GS1数据矩阵码浅析

广西标准技术研究院 谭 欣 吴 敏 林翠霞

自动识别技术是信息数据自动识读、自动输入计算机的重要方法和手段，它是以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术。条码技术在当今自动识别技术中占有重要的地位。自动识别技术的形成过程是与条码的发明、使用和发展分不开的。条码技术分为一维码和二维码。一维码是由平行排列的宽窄不同的线条和间隔组成的二进制编码。二维码技术是在一维码无法满足实际应用需求的前提下产生的，由于受信息容量的限制，一维码通常是对物品的标识，而不是对物品的描述，而二维码能够在横向和纵向两个方向同时表达信息，因此能在很小的面积内表达大量的信息。二维码已是迄今为止最经济、实用的一种自动识别技术，如何编码才能使其在全球范围内准确唯一，且能够在任何商务流程中进行电子识读，成为贸易供应链过程各主体最关心的问题。

GS1数据矩阵码遵循GS1系统编码规则，是全球通用的二维码。全球统一编码标识系统是国际物品编码组织GS1负责开发和维护的应用于全球商贸领域的标准和商业语言，一般称为“GS1系统”。GS1系统规则指明了特定具体应用中宜使用特定的数据载体。GS1认可的数据载体有一维码、二维码和复合码，其中一维码包括EAN/UPC码、ITF码、GS1-128码和GS1 DataBar码，二维码包括GS1数据矩阵码（GS1 DataMa⁃trix）和GS1 QR码。随着二维码广泛应用，符合GS1全球通用系统规则的GS1数据矩阵码因其独特的优点在各行各业得到了前所未有的普及，特别是在药品、医疗器械和机械零部件领域得到大力推崇。但我们大多数人对GS1数据矩阵码的结构和特征等特点不甚了解，下面从定义、外观构成、技术特征、人工识读字符和制作应用场景示例等方面对GS1数据矩阵码进行简单解析，为应用者提供参考。

数据矩阵码与GS1数据矩阵码

数据矩阵码（DataMatrix）二维码原名Datacode,由美国国际资料公司（International Data Matrix,简称ID Matrix）于1989年发明。DataMatrix二维码又可分为ECC000-140和ECC200两种类型，ECC000-140具有多种不同等级的错误纠正功能，而ECC200则使用Reed-Solomon纠错方法从而使得部分破损的数据矩阵码符号也能够被正确识读。因ECC200版本的尺寸可以依需求印成不同大小，使用时采用的错误纠正码与尺寸配合，其演算法较为容易，且尺寸较有弹性，故一般以ECC200较为普遍。

GS1数据矩阵码是通过在数据矩阵码ECC200版本的第一个位置添加FNC1码字形成的，从1994年开始已经在开放环境中应用。GS1系统采用数据矩阵码部分原因是其能够编码GS1系统数据结构以及具有信息密度高、可以多种方法在不同基底上印制等GS1系统其他码制不具有的特点。GS1数据矩阵码是一种独立的矩阵式二维码，其符号由位于符号内部的多个方形模块与分布于符号外沿的寻像图形组成。

外观总体构成

GS1数据矩阵码由寻像图形和数据两个独立的部分组成，如图1所示。寻像图形也被称为“L寻像图形”，L寻像图形用于确定符号的形状，即正方形或长方形、尺寸、方向、行数和列数，且用于识读器确认该符号为GS1数据矩阵码。寻像图形的另外两边是交替的白点和黑点，被称为“时钟图案”，其定义了符号的基本结构，也可以辅助确定尺寸和变形。数据是在寻像图形内以矩阵模式进行编码，其可翻译为二进制GS1数据矩阵码符号系统字符，即数字型或数字字母型。与一维码相同，GS1数据矩阵码有一个强制的空白区位于符号周围，空白区的宽度等于四边中每一边上的符号X尺寸。每个数据矩阵码符号由若干行和列组成。GS1数据矩阵码始终具有偶数个行和列，因此其在右上角总是有一个浅色“正方形”（见图1圆圈处）。如果对GS1数据矩阵码符号进行反片印刷，这个角的颜色会变成深色。

技术特征

GS1数据矩阵码的主要技术特征有符号形状和表示、符号尺寸和符号质量等等，下面对部分主要技术特征进行简析。

符号的形状和表示

GS1数据矩阵码可选择正方形或长方形的形状印制，如图2所示。根据国际标准ISO/IEC 16022-2006《信息技术自动识别和数据采集技术数据矩阵条码符号规范》，正方形数据矩阵码符号由于具有更多的可选符号尺寸与较大的信息容量，其在日常中更常用；而高度有限的长方形数据矩阵码符号更适合一些需要高速印刷技术和印刷空间特殊的情况。

图2 正方形和长方形数据矩阵码示例

符号尺寸

GS1数据矩阵码的尺寸取决于编码信息量和编码格式、X尺寸和符号形式的选择等三个因素。其中编码信息量和编码格式为数字型或数字字母型：数字和字符按二进制位编码，由相同尺寸的模块表示。在普通的打印条件下，模块宽度用X尺寸表示，实际应用中X尺寸的范围应综合考虑应用系统的通用需求以及生成识读设备的匹配条件，并由应用标准规定。

GS1数据矩阵码的形式有正方形和长方形，为满足不同数据内容的编码需要，正方形和长方形的符号又各有多个版本。其中正方形的GS1数据矩阵码符号只存在偶数行的形式，根据表示数据容量的不同，有从10×10模块一直到144×144模块共24个符号版本，而长方形的GS1数据矩阵码则有从8×18到16×48模块共6个符号版本，其中均不包括符号周围1模块宽的空白区。大于32×32模块的GS1数据矩阵码正方形符号被校正图形分隔为4～36个数据区域，长方形符号也可被分为两个数据区。未进行颜色反转的校正图形由深浅模块交替排列形成图形以及相邻接的深色实线构成。具有四个数据区的正方形符号（左）和两个数据区的长方形符号（右）的数据矩阵码，如图3所示，其编码数据无实际意义。

图3 多数据区GS1数据矩阵码符号：正方形和长方形格式

符号质量

在应用中，涉及GS1数据矩阵码符号质量包括编码数据一致性和符号印刷质量两方面，其中编码数据一致性包含正确使用GS1应用标识符、校验位等，符号的印刷质量根据ISO/IEC 15415-2011《信息技术自动识别与数据采集技术条码符号印刷质量检验规范二维码符号》中的规定，由符号等级、符号反差、轴向不一致性、网络不一致性、未使用纠错、固有图形污损、模校调制比等参数的评价和应用扫描环境的要求综合确定。GS1数据矩阵码符号在应用场景中必须清晰可辨、印刷质量达到标准要求，即根据ISO/IEC 15415-2011,规定符号等级最低要求为1.5。同时根据实际情况，符号位置、X尺寸的最小值和最大值、创建符号的印刷工艺均需符合实际的应用标准，且设计印制全过程须做好质量控制。

人工识读字符（HRI）

人工识读,是指与机器识读媒介相对应的可由人眼直接识别的编码信息。人工识读字符（Human Read⁃able Interpretation，HRI)位于条码或标签的上、下、左或右侧，与条码或标签携带的字符相同的文本。非人工识读字符文本（Non-HRI Text）,是指包装、标签或产品上所有其他的文本，如图4所示（见下页）。在实际应用中，建议在应用标识符（AI）及相关数据的GS1数据矩阵码符号旁边添加人工识读字符。人工识读字符的确切位置和字体取决于具体的应用指南，典型惯例是将主要信息，例如全球贸易项目编号GTIN置于条码下面的人工可读数据中。字符应清晰易读，并且必须明显与符号相关联。应用标识符（AI）应在人工识读字符中清晰标识，以便在符号无法扫描的情况下可输入人工识读字符，这通过将应用标识符放在括号内来实现。括号不是数据的一部分，也不在符号中编码。这与起始符FNC1的用法完全相反，当FNC1用作起始符或分隔符时，必须在符号中编码，但不出现在供人识读字符中。

图4 HRI和 Non-HRI示例

制作及应用场景示例

数据矩阵二维码的最小尺寸是目前所有条码中最小的，特别适用于小零件的标识，以及直接印刷在实体上。在实际应用中，由于非二维成像式条码识读器不能识读GS1数据矩阵码，故其仅限于在整个供应链中采用成像式识读器的新型应用系统中使用，且制作应遵循已经核准的GS1系统应用导则。

下面列出了一些可制作应用GS1数据矩阵码的方法或场景：直接在部件上标印，如在汽车、飞机金属零件、医疗器械以及外科植入式器械等物品上采用打点冲印的方法制作；利用激光或化学刻蚀的办法在部件上构建，如电路板、电子元件、医疗器械、外科植入式器械等上制作低反射率（高反射率背底）或高反射率（低反射率背底）模块GS1数据矩阵码；在高速喷墨设备不能印制可识读的一维码时，可以在部件或组件上喷制数据矩阵码；在非常小的物品上，其提供的空间只能容纳方形符号，或者不能容纳GS1 DataBar以及复合码的情况时用数据矩阵码；在提供B2C包装扩展信息类应用上使用数据矩阵码。GS1数据矩阵码应用示例，如图5所示。

图5 GS1数据矩阵码应用示例