PDF417二維條碼在嵌入式設(shè)備中的應(yīng)用

摘要：介紹PDF417二維條碼的編碼、譯碼及糾錯(cuò)的原理，并分析其在嵌入式設(shè)備上的軟硬件實(shí)現(xiàn)。其中譯碼部分是使用Symbol公司生產(chǎn)的SE923HS型號(hào)的掃描頭，編碼部分是用軟件來實(shí)現(xiàn)的。

關(guān)鍵詞：PDF417 二維條碼編碼譯碼 嵌入式設(shè)備

引 言

??二維條碼是不依賴計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移信息的一種方法，是信息的另一種表示形式，是信息攜帶、信息自動(dòng)傳遞、信息防偽的理想手段。四一七條碼是應(yīng)用最為成功的一種二維條碼，它的出現(xiàn)是條碼技術(shù)的一次革新。它以其高密度、高信息容量、糾錯(cuò)能力強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于國(guó)際貿(mào)易、物流、工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域，已經(jīng)取得了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。由于二維條碼的編碼和譯碼算法相對(duì)比較復(fù)雜，大部分應(yīng)用是用臺(tái)式機(jī)打印出條碼，再通過掃描槍進(jìn)行解碼，通過RS232串口輸出數(shù)據(jù)；而在嵌入式設(shè)備上，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二維條碼數(shù)據(jù)加密并不多見。本文提出一種在嵌入式設(shè)備上利用Symbol公司生產(chǎn)的SE923HS型號(hào)的掃描頭解碼數(shù)據(jù)，解碼后的數(shù)據(jù)和其它數(shù)據(jù)混合重新編碼的解決方案，可以適用于郵政、物流等行業(yè)。

1 二維條碼

1.1 二維條碼的特性

　　PDF417二維條碼具有信息容量大、信息密度高、修正錯(cuò)誤能力強(qiáng)、譯碼可靠性高、保密性強(qiáng)和容易印制等特點(diǎn)。

　　四一七條碼的基本特性如圖1所示。一個(gè)PDF417條碼符號(hào)，可以將最多1848個(gè)字母字符或2729個(gè)數(shù)字字符或字母、數(shù)字混編字符進(jìn)行編碼。按照ISO標(biāo)準(zhǔn)的證卡格式，當(dāng)PDF417條碼的窄條(模)寬為0.17mm 時(shí)，使用PDF417條碼表卡片上所含的信息，條碼符號(hào)(包括周圍的白區(qū))所占面積僅為76mm×25mm。PDF417采用了目前世界上最先進(jìn)的錯(cuò)誤修正技術(shù)。這種隱含子符號(hào)內(nèi)的錯(cuò)誤修正技術(shù)，不僅可以有效地防止譯碼錯(cuò)誤，提高譯碼的速度及可靠性，而且可以將由于條碼符號(hào)破損、沾污等丟失的信息破譯出來。錯(cuò)誤修正可分為八個(gè)等級(jí)，錯(cuò)誤修正為最高時(shí)，可以將符號(hào)受損面積達(dá)50%的條碼符號(hào)所含信息復(fù)現(xiàn)出來；PDF417可以把編碼信息按密碼格式進(jìn)行編碼，以防止偽造條碼符號(hào)或非法使用有關(guān)編碼的信息。因此，可以將數(shù)據(jù)量不大但非常重要的信息按照某種二維條碼的格式進(jìn)行編碼。

本文是將二維條碼用在物品投遞過程中，即把物品的信息（如寄信人地址、姓名、身份證號(hào)，收信人地址、姓名、身份證號(hào)以及郵資等信息）制成二維條碼，打印出來貼在物品上，以便傳遞信息。通過掌上嵌入式的條碼識(shí)讀設(shè)備，對(duì)條碼進(jìn)行譯碼。在掌上嵌入式設(shè)備工作過程中，譯碼的信息可以和其它輸入的信息重新編碼，完成對(duì)數(shù)據(jù)再加密的過程。

1.2 PDF417條碼的結(jié)構(gòu)

　　四一七條碼符號(hào)是一個(gè)多行結(jié)構(gòu)。符號(hào)的頂部和底部為空白區(qū)。上下空白區(qū)之間為多行結(jié)構(gòu)。每行數(shù)據(jù)符號(hào)字符數(shù)相同，行與行左右對(duì)齊直接銜接。其最小行數(shù)為3，最大行數(shù)為90，見圖1。每行構(gòu)成如下：

　　a) 左空白區(qū)；b)起始符；c) 左行指示符號(hào)字符；d) 1～30個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)字符；e)右行指示符號(hào)字符；f) 終止符；g)右空白區(qū)。

1.3 PDF417條碼的模式結(jié)構(gòu)

　　四一七條碼在編碼時(shí)，首先對(duì)未編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。四一七條碼有三種數(shù)據(jù)壓縮模式：文本壓縮模式(TC)、字節(jié)壓縮模式(BC)、數(shù)字壓縮模式(NC)。每種模式結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)不同的算法，通過應(yīng)用模式鎖定/轉(zhuǎn)移(latch/shift)碼字，可在一個(gè)四一七條碼符號(hào)中應(yīng)用一種或者多種模式表示數(shù)據(jù)。圖2為四一七條碼的模式切換圖，其中900、901/924、902分別對(duì)應(yīng)TC、BC和NC的壓縮模式，913為L(zhǎng)atch/shift碼字。

1.4 PDF417條碼的錯(cuò)誤糾正等級(jí)

　　四一七條碼的錯(cuò)誤糾正等級(jí)可由用戶選擇。每種錯(cuò)誤糾正等級(jí)所對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤糾正碼字?jǐn)?shù)目為2的糾正等級(jí)次方。對(duì)于開放式系統(tǒng)，不同數(shù)量的編碼數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤糾正等級(jí)推薦值見表1。

表1 四一七條碼的推薦錯(cuò)誤糾正等級(jí)

　　在四一七條碼符號(hào)容易損壞的場(chǎng)所，建議選用較高的錯(cuò)誤糾正等級(jí)；在封閉系統(tǒng)中，可選用低于推薦錯(cuò)誤糾正等級(jí)的錯(cuò)誤糾正等級(jí)。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件總體結(jié)構(gòu)[1]

　　物流信息采集終端設(shè)計(jì)方案的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。設(shè)計(jì)方案的主要組成部分包括微處理器、掃描頭接口模塊（SE923HS）、液晶顯示及觸摸模塊以及外部的32KB RAM，還有電源模塊和微處理器監(jiān)控模塊等其它模塊。

2.2 SE923HS掃描頭及其接口設(shè)計(jì)[2]

　　掃描頭的主要功能是讀出二維條碼上的信息；在讀出信息的同時(shí)，完成一定的解碼和糾錯(cuò)功能。本課題采用SE923HS型號(hào)的掃描頭。它是Symbol公司生產(chǎn)的微型條碼讀入設(shè)備，可以對(duì)UPC/EAN、CODE128、CODE39和PDF417等條碼進(jìn)行譯碼。它能嵌入到用戶的設(shè)備中，完成數(shù)據(jù)采集的功能。SE923HS大小約為3cm3，通過12根引線和外界相連。表2給出了SE923HS的引腳說明。

　　根據(jù)表2給出的接口說明，設(shè)計(jì)了SE923HS與微控制器的硬件接口，如圖4所示。

表2 SE923H的引腳說明

3 譯碼和編碼的實(shí)現(xiàn)

3.1 軟件總體流程