pdf417 что это такое

Pdf417 что это такое

ГОСТ Р 51294.9-2002
(ИСО/МЭК 15438-2001)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Спецификации символики PDF417 (ПДФ417)

Automatic identification. Bar coding.
Symbology specifications PDF417

Дата введения 2003-01-01

1 РАЗРАБОТАН Ассоциацией автоматической идентификации ЮНИСКАН/EAN РОССИЯ/AIM РОССИЯ совместно с ЗАО «Фирма ПИЛОТ»

ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 355 «Автоматическая идентификация»

2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 26 августа 2002 г. N 314-ст

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении W, и государственные стандарты Российской Федерации, сведения о которых приведены в дополнительном приложении Х

Введение

Технология штрихового кодирования основана на распознавании комбинаций штрихов и пробелов определенных размеров. Существуют множество методов кодирования информации в формате штрихового кода, именуемых символиками, и множество правил перевода знаков в комбинации штрихов и пробелов и других важных параметров, именуемых спецификациями символики.

Производителям оборудования для штрихового кодирования и пользователям технологии штрихового кодирования необходим общедоступный стандарт спецификаций символики, к которому можно обращаться при разработке оборудования или стандартов применений. Символика, представленная в данном стандарте, является общественным достоянием и не подлежит ограничениям для пользователей, лицензированию и взиманию взносов.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает:

— требования к символике штрихового кода PDF-417;

— показатели символики PDF-417, кодирование знаков данных, форматы символов, размеры, правила коррекции ошибки, алгоритм декодирования и совокупность параметров применения.

2 Нормативные ссылки

1 В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты*:

* Соответствие межгосударственных стандартов и государственных стандартов Российской Федерации международным стандартам приведено в приложениях W и X. Международные спецификации, указанные в разделе 2 ИСО/МЭК 15438, перенесены в раздел «Библиография» ([1] и [5]).

ИСО 8859-1-98 Обработка информации. Наборы 8-битных однобайтовых кодированных графических символов. Часть 1. Латинский алфавит N 1

ЕН 796-96 Штриховое кодирование. Идентификаторы символик

ЕН 1556-98 Штриховое кодирование. Терминология

3 Определения, обозначения и сокращения

Применительно к настоящему стандарту использованы следующие термины и определения, данные в ЕН 1556:

В настоящем стандарте применяют также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1 модель базового канала (Basic Channel Model): Стандартная система кодирования и передачи данных штрихового кода, в которой с выхода декодера поступают байты данных сообщения, но не передается никакой управляющей информации о сообщении.

3.1.2 последовательность штрихов и пробелов (bar-space sequence): Последовательность, представляющая ширину элементов знака символа в модулях

3.1.3 кластер (cluster): Одно из трех подмножеств самостоятельных знаков символа PDF417, в котором знаки символа соответствуют особым структурным правилам, используемым при декодировании символики

3.1.4 режим уплотнения (compaction mode): Наименование каждого из трех алгоритмов уплотнения данных PDF417: режим текстового уплотнения (Text Compaction mode), режим цифрового уплотнения (Numeric Compaction mode) и режим байтового уплотнения (Byte Compaction mode), эффективно преобразующих 8-битные байты данных в кодовые слова PDF417

3.1.5 кодовое слово коррекции ошибок (Error correction codeword): Кодовое слово в символе, которое кодирует значение, получаемое из алгоритма исправления ошибок кодовых слов для декодирования обнаруженных ошибок и их исправления в зависимости от уровня коррекции ошибок

3.1.6 интерпретация расширенного канала (Extended Channel Interpretation): Процедура, применяемая в некоторых символиках, включая PDF417, для точной замены интерпретации по умолчанию иной интерпретацией.

3.1.7 модель расширенного канала (Extended Channel Model): Система кодирования и передачи байтов данных сообщения и управляющей информации о сообщении, в которой управляющая информация передается с использованием управляющей последовательности интерпретации расширенного канала.

3.1.8 функциональное кодовое слово (function codeword): Кодовое слово в символике, которое инициирует определенную операцию в символике.

3.1.9 идентификатор глобальной метки (Global Label Identifier): Процедура в рамках символики PDF417, предназначенная для замены интерпретации по умолчанию иной интерпретацией.

1 Назначение указанной процедуры идентично назначению интерпретации расширенного канала.

2 Связанная с символикой система идентификаторов глобальных меток предшествовала независимой от символики системе интерпретации расширенного канала

3.1.10 Макро PDF417 (Macro PDF417): Процедура в символике PDF417 по логической передаче данных из компьютерного файла в комплект связанных символов PDF417.

1 Эта процедура значительно расширяет емкость данных по сравнению с емкостью единичного символа.

2 Настоящая процедура подобна параметру структурированного соединения, применяемому в других символиках

3.1.11 кодовое слово фиксации в режиме (Mode Latch codeword): Кодовое слово, которое используется для перехода из одного режима в другой, который будет действовать до применения кодового слова фиксации в режиме или регистра в режиме, либо до окончания символа

3.1.12 кодовое слово регистра в режиме (Mode Shift codeword): Кодовое слово, которое используется для перехода из одного режима в другой только для одного кодового слова, после чего режим кодирования возвращается к исходному

3.1.13 кодовое слово индикатора строки (Row Indicator codeword): Кодовое слово PDF417, примыкающее к знаку СТАРТ или знаку СТОП в строке, которое кодирует информацию о структуре символа PDF417: идентификацию строки, общее количество строк и столбцов и уровень коррекции ошибки

3.1.14 кодовое слово дескриптора длины символа (Symbol Length Descriptor): Кодовое слово в символе PDF417, кодирующее общее количество кодовых слов данных в символе.

3.2 Обозначения математических символов и операций

В настоящем стандарте используются следующие обозначения математических символов, которые согласуются с наиболее общим использованием системы счисления:

— коэффициент сжатия символа (symbol aspect ratio) PDF417 (отношение высоты к длине);

— ширина элемента в знаке символа;

— количество столбцов в символе в области данных (за исключением знаков СТАРТ и СТОП и кодовых слов индикаторов строк);

— кодовое слово данных, включая все функциональные кодовые слова;

— кодовое слово коррекции ошибок;

— расстояние между подобными краями в знаке символа;

— количество ошибок подстановки;

— высота символа, включая свободную зону;

— количество кодовых слов коррекции ошибок;

— левый индикатор строки (Left row indicator);

— количество первоначальных кодовых слов данных, предшествующих дополнению дескриптора длины символа и любых кодовых слов-заполнителей (pad);

— общее количество кодовых слов данных, включая дескриптор длины символа и все кодовые слова-заполнители;

Источник

Коды step-by-step: читаем / кодируем PDF417

Вы ведь любите коды? Ну или не любите. В любом случае, иногда нужно знать, как правильно ими пользоваться. Можно пойти длинным путём, как это сделал я в прошлый раз, но когда времени нет, проще воспользоваться инструкцией.

Итак, давайте разберёмся со всем необходимым для чтения и / или записи PDF417. Ведь не всегда под рукой найдётся смартфон с программой для их чтения. А для записи — и подавно.

Внимание, под катом — 9 изображений общим размером в 2.79 МБ, 6 таблиц и немного формул.

Оглавление

01. История PDF417 и право использования

PDF417 придумали в компании Symbol Technologies Inc. в 1991 году, а 7 сентября 1993 года на него был выдан патент США под номером 5 243 655 (доступен, к примеру, здесь). На самом деле, патент описывает не просто метод кодирования, а комплексную систему для кодирования и декодирования информации («System for encoding and decoding data in machine readable graphic form»). Кроме того, не все из рекомендаций в патенте используются на данный момент.

Сразу стоит отметить, что использовать PDF417 можно свободно, без лицензирования или правовых ограничений.

Единственный подводный камень: если вы хотите точно соответствовать стандарту ISO/IEC 15438:2015, описывающему PDF417, — доступ к нему стоит 198 CHF (швейцарских франков). Именно он описывает все необходимые словари и прочее, однако большую часть информации можно легко найти в интернете. Патент, упомянутый выше, этой информации не содержит.

02. Графическое представление и структура

Каждый символ (код) PDF417 (Рис. 1) — это набор строк информации, представленной в виде штрихового кода. Каждая строка состоит из стартового паттерна, набора ключевых слов (два из которых называются левым и правым индикаторами и помогают в автоматизированном декодировании) и стоп паттерна. Слова из разных строк формируют колонки (столбцы).

Как количество строк, так и количество столбцов может варьироваться. Символ PDF417 может состоять из минимум 3 и максимум 90 строк, а также от 3 до 30 столбцов включительно.

Рис. 1. Структура PDF417 символа

Каждое слово состоит из 17 модулей (минимальных элементов), которые образуют чередующуюся последовательность из 4 заполненных и 4 пустых групп. Одна группа может быть длиной от 1 до 6 модулей.

Каждое слово представляют в виде уникальной последовательности (). Все возможные слова делятся на 3 взаимоисключающие группы (кластера), то есть в каждом кластере содержаться одни и те же «значения», представленные разными «словами». Кроме того, слова могут быть представлены в виде последовательности, где каждое значение . Это также помогает избежать ошибок при сканировании кодов.

Каждая строка PDF417 символа использует только один из кластеров последовательно. Таким образом, если один из кластеров используется строками , то второй — строками , а третий — строками . Это нужно для правильного определения строки при автоматическом сканировании (Рис. 2), поскольку соседние строки не могут содержать слова одной группы.

Номер кластера однозначно определяется из или последовательности по одной из формул:

,
,

где — остаток от деления на 9.

На самом деле, можно было бы использовать не 3 разных кластера, а все 9 возможных, но это увеличило бы вероятность дополнительных ошибок. Номер кластера можно определить также из номера строки: .

Всего PDF417 использует 929 слов (от 000 до 928 ).

03. Компоненты символа

Рис. 2. Компоненты символа PDF417

04. Режимы

Как уже было сказано, коды PDF417 содержат слова от 000 до 928 в виде трёх разных кластеров. Таким образом, в коде может встретиться всего 2 787 разных слов.

Слова от 000 до 899 включительно используются для записи полезной информации в одном из возможных режимов кодирования.

Табл. 1. Сервисные слова PDF417. Выделены те, которые будут нам интересны

PDF macro позволяет разбить длинное сообщение на несколько PDF417 символов. При этом каждый символ содержит идентификатор сообщения, порядковый номер блока сообщения (для восстановления правильной последовательности) и другую информацию.

ECI / GLI — Extended Channel Interpretation / Global Label Identifier — система надстроек, которая позволяет кодировать нестандартные символы с помощью штриховых кодов. Так, возможно подключить один из международных наборов символов (к примеру, стандартным является GLI 0, именно эти таблицы приведены далее), наборов общего назначения либо ваших персональных наборов символов.

04.a) Текстовый режим (TC, Text Compaction Mode)

Этот режим стандартный для символов PDF417 (то есть именно с него начинается весь символ). У текстового режима есть 4 разных подгруппы:

(126)

Табл. 2. Подгруппы текстового режима в стандартной интерпретации GLI 0

Одно слово в базисе 900 содержит 2 символа из таблицы выше по правилу:

,

Где — значение в базисе 900, — первый символ, — второй. Иногда символы указывают как и соответственно.

Если данные заканчиваются словом, в которое нужно включить только один символ, то он является -значением, а в качестве -значения используется значение 29.

Использование ещё одного перехода после shift-перехода запрещено. Ограничений на использование переходов после latch-перехода нет.

04.b) Байт-режим (BC, Byte Compaction Mode)

Данный режим позволяет записывать последовательность байтов с помощью последовательности кодовых слов в базисе 900. Для этого нужно совершить переход от базиса 256. Этот режим включается двумя разными сервисными словами:

Рис. 3. Кодирование, байт-режим

Тогда код должен содержать следующую последовательность слов:

04.c) Числовой режим (NC, Numeric Compaction Mode)

Числовой режим позволяет записать данные с помощью перехода из базиса с основой 10 в базис с основой 900. Соответственно, такой режим поддерживает запись цифр от 0 до 9. В результате, каждые 44 цифры можно записать в виде 15 слов.

Для перехода в базис 900 нужно дописать 1 к числу слева, а дальше выполнить переход как показано на Рис. 4. Обратный переход вполне очевидный, остаётся лишь убрать лишнюю 1 слева.

Рис. 4. Кодирование и декодирование, числовой режим

05. Коррекция ошибок

Давайте начнём с самого простого. В любом символе PDF417 присутствует как минимум 2 слова в области ответственной за коррекцию ошибок. Кроме того, коды характеризуются уровнем коррекции ошибок, для которых нужно разное количество дополнительных символов (Табл. 3).

Табл. 3. Уровни коррекции ошибок в PDF417

Различают два вида ошибок:

Введём следующие параметры:

количество систематических ошибок;
количество случайных ошибок;
уровень коррекции;
количество слов для коррекции ошибок.

Тогда выполняется следующее условие:

2 слова, которые присутствуют в символе в любом случае, используются для проверки, не возникла ли случайная ошибка при распознавании.

Вводится также понятие Error Correction Capacity, которое показывает, сколько же ошибок обоих видов мы можем исправить. Очевидно, что если все дополнительные слова используются для исправления систематических ошибок, то шанс случайной возрастает. Потому для всех уровней, кроме , считается, что:

.

Именно потому в патенте количество слов для коррекции ошибок на 2 меньше, чем его часто указывают сейчас. Эти 2 слова правильно называть контрольной суммой.

К примеру, с уровнем коррекции , можно исправить 13 систематических ошибок, либо 7 случайных, либо их комбинацию, которая всё ещё соответствует неравенству (9 систематических И 2 случайных и т.д.).

Для коррекции ошибок используются коды Рида-Соломона в поле Галуа . На данный момент я не буду на них останавливаться.

Существуют также рекомендации относительно минимального уровня коррекции ошибок (Табл. 4).

Табл. 4. Минимальный рекомендуемый уровень коррекции ошибок

06. Обязательные неинформационные слова

Как упоминалось раньше (Раздел 03), первое слово каждого кода означает длину полезных данных в символе PDF417.

Кроме того, каждый код содержит левые и правые индикаторы, которые помогают в распознавании символа. Как и обычные слова, они используют разные кластеры словаря, а кроме того, циклически содержат информацию о количестве строк в коде, количестве столбцов, а также уровне коррекции ошибок (Рис. 5).

Рис. 5. Правила записи левых и правых индикаторов

07. Словари

Как упоминалось ранее (Раздел 02), словарь PDF417 состоит из 3 кластеров (0, 3 и 6) по 929 слов. Периодически их представляют в виде 17-битного числа, но я считаю такой вариант неудобным в сравнении с x-последовательностью. В любом случае, вы вольны решать, как вам удобнее, а потому выше приведены ссылки на оба варианта записи, а начало словарей приведено в Табл. 5.

Табл. 5. Первые 20 слов словаря в виде x-последовательностей

08. Стандартная 8-битная таблица символов

GLI 0

В качестве стандартной таблицы символов используется ASCII таблица для символов 0:127. Символы 128:255 представлены расширенным набором PC 437.

Табл. 6. Таблица GLI 0, которая используется кодами PDF417

GLI 1

Следующий набор символов соответствует стандарту ISO 8859-1 (Википедия).

09. Определяем код как PDF417, выравниваем и находим минимальный элемент

Пришло время прочитать наш первый PDF417 символ.

Хотя этот шаг кажется совсем необязательным, стоит помнить, что PDF417 характеризуется уникальными старт- и стоп-паттернами, которые представлены x-последовательностями 81111113 и 711311121 (18 модулей) соответственно.

Кроме того, поскольку эти паттерны одинаковы в каждой строке их легко использовать для выравнивания PDF417 символа (Рис. 6). Хотя это и более актуальная задача при автоматическом сканировании, читать код необходимо перпендикулярно к старт- и стоп-паттернам.

Рис. 6. Шаг 0 при чтении PDF417

10. Считаем и сопоставляем со словарями

На необходимо определить количество информационных слов. Оно содержится в первом слове кода (строка 0, слово 0). К примеру, в нашем случае это значение равно 19 (Рис. 7). Кроме того, стоит проверить уровень коррекции ошибок, который можно узнать с помощью левых или правый индикаторов (не забываем, нужно выбрать правильную строку, Раздел 06). В результате, у нас должно быть 1 слово-длина, 18 слов-данных и 8 проверочных слов, то есть 27, что соответствует действительности.

Теперь разобьём код на строки. Это поможет ускорить чтение, поскольку необходимо использовать разные кластеры словаря.

Рис. 7. Узнаём длину данных, характеристики кода

11. Переводим PDF417 в текстовый вид и проверяем режимы кодирования

Итак, каждому слову необходимо сопоставить одно из значений от 000 до 928 (Рис. 8). В результате, получаем последовательность чисел, с которой далее будет удобно работать.

Рис. 8. Переводим символ в текстовое представление

12. Переводим в привычный нам вид

Поскольку мы знаем, что используется только текстовый режим, каждое слово можно расшифровать как 2 символа по формуле:

То есть чтобы определить необходимо выполнить целочисленное деление на 30, а для — взять остаток от деления на 30.

Тогда всё сообщение можно записать как:

(27)(07) (19)(19) (15)(18) (28)(14) (19)(19) (28)(07) (27)(00) (01)(17) (29)(17) (02)(14) (12)(29) (19)(15) (14)(18) (19)(28) (19)(05) (00)(00) (09)(06) (02)(29)

Что в стандартном виде будет выглядеть как:

Итак, код скрывает ссылку на данную публикацию. С помощью дополнительных 8 символов можно проверить наличие ошибок в результатах (Раздел 05).

13. Особенности автоматизированного чтения

Автоматическое сканирование часто производится дважды — слева направо и наоборот. Это позволяет минимизировать количество ошибок.

Как и в случае ручного чтения, при автоматическом нужно выполнить поиск и выравнивание символа. Поскольку в жизни редко можно выровнять код и сканер идеально, необходимо чтобы линия сканирования не проходила через более чем 3 разные строки. В таком случае всегда можно будет определить, какие слова принадлежат какой строке (поскольку они находятся в разных кластерах).

Ещё один пункт, важный для неидеальных условий — чтение не последовательности, а последовательности (Раздел 02). Поскольку PDF417 рассчитаны в том числе на печать на физических носителях, возможно размытие чернил (и т.д.), которое может привести к тому, что заполненные группы модулей станут шире, а пустые — уже. Проводя сканирование от края до такого же края, такие ошибки можно минимизировать.

Следующим шагом является определение уровня коррекции ошибок и построение матрицы слов. Кроме того, строится ещё одна матрица, которая состоит из весов (уровня доверия каждому значению). Слова с низким уровнем доверия в последствии проверяются на ошибки первыми.

14. Минимизация кода

Поскольку одну и ту же информацию можно записать различными способами в разных режимах, есть список рекомендаций, которые позволяют уменьшить количество информационных слов.

15. Размеры, пропорции и чистые зоны

Несмотря на то, что строгих ограничений на размер символа PDF417 нет, есть рекомендации касательно пропорций одного модуля. Так, желательно сохранять соотношение высоты к ширине примитивного элемента не менее (если вы соблюдаете минимальный рекомендуемый уровень коррекции ошибок, Табл. 4). Если рекомендации не соблюдаются, соотношение должно быть не менее .

Кроме того, вокруг PDF417 необходимо оставлять «чистую зону», размером не менее 2 ширин модуля.

Посчитать размер символа можно с помощью следующих формул:

где
— высота;
— ширина;
— количество строк;
— количество столбцов;
— высота модуля (строки);
— ширина модуля;
— размер чистой зоны (минимум ).

16. Компактный (усечённый) PDF417

В случае использования PDF417 в «чистой» среде (символ не может быть случайно повреждён и чистые зоны вокруг символа достаточно велики), можно использовать усечённый режим PDF417 (Truncated PDF417, Рис. 9).

Он работает следующим образом:

В результате ширина символа сокращается на 34 модуля и формула из Раздела 15 может быть переписана:

Рис. 9. Усечённый PDF417 (содержит ту же информацию, что и рассмотренный ранее код)

Стоит помнить, что у такого метода кодирования есть и недостатки:

17. Полезные ссылки

Описание PDF417

Упоминалось

Кроме того

18. Послесловие

Итак, мы рассмотрели принципы кодирования и чтения информации в виде символов PDF417. Эти коды достаточно удобны для записи длинных сообщений в разных форматах (текстовый, числовой, байтовый) и их комбинациях, а также позволяют использовать коррекцию ошибок.

Возможно, вам будут также интересны другие статьи цикла Коды step by step:

Не забывайте, всегда лучше знать, как что-то работает. Вдруг, оно работает неправильно.

Источник