條碼知多少

條碼知多少－淺談條碼的演進與二維條碼的應用

* 張勝茂、** 高翊峰、*** 陳馨雯 * 國立高雄師範大學工業科技教育學系副教授 ** 國立高雄師範大學工業科技教育系碩士班研究生 *** 國立高雄師範大學工業科技教育系碩士班研究生 壹、前言 條碼在現代生活中隨處可見，這粗細不同的長方形黑線條，除了大量應用在 各項產業與產品標示之外，也常見於各項商品、信用卡帳單、稅單之中。而在一 維條碼之後研發出的二維條碼，目前在台灣更是鮮為一般大眾所知。身為電腦作 業系統霸主的微軟公司，在 2009 年年初就發布了一套 iPhone 應用軟體 Tag

Reader，用來讀取微軟獨創的 Microsoft Tag 二維條碼（見圖 1），卓實彰顯了它的

重要性(http://www.microsoft.com/tag)。接下來，讓我們好好瞭解一下，這個即將充 斥於我們生活的二維條碼。 圖 1 微軟二維條碼應用於遊戲軟體外盒 資料來源：Microsoft Tag 貳、條碼的演進 條碼最早起源於1949年，由美國 Woodland 等人為研究食品項目代碼及相應 設備而發明，這種最早的條碼其實是一種同心圓環形碼，俗稱「公牛眼」 （bull-eye）。並在1960年早期開始出現有關各種條碼技術的文章，到了1960年代

晚期，美國超市業者因收銀台結帳太慢和常出錯，故由一群零售商、批發商和雜 貨製造商組成超市委員會，與當時的主要電腦廠商共同尋求解決方法。1973年， 美國統一編碼協會UCC制定一套代碼，稱為「統一商品代碼」（Universal Product Code， UPC），並以UPC碼建立條碼系統，制定了相應的標準，並在食品業內 以UPC碼做為標準碼推廣使用，條碼技術從此由研究階段進入大規模實際應用階 段，其後的歐洲、日本等地也都各自發展EAN與JAN等不同的條碼標準。 2002 年末，代表 UCC 的美國與加拿大一同加入 EAN 組織，使得主導物品編 碼，推動電子商務的兩大國際組織達到真正合一，經過理事會於 2003 年的協商， 與 2004 年規劃小組的策劃，在 2005 年正式對外宣告更名為 GS1 全球標準組織， 領導全球標準的設計與實施（台灣 GS1，2009）。 參、條碼的種類 條碼主要可分為一維條碼及二維條碼兩大類，二維條碼又可分為兩種，堆疊 式二維條碼及矩陣式二維條碼，分別概述如後。 一、一維條碼 一維條碼的結構為一組印在商品包裝上的平行黑線和號碼，因此有了 「條碼」（BarCode）的稱呼。而黑線與空白按照一定的編碼規則組合起來 的符號，用以代表一定的字母、數字等資料，只要利用條碼閱讀機 （Barcode Reader）來讀取商品上的條碼，得到一組反射光信號，此信號經光電轉換後 變為一組與黑線、空白相對應的電子訊號，解碼後還原為相應的文數字， 再傳入電腦，即可辨別所有商品，其讀取的錯誤率約為百萬分之一，首讀 率更大於98%，是一種可靠性高、輸入快速、準確性高、成本低、應用面廣 的資料自動收集技術。全世界已知的一維條碼系統約225種，常用約 40多 種，像是在UPC碼之後，於1974年由Intermec公司推出的39碼，在工業及軍 事上得到了廣泛的使用；1977年，歐洲共同體成立了歐洲商品編碼協會 （EAN），以 UPC標準碼（UPC-A）為基礎，制定出歐洲商品代碼（European Article Number） EAN-13碼與EAN-8碼；1981年有128碼被推出應用， 1982

年之後又推出93碼，其符號密度比39碼高30%，其他常見的還有ISBN碼，以 上皆屬於一維條碼的範圍（見表1）。 表 1 常見的一維條碼 UPC-A 碼 UPC-E 碼 UPC 碼僅提供數字編碼，只支 援數字 0 到 9，有一位檢查碼，限制 位數（12 位元和 6 位元）、需要檢查 碼、允許雙向掃瞄、數字為 OCR-B 的字型。 主要用於超市及百貨業。 EAN-13 碼 EAN-8 碼 參考 UPC 碼，訂定與之相容的 EAN 碼，EAN 的特性是僅有數字號 碼，只支援數字 0 到 9，通常為 13 碼，允許雙向掃瞄，縮短碼為 8 碼， 數字為 OCR-B 字型。 主要應用於超市與百貨業。 39 碼 在九個碼素中，其中有三個碼 素是粗線，故名「39 碼」，除數字 0 到 9 外，尚提供英文字母 （A-Z） 及特殊符號（＋，－，＊，，，％， ＄，•，Space）。特性是允許雙向掃 瞄，檢查碼可有可無，支援 44 組 條碼、資料與資料之間的空白不代 表碼義，以＊號作為起始碼及終止 碼。 主要應用於工業產品、商業資 料、醫院的保健資料、圖書館、錄 影帶出租業等。

ISBN 碼 國際標準書號碼。為因應圖書 出版、管理的需要，便於國際間出 版品的交流與統計所發展的一套國 際統一的編號制度，由一組有 ISBN 代號的十位數號所組成，用以識別 出版品所屬國別地區（語言），出版 機構、書名、版本及裝訂方式。 資料來源：整理自AIM Global 二、二維條碼 一維條碼雖然提高了資料收集與資料處理的速度，但由於受到資料容 量的限制，一維條碼僅能標識商品，而不能描述商品，因此相當依賴電腦 網路和資料庫。而在沒有資料庫或不便連接網路的地方，一維條碼很難派 上用場。也因此開發了儲存量較高的二維條碼。 不同於一維條碼最多僅能表示28個字元，二維條碼可存放的資料量就 比較大，能表示1000個字元以上，至少約500個中文字，因此它不僅能夠用 來儲存表單、文字資料，更可用來儲存影像資料，將整頁表單的資料濃縮 存放在一個條碼內，接收者可利用專屬掃瞄器自動地把表單資料輸入電 腦，且抗損性較高，不會有病毒、消磁、損壞、容量不足等問題，且具有 高密度、大容量、抗磨損等特點，所以更拓寬了條碼的應用領域（趙怡晴、 陳玲慧，1999）。 目前的二維條碼主要可分為兩類，堆疊式二維條碼及矩陣式二維條 碼。堆疊式二維條碼是最早的一種二維條碼形式，由一維條碼中的39碼及 128碼延伸變化而來，其主要的設計想法十分直接，就是將一維條碼堆疊起 來以增加條碼的容量。編碼原理是將一維條碼的高度變窄，再依需要堆成 多行，其在編碼設計、檢查原理、辨讀方式等方面都繼承了一維條碼的特 點，但由於行數增加，對行的辨別、解碼演算法及軟體則與一維條碼有所 不同。較具代表性的堆疊式二維條碼有Code 49、Code 16K、PDF417、SuperCode 等，如表2所示。

表2 常見的堆疊式二維條碼 Code 49 於1987年由Intermec Corporation 公司提出，是第一個正式的二維條 碼。主要是以Code 39一維條碼為基 礎所發展，但缺乏錯誤糾正的功 能。 Code 16K 為1989年由Laser System公司提 出。一個Code 16K通常有2到16列， 使用UPC與Code 128為基礎所發展 而成。因為也是屬於較早期的二維 條碼，所以不具有錯誤糾正的能 力。 PDF417 為目前廣為人知的一個堆疊式 二維條碼，於1991年由Symbol Technologies的王寅君博士所發 表。一個PDF417碼包含3到90列， 儲存容量可達1100位元，並具有錯 誤糾正的能力。另外還有Micro PDF417格式，可應用在較小面積的 印刷表面。 SuperCode 王寅君博士於1994發表，採用 包裹式的結構，儲存容量可達2546 位元，並具有32個等級的錯誤糾正 能力。 資料來源：整理自AIM Global 矩陣式二維條碼是以矩陣的形式組成，在矩陣相應元素位置上，用點 （Dot）的出現表示二進位的 1，不出現表示二進位的 0，點的排列組合確 定了矩陣碼所代表的意義。其中點可以是方點、圓點或其他形狀的點。矩 陣碼是建立在電腦圖像處理技術、組合編碼原理等基礎上的圖形符號自動 辨識的碼制，已較不適合用條碼稱之。具有代表性的矩陣式二維條碼有Dot Code A、USS Code One、MaxiCode、Data Matrix 、Aztec Code、Q R Code等， 如表3所示。

表3 常見的矩陣式二維條碼

Dot Code A

也稱作Philips Dot Code，由許多的小點 所組成，其結構為6×6到12×12的四方形，主 要用於某些相對小的領域中的物件做標記 或在印刷技術不夠嚴謹的情況下使用，如 應用在實驗室裡的玻璃器皿及洗衣店為衣 服做的標記。 USS Code One 1992年由Ted Williams所發明，可以包 含ASCII碼，有錯誤糾正的能力，容量可從 1A等級的13字元到1H等級的2218字元，多 用於藥品的標籤及回收業的裝箱上。 Maxi Code 於1992年由美國UPS快遞公司所發 表，也被稱為UPS Code。為了能快速掃瞄與 解碼，它的符號大小固定，且在中央有一 個同心圓狀的公牛眼（bull-eye）用來定位 二維碼。主要用途是郵包的搜尋與追蹤。 Data Matrix 於1989年由CiMatrix提出，是一個正方形 的二維碼，其大小可依儲存量多寡而變 動。它的上邊與右邊是由虛線組成，而下 邊與左邊則是由實線組成，這個特徵可用 來判斷二維碼的方向。通常被用來做小型 物品的標籤，例如IC的辨識標籤，它具有錯 誤糾正的能力。 Aztec Code

在1995年由Welch Allyn Inc的Andy Longacre所提出。設計的主要目的是容易列 印及解碼。Aztec Code是一正方形的二維 碼，並且在條碼的正中央有著同心方形的 特徵來做定位。其大小可依儲存量多寡而 變動，最小的Aztec Code可儲6位元的資料， 最大的則可儲1914位元。 QR Code 由Nippondenso ID System所發表，是一 個正方形的二維碼，於左上角、右上角與 左下角各有一特殊圖樣用來偵測二維碼的 旋轉方向，可儲存大量的資料並具有錯誤 糾正的能力。 資料來源：整理自AIM Global

除了以上較為常見的二維條碼之外，還有一些正在推廣或研發的表列於下： 表4 推廣中的二維條碼 GS1 DataBar 堆疊延展型 2002年由AIM公開展示說明，原名 RSS，於2007年更名為DataBar，以符合其可 結合二維之特性，可說是第二代的條碼系 統。它是一種能以線性掃瞄器掃瞄，或結 合二維PDF147成複合型條碼的新一代條 碼，表面積比GS1條碼約小0.6倍，卻又能攜 帶更多商品資訊的條碼。另有標準型、截 短型共七種不同類型。 Quick Mark 由國內廠商金揚科技所開發之特殊格 式，儲存量為1108位元，特徵為側邊的四根 短直線條及左下角的小圈，容錯等級分 L、M、H、U 四級，且支援 Unicode。 Magi Code 由韓國研發使用，台灣廠商廣譜行動 科技引進國內推廣，特徵為側邊有四條直 線。 Grid Matrix Code 由中國研發，經AIM認證為國際標準。 GM網格碼是一種正方形的二維碼碼制，該 碼制的碼圖由正方形巨集模組組成，每個 巨集模組由6乘6個正方形單元模組組成。網 格碼可以編碼儲存1143位元的資料並提供5 種錯誤糾正等級。 HCCB （Microsoft Tag） 運用CMYK 四色及三角排列的方式去 儲存資料，而非 QR Code 般只使用黑色方 格像素去儲存，優點是可以在更少的方格 中保存更多的資料， 在拍攝 Code 圖案時 所出現的誤差也可以減少。可擴充八色系 統來因應儲存容量增加的需求。

資料來源：整理自AIM Global、Microsoft Tag 肆、二維條碼的應用

一、在產業中的應用

由於二維條碼改良了一維條碼的不足，因此這個技術逐漸被重視，在 其「資料儲存量大」、「資訊隨著產品走」、「可以傳真影印」、「錯誤

糾正能力高」等特性下，二維條碼勢必將走入每個人的生活之中，給我們 帶來更大的便利。前文提到條碼的產生一開始是為了超市做生意的需求， 但隨著時代的改變與地區及產業別的不同，條碼種類持續增加，過多彼此 不相容的條碼將會造成使用上的困擾，因此陸續有國際性的組織進行協調 與統一標準 ，以下為全球自動識別組織AIM列出應用在產業中的主要使用 條碼類型清單，如表5所示： 產業 二維條碼 應用 生產 主要︰ Data Matrix（北美和歐洲） QR Code（亞洲） 次要︰ PDF-417、Micro-PDF-417 其他： Code 49（法國） 零件追蹤 郵政

主要︰ Postal Symbologies Postnet （美國郵政） Aus Post（澳洲郵政） BPO（英國郵政） JPO（日本郵政） Kix Code（荷蘭郵政） 次要︰ PDF417和OCR 業務稽核 掛號郵件 回郵信件 銷售據點 抽獎 主要︰ PDF417 次要︰ Data Matrix 票卷確認 交通 主要︰ Maxi Code、PDF417 包裹追蹤 送貨證明 提貨單 政府 主要︰ PDF417 次要︰ Data Matrix、OCR 身分證 各項登記 資產追蹤 保健 主要︰ Code 128、PDF417、 Data Matrix 次要︰ OCR 病患手環 藥物處理 保險契約 臨床 主要︰ PDF417、Data Matrix 次要︰ OCR 臨床分析 零售 主要︰ JAN 銷售據點

次要︰ GS1 DataBar、OCR、 Composite Codes 返回貨物 存貨控制 貿易展 主要︰ PDF417 客戶追蹤 先進攝影系統APS 主要︰ Code 49 底片 汽車 主要︰ QR Code（亞洲） 次要︰ PDF417 存貨清單 車輛證明 資料來源：AIM Global 二、在生活中的應用 早期一維條碼主要用於產業中，無法直接為一般人所用，主要是因為 讀取設備缺乏及後端資料庫建製困難。但是科技不斷進步，二維條碼儲存 容量大幅增加，可攜帶更多資料，搭配上普及率日高、並擁有高畫素鏡頭、 能行動上網的手機便成了最佳的讀取設備，應用層面大幅提升。在日本， 二維條碼已到處可見，如展示牆上的大海報、路旁發的傳單裡、公車站牌 路線圖及日本JR鐵路的旅遊導覽手冊上，甚至在吃的巧克力上面也有，人 類的生活由於條碼的發展，因此獲得了更大的便利性。 台灣在近幾年也逐步開始推廣使用，例如國內經濟部工業局行動上網 聯盟初步底定 QR Code為手機二維條碼標準；財政部提供國人在申報綜合 所得稅時使用之「綜合所得稅二維條碼結算申報系統」（見圖2）即屬於二 維條碼的應用；中華電信提供客戶以手機上網訂購電影票，客戶之訂票資 訊及付款資料透過3DES方式加密後，以二維條碼的形式，直接傳送電子票 卷至訂票客戶號碼的手機；農委會為推行農產品管制制度，開始進行良好 農業規範的實施及驗證，及建立履歷追溯體系，因此在零售標籤上除了基 本產品標章外，加入了QR Code建立該產品的產銷履歷資訊，而零售標籤上 的一維條碼是EAN-13的國際商品編號，用於零售結帳（見圖3）。

圖2 綜合所得稅二維條碼申報書 圖3 農檢產品標籤 資料來源：財政部台灣省北區國稅局 資料來源：台灣農產品安全追溯資訊網 三、在教育上的應用 近年常聽見的「行動學習」，即透過任何不受時間限制與地點限制的服 務或設備，提供學習者數位化資訊與教材，並協助學習者取得知識，依通 訊方式的不同，可分為同步式與非同步式兩種，二維條碼目前在教育上， 主要就是應用在非同步式行動學習方面，如圖 4 所示，利用其儲存容量較 大的特性，將教學內容存於其中，或是結合網路，透過二維條碼內藏的網 址，讓使用者迅速準確的連結到相關網站，以獲取更大量的訊息（王曉璿、 劉晏佐、高奇峯，2009），如由香港教育局資訊科技教育組主導的「樹木全 接觸-流動學習計劃」，主要就是利用手機將 QRcode 與網路結合以進行教學 的方式，讓學生透過資訊科技進行互動學習，培養學生愛護大自然的意識， 並加深學生對常見樹木的認識(http://gs.edb.hkedcity.net/tree/info/)。

圖 4 非同步行動學習條碼運用方式 資料來源：王曉璿、劉晏佐、高奇峯（2009） 伍、結語 科技在因應人類需求而不斷的推陳出新，尤其在進入了電腦化、網路化的資 訊社會後，全世界各地因而串聯起來，各式產品、技術的開發，甚至文化的交流 都更加快速，在二維條碼的輔助之下，一般民眾也可以享受到大量、迅速、便捷 的即時資料，期待產官學界能夠有系統的進行推廣、宣傳，並建立相關的系統， 學校教育也能及時跟進，思考二維條碼在教育方面的應用，使條碼科技更加能受 到廣泛的應用。 數位學習內容資料量受條碼限制 針對數位學習 內容進行編碼 行動裝置解碼 學習者 所學習之資料量少 數位學習內容透過解碼與無線網路連結，將後端資料送到學習者前 數位學習內容 針對數位學習 內容所存放之 網址進行編碼 行動裝置解碼 學習者 所學習之資料量多

陸、參考文獻 王曉璿、劉晏佐、高奇峯（2009）。應用 QR-Code 與即時訊息技術之互動式行動 數位學習系統探究-以建置國小校園植物教材園及教學為例。台北市；國立 台灣師範大學。 台灣 GS1（無日期）。認識 GS1 Taiwan。2009 年 4 月 6 日，取自 http://www.gs1tw.org/twct/web/f001.html。 台灣農產品安全追溯資訊網（無日期）。2009 年 4 月 5 日，取自 http://taft.coa.gov.tw/mp.asp?mp=8&role=C&top=A&nowPage=1&PerPageSize=10 &mpap=A。 財政部台灣省北區國稅局（無日期）。綜合所得稅結算申報二維條碼軟體動態操 作說明。2009 年 4 月 3 日，取自 http://www.ntx.gov.tw/Download/eTax/H1Q9800007/IRX/二維條碼申報流程作業 說明.htm。 趙怡晴、陳玲慧（1999）。資料收集自動化的新利器：二維條碼。電腦與通訊， 85，31-36。 樹木全接觸-流動學習計劃（無日期）。2009 年 5 月 18 日，取自 http://gs.edb.hkedcity.net/tree/info/

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