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一、PDF417概述

1.1 简介

PDF417是美国符号科技(Symbol Technologies, Inc.)发明的二维条码，是一种堆叠式二维条码。PDF(Portable Data File)意思是“便携数据文件”，组成条码的每一个条码字符由4个条和4个空共17个模块构成，故称为PDF417条码。 PDF417条码需要有417解码功能的条码阅读器才能识别。发明人是台湾赴美学人王寅君博士，王博士于1984年毕业于国立交通大学资讯系，获得纽约州立大学石溪分校(University of New York at Stony Brook)电脑硕士和博士学位后，在1988年进入符号科技进行二维条码的研发工作，于1992年底推出PDF417，并于1989年至1992年间领导世界第一部二维条码雷射读码系统的开发。1993年3月作者正式将PDF417引进台湾，交由祥记资讯推广及研发相关套装软体(黄庆祥，1995)。

目前PDF417、Maxicode、Datamatrix同被美国国家标准协会 (American National Standards Institute, ANSI) MH10 SBC-8委员会选为二维条码国际标准制定范围，其中PDF417主要是预备应用于运输包裹与商品资料标签(Burnell, 1995)。PDF417不仅具有错误侦测能力，且可从受损的条码中读回完整的资料(Moore, 1994)，亦即「错误复原能力」，其错误复原率最高可达50%。

PDF417条码是一种高密度、高信息含量的便携式数据文件，是实现证件及卡片等大容量、高可靠性信息自动存储、携带并可用机器自动识读的理想手段。

PDF417二维码可应用在：证件管理、执照年检、报表管理、机电产品的生产和组配线、银行票据管理及行包、货物的运输和邮递。PDF417条码最大的优势在于其庞大的数据容量和极强的纠错能力。

1.2 PDF417二维条码的结构

由于PDF417二维条码的容量较大，除了可将人的姓名、单位、地址、电话等基本资料进行编码外，还可将人体的特徵如指纹、视网膜扫瞄、及照片等个人纪录储存在条码中，这样不但可以实现证件资料的自动输入，而且可以防止证件的伪造，减少犯罪。PDF417已在美国、加拿大、纽西兰的交通部门的执照年审、车辆违规登记、罚款及定期检验上开始应用。美国并同时将PDF417应用在身分证、驾照、军人证上。此外墨西哥也将PDF417应用在报关单据与证件上，从而防止了仿造及犯罪。

PDF417是一个公开码，任何人皆可用其演算法而不必付费，因此是一个开放的条码系统。PDF417的PDF为可携性资料档(Portable Data File)的缩写，取其条码类似一个资料档，可储存较多资料，且可随身携带或随产品走而得名(Paclidis, 1992)。正如其名，每一个PDF码的储存量可高达1,108个文数字(Bytes)，若将数字压缩则可存放至2,729Bytes。

每一个PDF417码是由3~90横列堆叠而成，而为了扫瞄方便，其四周皆有静空区，静空区分为水平静空区与垂直静空区，至少应为0.020寸，如图：

其中每一层都包括下列五个部份：

起始码。
左标区：在起始码后面，为一指示符号字元。
资料区：可容纳1~30个资料字元。
右标区: 在资料区的后面，为一指示符号字元。
结束码：在横列之最右边。

除了起始码和结束码外，左标区、资料区和右标区的组成字元皆可称为字码 (Codeword)，每一个字码由17个模组(Modules)所构成，每一个字码又可分成4线条(或黑线)及4空白(或白线)，每个线条至多不能超过6个模组宽。每个417码因资料大小不同，其行数及每行的资料模组数与字码数都可以从1至30不等。字码的组成如图：

1.3 PDF417二维条码的尺寸

也因为符号的组合较有弹性，每一个PDF417二维条码可因应不同的实体设备印成不同的长宽比例与密度，以适应印刷条件及扫瞄条件的要求。其中每个模组宽X是PDF417码中最重要的尺寸之一，X值的最小限制为0.0075英寸(约0.191mm)，在同一个条码符号中，X的值是固定不变的。

PDF417的最小高度与长度可由下列算式算出：

W＝ (17C＋69)X＋ 2Q
H ＝ R ×Y＋ 2Q

其中：
W= 条码宽度，H=条码高度，X=条码模组宽，Y=层数
C=每层符号字元的总数(含左右标区)，R=层高，Q=静空区大小

1.4 PDF417二维条码的错误纠正能力

PDF417二维条码的一个重要特性是其自动纠正错误的能力较高，不过PDF417的错误纠正能力与每个条码可存放的资料量有关，PDF417码将错误复原分为9个等级，其值从0到8，级数愈高，错误纠正能力愈强，但可存放资料量就愈少，一般建议编入至少10%的检查字码。资料存放量与错误纠正等级的关系如下表所示：

错误纠正等级	纠正码数	可存资料量(位元)
自动设定	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

下表建议不同的字数所适用的错误纠正等级;

资料字码数	错误纠正等级
1~40	2
40~160	3
161~320	4
321~863	5

如前所述，错误纠正等级涉及拒读错误(E错误)与替代错误(T错误)两种错误类型。无论使用哪一种条码机都有一定的精密度极限，造成线条和空白的宽度与理想宽度间必有偏差存在，条码扫瞄设备能够读出解码演算法所允许范围内的不精确条码符号，目前标准中规定X的值最小为0.0075英寸(约0.191mm)，此一限制同时反映出目前标准设备的技术现状。

1.5 PDF417的特性

综合本节所讨论，PDF417的特性如下表所示：

项目	特性
可编码字元集	8位二进制资料，多达811800种不同的字元集或解释
类型	连续型，多层
字元自我检查	有
尺寸	可变高：3_90层宽：130栏
读码方式	双向可读
错误纠正字码数	2~512个
最大资料容量	安全等级为0，每个符号可表示1108个位元

二、PDF417Writer

与之前介绍的二维码类似，PDF417Writer类继承了父类Writer。

PDF417Writer有两个静态变量：

分别表示代码周围的默认空白（边距）和默认错误更正级别。

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

PDF 417的值是由一个数组来保存的。

input 是一个信息字节数组，0为黑色，1为白色；
margin 是条形码周围的边距边框；
返回输入的位矩阵。

  private static BitMatrix bitMatrixFromBitArray(byte[][] input, int margin) {// 创建带有额外空格的位矩阵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++) {// 零在字节矩阵中为白色if (inputY[x] == 1) {output.set(x + margin, yOutput);}}}return output;}

除此之外，还有函数rotateArray()，获取PDF417二维码数组并将其旋转90度。
这使得旋转屏幕时二维码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实现的逻辑部分的顶级类。

有两个静态变量，分别表示启动模式（17位）和停止模式（18位）。

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

接下来介绍几种set方法：

setDimensions(int maxCols, int minCols, int maxRows, int minRows) 用来设置最大/最小行/列值，其参数分别表示允许的最大列数、允许的最小列数、允许的最大行数、允许的最小行数。

setCompaction(Compaction compaction)设置要使用的压缩模式。

setCompact(boolean compact)如果compact为真，则启用压缩。

setEncoding(Charset encoding)设置要使用的字符编码。

  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)用来确定指定码字数的最佳列和行。
其中，sourceCodeWords 为代码字数，errorCorrectionCodeWords 为纠错码字数，该函数返回维度对象包含列作为宽度和行作为高度。

  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选比率，则忽略if (dimension != null && Math.abs(newRatio - PREFERRED_RATIO) > Math.abs(ratio - PREFERRED_RATIO)) {continue;}ratio = newRatio;dimension = new int[] {cols, rows};}// 处理最小值大于必要值时的情况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;}

参考资料：

PDF417二维条码详解

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