Standards based two­dimensional symbologies for e­governance applications

A  barcode  is  an optical  machine­readable  representation of  data,  which shows certain  data  on Products,   Calendar   events,   Contact   information,   E­Mail   address,   Geo­location,   Phone   number, SMS,  Text,  URL etc.  They   are   interpreted     instantaneously   and  without   errors  by  a   bar   code decoder.

2D   (two   dimensional)   barcodes   have   data   encoded   in   both horizontal and vertical directions. They contain more information than 1D (one dimensional) linear barcodes that have data being encoded in horizontal direction only. Conventional 1D barcodes (shown) have a single row of bars  that get wider as more data is encoded,   2D   barcodes   (shown)   make   use   of   its   vertical dimension to pack in more data. Since data is encoded in both the height and width of 2D barcodes, hundreds of characters can be  embedded   in   a   single  barcode   the   size  of   a   large  postage stamp. Scan and decode of this type barcode requires use of a 2D compatible scanner. 

In summary, 2D barcodes offer higher data capacity, a better fit into tiny spaces and depending on the scanning device, the ability to be read without regard to orientation. Since data is encoded in both the horizontal and vertical dimensions, more data can be packed within the barcode while maintaining a manageable size for easy scanning. 2D bar code technology should be thought of as one that is complementary to the traditional 1D scanning technology, not its replacement. 

One   of   the   amazing   (and   beneficial)   aspects   of   two­dimensional   symbols   is   their   potential durability. To sabotage the readability of a conventional 1D symbol, one only has to add another bar 

to the beginning or end of the symbol or draw a line through   the   symbol,   parallel   to   the   stripes.   This throws off   the checks  and a balance built   into   the decoding algorithms of a 1D bar code decoder and makes the symbol unreadable. By comparison, many degrees   of   redundancy   can   be   built   into   a   2D symbol. While it makes the symbol somewhat larger, 

the   remaining   symbol   is   remarkably   secure.  Reports   indicate   that     inspite   of  minor   deliberate attempts on 2D symbols with holes, black marker and tearing, the symbol has remained readable.

Because of the multitude of possible barcode formats available, many of them proprietary, the barcode standards group recommends using only barcodes that meet the following criteria: 

• Approved by ISO and therefore public domain status declared • Open standards (royalty free use, no patent exercised) • Proven implementation (mobile or non­mobile) • Can be read by a consumer­available mobile device 

Standards­based barcode formats have clear superiorities over proprietary formats: • the designers are known experts; • the technical specifications are available; • there is wide­ranging industry support; 

• there are multiple vendors; and • there is guaranteed data capacity. 

2D Matrix Symbologies – Examples 

DataMatrix   is  a   two­dimensional  barcode  that  can store from 1  to  about  2,000 characters.  The symbol is square and can range from 0.001 inch per side up to 14 inches per side. DataMatrix is being used to encode product and serial number information on electrical rating plates; to mark of surgical   instruments   in   Japan;   to   identify   lenses,   circuit   boards,   and   other   items   during manufacturing. MaxiCode is a fixed­size code that holds up to 93 data characters. The symbol is composed of a central bulls­eye locator and offset rows of hexagonal elements. Created by United Parcel   Service   (UPS),   the   MaxiCode   symbol   was   designed   for   quick   automated   scanning   of packages on high­speed conveyor lines (special cameras can read a MaxiCode on a carton travelling at up to 500 feet per minute). 

Data   Matrix   symbols   are   made   up   of   modules   arranged   within   a perimeter finder and timing pattern. It can encode up to 3,116 characters from   the   entire  ASCII  character   set   (with   extensions).   The   symbol consists of data regions which contain modules set out in a regular array. Large symbols contain several regions. Each data region is delimited by a finder pattern, and this is surrounded on all four sides by a quiet zone border  (margin).  Symbols  have an even number of   rows and an even number of columns.  Most  of  the symbols  are square with sizes   from 10×10  to 144×144. Some symbols  however are  rectangular  with sizes from 8×18 to 16×48. All symbols utilizing the ECC200 error correction can be recognized by the upper right corner module being the same as the background color. ECC200 allows the routine reconstruction of the entire encoded data string when the symbol has sustained 30% damage, assuming the matrix can still be accurately located.

Data Matrix was invented by International Data Matrix, Inc. (ID Matrix) which was merged into RVSI/Acuity   CiMatrix,   who   were   acquired   by  Siemens  AG   in   October,   2005   and  Microscan Systems in September 2008. Data Matrix is covered today by several ISO/IEC standards and is in the public  domain for many applications,  which means  it  can be used free of any licensing or royalties.   (ISO/IEC   16022:2006—Data   Matrix   bar   code   symbology   specification).   Datamatrix barcode generator programs can be obtained from

http://datenfreihafen.org/projects/iec16022.html (GPL)http://www.libdmtx.org/ (LGPL)                 The QR Code (Quick Response Code) It can encode up to 2509 numeric or 1520 alphanumeric characters and offers three levels of error detection. The smallest QR Code measures 21 X 21 cells (each cell encodes one bit) and can grow in increments of 4 cells to a maximum size of 105 X 105 cells. The squares in the bottom left, top left, and top right corners are locator patterns. The QR Code was  developed in Japan by the Nippon Denso Company. The use of the QR Code is free of any license. The QR Code is clearly defined and published as ISO standard. Denso Wave owns the patent rights on QR Code, but has chosen not to exercise them. Micro QR Code is a smaller version of the QR Code standard for applications with less ability to handle large scans. There are different forms of Micro QR Code as well. The highest of these can hold 35 characters. Design QR is a QR Code that was optimized to include a picture or logo to enhance conversion rates.

QR Code data capacity[6]Numeric only Max. 7,089 charactersAlphanumeric Max. 4,296 charactersBinary (8 bits) Max. 2,953 bytesKanji/Kana Max. 1,817 characters

QR Code ISO/IEC 18004:2006 specifications can be obtained from http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=43655 

There are various distinct advantages of using bar codes• Data entry errors are eliminated• Quick and instantaneous processing• Support for Scanners, webcams, readers and mobiles. Collaboration amongst the key trade 

association representing the brands (GS1) and operators (GSMA• Mobiles enabled with GPRS/3G can provide additional functionality of online verification• Content encoding to eliminate document forgery can be enforced

PDF417:    Developed   in   1992   by   symbol Technologies,   PDF417   is   a   multi­row, variable   length   “stacked”   symbology.  The symbolis  composed of  a   stack of  3   to  90 rows.   A   PDF417   symbol   consists   of   17 modules   arranged   into   four  bars   and   four spaces. This offers a maximum of 1850 text characters or 2710 digits or 1108 bytes.

Error   correction   levels   user   selectable   and   can   be   set   from   0   (zero)   to   8(eight).   Lower   is recommended for closed applications and higher level is recommended where label damage is more likely. In order to recover the complete content of the document and genuiness linear barcodes such as PDF417 is widely used with encryption. The rectanglar length and width of the bar code will increase  based  on   the   size  of   the   encrypted  data.  This   can  be  used  online  or  offline   for   any document verification requirements.

As a 2D Barcode has to be used through user interaction with their handset, the 2D Barcode service can support many benefit scenarios for mobile users and enable new business models: 

• Location based services (not using network based location, e.g. triangulation) • Profiling services • Eliminate forged documents

• Detailed usage statistics • Assist promotion of operator­branded services • Promote end­user loyalty for user­services (e.g. branded, bundled and relevant) • Help build a back­end content provider community via the operator • Enable metrics collection of services take­up by end users • Assure a secure end user environment (e.g. integrity and authenticity of information). 

Applications for 2D technology: 

2D Bar codes are widely used for print media and advertising. All Press releases from Government at District, State and National level can very effectivey use this technology to reach many people through mobiles. Normally the URI is encoded in the 2D barcode leading the mobile user to a web page   where   the  government   schemes   are   given   in   detail   or   to   the   video/audio   content   of   the government press releases.

2D   barcode   technology   provide   high   security   for   applications   in   retail,   production   and manufacturing   and   helps   business   owners   to   run   their   companies   without   any   difficulty   and productively. As 2D barcode technologies are useful for asset tracking and theft prevention security systems, it increases profits. Owners and managers can easily track their products leading to very less losses and less prone to human error.

2D barcode technology must be essentially used with biometric physiological technologies in order to interpret digital data of a transformed image into a readable code, which is suitable for standard technologies. 2D barcodes utilizes the vertical dimension to insert a lot of data and save a lot of time and money in this process.

2D barcodes facilitates to identity authentication in typical applications. Driver’s licenses, and many other identification cards, which are important consists of 2D barcodes in order to make verification fast and easy. The 2D barcode on the card is very useful as it contains a large amount of data which is nearly impossible to copy on a small condensed area.

The performance and popularity of 2D barcodes has made complete industry of mobile biometric devices very essential for security purposes, which was considered impossible without 2D barcodes. In   government,   law   enforcement   and   the   military   applications,   mobile   devices   incorporating biometric identification authentication techniques is based on 2D barcodes to verify and transmit necessary data across considerable distances.

Tax Return – The tax form  printed with the 2D barcode symbol using any ink jet or laser printer for mailing to the tax authority leads to many benefits. When the form arrives at the tax authority, the data can be captured quickly with 100% accuracy from the symbol in seconds using a scanner. Not only is the direct cost of paying someone to key the data eliminated, but the indirect costs – to both taxpayers and the government ­ of the errors introduced by manual key entry are done way with. Since studies show that professional key entry can result in up to 1 error every 300 keys, we know these errors exist. Moreover, this application has clear potential outside the income tax arena – any situation in which companies or individuals are supplying information to a government in paper form could benefit from this idea. This includes company excise/sales tax returns, the submission of company   employment   information,   and   the   collection   of   government   economic   statistics   from business enterprises, among others. 

The 2d bar codes are also used for geo­reference   very   effectively   in   all applications.  The applications  which are of locational importance can include this as  part  of   the   address.  The  applications such   as   land   records,   telephone connection,   water   connection,   passport which   verifies   the   address,   ration   card which   verifies   the   address,   eelction   ID card   which   verifies   the   address   can include the geo­refernce id as part of their application   and   the   2d   bar   code   in   the card will instantly verify the details. The sample shown here with 2d QR code   is the   google   geo   reference   of   Open Technology Centre, NIC, Chennai.

Just by adding a 2D barcode symbol  to a form, you create what is, in effect, an "intelligent document", one that can be read by human beings, but that can also be automatically and accurately entered into a computer whenever   was   required.   The   ration   card,   driving license,   mark   sheets,   vehicle   RC   book,   health   card, hospital card etc. are classic examples.

Packing  List   ­  Trading  partners  agree  on  a   standard methodology  for  encoding shipping   information   in  a 2D symbol,   attached  to   a   shipped  order.  Order  data (PO number, shipping date, product codes, quantities, etc.)  can  automatically  be entered  into  the  receiver’s receiving computer terminal in a couple of seconds. 

Mobile­Ticket:  The  ticket   for  government  allotments, entry to cinima halls, entertainment shows, exhibition, theme parks,  even  travel   tickets  can  be  displayed on mobile sent as MMS to mobiles from the internet, web applications.

Patient Record ­ On a hospital patient’s chart record is a 2D symbol, encoding their name, health care number,  doctor’s name,  date  of admission,  allergies,  etc.  When direct  care  is  given to  the patient, the caregiver or doctor records the action by scanning the bar code. Also, the bar code is scanned when medication is administered and the possibility of giving a patient the wrong medicine is virtually eliminated. 

If we look at the adoption across the globe, the usage for variety of purposes is on the increase more towards security requirements with high level encryption.

Japan :  In Japan, QR codes usage increased rapidly from its  launch to the present day. At the beginning of 2004, 2­7 % of mobile subscribers used 2D Barcodes (Source: Mitsubishi Research). In Q3 2006 this figure increased to 60% (source japan.internet.com). Some Japanese operators (e.g. DoCoMo with  93% of   their  handsets  having 2D Barcode support)  had developed a significant content provider value chain and customer loyalty. China : China Mobile has already launched a 2D Barcode service. This service includes several applications, such as WAP­browsing and name card recognition. The client software on the phone supports  both  indirect  mode and direct  mode,  and  the software could be downloaded from the server. Singapore : Various industry parties have congregated together under the Singapore Infocomm Technology Federation  (SiTF) banner   to   form a Visual  Codes  Consortium,  this  venture  is  also backed by the Singapore regulator, the IDA. Korea : In 2003, KT Freetel launched their 2D Barcode service, followed shortly by SK Telecom in 2004. Initially, only 1% of the subscribers experienced the service, however the number increased   to   over   30%   (14   Million)   by   Q4   2007.   In   Korea,   subscribers   easily   encounter   2D Barcodes; they are found in newspapers, on product items, in taxi’s etc. The interoperability of the 2D Barcodes among the MNO’s is a prerequisite to the service. The indirect mode is used and the business model is related to inter­networking policy between MNO and contents publishers. France : The French Mobile Operators (Bouygues Telecom, Orange and SFR) launched a 2D Barcode service called “flashcode” in June 2007. It started with a pilot with 3 major media Groups : Lagardère,  Mondadori and Prisma. A Website has been created by the AFMM (French Mobile Multimedia Association) in order to promote “flashcode” and is available at http://www.flashcode.fr Interoperability   is  achieved by a  centralised   registry  provided by   the  AFMM. A third  party  or marketer who wants to have 2D Barcodes has to reserve "flashcodes" at the AFMM through a web interface. This guarantees the uniqueness of the flashcodes. Spain : Telefonica launched a 2D Barcode service called “bidi” during 2007. Third parties that want to start using 2D Barcodes as a service can subscribe to it as part of Telefonica s Service ́Portfolio. This service is not interoperable. The lack of current interoperability/standards is a danger of market fragmentation. US market :  Alltel, AT&T, Sprint, T­Mobile and Verizon – are currently involved in the CTIA Code Scan Action Team (CCSAT) under the direction of the CTIA to drive the   development of industry standards and assist in encouraging the development of camera  phone code scan products in the US. The team is working together to enable wireless   industry communications to external stakeholders (such as consumer goods, media, and   retailers) who require a unified approach by wireless   operators   (technologically   and   systemically),   prior   to   committing   to   initial   capital expenditures, technology selection and marketing resources. These external investments are required to drive actual utilization of the camera phone Code Scan technology infrastructure. 

The links below direct you to the pages of the software providers. NOKIA: http://mobilecodes.nokia.com/scan.htmI­nigma reader: 3GVision supports 450+ handsets. Install via mobile browser: http://www.i­nigma.mobi or download to a computer and transfer it to your mobile device from www.i­nigma.com

NeoReader: NeoMedia Technologies / Gavitec AG ­ mobile digit. Install via mobile browser: http://get.neoreader.com

UpCode reader: Install via mobile browser: http://www.upcode.fi  www.upcode.mobi

or download to a computer and transfer it to your mobile device from www.upc.fi/en/upcode/instructions/download

Semacode reader: Install via mobile browser: http://semacode.org/ota or download to a computer and transfer it to your mobile device from semacode.org/software/

QuickMark reader: Download to a computer and transfer ir to your mobile device from www.quickmark.com.tw/En/basic/index.asp

Generating 2D Barcodes

Maestro:    PHP QR Code and Data Matrix    Generator

http://mobilecodes.nokia.com/create.jsp

Jason Delport’s Create QR Code:    User    interface for the Google Chart API with 500px x 500px maximum size.

http://createqrcode.appspot.com/

BeQRious Basic but can save as a pdf.   http://www.beqrious.com/qrcode/create

3G Vision http://www.3gvision.com/CreateBarcodes.html

Invx:    One size but generates a QR Code    and a Datamarix Code simultaniously.

­http://invx.com/

Jaxo:    Select encoding mode, multiple    colors and upload background graphic.

­http://www.jaxo­systems.com/barshow/?lang=en_US

Kaywa:    Generates small, medium, large    and extra­large sizes.

­http://qrcode.kaywa.com/

Mofuse    Basic.    ­http://qrcode.mofuse.com/

­http://keremerkan.net/php­qr­code­and­data­matrix­generator/

Nokia:    Includes full    VCARD    implementation.

­http://mobilecodes.nokia.com/create.jsp?terms=accepted

TEC­IT (TBarCode)for Linear and Non­Linear bar codes

­http://www.tec­it.com/online­demos/tbarcode/barcode­generator.aspx?LANG=en

Thus   2D   barcodes   is   a   industry   by   itself   which   can   be   exploited   for   many   e­governance requirements as an cost effective solution. The 2D barcode solutions can be innovatively used to prevent   forgery,   to   validate   any   ID   system,   to   verify   any   locational   reference,   to   refer   any website,audio,video,SMS, etc.. It is an open source and open standard based solution which reduces cost of deployment.

Contact details for the implementation of 2D Bar code solutions:

Dr Balasubramanian, DDG and Head Open Technology Centre, Chennaip.balu@nic.in

Sh PK Prasad, Sr TD, State Informatics Officer, Tamil Nadupk.prasad@nic.in

VS Raghunathan, Sr TD NIC, Chennairaghunathan.vs@nic.in

References:

1. Wikipedia refernces on QR Code, 2D Bar codes2. "QR   Code   Standardization   |   QR   Code.com"   .   Denso­wave.com.  http://www.denso­

wave.com/qrcode/qrstandard­e.html. Retrieved 2009­04­23.  

3. Barcode Contents"   . zxing – A rough guide to standard encoding of information in barcodes. http://code.google.com/p/zxing/wiki/BarcodeContents. Retrieved 17 February 2009.  

4. "QR Code.com"   . Denso­wave.com. 2003­11­06. http://www.denso­wave.com/qrcode/index­e.html. Retrieved 2009­04­23.  

5. "About 2D Code | QR Code.com"   . Denso­wave.com. http://www.denso­wave.com/qrcode/aboutqr­e.html. Retrieved 2009­04­23.  

6. Tony Seideman, "Barcodes Sweep the World", barcoding.com Wonders of Modern Technology

7. "BarCode­1 2­Dimensional Bar Code Page"   . Adams1.com. http://www.adams1.com/pub/russadam/stack.html. Retrieved 2009­06­10

8. http://www.iso.org    

9. http://datenfreihafen.org/projects/iec16022.html    

10.http://www.libdmtx.org/