基于VC++的二維條碼PDF417編解碼系統設計

摘要：二堆條碼PDF417因具有信息容量大、糾錯能力強、編碼范圍廣、應用方便高效等諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應用。本文基于此在簡(jiǎn)要介紹二維條碼PDF417的結構和編解碼原理的基礎上，利用VC++6．0作為開(kāi)發(fā)工具，實(shí)現了對二維條碼PDF417編解碼軟件系統的設計和開(kāi)發(fā)。實(shí)驗表明，該系統切實(shí)可行，可準確的實(shí)現二維條碼PDF417的編解碼和打印工作，可作為二維條碼PDF417應用系統的開(kāi)發(fā)基礎。
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據文件，是實(shí)現證件及卡片等大容量、高可靠性信息自動(dòng)存儲、攜帶并可用機器自動(dòng)識讀的理想手段。它可以將照片、指紋、掌紋、簽字、聲音、文字等凡可數字化的信息進(jìn)行編碼。它作為一種新的信息存儲和傳遞技術(shù)，從誕生之初就受到了國際社會(huì )的廣泛關(guān)注。經(jīng)過(guò)幾年的努力，現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(guān)及政府管理等領(lǐng)域。PDF417最大的優(yōu)勢在于其龐大的數據容量和極強的糾錯能力，同時(shí)對印制要求不高，可用多種閱讀設備閱讀，另外，碼制已公開(kāi)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(dòng)、不依賴(lài)于數據庫和計算機網(wǎng)絡(luò )、保密防偽性強等優(yōu)點(diǎn)，再結合我國人口多、底子薄、計算機網(wǎng)絡(luò )投資資金難度較大、對證件的防偽措施要求較高等特點(diǎn)，可以預見(jiàn)，二維條碼PDF417在我國極有推廣價(jià)值。本文結合此情況對PDF417的編碼和解碼進(jìn)行分析和研究，開(kāi)發(fā)出一套二維條碼PDF417編碼和解碼系統。

1 二維條碼PDF417簡(jiǎn)介
1．1 二維條碼PDF417結構
PDF417條碼符號是一個(gè)多行結構。符號的頂部和底部為空白區，上下空白區之間為多行結構。每行數據符合字符數相同，行與行左右對齊直接銜接，其最小行數為3，最大行數為90，符號結構圖如圖1所示。

每行構成如下：(A)左空白區；(B)起始符；(C)左行指示符號字符；(D)1～30個(gè)數據符號字符；(E)右行指示符號字符；(F)終止符；(G)右空白區。其中每一符號字符由4個(gè)條和4個(gè)空構成，自左向右從條開(kāi)始，每一個(gè)條或空包含1～6個(gè)模塊，在一個(gè)符號字符中，4個(gè)條和4個(gè)空的總模塊數為17，因此稱(chēng)之為417碼。
1．2 二維條碼PDF417編碼原理
PDF417有3種數據壓縮模式：文本壓縮模式(TC)、數字壓縮模式(NC)和字節壓縮模式(BC)。在一個(gè)條碼符號編碼中，可通過(guò)應用模式鎖定／轉移(Latch／Shift)碼字進(jìn)而運用多種模式表示數據。
文本壓縮模式(TC)主要包括4個(gè)子模式：大寫(xiě)字母型子模式(Alpha)、小寫(xiě)字母型子模式(Lower Case)、混合型子模式(Mixed)和標點(diǎn)型子模式(Punctuation)。子模式的設置是為了更有效地表示數據，每種子模式選擇了文件中出現頻率較高的一組字符組成的字符集。在子模式中，每一個(gè)字符對應一個(gè)值(0～29)，這樣可用一個(gè)單獨的碼字表示一個(gè)字符對，表示字符對的碼字計算公式如下：碼字=30xH+L，其中：
H、L分別表示字符對中的高位和低位字符值。
數字壓縮模式(NC)是指從基10至基900的數據壓縮的一種方法。它能把約3個(gè)數字位用一個(gè)碼字表示，一般當連續的數字位數大于13時(shí)用此種模式。在數字模式下，根據以下算法對數字位進(jìn)行編碼：1)將數字序列從左向右每44位分為一組，最后一組包含的數字位可少于44個(gè)。 2)對每一組數字：首先在數字序列前加一位有效數字1(即前導位)，然后執行基10至基900的轉換。例如：數字序列000213298174000的表示過(guò)程為：首先，對其進(jìn)行分組。因其共有15位，故只有一組；其次，在其最左邊加1，將得到數字序列1000213298174000；最后將其轉移成基900的碼字序列，結果為：1，624，434，632，282，200。
字節壓縮模式(BC)是通過(guò)基256至基900的轉換，將字節序列轉換為碼字序列。對于字節壓縮模式，有兩個(gè)模式鎖定(901，924)。當所要表示的字節總數不是6的倍數時(shí)，用模式鎖定901；當所要表示的字節總數是6的倍數時(shí)，用模式鎖定924。在應用模式鎖定924的情況下，6個(gè)字節可通過(guò)基256至基900的轉換用5個(gè)碼字表示，從左到右進(jìn)行轉換。例如：一個(gè)二位16進(jìn)制的數據序列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 錯誤檢測與糾正碼字的計算
對于一組給定的數據碼字，錯誤糾正碼字根據Reed Solomon錯誤控制碼算法來(lái)計算。
第一步：建立符號數據多項式。
符號多項式如下：

式中di是數據碼字。
第二步：建立糾正碼字的生成多項式。
k個(gè)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(gè)數。
第三步：錯誤糾正碼字ci的計算。
對一組給定的數據碼字和一選定的錯誤糾正等級，ci為符號數據多項d(x)式乘以xk，然后除以生成多項式g(x)，所得余式的各系數的補數。

2 二維條碼PDF417編解碼軟件系統設計
2．1 軟件系統界面設計
本文采用VC++6．0作為軟件系統開(kāi)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、解碼區和其他按鈕操作區。在編碼區主要操作有編碼文本輸入、糾錯等級和條碼列數的設置、條碼的生成及保存。在解碼區主要操作有選擇待解碼的條碼和對條碼進(jìn)行解碼。在其他按鈕操作區主要實(shí)現條碼的打印和退出系統的功能。
2．2 PDF417條碼軟件編碼實(shí)現
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)現的是常用的文本信息編碼。計算機編碼就是指將相關(guān)文本信息轉換成可實(shí)現條碼繪制的碼字，同時(shí)再加入相關(guān)的附加信息?；玖鞒蹋豪镁幋a算法將文本信息轉換成PDF417碼字，然后通過(guò)查詢(xún)數據庫將碼字進(jìn)一步轉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(shí)現的PDF417二維條碼圖像。具體的軟件實(shí)現流程如圖2所示。

2．3 PDF417條碼軟件解碼實(shí)現
理論上，解碼的過(guò)程是編碼的逆過(guò)程，通過(guò)解碼不但可以實(shí)現對條碼的識別，而且還可以進(jìn)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(jìn)行全部掃描，并將掃描結果存在一個(gè)二維數組中，接下來(lái)將掃描到的條碼符號轉換成碼字，再將碼字按照不同的編碼規則轉化為可讀的字符、漢字等相關(guān)文本信息并在計算機屏幕上顯示出來(lái)。本文通過(guò)對系統編碼實(shí)現的PDF417二維條碼進(jìn)行解碼對比，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)一步驗證了編碼的準確性。
2．4 軟件系統驗證
以原始條碼文本信息“長(cháng)安大學(xué)直屬?lài)医逃?，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(diǎn)建設大學(xué)01234567 89abcdefghPDF417”為例，利用該系統對其進(jìn)行編碼和解碼，其中糾錯等級和條碼列數分別設置為1和5，實(shí)現界面如圖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(lèi)型打印編碼后的PDF417二維條碼，結果如圖5所示。

3 結束語(yǔ)
文中在分析和研究二維條碼PDF417的結構和編解碼原理的基礎上，以VC++6．0為開(kāi)發(fā)環(huán)境，開(kāi)出一套簡(jiǎn)易的二維條碼PDF417編解碼系統，實(shí)現了對漢字、字母、數字等文本信息進(jìn)行編碼，以及對該系統生成的PDF417二維條碼進(jìn)行解碼。該系統編碼精確，速度快，方便靈活，同時(shí)還實(shí)現了對編碼后的PDF417二維條碼的解碼和打印。此外，該系統再配置上其它相關(guān)硬件控制設備，即可制成一套PDF417二維條碼打印和掃描系統?？傊?，二維條碼在我國有著(zhù)廣闊的應用前景，PDF417二維條碼技術(shù)在我國的推廣應用也必將為我國信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和現代化的經(jīng)濟建設帶來(lái)可觀(guān)的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。