜帶更多商品信息的條形碼。 另有標準型、 截短型共七種不同類型。
Quick Mark	?	由國內(nèi)廠商金揚科技所開發(fā)之特殊格式， 儲存量為1108位， 特征為側(cè)邊的四根短直線條及左下角的小圈， 容錯等級分L、 M、 H、 U 四級， 且支持 Unicode。
Magi Code	?	由韓國研發(fā)使用， 臺灣廠商廣譜行動科技引進國內(nèi)推廣， 特征為側(cè)邊有四條直線。
Grid Matrix Code	?	由中國研發(fā)， 經(jīng)AIM認證為國際標準。GM網(wǎng)格碼是一種正方形的二維碼碼制， 該碼制的碼圖由正方形宏模塊組成， 每個宏模塊由6乘6個正方形單元模塊組成。 網(wǎng)格碼可以編碼儲存1143位的數(shù)據(jù)并提供5 種錯誤糾正等級。
HCCB（Microsoft Tag）	?	運用CMYK 四色及三角排列的方式去儲存數(shù)據(jù)， 而非 QR Code 般只使用黑色方格像素去儲存， 優(yōu)點是可以在更少的方格中保存更多的數(shù)據(jù)， 在拍攝 Code 圖案時所出現(xiàn)的誤差也可以減少。 可擴充八色系 統(tǒng)來因應(yīng)儲存容量增加的需求。

數(shù)據(jù)源： 整理自AIM Global、 Microsoft Tag

四、 二維條形碼的應(yīng)用

（一） 在產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用

由于二維條形碼改良了一維條形碼的不足， 因此這個技術(shù)逐漸被重視， 在其「數(shù)據(jù)儲存量大」 、 「信息隨著產(chǎn)品走」 、 「可以傳真影印」 、 「錯誤糾正能力高」 等特性下， 二維條形碼勢必將走入每個人的生活之中， 給我們帶來更大的便利。 前文提到條形碼的產(chǎn)生一開始是為了超市做生意的需求，但隨著時代的改變與地區(qū)及產(chǎn)業(yè)別的不同， 條形碼種類持續(xù)增加， 過多彼此不兼容的條形碼將會造成使用上的困擾， 因此陸續(xù)有國際性的組織進行協(xié)調(diào)與統(tǒng)一標準 ， 以下為全球自動識別組織AIM列出應(yīng)用在產(chǎn)業(yè)中的主要使用條形碼類型列表， 如表5所示：

產(chǎn)業(yè)	二維條形碼	應(yīng)用
生產(chǎn)	主要︰ Data Matrix（北美和歐洲）QR Code（亞洲）次要︰ PDF-417、 Micro-PDF-417 其他： Code 49（法國）	零件追蹤
郵政	主要︰ Postal Symbologies Postnet（美國郵政）Aus Post（澳洲郵政） BPO（英國郵政） JPO（日本郵政） Kix Code（荷蘭郵政） 次要︰ PDF417和OCR	業(yè)務(wù)稽核掛號郵件 回郵信件 銷售據(jù)點
抽獎	主要︰ PDF417次要︰ Data Matrix	票卷確認
交通	主要︰ Maxi Code、 PDF417	包裹追蹤送貨證明 提貨單
政府	主要︰ PDF417次要︰ Data Matrix、 OCR	身分證各項登記 資產(chǎn)追蹤
保健	主要︰ Code 128、 PDF417、Data Matrix 次要︰ OCR	病患手環(huán)藥物處理 保險契約
臨床	主要︰ PDF417、 Data Matrix次要︰ OCR	臨床分析
零售	主要︰ JAN次要︰ GS1 DataBar、 OCR、 Composite Codes	銷售據(jù)點返回貨物 存貨控制
貿(mào)易展	主要︰ PDF417	客戶追蹤
先進攝影系統(tǒng)APS	主要︰ Code 49	底片
汽車	主要︰ QR Code（亞洲 次要︰ PDF417	存貨清單車輛證明

數(shù)據(jù)源： AIM Global

（二） 在生活中的應(yīng)用

早期一維條形碼主要用于產(chǎn)業(yè)中， 無法直接為一般人所用， 主要是因為讀取設(shè)備缺乏及后端數(shù)據(jù)庫建制困難。 但是科技不斷進步， 二維條形碼儲存容量大幅增加， 可攜帶更多資料， 搭配上普及率日高、 并擁有高畫素鏡頭、能行動上網(wǎng)的手機便成了最佳的讀取設(shè)備， 應(yīng)用層面大幅提升。 在日本，二維條形碼已到處可見， 如展示墻上的大海報、 路旁發(fā)的傳單里、 公車站牌路線圖及日本JR鐵路的旅游導(dǎo)覽手冊上， 甚至在吃的巧克力上面也有， 人類的生活由于條形碼的發(fā)展， 因此獲得了更大的便利性。臺灣在近幾年也逐步開始推廣使用， 例如國內(nèi)經(jīng)濟部工業(yè)局行動上網(wǎng)聯(lián)盟初步底定 QR Code為手機二維條形碼標準； 財政部提供國人在申報綜合所得稅時使用之「綜合所得稅二維條形碼結(jié)算申報系統(tǒng)」 （見圖2） 即屬于二維條形碼的應(yīng)用； 中華電信提供客戶以手機上網(wǎng)訂購電影票， 客戶之訂票資訊及付款數(shù)據(jù)透過3DES方式加密后， 以二維條形碼的形式， 直接傳送電子票卷至訂票客戶號碼的手機； 農(nóng)委會為推行農(nóng)產(chǎn)品管制制度， 開始進行良好農(nóng)業(yè)規(guī)范的實施及驗證， 及建立履歷追溯體系， 因此在零售標簽上除了基本產(chǎn)品標章外， 加入了QR Code建立該產(chǎn)品的產(chǎn)銷履歷信息， 而零售卷標上的一維條形碼是EAN-13的國際商品編號， 用于零售結(jié)賬（見圖3） 。

（三） 在教育上的應(yīng)用

近年常聽見的「行動學(xué)習」， 即透過任何不受時間限制與地點限制的服務(wù)或設(shè)備， 提供學(xué)習者數(shù)字化信息與教材， 并協(xié)助學(xué)習者取得知識， 依通訊方式的不同， 可分為同步式與異步式兩種， 二維條形碼目前在教育上，主要就是應(yīng)用在異步式行動學(xué)習方面， 如圖 4 所示， 利用其儲存容量較大的特性， 將教學(xué)內(nèi)容存于其中， 或是結(jié)合網(wǎng)絡(luò)， 透過二維條形碼內(nèi)藏的網(wǎng)址， 讓使用者迅速準確的連結(jié)到相關(guān)網(wǎng)站， 以獲取更大量的訊息（ 王曉璇、劉晏佐、 高奇峯， 2009）， 如由香港教育局信息科技教育組主導(dǎo)的「樹木全接觸-流動學(xué)習計劃」， 主要就是利用手機將 QRcode 與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合以進行教學(xué)的方式， 讓學(xué)生透過信息科技進行互動學(xué)習， 培養(yǎng)學(xué)生愛護大自然的意識，并加深學(xué)生對常見樹木的認識。

五、 結(jié)語

科技在因應(yīng)人類需求而不斷的推陳出新， 尤其在進入了計算機化、 網(wǎng)絡(luò)化的資訊社會后， 全世界各地因而串聯(lián)起來， 各式產(chǎn)品、 技術(shù)的開發(fā)， 甚至文化的交流都更加快速， 在二維條形碼的輔助之下， 一般民眾也可以享受到大量、 迅速、 便捷的實時數(shù)據(jù)， 期待產(chǎn)官學(xué)界能夠有系統(tǒng)的進行推廣、 宣傳， 并建立相關(guān)的系統(tǒng)，學(xué)校教育也能及時跟進， 思考二維條形碼在教育方面的應(yīng)用， 使條形碼科技更加能受到廣泛的應(yīng)用。

作 者	張勝茂、 ?高翊峰、 ?陳馨雯
出 處	生活科技教育月刊（臺灣省）? 二○○九年 四十二卷 第六期