Eindimensionale Barcodes werden häufig zur Kennzeichnung von Waren und Dienstleistungen verwendet. Da die Datendichte solcher Codes jedoch gering ist, kommen in für diesen Zweck entwickelten Anwendungen zweidimensionale Codes (2D-Codes oder 2D-Barcodes) zum Einsatz, deren Datenkapazität die herkömmlicher Barcodes um ein Vielfaches übersteigt.
Zweidimensionale Codes kommen daher zum Einsatz, wenn eine größere Datenkapazität erforderlich ist, als sie eindimensionale Codes bieten können. Es gibt zwei Hauptgruppen von zweidimensionalen Codes: Gestapelte Codes bestehen aus übereinander angeordneten eindimensionalen Barcodes, während Matrixcodes aus quadratischen oder rechteckigen Mustern bestehen.
Gestapelte Codes
Im Gegensatz zu eindimensionalen Barcodes bestehen gestapelte Codes aus einem zweidimensionalen Bitmuster, das, wie oben erwähnt, eine quadratische Anordnung aufweist. Gestapelte Codes nutzen sowohl die X-Achse als auch die Y-Achse innerhalb ihres Bereichs, und durch das Stapeln mehrerer Zeilen eindimensionaler Barcodes innerhalb dieses Bereichs wird die Menge der speicherbaren Daten erheblich erhöht. Die Anzahl der Zeichen, die gespeichert werden können, ergibt sich aus der Multiplikation der Kapazität einer einzelnen Zeile mit der Anzahl der Zeilen. Zum Lesen dieser gestapelten Codes können leicht modifizierte Laserscanner verwendet werden; vereinfacht ausgedrückt wird das Bild des 2D-Barcodes gescannt und mithilfe von Bildverarbeitungssoftware decodiert. Neben industriellen Handheld-Geräten und sogenannten MDE-Geräten (siehe auch Pick-by-Scan) können auch Smartphones solche Codes lesen. Beispiele für gestapelte Codes sind PDF417, Codablock, Code 49 und Code 16K.
Vor- und Nachteile von gestapelten Codes
- Der Vorteil von gestapelten Codes besteht darin, dass die für den Code benötigte Fläche durch die Stapelung relativ klein gehalten werden kann. Dadurch lassen sich im Vergleich zu eindimensionalen Barcodes mehr Informationen pro Flächeneinheit unterbringen. Wenn der Code also mit hoher Auflösung gedruckt wird, kann auch seine physische Größe deutlich geringer ausfallen – Stichwort: Platzersparnis.
- Der Nachteil ist, dass im Vergleich zu Standard-Barcodes eine ausgefeiltere Lesetechnologie erforderlich ist (siehe auch CCD-Kamera). In der Praxis können sich die Scanzeiten negativ auf nachfolgende Arbeitsabläufe auswirken, beispielsweise bei der Kommissionierung. Werden jedoch die Codestrukturen von Standard-Barcodes beibehalten und arbeitet das Lesegerät gemäß industriellen Standards (ein geeigneter Scanner anstelle einer Kamera), ist dieser Mehraufwand minimal.
Matrixcodes
Matrixcodes wurden parallel zu Barcodes entwickelt. Diese Art von Code erfordert ausgefeilte Lesetechnologie. Ein Matrixcode setzt sich aus verschiedenen geometrischen Formen zusammen, meist aus Punkten, Rechtecken und Sechsecken. Beispiele für Matrixcodes sind DataMatrix, MaxiCode, AztecCode und QR-Code.
Vor- und Nachteile von Matrixcodes
- Der Vorteil von Matrixcodes besteht darin, dass die für den Code benötigte Fläche relativ klein gehalten werden kann, wodurch im Vergleich zu eindimensionalen Codes mehr Informationen pro Flächeneinheit gespeichert werden können. Der Code ist zudem aus jedem Drehwinkel lesbar. Im Vergleich zu gestapelten Codes ist die Codefläche kleiner, enthält aber mehr Informationen.
- Der Nachteil ist, dass Matrixcodes kamerabasierte Bildverarbeitungssysteme zur Dekodierung erfordern. Darüber hinaus stellen zweidimensionale Codes im Allgemeinen höhere Anforderungen an die Drucktechnik. Ein großes Hindernis für die breite Einführung dieser Codes ist nach wie vor die fehlende Standardisierung, obwohl hier sowohl auf länderspezifischer als auch auf grenzüberschreitender Ebene schrittweise Abhilfe geschaffen wird; so ist beispielsweise der Matrixcode „QR-Code“ in mehreren Ländern zum nationalen Standard geworden.
QR-Code
Ein QR-Code gehört zur Gruppe der Matrixcodes. QR steht für „Quick Response“. Mithilfe dieses zweidimensionalen Codes können Nutzer zu Text und anderen Multimedia-Inhalten in einem für Geräte wie Smartphones optimierten Format weitergeleitet werden. In der Regel wird auf Grundlage eines im QR-Code eingebetteten Befehls eine bestimmte App – beispielsweise ein Webbrowser – geöffnet.
Er besteht aus hellen und dunklen Modulen, die zusammen eine quadratische Matrix bilden. Genau acht Module bilden ein Codewort. Diese Module müssen nicht unbedingt schwarz oder weiß sein; entscheidend ist, dass ein hoher Kontrast zwischen den hellen und dunklen Modulen besteht. Die sogenannten „Finder-Muster“, die sich in drei der vier Ecken befinden, ermöglichen es, den Code als solchen zu erkennen. Sie sind innerhalb des QR-Codes immer an denselben Stellen platziert und bestimmen somit die Ausrichtung des Codes. Ein „Finder-Muster“ ist immer sieben Module breit. Optisch verläuft zwischen diesen drei Markierungen eine Linie – das sogenannte „Timing-Muster“.
Dank eines integrierten Fehlerkorrekturmechanismus kann ein QR-Code auch dann noch gelesen werden, wenn er nicht zu 100 Prozent lesbar oder leicht verschmutzt ist. Dadurch lässt sich der Code sogar dann noch entschlüsseln, wenn bis zu 30 Prozent der Daten fehlen. Je höher jedoch die Fehlerkorrekturstufe ist, desto weniger Daten kann der QR-Code speichern.
Wie oben erwähnt, wurde der QR-Code zwar bereits in mehreren Ländern als nationaler Standard eingeführt, hat aber auch einige technische Weiterentwicklungen durchlaufen:
- Design-QR-Code (auch als benutzerdefinierter QR-Code bekannt, individuell gestaltet mit grafischen Elementen wie einem Logo, Text oder Bild; angepasst an Corporate Designs und in Marketingkampagnen eingesetzt; nutzt die Fehlertoleranz des QR-Codes)
- Micro-QR-Code (eine für minimale Abmessungen optimierte QR-Code-Variante)
- Secure QR Code (SQRC, enthält eine Funktion zur Verschlüsselung des Dateninhalts)
- iQR-Code (kann auch rechteckig sein und beispielsweise auf einem zylindrischen Objekt angebracht werden; ähnlich wie der Micro-QR-Code bietet er eine hohe Datendichte auf sehr kleinem Raum)
- Frame-QR-Code (wird zur Einbindung grafischer Elemente verwendet, ähnlich wie der Design-QR-Code; anstelle einer Fehlerkorrektur wird jedoch ein leerer Bereich geschaffen, um den herum der eigentliche QR-Code platziert wird; dieser leere Bereich kann dann grafisch gestaltet werden; der Frame-QR-Code ist nicht mit herkömmlichen QR-Codes kompatibel und erfordert zum Scannen eine andere App)
Data-Matrix-Code
Neben dem QR-Code gehört der Data-Matrix-Code zu den bekanntesten 2D-Codes und hat sich insbesondere in der industriellen Fertigung etabliert, wo er als dauerhafte Kennzeichnung mittels Laser oder Nadelprägung zur Identifizierung einzelner Bauteile eingesetzt wird. Mittlerweile wird er jedoch auch in der Dokumentenverarbeitung als gedrucktes Codebild verwendet, beispielsweise von der Deutschen Post oder der Pharmaindustrie, wie im folgenden Beispiel zu sehen ist.
Das folgende Video vermittelt einen Eindruck davon, wie klein Data-Matrix-Codes sein können.
Wie der QR-Code verfügt auch der DataMatrix-Code über eine Fehlerkorrektur; er kann entweder quadratisch oder rechteckig sein und lässt sich auch auf zylindrischen Oberflächen anbringen und von diesen lesen. Der DataMatrix-Code ist in der internationalen ISO/IEC 16022-Standard definiert und wird in seiner Variante mit ECC200-Fehlerkorrektur (Reed-Solomon-Algorithmus) in Verbindung mit dem GS1-Datenstruktur. Daraus hat sich der Begriff „GS1 DataMatrix“ entwickelt, der jedoch keinen bestimmten Code beschreibt, sondern vielmehr die Konfiguration dieser Komponenten. Sowohl seine technischen Eigenschaften als auch seine internationale Standardisierung sind weiterhin ausschlaggebend für die weitverbreitete Nutzung des DataMatrix-Codes.
Anwendungen
Anmerkung der Redaktion: Die Verwendung mehrdimensionaler Codes, insbesondere von QR-Codes, sollte in einem breiteren Kontext betrachtet werden – nämlich dem der mobilen Datenerfassung, zu der auch RFID-Systeme gehören.
In vielen Bereichen der Logistik besteht die Notwendigkeit, den Standort, den Logistikstatus und die Identifikation eines Produkts oder eines Produktionsmittels miteinander abzugleichen. Die mobile Datenerfassung ist in dieser Hinsicht besonders hilfreich.
seton.de
QR-Codes wurden ursprünglich in der Produktionslogistik eingesetzt, sind aber mittlerweile aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. In der Logistik, genauer gesagt im Materialfluss, wird der klassische Barcode nach wie vor in großem Umfang verwendet; oft wird er jedoch nur zur Identifizierung benötigt, während die eigentlichen Informationen in anderen Systemen (ERP-System, Lagerverwaltung, Warenwirtschaftssystem) gespeichert sind. Dennoch sind es Matrixcodes wie QR-Codes und DataMatrix-Codes, die ein enormes Innovationspotenzial bieten. So können beispielsweise stationäre Drucker Codes nun schnell auf Verpackungen aufbringen, um die Waren eindeutig zu identifizieren. Die traditionell verwendeten Chargennummern werden durch die Zuweisung einer serialisierten Kennung für jede einzelne Verpackung ersetzt; dies wird beispielsweise in der Pharmaindustrie bei der Verpackung von Medikamenten erfolgreich praktiziert. Die weitaus größere Informationskapazität solcher Codes vereinfacht einerseits die Dokumentation und macht Geschäftsprozesse andererseits nachprüfbar. Darüber hinaus ist es mittlerweile gängige Praxis, verschiedene Codevarianten zu kombinieren.
Beispiel: SecurPharm
Am 9. Februar ging das neue Sicherheitssystem für Arzneimittel „securPharm“ in Betrieb. Der gleichnamige deutsche Verein securPharm e.V. – initiiert von der Industrie, dem Großhandel und der Apothekenbranche – hat dieses System gemäß den Anforderungen der EU-Fälschungsrichtlinie 2011/62/EU entwickelt. Verpackungen von verschreibungspflichtigen Arzneimitteln, die Hersteller auf den Markt bringen, werden fortan mit zwei zusätzlichen Sicherheitsmerkmalen versehen, die unmittelbar vor der Abgabe an den Patienten überprüft werden.
Diese EU-Richtlinie schreibt vor, dass jede Verpackung über einen sogenannten eindeutigen Identifikator verfügen muss, der aus einem Produktcode, einer Seriennummer, einer Chargennummer und einem Verfallsdatum besteht und als 2D-Barcode aufgedruckt ist. Darüber hinaus muss jede Verpackung versiegelt sein, um feststellen zu können, ob sie jemals geöffnet wurde. Aus datentechnischer Sicht müssen diese Verpackungen durchgängig überprüft werden. Das bedeutet, dass der Hersteller bei der Herstellung einer Verpackung die Daten der eindeutigen Kennung in eine EU-weite Datenbank hochlädt. Wenn die Verpackung an den Endverbraucher abgegeben wird, muss sie in der Datenbank als abgegeben markiert werden. Zwischen dem Hersteller und dem Endverbraucher kann die Verpackung so oft wie nötig überprüft werden. Dazu wird die Datenbank nach der eindeutigen Kennung abgefragt, um sowohl zu überprüfen, ob diese existiert, als auch, ob sie noch nicht als verkauft markiert wurde. Ein herkömmlicher Barcode wäre viel zu groß, um diese Datenmenge aufzunehmen, weshalb die oben genannten Daten in einem DataMatrix-Code (ISO/IEC 16022) kodiert werden.
Übersicht über zweidimensionale Codes / 2D-Codes
Mehrdimensionale Codes (auch als zweidimensionale Codes oder 2D-Codes bezeichnet) verfügen über eine deutlich größere Datenkapazität als eindimensionale Codes; sie werden in gestapelte Codes und Matrixcodes unterteilt. Der QR-Code ist einer der am weitesten verbreiteten und bekanntesten Matrixcodes, da er sowohl ohne spezielle technische Kenntnisse als auch ohne komplexe Werkzeuge erstellt und gelesen werden kann und gleichzeitig ein ausgewogenes Verhältnis von Platzbedarf zu Datenkapazität bietet. Im Vergleich zum klassischen Barcode zeichnet sich der QR-Code zudem durch eine hohe Fehlertoleranz aus, sodass er auch bei Beschädigungen noch gelesen werden kann. So werden QR-Codes beispielsweise in der Lagerverwaltung ebenso effizient eingesetzt wie im Alltag oder in der Werbung. Auch der DataMatrix-Code hat sich durch Anwender wie die Deutsche Post etabliert, wo er für computergenerierte Frankierungen verwendet wird.
