2021SC@SDUSC

目錄

• 一、PDF417概述
• • 1.1 簡介
  • 1.2 PDF417二維條碼的結構
  • 1.3 PDF417二維條碼的尺寸
  • 1.4 PDF417二維條碼的錯誤糾正能力
  • 1.5 PDF417的特性
• 二、PDF417Writer
• 三、class PDF417
• 參考資料：

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前言：本篇博客簡單介紹了PDF417二維碼的相關知識，以及編碼步驟過程。

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一、PDF417概述

1.1 簡介

PDF417是美國符號科技(Symbol Technologies, Inc.)發明的二維條碼，是一種堆疊式二維條碼。PDF(Portable Data File)意思是“便攜數據文件”，組成條碼的每一個條碼字符由4個條和4個空共17個模塊構成，故稱為PDF417條碼。 PDF417條碼需要有417解碼功能的條碼閱讀器才能識別。發明人是臺灣赴美學人王寅君博士，王博士于1984年畢業于國立交通大學資訊系，獲得紐約州立大學石溪分校(University of New York at Stony Brook)電腦碩士和博士學位后，在1988年進入符號科技進行二維條碼的研發工作，于1992年底推出PDF417，并于1989年至1992年間領導世界第一部二維條碼雷射讀碼系統的開發。1993年3月作者正式將PDF417引進臺灣，交由祥記資訊推廣及研發相關套裝軟體(黃慶祥，1995)。

目前PDF417、Maxicode、Datamatrix同被美國國家標準協會 (American National Standards Institute, ANSI) MH10 SBC-8委員會選為二維條碼國際標準制定范圍，其中PDF417主要是預備應用于運輸包裹與商品資料標簽(Burnell, 1995)。PDF417不僅具有錯誤偵測能力，且可從受損的條碼中讀回完整的資料(Moore, 1994)，亦即「錯誤復原能力」，其錯誤復原率最高可達50%。

PDF417條碼是一種高密度、高信息含量的便攜式數據文件，是實現證件及卡片等大容量、高可靠性信息自動存儲、攜帶并可用機器自動識讀的理想手段。

PDF417二維碼可應用在：證件管理、執照年檢、報表管理、機電產品的生產和組配線、銀行票據管理及行包、貨物的運輸和郵遞。PDF417條碼最大的優勢在于其龐大的數據容量和極強的糾錯能力。

1.2 PDF417二維條碼的結構

由于PDF417二維條碼的容量較大，除了可將人的姓名、單位、地址、電話等基本資料進行編碼外，還可將人體的特徵如指紋、視網膜掃瞄、及照片等個人紀錄儲存在條碼中，這樣不但可以實現證件資料的自動輸入，而且可以防止證件的偽造，減少犯罪。PDF417已在美國、加拿大、紐西蘭的交通部門的執照年審、車輛違規登記、罰款及定期檢驗上開始應用。美國并同時將PDF417應用在身分證、駕照、軍人證上。此外墨西哥也將PDF417應用在報關單據與證件上，從而防止了仿造及犯罪。

PDF417是一個公開碼，任何人皆可用其演算法而不必付費，因此是一個開放的條碼系統。PDF417的PDF為可攜性資料檔(Portable Data File)的縮寫，取其條碼類似一個資料檔，可儲存較多資料，且可隨身攜帶或隨產品走而得名(Paclidis, 1992)。正如其名，每一個PDF碼的儲存量可高達1,108個文數字(Bytes)，若將數字壓縮則可存放至2,729Bytes。

每一個PDF417碼是由3~90橫列堆疊而成，而為了掃瞄方便，其四周皆有靜空區，靜空區分為水平靜空區與垂直靜空區，至少應為0.020寸，如圖：

其中每一層都包括下列五個部份：

起始碼。
左標區：在起始碼后面，為一指示符號字元。
資料區：可容納1~30個資料字元。
右標區: 在資料區的后面，為一指示符號字元。
結束碼：在橫列之最右邊。

除了起始碼和結束碼外，左標區、資料區和右標區的組成字元皆可稱為字碼 (Codeword)，每一個字碼由17個模組(Modules)所構成，每一個字碼又可分成4線條(或黑線)及4空白(或白線)，每個線條至多不能超過6個模組寬。每個417碼因資料大小不同，其行數及每行的資料模組數與字碼數都可以從1至30不等。字碼的組成如圖：

1.3 PDF417二維條碼的尺寸

也因為符號的組合較有彈性，每一個PDF417二維條碼可因應不同的實體設備印成不同的長寬比例與密度，以適應印刷條件及掃瞄條件的要求。其中每個模組寬X是PDF417碼中最重要的尺寸之一，X值的最小限制為0.0075英寸(約0.191mm)，在同一個條碼符號中，X的值是固定不變的。

PDF417的最小高度與長度可由下列算式算出：

W＝ (17C＋69)X＋ 2Q
H ＝ R ×Y＋ 2Q

其中：
W= 條碼寬度，H=條碼高度，X=條碼模組寬，Y=層數
C=每層符號字元的總數(含左右標區)，R=層高，Q=靜空區大小

1.4 PDF417二維條碼的錯誤糾正能力

PDF417二維條碼的一個重要特性是其自動糾正錯誤的能力較高，不過PDF417的錯誤糾正能力與每個條碼可存放的資料量有關，PDF417碼將錯誤復原分為9個等級，其值從0到8，級數愈高，錯誤糾正能力愈強，但可存放資料量就愈少，一般建議編入至少10%的檢查字碼。資料存放量與錯誤糾正等級的關系如下表所示：

錯誤糾正等級糾正碼數可存資料量(位元)

自動設定	64	1024
0	2	1108
1	4	1106
2	8	1101
3	16	1092
4	32	1072
5	64	1024
6	128	957
7	256	804
8	512	496

下表建議不同的字數所適用的錯誤糾正等級;

資料字碼數錯誤糾正等級

1~40	2
40~160	3
161~320	4
321~863	5

如前所述，錯誤糾正等級涉及拒讀錯誤(E錯誤)與替代錯誤(T錯誤)兩種錯誤類型。無論使用哪一種條碼機都有一定的精密度極限，造成線條和空白的寬度與理想寬度間必有偏差存在，條碼掃瞄設備能夠讀出解碼演算法所允許范圍內的不精確條碼符號，目前標準中規定X的值最小為0.0075英寸(約0.191mm)，此一限制同時反映出目前標準設備的技術現狀。

1.5 PDF417的特性

綜合本節所討論，PDF417的特性如下表所示：

項目特性

可編碼字元集	8位二進制資料，多達811800種不同的字元集或解釋
類型	連續型，多層
字元自我檢查	有
尺寸	可變高：390層寬：130欄
讀碼方式	雙向可讀
錯誤糾正字碼數	2~512個
最大資料容量	安全等級為0， 每個符號可表示1108個位元

二、PDF417Writer

與之前介紹的二維碼類似，PDF417Writer類繼承了父類Writer。

PDF417Writer有兩個靜態變量：

分別表示代碼周圍的默認空白（邊距）和默認錯誤更正級別。

private static final int WHITE_SPACE = 30;private static final int DEFAULT_ERROR_CORRECTION_LEVEL = 2;

PDF 417的值是由一個數組來保存的。

input 是一個信息字節數組，0為黑色，1為白色；
margin 是條形碼周圍的邊距邊框；
返回輸入的位矩陣。

private static BitMatrix bitMatrixFromBitArray(byte[][] input, int margin) {// 創建帶有額外空格的位矩陣BitMatrix output = new BitMatrix(input[0].length + 2 * margin, input.length + 2 * margin);output.clear();for (int y = 0, yOutput = output.getHeight() - margin - 1; y < input.length; y++, yOutput--) {byte[] inputY = input[y];for (int x = 0; x < input[0].length; x++) {// 零在字節矩陣中為白色if (inputY[x] == 1) {output.set(x + margin, yOutput);}}}return output;}

除此之外，還有函數rotateArray()，獲取PDF417二維碼數組并將其旋轉90度。
這使得旋轉屏幕時二維碼在屏幕上的方向一致。

private static byte[][] rotateArray(byte[][] bitarray) {byte[][] temp = new byte[bitarray[0].length][bitarray.length];for (int ii = 0; ii < bitarray.length; ii++) {int inverseii = bitarray.length - ii - 1;for (int jj = 0; jj < bitarray[0].length; jj++) {temp[jj][inverseii] = bitarray[ii][jj];}}return temp;}

三、class PDF417

PDF417實現的邏輯部分的頂級類。

有兩個靜態變量，分別表示啟動模式（17位）和停止模式（18位）。

private static final int START_PATTERN = 0x1fea8;private static final int STOP_PATTERN = 0x3fa29;

接下來介紹幾種set方法：

setDimensions(int maxCols, int minCols, int maxRows, int minRows) 用來設置最大/最小行/列值，其參數分別表示允許的最大列數、允許的最小列數、允許的最大行數、允許的最小行數。

setCompaction(Compaction compaction)設置要使用的壓縮模式。

setCompact(boolean compact)如果compact為真，則啟用壓縮。

setEncoding(Charset encoding)設置要使用的字符編碼。

public void setDimensions(int maxCols, int minCols, int maxRows, int minRows) {this.maxCols = maxCols;this.minCols = minCols;this.maxRows = maxRows;this.minRows = minRows;}public void setCompaction(Compaction compaction) {this.compaction = compaction;}public void setCompact(boolean compact) {this.compact = compact;}public void setEncoding(Charset encoding) {this.encoding = encoding;}

determineDimensions(int sourceCodeWords, int errorCorrectionCodeWords)用來確定指定碼字數的最佳列和行。
其中，sourceCodeWords 為代碼字數，errorCorrectionCodeWords 為糾錯碼字數，該函數返回維度對象包含列作為寬度和行作為高度。

private int[] determineDimensions(int sourceCodeWords, int errorCorrectionCodeWords) throws WriterException {float ratio = 0.0f;int[] dimension = null;for (int cols = minCols; cols <= maxCols; cols++) {int rows = calculateNumberOfRows(sourceCodeWords, errorCorrectionCodeWords, cols);if (rows < minRows) {break;}if (rows > maxRows) {continue;}float newRatio = ((float) (17 * cols + 69) * DEFAULT_MODULE_WIDTH) / (rows * HEIGHT);// 如果以前的比率更接近首選比率，則忽略if (dimension != null && Math.abs(newRatio - PREFERRED_RATIO) > Math.abs(ratio - PREFERRED_RATIO)) {continue;}ratio = newRatio;dimension = new int[] {cols, rows};}// 處理最小值大于必要值時的情況if (dimension == null) {int rows = calculateNumberOfRows(sourceCodeWords, errorCorrectionCodeWords, minCols);if (rows < minRows) {dimension = new int[]{minCols, minRows};}}if (dimension == null) {throw new WriterException("Unable to fit message in columns");}return dimension;}

參考資料：

PDF417二維條碼詳解

總結

以上是生活随笔為你收集整理的2021SC@SDUSC Zxing开源代码（十五）PDF417二维码（一）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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