Двухмерные штриховые коды (2D)

Штриховой код — это последовательность черных и белых полос, представляющая некоторую информацию в виде, удобном для считывания техническими средствами.

Потребность кодировать больше информации на меньшем пространстве привела к разработке, стандартизации и росту использования двумерных (2D) штриховых кодов. Двухмерные штрих-коды разработаны для кодирования большого объёма информации. Расшифровка такого кода проводится в двух измерениях (по горизонтали и по вертикали). Таким образом, двухмерный код, содержащий в себе не только идентификатор, но и некий набор описывающих объект реквизитов является своего рода «портативной базой данных», что позволяет обходиться без внешней базы данных, значительно расширяя сферу применения технологии штрихового кодирования. В настоящее время наиболее распространён вид двухмерного штрих-кода Aztec. В каждом символе можно выделить область мишени и область данных. Мишень представляет собой набор концентрических квадратов и служит для определения геометрического центра символа в процессе его декодирования. Существуют два основных формата символа Aztec Code: «Compact» (Компактный) символ с мишенью из двух квадратов и «Full-Range» (Полный) символ с мишенью из трех квадратов.

Там, где традиционные одномерные (1 D) штриховые коды наиболее часто работают как <номерной знак> в качестве ссылки на информацию, хранящуюся в базе данных, 2D коды выполняют те же функции, занимая в то же время гораздо меньше места, или работают непосредственно как самостоятельные базы данных, тем самым обеспечивая полную мобильность промаркированных изделий. На сегодняшний день удобство и функциональность двумерных символик сыграли значительную роль в их стандартизации, а области применения продолжают непрерывно расширяться.

Тип Stacked linear (линейный штрих-код) увеличивает информацию, которую способен хранить штрих код за счет расположения одномерных штрих кодов один над другим. Штрих коды типа Code 16K, Codablock и Code 49 — это самые ранние представители семейства двухмерных штрих кодов. Эти штрих-коды предусматривают среднюю емкость информации (до 144 символов), однако они уступают некоторым последним двухмерным штрих кодам по плотности информации и в том, что они не могут обеспечить коррекцию ошибок. Коррекция ошибок позволяла бы операторам правильно считывать даже минимально поврежденные штрих-коды.

Сложенные или стековые символики (также известные как многорядные символики) были логическим продолжением линейных кодов. Фундаментальная концепция заключалась в том, чтобы взять чрезмерно длинный символ такого кода, порезать его на сегменты и сложить их один над другим. Для того чтобы сегменты могли корректно считываться стандартным линейным сканером, к ним были добавлены специальные средства идентификации каждого сегмента и его положения. При этом первоначальное сообщение могло быть достоверно реконструировано независимо от последовательности сканирования сегментов.

«Code 49» и «Code 16K» были первыми стековыми символиками, разработанными на основе набора знаков «Code 39» и «Code 128» соответственно, а вслед за ними, с 1990 года, начал использоваться код «PDF417». Его главной особенностью стала возможность математического обнаружения и коррекции ошибок, что чрезвычайно увеличило емкость данных и надежность считывания сканером, даже если символ был частично поврежден.

«PDF417» кодирует полный набор знаков ASCII с максимальной емкостью около 2000 знаков на 25 кв.см. В европейской разработке — символике «Coda-block F» — используется стандарт на«Code128» для кодирования, печати и считывающего оборудования, чтобы иметь возможность создавать многорядные символы. Требуется специальное декодирующее программное обеспечение, чтобы реконструировать сообщение, но пользователю предлагается простой способ перехода от существующего «Code 128» к 20 кодированию.

Термин матричный код (Matrix code) обозначает двухмерный штрих код, основанный на расположении черных элементов внутри матрицы. Каждый элемент черного цвета имеет одинаковый размер, а позиция элемента кодирует данные.

Двухмерный код содержит кодированную информацию как по горизонтали, так и по вертикали. По причине того, что оба направления являются информативными, теряется возможность использования так называемой вертикальной избыточности. Однако борьба с ошибками при считывании штрих-кода обеспечивается достаточно просто — большинство стандартов двухмерных кодов используют контрольные суммы, которые позволяют гарантировать достоверность вводимой информации.

Матричные символики предложили более высокую плотность записи данных, чем стековые коды, где-то примерно между 3:1 и 4:1. Матричный код составляется из темных и светлых ячеек, которые могут быть квадратными (большинство современных матричных кодов), шестиугольными (Maxicode) или круглыми (как в точечном коде) по форме. Данные кодируются в двоичной форме (обычно темная ячейка = двоичной 1; светлая ячейка = двоичному 0), а схема декодирования использует технологии обнаружения и коррекции ошибки для создания избыточности. Различные символики отличаются по способу конвертирования данных в двоичную форму, по специфической форме расположения потока двоичных данных в символе, по используемым алгоритмам обнаружения и коррекции ошибки, по форме ячеек и, наконец, по «шаблону поиска». Он фиксирует положение ячеек и разработан таким образом, чтобы дать возможность обрабатывающему программному обеспечению быстро распознать и сориентировать символ в поле зрения сканера. 
При существующей технологии сканирования все матричные символики требуют использования сканеров, регистрирующих изображение с помощью ССD-матрицы, Это связано с тем, что значение ячейки зависит не только от её цвета, но также и от положения её в горизонтальном и вертикальном рядах. Матричные коды масштабируются, и их теоретическая информационная емкость в 1 бит на ячейку дает им большую плотность данных, чем у стековых кодов. Например, символ «Data Matrix» с размером ячейки (X размер) в 10 mil (0.25 мм) может закодировать максимум 2000 знаков, занимая около 8 кв.см., по сравнению с 25 кв.см. для тех же данных у символа «PDF417» с тем же самым Х размером.

Разновидностью матричных кодов является группа кодов, известных как точечные коды. Они состоят из групп круглых точек, отделенных друг от друга свободным пространством. Эти коды менее эффективны с точки зрения плотности, чем матричные коды, но пригодны для применений, где используются перфорированные карты, или перенос данных на носитель по трафаретам.

Немного подробнее об одном из наиболее успешно используемых двумерных кодов — о «PDF417». 
Эта двумерная, стековая символика была разработана и введена в повсеместное использование в 1990 году компанией Symbol Technologies и стандартизирована AIM в 1994 году. «PDF417» поддерживается всеми основными производителями принтеров и сканеров. PDF — это аббревиатура от Portable Data File (портативный файл данных). Каждый знак закодирован с использованием 4 штрихов и 4 пробелов, используя в итоге 17 модулей, вследствие чего появилось название «PDF417». Он кодирует до 1850 буквенно-цифровых или 2710 цифровых знаков. Высокая емкость данных позволяет кодировать всю необходимую информацию о человеке, продукте, документе или упаковке. 
Cимволику «PDF417» рекомендуется использовать в транспортной и автомобильной промышленностях на транспортных этикетках и таможенных документах.

В автомобильной промышленности Volvo Car Corporation использует этот код в процессах проверки автомобильных электрических систем в конце сборочной линии. А компания Thomson Consumer Electronics использует «PDF417» на своих заводах для маркировки отгрузочных документов, и считает его одним из экономически выгодных кодов. 
В электронном обмене данными (EDI), «PDF417» может использоваться для кодирования информации транспортной декларации в транзакциях предварительного уведомления об отправке груза(ASN). Даже если груз прибудет до транзакции электронного обмена данных, вся информация о нем содержится в символе. «PDF417» может кодировать даже бинарные данные, поэтому им возможно кодировать все, что можно оцифровывать, включая цветные фотографии и отпечатки пальцев. 
«PDF417» также используется для идентификации личности. В США некоторые штаты выпускают водительские права с закодированной на обратной стороне подробной информацией о водителе. На Западе эта символика применяется в здравоохранении для идентификации пациента и обработки претензий по страховкам. Некоторые страны, включая Бахрейн и Филиппины, используют«PDF417» на регистрационных карточках избирателей. В России «PDF417» используется на специальных акцизных марках для алкогольной продукции, как персональные носители информации, для автоматизации работы книжных издательств и маркировки мелкой продукции.