漢信碼:中國完全自主智慧財產權的二維碼

     記者鄭昱

   自20世紀90年代以來，條碼技術解決了計算機應用中數據採集的瓶頸，實現了信息的快速、準確獲取和傳輸，在我國商品流通、國際貿易、信息化建設和經濟發展中發揮了重要作用。

   隨著現代信息管理需求的不斷增加，迫切需要在條碼有限的幾何空間內表示更多的信息，以滿足千變萬化的信息表示的需要。二維碼的出現，彌補了一維條碼的不足，並逐漸顯示出其技術的優勢。

    不同碼制的二維碼

   「二維碼或稱二維條碼是能夠在兩個方向上承載信息的條碼符號，作為一種衍生條碼技術，二維碼具有信息容量大、信息密度高、能夠標識中文、圖像等多種信息、保密防偽性強等優點。」

   條碼是採用深淺模塊圖像單元承載信息的圖形符號，誕生於上世紀50年代中期。最早發展成熟的條碼技術是一維條碼技術，一維條碼中的「一維」是指條碼信息只在一個方向上（垂直於條空的方向）存在，而與條空平行的豎向則不承載信息。一維條碼技術是為了解決商品零售結算環節，產品編碼信息快速獲取問題而研發的，目前，應用最廣泛的條碼仍是超市等環節上採用的商品條碼（如圖1所示）。

圖1 零售商品條碼

   隨著條碼技術的飛速發展，人們希望能夠用條碼標識更大量更多種類的信息，滿足在物流、電子、單證、軍事等領域自動化採集的需求。上世紀80年代中期，為了解決一維碼信息容量不足等問題而研發的二維條碼應運而生。二維碼或稱二維條碼是能夠在兩個方向上承載信息的條碼符號，作為一種衍生條碼技術，從技術上可分為行排式和矩陣式兩類。

圖2   不同碼制的二維碼圖

    二維碼的技術特點

    信息容量大

   二維條碼由於信息承擔單元更小，因此在相同面積能夠標識一維碼幾十倍的信息，例如，漢信碼最多能夠表示7829個數字、4350個英文字符和2714個漢字。

    支持多種信息類型

   二維碼除了能夠標識數字之外，還能夠標識中英文字符、特殊字符、圖片、聲音等任何數位化信息，方便用於承載產品特徵信息。

    支持加密防偽

   二維碼由於信息量大，信息編碼過程複雜，因此可以支持多種對稱、非對稱加密技術，以及信息數字籤名等信息安全技術，與其他防偽技術結合可以用於產品防偽。

    可以全向識讀（矩陣式）

   矩陣式二維碼由於不受掃描線的限制，無論符號如何擺放，通過攝像式掃描設備都能夠正確識讀。

    成本低廉

   二維碼印製成本主要是標籤紙和碳帶等耗材耗費，成本極低；專業二維碼識讀設備目前價格已經下降到普通一維碼設備的價格範圍，近年來由於智慧型手機的興起，用戶只需下載一個軟體就可以完成二維碼的識讀，手機識讀技術的應用成本也近乎免費。

    我國的二維碼：漢信碼

    「漢信碼是第一個具有我國自主智慧財產權的二維碼。」

   我國對二維碼技術的研究開始於上世紀90年代初，從「九五」的二維碼共性技術等基礎研究起步，到「十五」自主創新的新型二維碼的研究，經多年的努力，走出了一條從技術引進吸收到自主創新的發展之路。

   漢信碼是中國物品編碼中心（以下簡稱「編碼中心」）承擔的國家重大科技專項《二維條碼新碼制開發與關鍵技術標準研究》課題的研究成果，該課題已於2005年12月26日順利通過國家標準委組織的項目驗收，驗收專家組一致認為「該課題攻克了二維碼碼圖設計、漢字編碼方案、糾錯編解碼算法、符號識讀與畸變矯正等關鍵技術，研製的漢信碼具有抗畸變、抗汙損能力強，信息容量高等特點，達到了國際先進水平。其中在漢字表示方面，支持GB18030大字符集，漢字表示信息效率高，達到了國際領先水平。」專家們建議相關部門儘快將該課題的研究成果產業化，並積極組織試點及推廣，同時，建議將漢信碼國家標準申報成為國際標準。

   編碼中心在完成國家重大標準專項課題《二維條碼新碼制開發與關鍵技術標準研究》的基礎上，於2006年向國家知識產權局申請了《糾錯編碼方法》《數據信息的編碼方法》《二維條碼編碼的漢字信息壓縮方法》《生成二維條碼的方法》《二維條碼符號轉換為編碼信息的方法》《二維條碼圖形畸變校正的方法》六項技術專利成果，並順利通過專利初審，截至目前，漢信碼的六項發明專利全部獲得國家授權。

    漢信碼的優越性能

    漢信碼碼制與現有二維碼碼制相比較，具有如下特點：

    智慧財產權免費

   作為完全自主創新的一種二維碼碼制，漢信碼的《糾錯編碼方法》《數據信息的編碼方法》《二維條碼編碼的漢字信息壓縮方法》《生成二維條碼的方法》《二維條碼符號轉換為編碼信息的方法》《二維條碼圖形畸變校正的方法》六項技術專利成果歸編碼中心所有，編碼中心早在漢信碼研發完成時即明確了漢信碼專利免費授權使用的基本原則，使用漢信碼碼制技術沒有任何的專利風險與專利陷阱，同時不需要向編碼中心以及其他任何單位繳納專利使用費。

    漢字編碼能力超強

    漢信碼是目前唯一一個全面支持我國漢字信息編碼強制性國家標準GB18030-2000《信息技術信息交換用漢字編碼字符集基本集的擴充》的二維碼碼制，能夠表示該標準中規定的全部常用漢字、二字節漢字、四字節漢字，同時支持該標準在未來的擴展。

   在漢字信息編碼效率方面，對於常用的雙字節漢字採用12位二進位數進行表示，在現有的二維條碼中表示漢字效率最高。

    極強抗汙損、抗畸變識讀能力

   由於考慮了物流等實際使用環境會給二維條碼符號造成汙損，同時由於識讀角度不垂直、鏡頭曲面畸變、所貼物品表面凹凸不平等原因，也會造成二維條碼符號的畸變。為解決這些問題，漢信碼在碼圖和糾錯算法、識讀算法方面進行了專門的優化設計，確保漢信碼具有極強的抗汙損、抗畸變識讀能力。現在漢信碼能夠在傾角為60度情況下準確識讀，能夠容忍較大面積的符號汙損。因此，漢信碼特別適合於在物流等複雜惡劣條件下使用。

    識讀速度快

   為提高二維條碼的識讀效率，滿足物流、票據等實時應用系統的迫切需求，漢信碼在信息編碼、糾錯編解碼、碼圖設計方面採用了多種技術手段提高了漢信碼的識讀速度。目前，漢信碼的識讀速度比國際上的主流二維條碼DataMatrix要高，漢信碼更便於廣泛地在生產線、物流、票據等實時性要求高的領域中應用。

    信息密度高

   為提高漢信碼的信息表示效率，漢信碼在碼圖設計、字符集劃分、信息編碼等方面充分考慮了這一需求，從而提高了漢信碼的信息特別是漢字信息的表示效率，當對大量漢字進行編碼時，相同信息內容的漢信碼符號面積只是QR碼符號面積的90％，是DataMatrix 碼符號的63.7%，因此，漢信碼是表示漢字信息的首選碼制。

    信息容量大

   漢信碼最多可以表示7829個數字、4350個ASCII字符、2174個漢字、3262個8位字節信息，支持照片、指紋、掌紋、籤字、聲音、文字等數位化信息的編碼。

    碼制擴展性強

   作為一種自主研發的二維碼碼制，因為我國自主掌握漢信碼的核心技術和專利，面對不同的大規模應用和行業應用，可以方便地進行漢信碼技術的擴展和升級，例如，為了滿足移動商務領域的應用需求，研發的系列微型漢信碼和彩色漢信碼，以及為了提高安全性，而開發與多種加密算法和協議進行集成的加密漢信碼等。

    漢信碼的應用現狀

   漢信碼研發完成後，編碼中心通過與物流、鐵路、教育等行業企業的合作，建立了六個漢信碼的應用試點。其中，北京西南物流中心項目和天津天保岡谷國際物流有限公司項目達到了十個以上掃描點、一萬次以上的掃描規模，對漢信碼廣泛應用形成了良好的示範效應，並支撐了漢信碼國家標準的制定和發布。

   具有我國自主智慧財產權的漢信碼國家標準一經推出，就受到各方關注，不僅打破了國外企業對二維碼列印、識讀等設備的價格壟斷，還推動了國內自動識別領域的產業鏈升級。

   在我國國稅總局漢信碼增值稅發票和特種行業應用發票上，採用漢信碼作為防偽信息的數據載體，以針打的方式實現了多聯發票上的防偽信息的印製，通過稅務局、企業部署的發票驗證設備，可實現稅源分布、納稅人位置的實時定位、監控和跟蹤。稅源數據的實時採集、集中存儲和管理、實時查詢和比對、綜合分析和挖掘等功能，可以實時驗證發票的真偽，從而有效監控稅源，減少稅源流失，減少社保資金流失，杜絕了試點地區的虛開、重開增值稅發票的問題，因此，漢信碼的應用加強了稅源信息採集，幫助政府及時了解公民稅收負擔承受情況，為財政分配向民生傾斜提供數據依據；增加稅收繳納和徵管的透明性，降低稅務機關徵管成本和納稅人的負擔，完善當前稅收徵收管理工作流程及稅源信息採集監測手段；提高執政能力的重要體現，促進社會和諧、可持續發展，有效地體現國家的大政方針、財政收入向民生傾斜的分配政策，取得了良好的社會經濟效益。目前本項目正在上海、廣東、新疆等多個省市開展大規模試點。此外，國稅總局金稅工程3期正在論證所有發票（涉及到全國所有納稅人）上採用漢信碼的問題，漢信碼有望成為我國發票領域的標準碼制（如圖3）。

 圖 3   漢信碼發票

   廣東省水產品質量可追溯體系中採用漢信碼作為追溯信息載體，有效實現了水產專用標籤與水產品的整個產業鏈相結合，達到水產品質量安全的有效控制，使人們吃到放心的水產品。採用漢信碼作為水產品產業鏈中的信息傳遞媒介，不需要事先建立資料庫的支持，信息傳遞過程中即可通過掃描自動讀取相應信息。北京農業信息技術研究中心憑藉深厚的技術背景，順利完成了漢信碼在廣東省的設計和實施工作，經在廣東50多家水產企業應用，效果良好，達到了企業經營管理與安全生產的有機統一，實現了養殖日常管理與追溯管理的無縫集成。該項目的實施為漢信碼應用推廣尤其是在水產品質量追溯應用領域積累了寶貴經驗。

    漢信碼必將在我國農產品質量安全領域發揮越來越重要的作用。

   醫療衛生領域的新生兒疾病篩查的應用，採用漢信碼標籤作為信息載體，通過「虛擬」的網絡化連接實現了區婦幼保健院所與採血單位的信息連接，從而保證兩地信息的一致性，不再出現重複性錄入信息，避免出現手工錄入和重複錄入易發生的人為錯誤，實現了新生兒疾病篩查過程化管理，有效地提高了其工作效率。利用漢信碼的信息承載能力，過去花5分鐘才能錄入完成一張卡片的信息，現在只需要1秒鐘就可以完成，並且信息的準確度達到100%。通過漢信碼的快速識讀，使該系統可以快速獲取新生兒疾病篩查信息。漢信碼的大容量存儲空間保證了信息的完整性。漢信碼的應用還使系統實現了信息加密，非專用設備無法讀取該碼中的信息，這樣保證了患者的隱私安全，也保證了管理工作過程中數據的安全性。該項應用已經在北京市、黑龍江省、廣東省、新疆等多個省市全面應用，為我國醫療衛生領域的信息化建設發揮了重要作用。

   目前，我國的一維條碼應用已經非常廣泛，但是二維碼在我國的應用仍處於起步階段，應用範圍還非常有限，漢信碼的市場潛力非常巨大。漢信碼目前已經在醫療、食品追溯、發票等領域中實現規模化應用，並由於其信息容量大、密度高、防偽性能好、成本低、專利開放等特性，吸引了眾多設備開發商、系統集成商與應用方的廣泛關注，未來漢信碼有望在我國食品產品追溯、物流、製造業信息化、單證、票據管理等領域機動車零部件領域取得行業應用，成為我國的二維碼主導碼制。