1980年代晚期，美國(guó)知名的UPS(United Parcel Service)快遞公司認(rèn)知到利用機(jī)器辨讀資訊可有效改善作業(yè)效率、提高服務(wù)品質(zhì)，故從1987年開(kāi)始著手於機(jī)器可讀表單(Machine Readable Form)的研究，發(fā)覺(jué)到條碼是相對(duì)成本最低的可行方案。為了能達(dá)到高速掃瞄的目的，UPS舍棄了堆疊式二維條碼的做法，重新研發(fā)一種新的條碼，在1992年時(shí)推出UPS code，并研發(fā)出相關(guān)設(shè)備，此即Maxicode二維條碼的前身。　　1996年時(shí)，美國(guó)自動(dòng)辨識(shí)協(xié)會(huì)(AIMUSA)制定統(tǒng)一的符號(hào)規(guī)格，稱(chēng)為Maxicode二維條碼，也有人稱(chēng)USS-Maxicode二維條碼(Uniform Symbology Specification- Maxicode)。本文所指的Maxicode二維條碼，都是遵循AIMUSA所制訂的標(biāo)準(zhǔn)。

　　Maxicode二維條碼是一種中等容量、尺寸固定的矩陣式二維條碼，它由緊密相連的六邊形模組和位於符號(hào)中央位置的定位圖形所組成。Maxicode二維條碼是特別為高速掃瞄而設(shè)計(jì)，主要應(yīng)用於包裹搜尋和追蹤上。UPS除了將Maxicode二維條碼/牛眼碼應(yīng)用到包裹的分類(lèi)、追蹤作業(yè)上，并打算推廣到其他應(yīng)用上。1992年與1996年所推出的Maxicode二維條碼符號(hào)規(guī)格略有不同，就外觀上來(lái)看，圖1的左邊是1992年剛推出的樣子，右邊則是現(xiàn)在Maxicode二維條碼應(yīng)有的樣子。由于其外觀形象，有名：牛眼碼。

圖1 Maxicode二維條碼的外觀

Maxicode二維條碼的基本特征

　　外形近乎正方形，由位於符號(hào)中央的同心圓(或稱(chēng)公牛眼)定位圖形 (Finder Pattern)，及其周?chē)呅畏涑彩浇Y(jié)構(gòu)的資料位元所組成，這種排列方式使得Maxicode二維條碼可從任意方向快速掃瞄。其外觀與中心放大圖如圖2所示。

圖2 Maxicode二維條碼外觀與中心放大圖

　　符號(hào)大小固定。為了方便定位，使解碼更容易，以加快掃瞄速度，Maxicode二維條碼的圖形大小與資料容量大小都是固定的，圖形固定約1平方英寸，資料容量最多93個(gè)字元。

　　定位圖形：Maxicode二維條碼具有一個(gè)大小固定且唯一的中央定位圖形，為叁個(gè)黑色的同心圓，用於掃瞄定位。此定位圖形位在資料模組所圍成的虛擬六邊形的正中央，在此虛擬六邊形的六個(gè)頂點(diǎn)上各有3個(gè)黑白色不同組合式所構(gòu)成的模組，稱(chēng)為「方位叢」(Orientation Cluster)，其提供掃瞄器重要的方位資訊，見(jiàn)圖3。

圖3 Maxicode二維條碼的符號(hào)排列方式

　　每個(gè)Maxicode二維條碼均將資料欄位劃分成兩大部分，圍在定位圖形周?chē)纳罨疑涑卜Q(chēng)為主要訊息(Primary Messages)，其包含的資料較少，主要用來(lái)儲(chǔ)存高安全性的資料，通常是用來(lái)分類(lèi)或追蹤的關(guān)鍵資訊，其包括60個(gè)資料位元(bits)和60個(gè)錯(cuò)誤糾正位元。

　　主要訊息有兩個(gè)特殊作用，其中最重要的是包含4個(gè)模式位元(Mode Bits)，圍在定位圖形右上方全白的方位叢左邊，以淡灰色所標(biāo)識(shí)的四個(gè)位元即是，其直接指示出其馀的資料編碼模式。另一個(gè)用途是，剩馀的56個(gè)資料位元?jiǎng)t依包裹分類(lèi)追蹤需要的所有資訊編碼成結(jié)構(gòu)化收件人訊息(Structured Carrier Messages)，因此大部份在高速掃瞄的狀況下，只需要將主要訊息解碼就夠了。

　　在主要訊息外圍的淡灰色部份(未表示完全)，用來(lái)儲(chǔ)存次要訊息(Secondary Messages)，其提供額外的訊息，如來(lái)源地、目的地等人工分類(lèi)時(shí)所需的重要資訊。

模式：是一種允許符號(hào)有不同結(jié)構(gòu)的機(jī)制，Maxicode二維條碼共有7種模式(模式0~模式6)，但其中有2個(gè)模式(模式0、模式1)已作廢。

(二) 錯(cuò)誤糾正能力
Maxicode二維條碼具有復(fù)雜而堅(jiān)固的錯(cuò)誤糾正能力，以確保符號(hào)中的資訊是正確的，就算條碼受到部份損毀，內(nèi)部?jī)?chǔ)存的資訊仍可完整讀出。

(叁) 解碼速度
Maxicode二維條碼的最大優(yōu)點(diǎn)在於其解碼速度相當(dāng)快，Maxicode二維條碼可在速度為每分鐘550英 的輸送帶上成功讀取。

Maxicode二維條碼的組成

編碼字元集
Maxicode二維條碼允許對(duì)256個(gè)國(guó)際字符編碼，包括值0~127的ASCII字元和128~255的擴(kuò)展ASCII字元。在數(shù)字組合模式下，可用6個(gè)字碼表示9位數(shù)字。用於代碼切換和其他控制字元也包括在其字元集中。

Maxicode二維條碼符號(hào)字元的表示

每個(gè)字元由6個(gè)六邊形的模組組成。

每個(gè)模組表示一個(gè)二進(jìn)制位，深色模組表示 “1” ，淺色模組表示 “0”。

通常六個(gè)模組排成3層，順序?yàn)橛疑现磷笙拢?jiàn)圖4所示。

圖4 Maxicode二維條碼的位元組成排列方式

　　由於Maxicode二維條碼符號(hào)的特殊結(jié)構(gòu)，符號(hào)字元具有特殊的排列形式。

字碼集
字碼是介於數(shù)字字元和符號(hào)字元間的值，也是錯(cuò)誤糾正計(jì)算的基礎(chǔ)。Maxicode二維條碼的字碼集共有64個(gè)，范圍為0~63，二進(jìn)位表示為000000~111111。在每符號(hào)字元中，最高有效位是編號(hào)最低的模組。

符號(hào)尺寸
每個(gè)Maxicode二維條碼符號(hào)共有884個(gè)六邊形模組，分33層圍繞著中央定位圖形，每一層分別由30個(gè)或29個(gè)模組組成。符號(hào)四周應(yīng)有空白區(qū)。每個(gè)Maxicode二維條碼包括空白區(qū)在內(nèi)，尺寸固定為28.14mm×26.91mm，約1平方英寸。中央定位圖形相當(dāng)於90個(gè)模組的大小。

資料容量
884個(gè)六邊形模組中，有18個(gè)模組用於定位，剩馀866個(gè)為資料模組，扣掉2個(gè)未使用的模組，用於表示資料編碼和錯(cuò)誤糾正的模組共有864個(gè)，包含144個(gè)6位元的符號(hào)字元，其中至少須有50個(gè)以上的錯(cuò)誤糾正字元，以及1個(gè)模式字元，因此資料容量最大為93個(gè)字元，若純?yōu)閿?shù)字字元，則可存放138個(gè)。

錯(cuò)誤糾正
Maxicode二維條碼提供標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤糾正(Standard Error Correction, SEC)與增強(qiáng)錯(cuò)誤糾正(Extended Error Correction, EEC)兩種錯(cuò)誤糾正等級(jí)，這兩種等級(jí)需要不同數(shù)量的字，提供不同水準(zhǔn)的錯(cuò)誤恢復(fù)能力，SEC的錯(cuò)誤復(fù)原能力達(dá)16%，EEC則可達(dá)25%。這兩種錯(cuò)誤糾正等級(jí)的基本特性如表所示。采用哪一種錯(cuò)誤糾正等級(jí)是由模式字元所指定。

Maxicode的錯(cuò)誤糾正等級(jí)

Maxicode的模式

　　如前所述，每個(gè)Maxicode有1個(gè)模式字元，用來(lái)定義符號(hào)的資料與錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)，模式的編碼是主要訊息的一部份。

原本於1992年推出的UPS code的規(guī)格只有兩種模式：

模式0：主要訊息為一個(gè)結(jié)構(gòu)化收件人訊息，次要訊息至多可編入84個(gè)大寫(xiě)英文字母，或數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。

模式1：主要訊息加上次要訊息至多可編入93個(gè)大寫(xiě)英文字母，或數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。

不過(guò)上述兩種模式已廢除，由新規(guī)定的模式2和模式3取代模式0，由模式4取代模式1。AIMUSA所規(guī)定的新模式及其內(nèi)容為：

模式2：主要訊息為一個(gè)結(jié)構(gòu)化收件人訊息加上一個(gè)數(shù)字型態(tài)的郵遞編號(hào)，次要訊息至多可編入84個(gè)字元(character)。

模式3：主要訊息為一個(gè)結(jié)構(gòu)化收件人訊息加上一個(gè)文數(shù)字型態(tài)的郵遞編號(hào)，次要訊息至多可編入84個(gè)字元。

模式2及模式3適用於運(yùn)輸業(yè)者，此時(shí)符號(hào)表示收件人定義的目的地地址及服務(wù)類(lèi)型。符號(hào)的前120位用增強(qiáng)錯(cuò)誤糾正(EEC)表示收件人結(jié)構(gòu)化資訊，而符號(hào)的其馀部份用標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤糾正(SEC)表示其它資訊。收件人訊息的結(jié)構(gòu)如表。

結(jié)構(gòu)化收件人訊息的結(jié)構(gòu)

模式4：主要訊息加上次要訊息至多可編入93個(gè)字元。
模式4是標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)，其指示在主要訊息部分采用EEC，而在次要訊息部分采用SEC，這種模式下共有93個(gè)資料字碼。

模式5：主要訊息加上次要訊息至多可編入77個(gè)字元。
模式5是全EEC模式，其指示在主要訊息及次要訊息部份全部采用EEC，符號(hào)有77個(gè)資料字碼。

模式6：主要訊息加上次要訊息至多可編入93個(gè)字元。
模式6為掃瞄器編程模式，其指示符號(hào)表示的訊息是用於掃瞄器編程，主要訊息采用EEC，次要訊息采用SEC。

上述一個(gè) “字元”是指6位元的符號(hào)字元。目前模式字元其實(shí)只用了編號(hào)3~6號(hào)等4個(gè)位元，放在符號(hào)的第一個(gè)符號(hào)字符中。將Maxicode的模式再做一總結(jié)。

Maxicode的模式

Maxicode的解碼步驟

• 抓取一個(gè)包含Maxicode標(biāo)簽的影像。
  

• 定位到公牛眼(同心圓定位圖形)。
  

• 調(diào)整抓取到的Maxicode影像大小。
  

• 蓋掉公牛眼(公牛眼部份轉(zhuǎn)成空白)。
  

• 加強(qiáng)每一個(gè)六邊形的邊緣。

• 執(zhí)行一個(gè)向前掃瞄的動(dòng)作。
  

• 定位至掃瞄到的叁個(gè)亮點(diǎn)(虛擬六邊形的左上角)。
  

• 執(zhí)行一個(gè)反向的掃瞄動(dòng)作。
  

• 計(jì)算出標(biāo)簽的方向後，決定使用該方向的方位叢。
  

• 使用反向的掃瞄影像，定位到每一個(gè)六邊形的中央，再與原先的影像進(jìn)行比對(duì)。
  

• 重建二進(jìn)位順序。

• 執(zhí)行錯(cuò)誤偵測(cè)與糾正，獲得原始訊息。