Види двомірних 2D штрих-кодів

Багато років штрих-коди використовувалися як ідентифікатори машинно-читаних предметів. Етикетка товару містила унікальний серійний номер, закодований у вигляді чорних та білих смуг, який служив ключем до бази даних, що містить докладну інформацію про товар. Зв'язок із базою даних для отримання докладної інформації мав сканер штрих-коду. Але багато користувачів потребували кодування більшого обсягу інформації. Їм був потрібний штрихкод, що виконує роль портативної бази даних, а не ключа до неї.
Ідея створення портативної бази даних почала розвиватися в 1984 році, коли Automotive Industry Action Group (AIAG) опублікувала стандарт для маркування вантажів і деталей, що містить чотири "стекові" ("stacked" - тобто "поставлені один на інший") штрих-коду Code 39. Ці коди містили номер (ідентифікатор) деталі, кількість, відправника та серійний номер.

Перший дійсно двомірний код був представлений фірмою Intermec Corporation в 1988 році, коли був анонсований Code 49. Після цього код переглядався і вдосконалювався для зменшення площі, необхідної для розміщення закодованої інформації. Сьогодні для опису цього нового класу символік використовуються кілька назв: двомірний - Two-dimensional code) або 2D code. Для швидкого зчитування таких штрих-кодів винайшли нові двовимірні сканери штрих-кодів.

Назви "стекова символіка" (stacked symbology) або "багаторядний код" (multi-row code) більш точно відображають сутність серії лінійних (односпрямованих) штрих-кодів. Дані кодуються у вигляді кількох рядків штрихів і пропусків змінної ширини. Назва матричний код (Matrix code) застосовується для позначення двомірних кодів, заснованих на розташуванні чорних цяток (елементів) усередині матриці. Кожен чорний елемент має певний розмір та позиція елемента кодує дані. Звичайний штрихкод має "вертикальну надмірність", що означає, що та сама інформація повторюється по вертикалі. Це справді одновимірний штрихкод. Висота штрихів може бути зменшена без втрати інформації. Однак, вертикальна надмірність дозволяє штрих-коду, що має дефекти друку (наприклад плями або просвіти), зберігати читання. 

Двовимірний код містить інформацію як по горизонталі, так і по вертикалі. Фактично, будь-який друкований текст є аналогом двомірного коду. Оскільки обидва напрями містять інформацію, втрачається можливість використання вертикальної надмірності. Для запобігання втраті читання та забезпечення швидкості зчитування повинна використовуватись інша технологія. Боротьба з помилками забезпечується досить просто - більшість двомірних кодів використовують спеціальні контрольні суми, що дозволяють гарантувати достовірність інформації, що вводиться. Спочатку двомірні коди розроблялися для додатків, що не дають місця, достатнього для розміщення звичайного ідентифікатора штрихкоду. Першим застосуванням таких символів стали фасування лікарських засобів у охороні здоров'я. Ці фасування малі за розмірами та мають мало місця для розміщення штрих-коду. Електронна промисловість також виявляє інтерес до кодів високої щільності та двомірних кодів у зв'язку із зменшенням розмірів елементів та виробів. Пізніше можливість кодування портативної бази даних зробила двомірні символіки привабливими додатків, у яких мінімізація розміру коду перестав бути основним вимогою. Наприклад, зберігання імені, адреси та демографічної інформації на картках прямої комерційної розсилки (direct mail business reply cards). Позитивний відгук такої розсилки часто становить менше двох відсотків загального обсягу поширених карток. Якщо повернена картка містить лише ідентифікатор, що є ключем до бази даних, то ймовірно, що кілька карток доведеться звіряти з величезною базою даних, що містить мільйони імен. Це вимагатиме великих витрат на комп'ютерну обробку та зберігання такої бази. Якщо вся важлива інформація буде надрукована одночасно з печаткою пропозиції на картці, істотного збільшення витрат не відбудеться, а інформація буде швидко введена з картки до комп'ютера.

Схожа економія може бути досягнута за необхідності введення даних у "польових умовах". Працівнику набагато зручніше вважати двомірний штрих-код за допомогою портативного пристрою, ніж додзвонюватися до комп'ютера, розташованого в офісі. Сьогодні розроблено понад 20 різних символік двовимірних штрих-кодів. Найбільш популярні коди PDF417, Datamatrix, Aztec. Стекова символіка PDF417 була введена в 1991 фірмою Symbol Technologies. PDF походить від скорочення Portable Data File (Портативний Файл Даних), штрихкодовий символ складається з 17 модулів, кожен з яких містить 4 штрихи та пробіли (звідси номер 417). Штрихкод відкритий для загального користування. Структура коду підтримує кодування максимальної кількості від 1000 до 2000 символів в одному коді при інформаційній щільності від 100 до 340 символів. Кожен код містить стартову та стопову групи штрихів, що збільшують висоту штрих-коду. Код PDF417 прочитується за допомогою спеціального лазерного або CCD-сканера. Для друку коду слід використовувати принтери з гарною роздільною здатністю (термотрансферні або лазерні). Micro PDF417 походить від коду PDF417. Код має обмежений набір розмірів символів та фіксований рівень корекції помилок для кожного розміру символу. Розміри модуля визначаються користувачем, тому код може друкуватись на різних принтерах. Символіка дозволяє зберігати до 150 байт, 250 алфавітно-цифрових символів або 366 цифр. Це здійснюється вибором однієї з трьох модифікацій коду: байтовий, текстовий чи цифровий.

Режим текстовий підтримує друковані символи ASCII з кодами від 32 до 126 включно, а також деякі контрольні символи. Байтовий код забезпечує кодування всіх 256 можливих 8-бітових величин. Цей набір включає всі символи ASCII від 0 до 127 включно, а також національні символи. MicroPDF417 розроблений для додатків, що вимагають меншого розміру символів, ніж допускає PDF417. Aztec CodeAztec Code введений Енді Лонгейсром (Andy Longacre) у 1995 році та відкритий для загального використання. Aztec Code розроблений для легкого друку та легкого розшифрування. Штрихкод є квадратною матрицею з концентричними квадратами в центрі, які служать для визначення позиції коду щодо сканера і мірною лінійкою по краю коду. Найменший штрих-код Aztec має площу 15x15 модулів, найбільший - 151x151. Мінімальний код Aztec кодує 13 цифр або 12 букв, а максимальний – 3832 цифри, або 3067 букв, або 1914 байт даних. Символіка не потребує вільної зони навколо штрих-коду. Існують 32 градації розміру коду з можливістю установки захисту від помилок за методом Ріда-Соломона (Reed-Solomon) від 5% до 95% від області коду. Рекомендований рівень - 23% ємності коду плюс 3 кодові слова. Кодуються всі 8-бітові значення. Величини 0 - 127 представляються як набору символів ASCII, значення 128-255 представляються як ISO 8859-1, Latin Alphabet No.1.

Крім даних, можна закодувати два службові символи: FNC1 для сумісності з деякими існуючими програмами та ECI (escape-послідовність) для стандартизованого кодування повідомлень. Small Aztec Code є спеціальною портативною версією Aztec Code для кодування коротких повідомлень (до 95 символів). Площа, що займається кодом, економиться за рахунок видалення одного набору кілець (квадратів) у зоні орієнтування коду, скорочення мірної лінійки та обмеження довжини повідомлення, проте метод кодування той же, що і в стандартному Aztec Code. Small Aztec повністю сумісний з декодером стандартного Aztec Code, тому обидва типи коду можуть одночасно використовуватися в одному додатку. Чотири розміри можливі для Small Aztec. Як і в стандартному Aztec, коди першого та другого рівня використовують 6-бітові кодові слова для корекції помилок, тоді як коди третього та четвертого рівнів використовують 8-бітові кодові слова. Хоча код четвертого рівня підтримує 76 кодових слів, не більше 64 з них можуть бути використані для даних, так що ємність коду Small Aztec обмежена кодуванням 512 біт даних (зазвичай близько 95 символів або 120 цифр).

Data Matrix Код від фірми CiMatrix є двомірним кодом, розробленим для розміщення великого обсягу інформації на обмеженій площі поверхні. Штрих-код Data Matrix може зберігати від одного до 500 символів. Код може масштабуватися від 1-mil щільності до 14-дюймової площі. Це означає, що код Data Matrix має теоретичну максимальну густину 500 мільйонів символів на дюйм! На практиці щільність, звичайно, обмежується роздільною здатністю друкувальних пристроїв та сканерів. Код має кілька інших цікавих рис. Оскільки інформація кодується абсолютною позицією елемента всередині коду, тобто. позицією щодо меж коду, код не такий чутливий до дефектів друку, як традиційний штрих-код. Схема кодування має високий рівень надмірності, дані розосереджені всередині символу штрихкоду. Це дозволяє зберігати читання коду під час його часткового пошкодження або втрати частини коду. Кожен код має вимірювальні лінійки, які виглядають суцільною лінією по одному краю символу і рівномірно розташовані квадратні точки однакового розміру по іншому краю. Ці лінійки використовуються визначення орієнтації і щільності коду. Існують два основні набори символів. Вони використовують згорнуте кодування для корекції помилок, яке використовувалося в перших версіях коду Datamatrix, ці версії описані як ECC-000. ECC-140. Другий набір описаний як ECC-200 та використовує метод Ріда-Соломона (Reed-Solomon) корекції помилок. Символи ECC-000.140 завжди мають непарну кількість модулів по кожній стороні квадрата. Символи ECC-200 завжди містять парне число елементів з кожної із сторін. Максимальна ємність символу ECC-200 становить 3116 цифр або 2335 букв у символі, що складається із 144 модулів. Найбільш популярними для Datamatrix є маркування невеликих предметів, таких як електронні елементи та друковані плати електронних приладів. Ці програми використовують здатність Datamatrix розмістити приблизно 50 символів у коді розміром 3 мм і той факт, що код може бути прочитаний при 20% контрастності друку.