基于VC++的二維條碼PDF417編解碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：二堆條碼PDF417因具有信息容量大、糾錯(cuò)能力強(qiáng)、編碼范圍廣、應(yīng)用方便高效等諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。本文基于此在簡(jiǎn)要介紹二維條碼PDF417的結(jié)構(gòu)和編解碼原理的基礎(chǔ)上，利用VC++6．0作為開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)了對(duì)二維條碼PDF417編解碼軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)切實(shí)可行，可準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)二維條碼PDF417的編解碼和打印工作，可作為二維條碼PDF417應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：PDF417；二維條碼；編解碼；VC++

    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(shí)現(xiàn)證件及卡片等大容量、高可靠性信息自動(dòng)存儲(chǔ)、攜帶并可用機(jī)器自動(dòng)識(shí)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(jìn)行編碼。它作為一種新的信息存儲(chǔ)和傳遞技術(shù)，從誕生之初就受到了國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。經(jīng)過幾年的努力，現(xiàn)已被廣泛地應(yīng)用在國(guó)防、公共安全、交通運(yùn)輸、工業(yè)、商業(yè)、金融、海關(guān)及政府管理等領(lǐng)域。PDF417最大的優(yōu)勢(shì)在于其龐大的數(shù)據(jù)容量和極強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，同時(shí)對(duì)印制要求不高，可用多種閱讀設(shè)備閱讀，另外，碼制已公開且形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)也已制定了PDF417碼的國(guó)標(biāo)。此外，二維條碼還具有成本低、信息可隨載體移動(dòng)、不依賴于數(shù)據(jù)庫和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、保密防偽性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，再結(jié)合我國(guó)人口多、底子薄、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)投資資金難度較大、對(duì)證件的防偽措施要求較高等特點(diǎn)，可以預(yù)見，二維條碼PDF417在我國(guó)極有推廣價(jià)值。本文結(jié)合此情況對(duì)PDF417的編碼和解碼進(jìn)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(jiǎn)介
1．1 二維條碼PDF417結(jié)構(gòu)
    PDF417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)符合字符數(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，符號(hào)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

    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)。其中每一符號(hào)字符由4個(gè)條和4個(gè)空構(gòu)成，自左向右從條開始，每一個(gè)條或空包含1～6個(gè)模塊，在一個(gè)符號(hào)字符中，4個(gè)條和4個(gè)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：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(gè)條碼符號(hào)編碼中，可通過應(yīng)用模式鎖定／轉(zhuǎn)移(Latch／Shift)碼字進(jìn)而運(yùn)用多種模式表示數(shù)據(jù)。
    文本壓縮模式(TC)主要包括4個(gè)子模式：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(biāo)點(diǎn)型子模式(Punctuation)。子模式的設(shè)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(gè)字符對(duì)應(yīng)一個(gè)值(0～29)，這樣可用一個(gè)單獨(dú)的碼字表示一個(gè)字符對(duì)，表示字符對(duì)的碼字計(jì)算公式如下：碼字=30xH+L，其中：
H、L分別表示字符對(duì)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(gè)數(shù)字位用一個(gè)碼字表示，一般當(dāng)連續(xù)的數(shù)字位數(shù)大于13時(shí)用此種模式。在數(shù)字模式下，根據(jù)以下算法對(duì)數(shù)字位進(jìn)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(gè)。  2)對(duì)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(dǎo)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(duì)其進(jìn)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(duì)于字節(jié)壓縮模式，有兩個(gè)模式鎖定(901，924)。當(dāng)所要表示的字節(jié)總數(shù)不是6的倍數(shù)時(shí)，用模式鎖定901；當(dāng)所要表示的字節(jié)總數(shù)是6的倍數(shù)時(shí)，用模式鎖定924。在應(yīng)用模式鎖定924的情況下，6個(gè)字節(jié)可通過基256至基900的轉(zhuǎn)換用5個(gè)碼字表示，從左到右進(jìn)行轉(zhuǎn)換。例如：一個(gè)二位16進(jìn)制的數(shù)據(jù)序列01H，02H，03H，04H，05H，06H(H代表16進(jìn)制)可表示為一個(gè)碼字序列924，1，620，89，74，846。
1．3 錯(cuò)誤檢測(cè)與糾正碼字的計(jì)算
    對(duì)于一組給定的數(shù)據(jù)碼字，錯(cuò)誤糾正碼字根據(jù)Reed Solomon錯(cuò)誤控制碼算法來計(jì)算。
    第一步：建立符號(hào)數(shù)據(jù)多項(xiàng)式。
    符號(hào)多項(xiàng)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(xiàng)式。
    k個(gè)錯(cuò)誤糾正碼字的生成多項(xiàng)式如下：
    
    式中k為錯(cuò)誤糾正碼字ci(i=0…k-2，k-1)的個(gè)數(shù)。
    第三步：錯(cuò)誤糾正碼字ci的計(jì)算。
    對(duì)一組給定的數(shù)據(jù)碼字和一選定的錯(cuò)誤糾正等級(jí)，ci為符號(hào)數(shù)據(jù)多項(xiàng)d(x)式乘以xk，然后除以生成多項(xiàng)式g(x)，所得余式的各系數(shù)的補(bǔ)數(shù)。

2 二維條碼PDF417編解碼軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 軟件系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)
    本文采用VC++6．0作為軟件系統(tǒng)開發(fā)工具，搭建前臺(tái)人機(jī)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(cuò)等級(jí)和條碼列數(shù)的設(shè)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(duì)條碼進(jìn)行解碼。在其他按鈕操作區(qū)主要實(shí)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(shí)現(xiàn)
    由于二維條碼PDF417可將照片、聲音、文本等多種信息進(jìn)行編碼，本文實(shí)現(xiàn)的是常用的文本信息編碼。計(jì)算機(jī)編碼就是指將相關(guān)文本信息轉(zhuǎn)換成可實(shí)現(xiàn)條碼繪制的碼字，同時(shí)再加入相關(guān)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(jìn)一步轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的條空相間(黑白相間)的符號(hào)字符，最后計(jì)算機(jī)繪制出這些黑白相間的條空，即得到本文實(shí)現(xiàn)的PDF417二維條碼圖像。具體的軟件實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。

2．3 PDF417條碼軟件解碼實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)條碼的識(shí)別，而且還可以進(jìn)一步驗(yàn)證編碼的正確性。首先計(jì)算機(jī)要獲取到待解碼的PDF417二維條碼，然后對(duì)該條碼進(jìn)行全部掃描，并將掃描結(jié)果存在一個(gè)二維數(shù)組中，接下來將掃描到的條碼符號(hào)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(guān)文本信息并在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來。本文通過對(duì)系統(tǒng)編碼實(shí)現(xiàn)的PDF417二維條碼進(jìn)行解碼對(duì)比，解碼得到的文本信息和編碼時(shí)輸入的文本信息完全一致，也進(jìn)一步驗(yàn)證了編碼的準(zhǔn)確性。
2．4 軟件系統(tǒng)驗(yàn)證
    以原始條碼文本信息“長(zhǎng)安大學(xué)直屬國(guó)家教育部，是教育部和交通運(yùn)輸部、陜西省人民政府共建的國(guó)家211工程重點(diǎn)建設(shè)大學(xué)01234567 89abcdefghPDF417”為例，利用該系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行編碼和解碼，其中糾錯(cuò)等級(jí)和條碼列數(shù)分別設(shè)置為1和5，實(shí)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(diǎn)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。

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(chǔ)上，以VC++6．0為開發(fā)環(huán)境，開出一套簡(jiǎn)易的二維條碼PDF417編解碼系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)漢字、字母、數(shù)字等文本信息進(jìn)行編碼，以及對(duì)該系統(tǒng)生成的PDF417二維條碼進(jìn)行解碼。該系統(tǒng)編碼精確，速度快，方便靈活，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(guān)硬件控制設(shè)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(guó)有著廣闊的應(yīng)用前景，PDF417二維條碼技術(shù)在我國(guó)的推廣應(yīng)用也必將為我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)代化的經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來可觀的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。