FITS标准格式文件组织结构与使用工具.pdf

F I T S 标准格式文件组织结构与使用工具刘楠王建华黑保琴李娜娜谢琪刘丽容( 中雷科学院光电研究院北京t 0 0 0 8 0 )摘要：F 计s ( F l e x i b l eI m a g eT r a n s p o r ts y 札e m ) 是一种在是文学领域广泛健用的数据格式·目的是为了待输、分析和归档科学数据支件．F I T S 不仅仅是另外一种影傈橹式( 如J P G ，T I F F ) ，更重要的是它被设计用来存储科学数据集本乏在箴要介绍F I T S 格式生展的历史背景之后，详细阐述了F I T S 格式文件的特点和组织结构，最后介绍一些常用的F I T S 文件读写显示工具和牧主开垃应用程序的编程接口，以体现其在记录和存储科学凝据时所具有的强大优势关键谲：F l T S ：数据格式；H D U ；C F I T S i Oi ．F I T S 的发展历史F I T S 的全称是T h eF l e x i b l eI m a g eT r a n s p o r tS y s t e m ．它是随着大训在传输天文数据时对于标准数据格式的需求而发展起来的它的躁礓称作基础F I T S ．主要锉设计H 3 来传输影像，它由．～个多维一二进制数组组成．前面附加上描述数组组织结构和内存的A S C I I 格式的头信息。

后采，F I T S 晌思想被扩展阻透麻更加复尔构数据格式这些倍式庄19 8 2 年被国际夭支缸删( I m e m a t j o n a lA s t r o n o m J c a lU m o n ) 批准之』斤- 对其数据结铀进行了严格地规定这些鲒{ 勾以“扩睫”( E x t e n s i o n s ) 的形式出现，每一个扩展都由一个A S C I I 头和I 被其描述的数据组成，数据紧跟A S C H 头之后管理这些扩展的一系列规则和对r 一个特殊扩展A S C I I 表住1 9 8 8 年被I A U 的会员人会制定并通过I 在同一膈会员大会上，I A UF I T S { 作组( I A U F W G 、成立，羁趴责是维护现存的H T S 标准，评估、审批年“维护术来的H T S 扩展．负责对H T S 格式的使川、执行以及H T S 戈键字的汇编I ：作1 9 8 9 年，I A U F W G 对于F I T S 中使州浮点数选成一致1 9 9 4 年，1 A U F W G 加入了两个新的扩腱．影像扩展和_ 二避韶表扩展H T S 话式是一} ÷逻辑格式．而不位捉满足某一种特雌数据存储升质的物理特性。

1 9 9 4 年I A U F W G 呆蚋了一系剐趣蚶虬便管理F I T S 逻辑记录大小并『l 对于顺序舟质和比特流．＆备的物理块人小的戈系2 0 0 2 年1 2 月，龟经过了1 0 年的反复协商后．I A U F W G通过了在F I T S 中表示W C S ( W o d dC o o r d i n a t eS y s t e m s ) 的议题更多钧关于W C S 的问题目前仍枉讨论Z 中表1F I T S 历史简要概览时间历史事仆1 9 7 9F I T S 文什『『勺臻讪搜川和且按L 9 8 0陋蛆虮姚划建立1 9 8L蛩布眨始定义文t | = ( 单H 州)1 9 8 1公却随机封I 定义文竹1 9 8 2F 】T S 格式被I A L ' Ⅱ二式通过1 9 8 8F I T S 文什中彭㈣L { ：Ⅺ| I I l { 毽丑1 9 8 8F I T Sl ，作细建立1 9 8 8支持A S c ¨水扩展7 4 81 9 9 0支诗I E E E 浮点掣数据1 9 9 4支持影橡扩展的多维影像数组1 9 9 5支持- 二进制表扩展的二进制表1 9 9 7支持Y 2 K —C o m p li a n t 数据格式2 0 0 1整理剪公布现存标准文r l ：【N O S T 文档)2 0 0 2支持1 廿= 界坐标系干I l 犬体坐标系2 ．F I T S 文件的组织结构2 ．1H D U S一个F I T S 文件由许多被称作H e a d e r ／D a t aU n i t s ( H D U s ) 的段组成．其中第一个H D u 社称作主H D U ( P r i m a r yH D U ) ⋯。

土数组可吼包禽一个0 - - 9 9 9 维的数纽，数纽的元素可以是1 ．2 ，4 字弘的整数或者4 ，8 宇肖的浮点碰一个典掣的土数纽可以包含一个1 维光谱．一个2 维的影像或者一个3 维的数据立方体在主数纽后可以连接任意数晕的H D U s ，其他的t - I D U s 被称作是F I T S 的扩展( E x t e n s i o n s ) 目前定义的标准扩罹有二娄：1 ) 影像扩展：包含0 —9 9 9 维表示象紊的鼗蛹，与主数龃类似I ‘廿’表示填充空格，( 开头为x T E N S l O N = ’I ⅥA G E ：：口’】2 ) A S C I I 表扩展：存储那些可以被H j 二维表格来表返的数字信息．存储的格式为A S C I I码尽管A S C I I 表往通常情况‘r 比二进制表效率低一些但相对来讲它们的可读性更强，而且能以严格的凡小平H 精度存储数字信息( 例如1 6 字：钌的浮点) ．( 开头为X T E N S I O N = ‘T A B L E n 口D ’)3 ) _ 二进制表扩展：以二进制格式存储数据信息主要特性与A S C I I 表相同，但不同点是表中的每一个单元可咀是一个数组，但是这个敛鼎的维应对丁一列来说必须娃常数。

严格的F I T S 标准便点持一维数螗，但实际上多维数埙表达仍然是可赳的唧 开头为X T E N S I O N = - ‘B I N T A B L E + )除了上述的结构外，还有一种F I T SH D Un L I 做随机组( R a n d o mG r o u p s ) ，它专门被廊用在无线电干涉测世领域，尽譬避免庄其他领域的鹿l { j 2 ．2 头单元2 ．2 ．1 结构组件每一个H D U 由一个被A S C I I 格式化了n 々头单元{ H e a d e rU n i t ) 和一个可选构数据单元( D a t aU n i t ) 组成每一十头单元或者数据单元的』( 小都麻是2 8 8 0 字节的整数倍，这是一个逻辑记录的人小必要的时候，根据单元的类掣填充A S C I I 空格( 2 0 H ) 或者N U L L s ( 0 0 H )以满足必要的k 度每一个头单元包含～系列I 刊定K 度为8 0 个字符的笼键字记录，一条记录称作～个号片映像( C a r dI m a g e ) ，它的标准格式如F ：K E y N A M E= 、’a l u e ／c o m m e n ts t r i n g7 4 92 ．2 ．2 关键字关键字名称最多8 个字符，左对齐，只允许包含大写字母A - - Z ·数字0 - - 9 ，连字符和下划线。

荧键字中间不包含空格不满8 个字符时声进行空填充关键字通常紧跟一个等号和一个空格字符，分剐在该记录的第9 和1 第1 0 个字符在空格的后面是关键字的值，可以是整数浮点数，复数( 例如．一对数字) ，字符串( 咀单引号标识) ，或者是布尔数( 字母T 或F ) 一些关键字( 例如，C O M M E N T 和H I S T O R Y ) 后面不￡＆笛号·所以记录的9 - - 8 0 个字符可以包含任意A S C I I 码串每一个头单元必须以一系列的嘲定戈键字开始它们标识了后面存储的数据单元的大小和相关信息，『吲定关键字后根据需要加上可选荧键字，实际上有些可选关键字在应用中也是1 F 常重要的主头单元关键字描述如表2 所示，二个标准扩展的关键字描述如下表3 所示，需要说明的是带序号的是嘲定天键字，不带宁号的是可选戈键字，但是常川的·表2 主头单元关键字序号芙键字名称功能描述利墩值规则lS I M P L E加震文什謦台F I T S 标准．值域为T ，否则为F 2B I T P I X包含一个擎数．标识主数纽的数据粪璎见表4 3N A X I S不人丁9 9 9 的1 r 负整数，标识数据单元的维度数。

0 表示没有数据单元4N A X I S n ．n = l ⋯．，N A X I S- 1 F 负整数．{ i 识第r l 维数组的K 度如果N A X I S 为0 ，} l ! | J 该关键字不出现’E X T E N D如录包含扩鞋．驯出现在N A X I S n 斤，值为T L a s tE N D没有值域，9 —8 0 字符为A S C I I 空表3 扩展头单元关键字序号芙键字名称功能描述和取值规l J l l j1X T E 口畸S I O N包含一个推选该扩展类艰的字符串．对丁扩展的头单元，这个戈键字是必须的A S C I I 表扩展的值为‘T A B L E c ] D u ’{影像扩展的值为‘I M A G E s u u ’；二二进制表扩展的值为‘B n q T A B L E ’2B l T P I X包含一个整数．标识扩展数组的数据类型A S C I I 表扩展的值为8 ；影像扩展的值见表4 ：二进制表扩展的值为8 3N A X I S标识数据卑元的维度数A S C I I 表扩展的值为2 ；影像扩展的值表示影像维度：二进制表扩展的值为2 4N A X I S n ，n = l ⋯．，N A X I SA S C I I 表扩展：n = 2 ，N A X l S I 表示表中一行的字符数，N A X I S 2 表示行数；影像扩展：标识第1 1 维数组的长度。

二进制表扩展：n = 2 ，N A X I S l 表示表中一行的字符数，N A X I S 2 表示行数P C O k i n TA S C I I 表扩喂为0 ：影像扩展为O ：二进制表扩展标识随7 5 0机参数计数G C O U N T= 个扩展均为1 ．表示只包含一个表或者数组T F l E L D SA S C I I ．表扩展和二进制表扩展中存在标识表中列的数量T T Y P E n ，n = l ，2 ，⋯，k ( k 是A S C I I 表扩展和二进制表扩展中存在．标识第n 列的字段“ [ ' F I E L D S 的值1名T B C O L nA S C I I 表扩展和H 二迸制表扩展中存在．标识字段n 开始的字符位置T F O R M nA S C I I 表扩展} tJ _ - 进制表扩展中存在，标识字段n 的格式T U N l T nA S C I I 表扩展平J I _ 二进制表扩展中存在，标识字段n 的单位L a s tE N D表4 有效B I T P I X 的值域表达值数据类型8字符或无符号整删1 61 6 比特- 二次补码_ 二进制整数3 23 2 比特- 二次补码二进制整数6 4“比特_ 二玖补码_ 二进制整数’．3 2单精度浮点型 耐烈精度浮点型同定芡键字后可以跟其他的可选戈键字米表达数据其他方面的信息．例如观测日期和时闻D A T A - O B S ．文件生产者O R I G I N ≮。

C O M M E N T 和H I S T O R Y 关键字常被阁来迸一步记录数据文引：内容头单元中的最历一个关键字总是‘E N D ’，它的值为空，描述为空如果需要的话，头单元要填充空记录来保证头的人小为2 8 8 0 字机也就是说，一个逻辑记录最多可以记录3 6 个8 0字符的芙键字记录( C a r d I m a g e ) 需要注意的是头单元只能包含从2 0 H 一7 E H 的A S C I I 码字符其他1 I 打印A 。