基于VC++的二維條碼PDF417編解碼系統(tǒng)設計

黃 樂，王 斌，王衛(wèi)亞

（長安大學 信息工程學院，陜西 西安 710064）

二維條碼PDF417是一種高密度、高信息含量的便攜式數(shù)據(jù)文件，是實現(xiàn)證件及卡片等大容量、高可靠性信息自動存儲、攜帶并可用機器自動識讀的理想手段。它可以將照片、指紋、掌紋、簽字、聲音、文字等凡可數(shù)字化的信息進行編碼。它作為一種新的信息存儲和傳遞技術，從誕生之初就受到了國際社會的廣泛關注。經(jīng)過幾年的努力，現(xiàn)已被廣泛地應用在國防、公共安全、交通運輸、工業(yè)、商業(yè)、金融、海關及政府管理等領域。PDF417最大的優(yōu)勢在于其龐大的數(shù)據(jù)容量和極強的糾錯能力，同時對印制要求不高，可用多種閱讀設備閱讀，另外，碼制已公開且形成國際標準，我國也已制定了PDF417碼的國標。此外，二維條碼還具有成本低、信息可隨載體移動、不依賴于數(shù)據(jù)庫和計算機網(wǎng)絡、保密防偽性強等優(yōu)點，再結(jié)合我國人口多、底子薄、計算機網(wǎng)絡投資資金難度較大、對證件的防偽措施要求較高等特點，可以預見，二維條碼PDF417在我國極有推廣價值。本文結(jié)合此情況對PDF417的編碼和解碼進行分析和研究，開發(fā)出一套二維條碼PDF417編碼和解碼系統(tǒng)。

1 二維條碼PDF417簡介

1.1 二維條碼PDF417結(jié)構(gòu)

PDF417條碼符號是一個多行結(jié)構(gòu)[1-2]。符號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)符合字符數(shù)相同，行與行左右對齊直接銜接，其最小行數(shù)為3，最大行數(shù)為90，符號結(jié)構(gòu)圖如圖1所示[1]。

圖1 PDF417條碼符號結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of PDF417 barcode symbol

每行構(gòu)成如下：（A）左空白區(qū)；（B）起始符；（C）左行指示符號字符；（D）1～30個數(shù)據(jù)符號字符；（E）右行指示符號字符；（F）終止符；（G）右空白區(qū)。其中每一符號字符由4個條和4個空構(gòu)成，自左向右從條開始，每一個條或空包含1～6個模塊，在一個符號字符中，4個條和4個空的總模塊數(shù)為17，因此稱之為417碼。

1.2 二維條碼PDF417編碼原理

PDF417有 3種數(shù)據(jù)壓縮模式[1]：文本壓縮模式（TC）、數(shù)字壓縮模式（NC）和字節(jié)壓縮模式（BC）。在一個條碼符號編碼中，可通過應用模式鎖定/轉(zhuǎn)移（Latch/Shift）碼字進而運用多種模式表示數(shù)據(jù)。

文本壓縮模式（TC）主要包括4個子模式[3]：大寫字母型子模式（Alpha）、小寫字母型子模式（Lower Case）、混合型子模式（Mixed）和標點型子模式（Punctuation）。子模式的設置是為了更有效地表示數(shù)據(jù)，每種子模式選擇了文件中出現(xiàn)頻率較高的一組字符組成的字符集。在子模式中，每一個字符對應一個值 （0～29），這樣可用一個單獨的碼字表示一個字符對，表示字符對的碼字計算公式如下：碼字=30×H+L，其中：H、L分別表示字符對中的高位和低位字符值。

數(shù)字壓縮模式（NC）是指從基10至基900的數(shù)據(jù)壓縮的一種方法。它能把約3個數(shù)字位用一個碼字表示，一般當連續(xù)的數(shù)字位數(shù)大于13時用此種模式。在數(shù)字模式下，根據(jù)以下算法對數(shù)字位進行編碼：1）將數(shù)字序列從左向右每44位分為一組，最后一組包含的數(shù)字位可少于44個。2）對每一組數(shù)字：首先在數(shù)字序列前加一位有效數(shù)字1（即前導位），然后執(zhí)行基10至基900的轉(zhuǎn)換。例如：數(shù)字序列000213298174000的表示過程為：首先，對其進行分組。因其共有15位，故只有一組；其次，在其最左邊加1，將得到數(shù)字序列1000213298174000；最后將其轉(zhuǎn)移成基900的碼字序列，結(jié)果為：1，624，434，632，282，200。

字節(jié)壓縮模式（BC）是通過基256至基900的轉(zhuǎn)換，將字節(jié)序列轉(zhuǎn)換為碼字序列。對于字節(jié)壓縮模式，有兩個模式鎖定（901，924）。當所要表示的字節(jié)總數(shù)不是6的倍數(shù)時，用模式鎖定901；當所要表示的字節(jié)總數(shù)是6的倍數(shù)時，用模式鎖定924。在應用模式鎖定924的情況下，6個字節(jié)可通過基256至基900的轉(zhuǎn)換用5個碼字表示，從左到右進行轉(zhuǎn)換。例如：一個二位16進制的數(shù)據(jù)序列01H，02H，03H，04H，05H，06H （H代表16進制）可表示為一個碼字序列924，1，620，89，74，846。

1.3 錯誤檢測與糾正碼字的計算

對于一組給定的數(shù)據(jù)碼字，錯誤糾正碼字根據(jù)Reed-Solomon 錯 誤控制碼算法來計算[1，4-5]。

第一步：建立符號數(shù)據(jù)多項式。

符號多項式如下：

式中di是數(shù)據(jù)碼字。

第二步：建立糾正碼字的生成多項式。

k個錯誤糾正碼字的生成多項式如下：

式中 k為錯誤糾正碼字 ci（i=0...k-2，k-1）的個數(shù)。

第三步：錯誤糾正碼字ci的計算。

對一組給定的數(shù)據(jù)碼字和一選定的錯誤糾正等級，ci為符號數(shù)據(jù)多項 d（x）式乘以 xk，然后除以生成多項式 g（x），所得余式的各系數(shù)的補數(shù)。

2 二維條碼PDF417編解碼軟件系統(tǒng)設計

2.1 軟件系統(tǒng)界面設計

本文采用VC++6.0作為軟件系統(tǒng)開發(fā)工具，搭建前臺人機界面，該界面主要分為3部分，分別是編碼區(qū)、解碼區(qū)和其他按鈕操作區(qū)。在編碼區(qū)主要操作有編碼文本輸入、糾錯等級和條碼列數(shù)的設置、條碼的生成及保存。在解碼區(qū)主要操作有選擇待解碼的條碼和對條碼進行解碼。在其他按鈕操作區(qū)主要實現(xiàn)條碼的打印和退出系統(tǒng)的功能。

2.2 PDF417條碼軟件編碼實現(xiàn)

由于二維條碼PDF417可將照片、聲音、文本等多種信息進行編碼，本文實現(xiàn)的是常用的文本信息編碼。計算機編碼就是指將相關文本信息轉(zhuǎn)換成可實現(xiàn)條碼繪制的碼字，同時再加入相關的附加信息?；玖鞒蹋豪镁幋a算法將文本信息轉(zhuǎn)換成PDF417碼字，然后通過查詢數(shù)據(jù)庫將碼字進一步轉(zhuǎn)換成相對應的條空相間（黑白相間）的符號字符，最后計算機繪制出這些黑白相間的條空，即得到本文實現(xiàn)的PDF417二維條碼圖像。具體的軟件實現(xiàn)流程如圖2所示[5]。

圖2 二維條碼PDF417編碼流程圖Fig.2 Flow chart of 2d barcode PDF417 encoding

2.3 PDF417條碼軟件解碼實現(xiàn)

理論上，解碼的過程是編碼的逆過程，通過解碼不但可以實現(xiàn)對條碼的識別，而且還可以進一步驗證編碼的正確性。首先計算機要獲取到待解碼的PDF417二維條碼，然后對該條碼進行全部掃描，并將掃描結(jié)果存在一個二維數(shù)組中，接下來將掃描到的條碼符號轉(zhuǎn)換成碼字，再將碼字按照不同的編碼規(guī)則轉(zhuǎn)化為可讀的字符、漢字等相關文本信息并在計算機屏幕上顯示出來[6]。本文通過對系統(tǒng)編碼實現(xiàn)的PDF417二維條碼進行解碼對比，解碼得到的文本信息和編碼時輸入的文本信息完全一致，也進一步驗證了編碼的準確性。

2.4 軟件系統(tǒng)驗證

以原始條碼文本信息“長安大學直屬國家教育部，是教育部和交通運輸部、陜西省人民政府共建的國家211工程重點建設大學0123456789abcdefghPDF417”為例，利用該系統(tǒng)對其進行編碼和解碼，其中糾錯等級和條碼列數(shù)分別設置為1和5，實現(xiàn)界面如圖3所示，最終編碼生成的PDF417二維條碼如圖4所示，以bmp格式將其保存在指定的文件夾中。最后點擊打印編碼按鈕，選擇以Adobe PDF Converter類型打印編碼后的PDF417二維條碼，結(jié)果如圖5所示。

圖3 二維條碼PDF417編解碼軟件實現(xiàn)界面Fig.3 Software interface of 2d barcode PDF417 codec

圖4 二維條碼PDF417編碼實驗結(jié)果Fig.4 Experiment result of 2d barcode PDF417 encoding

圖5 二維條碼PDF417編碼打印測試結(jié)果Fig.5 Result of 2d barcode PDF417 print test

3 結(jié)束語

文中在分析和研究二維條碼PDF417的結(jié)構(gòu)和編解碼原理的基礎上，以VC++6.0為開發(fā)環(huán)境，開出一套簡易的二維條碼PDF417編解碼系統(tǒng)，實現(xiàn)了對漢字、字母、數(shù)字等文本信息進行編碼，以及對該系統(tǒng)生成的PDF417二維條碼進行解碼。該系統(tǒng)編碼精確，速度快，方便靈活，同時還實現(xiàn)了對編碼后的PDF417二維條碼的解碼和打印。此外，該系統(tǒng)再配置上其它相關硬件控制設備，即可制成一套PDF417二維條碼打印和掃描系統(tǒng)。總之，二維條碼在我國有著廣闊的應用前景，PDF417二維條碼技術在我國的推廣應用也必將為我國信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)代化的經(jīng)濟建設帶來可觀的社會效益和經(jīng)濟效益。

[1]中華人民共和國國家標準GB/T17172-1997.四一七條碼[S].1997.

[2]謝金龍，武獻宇，楊立雄，等.PDF417二維條碼的設計與實現(xiàn)[J].物流工程與管理，2011，33（4）：88-89.XIE Jin-long， WU Xian-yu， YANG Li-xiong， et al.Design and implementation of two-dimension barcode[J].Logistics Engineering and Management，2011，33（4）：88-89.

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[6]李媛，李紅星，張益農(nóng).二維編解碼技術研究與應用[J].北京聯(lián)合大學學報：自然科學版，2007，21（4）：10-14.LI Yuan， LI Hong-xing， ZHANG Yi-nong.Research and Application of Encoding and Decoding on two-dimension bar code [J].Journal of Beijing Union University：Natural Sciences，2007，21（4）：10-14.