DotCode

DotCode — двумерный матричный штрихкод (barcode), изобретённый в 2008 году^[1] компанией Hand Held Products как замена устаревшему штрихкоду Code 128. В настоящее время стандартизирована организацией Ассоциация автоматической идентификации и мобильности (AIM) как «ISS DotCode Symbology Specification 4.0»^[2]. DotCode представляет собой матрицу разреженных чёрных круглых точек и белых промежутков на белом фоне (на чёрном фоне точки могут быть белыми). DotCode был разработан для использования с высокоскоростными промышленными принтерами^[3], где точность печати может быть низкой. Благодаря тому, что стандарт DotCode не требует сложных элементов (например, непрерывных линий или специальных фигур), его можно наносить методом лазерной гравировки или промышленными сверлильными системами.

Штрихкод DotCode был изобретён в 2008 году^[1] доктором Эндрю Лонгэйкером из компании Hand Held Products и стандартизирован в 2009 году^[4] организацией AIM как «Bar code symbology specification – DotCode»^[5]. В 2019 году спецификация была пересмотрена и утверждена в версии «ISS DotCode Symbology Specification 4.0»^[2].

С DotCode связана целая серия патентов, касающихся кодирования и декодирования:

Патент США US20090200386A1 (Hand Held Products Inc), «Machine readable 2D symbology printable on demand»^[1]
Патент США US20190130236A1 (Datalogic IP Tech SRL), «System and method for extracting bitstream data in two-dimensional optical codes»^[6]
Патент Китая CN113297872A (Fuzhou Symbol Information Technology Co ltd), «Dotcode identification method and equipment»^[7]

Штрихкод DotCode может использоваться аналогично Code 128 или любому другому двумерному матричному штрихкоду. В настоящее время применяется преимущественно для кодирования данных GS1 в табачной^[8]^[9], алкогольной и безалкогольной^[10], фармацевтической и продуктовой промышленности. Основное внедрение DotCode на данный момент — в табачной отрасли^[11]^[12].

Основные достоинства DotCode^[13]:

Полная поддержка и замена набора символов Code 128;
Компактное кодирование 8-битовых массивов данных;
Поддержка Unicode с функцией Extended Channel Interpretation;
Эффективное кодирование данных GS1;
Использование коррекции ошибок Рида — Соломона;
Возможность нанесения кода высокоскоростными промышленными принтерами и другими методами (лазерная гравировка и др.).

DotCode представляет данные в виде прямоугольной структуры из чёрных круглых точек и белых промежутков на белом (или белых точек на чёрном) фоне. В отличие от других двумерных штрихкодов, DotCode не содержит поисковых паттернов и должен детектироваться алгоритмами поиска областей (blob detection) — например, с помощью фильтра Габора или преобразования Хафа по окружности. Все данные, метаданные и коды коррекции ошибок кодируются в одной матрице точек, без видимых различий между их частями.

Примеры DotCode:

Символ DotCode строится из следующих элементов:^[2]

Два битовых маски (на схеме выделены зелёным);
Информационные биты (как данные, так и коды коррекции ошибок), которые считываются сверху вниз (чётная сторона кода) и слева направо (нечётная сторона);
Угловые маркеры (на схеме красные точки) — могут использоваться как данные или заполняющие (чёрные) точки;
Тихая зона не менее трёх размеров точки.

Битовая последовательность DotCode:
(две битовые маски: M2, M1)(информационные биты)(угловые биты, могут быть данными или заполняющими: C1–C6)

Коды данных (codewords) в диапазоне 0–112 кодируются шаблонами 5 из 9 бит^[2] — каждая девятка точек содержит 5 чёрных и 4 белых точки. Если размер матрицы не кратен 9, оставшиеся позиции заполняются дополнительными чёрными точками (padding bits)^[2] (от 0 до 8). Логически массив бит выглядит так:
(2 бита маски)(кодовые слова по 9 бит)(0–8 бит заполнения)

Требования к размерам DotCode^[2]:

Сумма ширины и высоты должна быть нечётной: $(W+H){\pmod {2}}=1$
Минимальный размер матрицы — 5×5, максимум не ограничен;
Рекомендуется выбирать размер с не менее 6 заполнителей-чёрных бит, где остаток ёмкости данных от деления на 9 больше или равен 6:^[2] $6<=(((W*H)/2)-2){\pmod {9}}$

Маскирование данных

Для минимизации визуальных проблемных паттернов кодовые слова данных маскируются, порождая разные комбинации точек. Маска применяется только к серии данных и не затрагивает коды коррекции ошибок. В DotCode предусмотрено 4 паттерна маскирования, кодируемых двумя битами в начале массива символа^[2]^:5.2.4

Биты маскирования DotCode
Маска	Биты	Операция маски (пример: 099 099 099 099 099 099 099 099 106)
0	00	Прибавление 0 к каждому значению (без изменений) (000) 099 099 099 099 099 099 099 099 106
1	01	Прибавление последовательных троек к значениям по модулю 113 (001) 099 102 105 108 111 001 004 007 017
2	10	Прибавление последовательных семёрок по модулю 113 (002) 099 106 000 007 014 021 028 035 049
3	11	Прибавление последовательных семнадцаток по модулю 113 (003) 099 003 020 037 054 071 088 105 016

Коррекция ошибок

В DotCode применяется коррекция ошибок Рида — Соломона^[2] с простым числом 3 и конечным полем $\mathbb {F} _{113}$ (GF(113)). Кодовые слова данных — это числа 0–112, а значение маски трактуется как ведущий код данных 0–3. Длина защищаемого массива составляет (1 + ND), где ND — количество кодов данных; количество кодов коррекции:
$NC=3+(ND/2)$ ,
где NC — число кодов коррекции.

Итоговое число кодовых слов:
$NW=(1+ND)+NC$ ,
NW — общее количество символов (1 маска + ND данные + NC коррекция).

Если NW превышает 112, данные разбиваются на несколько блоков коррекции:
$B=(NW+111)/112$ , где B — число блоков.

Деление на блоки производится так (для каждого блока n, n=1...B):

$ND(block)=((1+ND)-(n-1)+(B-1))/B$
$NW(block)=(NW-(n-1)+(B-1))/B$
$NC(block)=NW(block)-ND(block)$

Данные коррекции дописываются после данных блока в перемешанном порядке^[14]:
(ND)(NC1_1)(NC2_1)(NC3_1)...(NC1_n)(NC2_m)(NC3_k)

Размер кода DotCode не ограничен стандартом, однако на практике для размерности 100×99 (4950 точек) можно закодировать 366 исходных кодовых слов, 730 цифр, 365 алфавитно-цифровых символов или 304 байта. Информационное сообщение представлено кодовыми словами 0–112, каждое из которых кодируется шаблоном 5 из 9 бит.

Возможности кодирования DotCode^[2]:

Нативное кодирование цифр или символов ASCII (0–127) с помощью наборов A, B и C, расширенные значения (128–255) через режим Upper Shift;
Эффективное кодирование байтов (5 байтов за 6 кода) в режиме Binary Latch;
Поддержка кодирования данных GS1;
Кодирование символов Unicode с функцией Extended Channel Interpretation;
Поддержка структурированного объединения штрихкодов (Structured Append);
Поддержка режима «Макросов» (Macros).

Символы данных DotCode
Символ данных							Символ данных
Кодовое слово	Набор A		Набор B		Набор C	Шаблон точки	Кодовое слово	Набор A		Набор B		Набор C	Шаблон точки
Кодовое слово	Символ	ASCII	Символ	ASCII	Набор C	Шаблон точки	Кодовое слово	Символ	ASCII	Символ	ASCII	Набор C	Шаблон точки
0	SP	32	SP	32	00	101010101	57	Y	89	Y	89	57	110101100
1	!	33	!	33	01	010101011	58	Z	90	Z	90	58	110110010
2	"	34	"	34	02	010101101	59	[	91	[	91	59	110110100
3	#	35	#	35	03	010110101	60	\	92	\	92	60	111001010
4	$	36	$	36	04	011010101	61	]	93	]	93	61	111010010
5	%	37	%	37	05	101010110	62	^	94	^	94	62	111010100
6	&	38	&	38	06	101011010	63	_	95	_	95	63	001011110
7	'	39	'	39	07	101101010	64	NUL	00	`	96	64	001101110
8	(	40	(	40	08	110101010	65	SOH	01	a	97	65	001110110
9	)	41	)	41	09	010101110	66	STX	02	b	98	66	001111010
10	*	42	*	42	10	010110110	67	ETX	03	c	99	67	010011110
11	+	43	+	43	11	010111010	68	EOT	04	d	100	68	010111100
12	,	44	,	44	12	011010110	69	ENQ	05	e	101	69	011001110
13	-	45	-	45	13	011011010	70	ACK	06	f	102	70	011011100
14	.	46	.	46	14	011101010	71	BEL	07	g	103	71	011100110
15	/	47	/	47	15	100101011	72	BS	08	h	104	72	011101100
16	0	48	0	48	16	100101101	73	HT	09	i	105	73	011110010
17	1	49	1	49	17	100110101	74	LF	10	j	106	74	011110100
18	2	50	2	50	18	101001011	75	VT	11	k	107	75	100010111
19	3	51	3	51	19	101001101	76	FF	12	l	108	76	100011011
20	4	52	4	52	20	101010011	77	CR	13	m	109	77	100011101
21	5	53	5	53	21	101011001	78	SO	14	n	110	78	100100111
22	6	54	6	54	22	101100101	79	SI	15	o	111	79	100110011
23	7	55	7	55	23	101101001	80	DLE	16	p	112	80	100111001
24	8	56	8	56	24	110010101	81	DC1	17	q	113	81	101000111
25	9	57	9	57	25	110100101	82	DC2	18	r	114	82	101100011
26	:	58	:	58	26	110101001	83	DC3	19	s	115	83	101110001
27	;	59	;	59	27	001010111	84	DC4	20	t	116	84	110001011
28	<	60	<	60	28	001011011	85	NAK	21	u	117	85	110001101
29	=	61	=	61	29	001011101	86	SYN	22	v	118	86	110010011
30	>	62	>	62	30	001101011	87	ETB	23	w	119	87	110011001
31	?	63	?	63	31	001101101	88	CAN	24	x	120	88	110100011
32	@	64	@	64	32	001110101	89	EM	25	y	121	89	110110001
33	A	65	A	65	33	010010111	90	SUB	26	z	122	90	111000101
34	B	66	B	66	34	010011011	91	ESC	27	{	123	91	111001001
35	C	67	C	67	35	010011101	92	FS	28	\|	124	92	111010001
36	D	68	D	68	36	010100111	93	GS	29	}	125	93	000101111
37	E	69	E	69	37	010110011	94	RS	30	~	126	94	000110111
38	F	70	F	70	38	010111001	95	US	31	DEL	127	95	000111011
39	G	71	G	71	39	011001011	96	Shift B		CR/LF	13/10	96	000111101
40	H	72	H	72	40	011001101	97	2x Shift B		HT *	09	97	001001111
41	I	73	I	73	41	011010011	98	3x Shift B		FS *	28	98	001100111
42	J	74	J	74	42	011011001	99	4x Shift B		GS *	29	99	001110011
43	K	75	K	75	43	011100101	100	5x Shift B		RS *	30	(17)...(10)	001111001
44	L	76	L	76	44	011101001	101	6x Shift B		Shift A		Latch A	010001111
45	M	77	M	77	45	100101110	102	Latch B		Latch A		Shift B	011000111
46	N	78	N	78	46	100110110	103	2x Shift C		2x Shift C		2x Shift B	011100011
47	O	79	O	79	47	100111010	104	3x Shift C		3x Shift C		3x Shift B	011110001
48	P	80	P	80	48	101001110	105	4x Shift C		4x Shift C		4x Shift B	100011110
49	Q	81	Q	81	49	101011100	106	Latch C		Latch C		Latch B	100111100
50	R	82	R	82	50	101100110	107	FNC1		FNC1		FNC1	101111000
51	S	83	S	83	51	101101100	108	FNC2		FNC2		FNC2	110001110
52	T	84	T	84	52	101110010	109	FNC3		FNC3		FNC3	110011100
53	U	85	U	85	53	101110100	110	Upper Shift A		Upper Shift A		Upper Shift A	110111000
54	V	86	V	86	54	110010110	111	Upper Shift B		Upper Shift B		Upper Shift B	111000110
55	W	87	W	87	55	110011010	112	Binary Latch		Binary Latch		Binary Latch	111001100
56	X	88	X	88	56	110100110	* в ведущих позициях данных эти codewords используются как «Макросы»

Основные правила кодирования сообщения:

Начальный режим кодирования — Code Set C;
Если в первой позиции два цифровых символа (значения 0–100), это GS1-сообщение;
Если в первой позиции FNC1 (противоположно Code 128) или другой нецифровой код (101–112), сообщение считается НЕ GS1.

Кодирование двоичных байтов

DotCode может кодировать полный 8-битный набор двумя способами:^[2]

Upper Shift: используются 2 кодовых слова на один (128–255) символ;
Binary Latch: 1 кодовый символ «Binary Latch» и 6 кодовых слов на каждые 5 байтов.

Upper Shift позволяет кодировать расширенные ASCII (128–255) в две позиции, возвращаясь к исходному режиму:

Upper Shift в DotCode
Тип Upper Shift	Коды	ASCII
Upper Shift A	64–95	128–159
Upper Shift B	0–95	160–255

Binary Latch позволяет кодировать 8-битный набор и ECI-последовательности от 1 до 5 символов. При этом:

Данные разбиваются на группы по 5 байтов (или идентификаторов ECI) — по 6 кодовых слов;
Значения 0–258 преобразуются по основанию 259 в 6 кодов по основанию 103;
Значения 0–255 — это собственно байты;
256, 257 или 258 означают ECI-последовательность на следующие 1, 2 или 3 байта;
Кодовые слова выше 102 (от 103 до 112) останавливают текущий режим кодирования.

Служебные кодовые слова бинарного режима DotCode
Код	Операция
103	Прерывание: 2× Shift C
104	Прерывание: 3× Shift C
105	Прерывание: 4× Shift C
106	Прерывание: 5× Shift C
107	Прерывание: 6× Shift C
108	Прерывание: 7× Shift C
109	Завершение с Latch в набор A
110	Завершение с Latch в набор B
111	Завершение с Latch в набор C
112	Завершение: разделение символа, Latch в C

Бинарное кодирование эффективнее начиная с трёх байтов:

Эффективность бинарного режима DotCode
Количество байтов	Требуется кодовых слов	Кодовые слова с latch/back	Upper Shift-кодов
1	2	4	2
2	3	5	4
3	4	6	6
4	5	7	8
5	6	8	10

ECI-кодирование

DotCode поддерживает кодирование индикатора ECI двумя способами:^[2]

В режиме Binary Latch;
Символом FNC2.

FNC2 в любой позиции (кроме конца) указывает на вставку ECI-последовательности — "\nnnnnn" (000000–811799), кодируемой одним или тремя кодовыми словами:

Если следующий код < 40 — кодируется значение ECI 000000–000039;
Иначе следующие три кода A, B, C: $(A-40)*12769+B*113+C+40$ .

Кодирование GS1

Любые две цифры в первой позиции маркируют символ как GS1 (в отличие от Code 128). Для кодирования «обычных» данных (не GS1), в первый символ вставляется FNC1 (опущен при декодировании)^[2]. В иных позициях FNC1 служит разделителем идентификаторов приложения GS1 (символ GS, ASCII 29).

Кодовое слово 100 в наборе C кодирует идентификатор GS1 AI (17) — далее три кода даты истечения срока действия; перед расшифровкой следующих кодов вставляется GS1 AI (10):
(100)(24)(12)(30)(56)(64) → 17241230105664

Режим «Макросов»

Некоторые кодовые слова данных 97–100 в начальной позиции (набор B) представляют спецрежим «макросов»^[2]^[15]. В других позициях то же слово кодирует ASCII-символ:
(Latch B)(HT) → [)>RS05GS … RSEoT
(Shift B)(HT) → [)>RS05GS … RSEoT

Двойные функции кодовых слов набора B DotCode
Кодовое слово	В первой позиции данных	В последующих позициях
Кодовое слово	В первой позиции данных	Символ	ASCII
97	[)>RS05GS ... RSEoT	HT	09
98	[)>RS06GS ... RSEoT	FS	28
99	[)>RS12GS ... RSEoT	GS	29
100	[)>RSxx ... EoT (xx = 00-99)	RS	30
1. Макроразвертки включают заголовок и окончание. 2. Для кодирования HT, FS, GS или RS в первой позиции используйте набор A. 3. Macros для code 100 намеренно опускает GS в начале и RS в конце, так как для некоторых значений «xx» это некорректно.

Структурированное объединение

DotCode поддерживает составные символы, где данные нескольких DotCode объединяются логически. Для этого применяется символ FNC2 в последней позиции данных. Если FNC2 последняя^[2], предшествующие два символа (цифры или буквы) задают позицию и общее число в составе объединённого сообщения.

Спецрежимы

FNC3 в первой позиции данных маркирует сообщение как управляющее (инициализация/перепрограммирование считывателя)^[2].

В иной позиции FNC3 разрывает сообщение на две логически отдельные части (до и после символа).

Заполнение данных

Ёмкость символа по codewords:
$NW=((H*W)/2-2){\pmod {9}}$

Ёмкость по данным:
$ND=(NW-3)-(NW-3)/3$

Если остаётся свободное место, заполняем:

Бинарный режим завершаем Latch к набору A (109);
В других случаях используем слово 106 (Latch C/B).

ISO/IEC. ISO/IEC 15434:2019 "Information technology Automatic identification and data capture techniques Syntax for high-capacity ADC media" (неопр.). iso.org. International Organization for Standardization (ISO) (2019). Дата обращения: 13 июня 2024.

Патент на DotCode
Бесплатный генератор DotCode
Бесплатный считыватель DotCode

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

DotCode

История и стандарты

Применение

Структура штрихкода

Маскирование данных

Коррекция ошибок

Кодирование