fepk文件格式说明

2023-09-28 11:17 由经纬视界发表于 #软件工程

1 卫星影像金字塔分块原理说明

通常我们在工作中使用的卫星影像数据，轻则几百M，重则几百个G甚至上TB级。影像数据太大，是大家经常会遇到的一个问题，尤其是想下载一个省以上数据的时候该问题尤为突出。那么该问题是否有一个比较好的解决方案呢？

以全球为例，我们以19级为例，共有2^18 * 2^17 张瓦片，如此多的瓦片会让磁盘愈来愈慢，同时也无法维护。

当影像范围比较大时，我们可以采用金字塔分块的方式进行管理，系统会自动将大范围分成若干个块，且块与块之间是可以无缝拼接的。

一般情况我们选择全球前10级别作为基础级别，因数据量不大(1G)左右，后续以10级作为基础级别，全球19级别数据被划分为 2^8 * 2^7(512 * 256)个块。每个块中包含了256 * 256 张小瓦片。

1.1 Fepk文件命名规则

文件说明(包含索引与数据两个文件，文件必须都配套才可以正常使用)：

*.fepk ：文件中存储具体的瓦片数据。

*.fepk.idx ：文件中存储的瓦片的索引信息，当给定一个瓦片编号后，可以根据编号计算出来瓦片存在索引中的信息(大小，以及数据在8-174-138.fepk中的位置)。

名称命名规

以8-174-138.fepk为例：其中8是级别，174是列号，138是行号，文件中存储了8-174-138瓦片裂分出来的所有瓦片数据。

2 .fepk文件格式说明

我们一般不会直接采用瓦片作为管理单元，会把一个块作为管理单元，把数据划分为索引文件与数据文件，如下所示：

数据文件：world.fepk

索引文件：world.fepk.idx

2.1 索引文件

表 1文件说明

文件头	字段	值
文件头	char szMagic[20]	fe.tile.store.data20字节
	uint version	版本号4字节
	uint typeId	数据类型 enum PKType { PK_IMAGE , PK_DEM, PK_VEC, PK_QXSY, PK_USER, };4字节
	uint wgs84	是否是wgs84经纬投影4字节
	uint flag	4字节
	uint64 timestamp	时间戳8字节
	real2 vStart	经纬度最小范围8*2字节
	real2 vEnd	经纬度最大范围 8*2字节
	LevSnap levOff[24]	级别索引，8 * 24 字节
	char _reserve[240]	保留
级别1	int2 _start	2 * 4字节，瓦片最小行列号
	int2 _end	2 * 4字节，瓦片最大行列号
	uint64 _offset	8字节
	uint64 _dataSize	8字节
	uint _lev	4字节
	char _reserve[216]	216字节
	瓦片数据索引矩阵数据PKTLHeader	N * PKTLHeader N = (_end.x - _start.x + 1) * (_end.y - _start.y + 1)
	PKTLHeader
级别2
级别3
级别…

PKTLHeader定义：

PKTLHeader定义：
struct  PKTLHeader
    {
        /// 有无数据标记,即服务器上是否有该数据 0,无，1，有
        uint64  _data:2;
        /// 在本文件中是否已经存储 0,无，1，有
        uint64  _stored:2;
        /// 状态,
        uint64  _state :6;
        /// 数据地址,使用50个bit最大 2^54
        /// 单个文件最大16 K T
        uint64  _offset : 54;
        /// 如果该值!= 0xFFFF,则有效，否则无效,
        /// 使用该字段的意义在于解决网络读取问题，比如在云盘上
        /// 先读取索引，如果没有数据大小，或者数据大小存储在数据文件中，则需要
        /// 再次访问数据文件，才可以得大小，增加额外的IO，同时兼顾大小，该变量最大可以存储64K
        /// 如果超过了64K，那么一样的需要访问数据文件获取大小
   ushort  _dataSize;
};

共计10自字节

LevSnap定义：

struct  LevSnap
{
        uint64  _lev:8;
        uint64  _offset:56;
};

共计8字节

2.2 数据文件文件

文件头	字段	值
文件头	char szMagic[20]	fe.tile.store.data20字节
	uint version	版本号4字节
	uint typeId	数据类型 enum PKType { PK_IMAGE , PK_DEM, PK_VEC, PK_QXSY, PK_USER, };4字节
	uint wgs84	是否是wgs84经纬投影4字节
	uint flag	4字节
	uint64 timestamp	时间戳8字节
	real2 vStart	经纬度最小范围8*2字节
	real2 vEnd	经纬度最大范围 8*2字节
	LevSnap levOff[24]	级别索引，8 * 24 字节
	char _reserve[240]	保留
数据0	Int4	4*4字节，行号，列号，级别，大小
数据0	数据
数据1	Int4	4*4字节，行号，列号，级别，大小
数据1	数据
数据…	Int4	4*4字节，行号，列号，级别，大小
数据…	数据

3 如何使用数据

3.1 解压成标注金字塔瓦片

用户可以通过FEPKUNPack.exe 解压程序，将数据加压标准的金字塔瓦片，然后即可使用，导出后如下所示。

导出后可以方便的被osgEarth,cesium,argis,fastearth等软件直接加载。

缺点：导出后，占用磁盘大小比未解压前大50%。

导出后，维护困难，因为文件很多，拷贝能都受到影响。

数据截图

3.2 API读取瓦片

使用SDK/API访问数据，为了方便大家使用，避免数据解压，可以使用FEPKReadApi

SDK读取数据,SDK使用C语言编写，接口如下所示

extern  "C"
{
    /// <summary>
    /// 打开文件函数，可以打开索引也可以打开数据文件
    /// </summary>
    /// <param name = "fileName">文件名称</param>
    /// <return>0:失败,否则成功</return>
FEPKFile    fepkOpenFile(const char* fileName);
    /// <summary>
    /// 读取索引数据函数
    /// </summary>
    /// <param name = "file">索引文件指针</param>
    /// <param name = "x">列号</param>
    /// <param name = "y">行号</param>
    /// <param name = "z">级别</param>
    /// <param name = "header">返回文件头信息</param>
    /// <return>true:false</return>
bool        fepkReadHeader(FEPKFile file,int x,int y,int z,FEPHHeader* header);
    /// <summary>
    /// 根据文件头信息读取文件大小（瓦片数据大小）
    /// </summary>
    /// <param name = "file">索引文件指针</param>
    /// <param name = "header">文件头信息</param>
    /// <param name = "pSize">输出文件大小</param>
    /// <return>true:false</return>
bool        fepkReadDataSize(FEPKFile file,const FEPHHeader* header,uint* pSize);
    /// <summary>
    /// 读取瓦片数据函数
    /// </summary>
    /// <param name = "file">索引文件指针</param>
    /// <param name = "header">文件头信息</param>
    /// <param name = "pBuf">输入缓冲区大小</param>
    /// <param name = "nBufLen">缓冲区长度</param>
    /// <return> -1:失败,0:无数据,>0 数据的真实大小</return>
int         fepkReadData(FEPKFile file,const FEPHHeader* header,void* pBuf,uint nBufLen);
    /// <summary>
    /// 关闭文件
    /// </summary>
void        fepkCloseFile(FEPKFile file);
/// <summary>
    /// 从一个文件夹中读取瓦片的数据头，以及瓦片的大小
    /// </summary>
    /// <param name = "path">目录组，以null结束</param>
    /// <param name = "x">瓦片的编号</param>
    /// <param name = "y">瓦片的编号</param>
    /// <param name = "z">瓦片的编号</param>
    /// <param name = "header">文件头信息</param>
    /// <param name = "pSize">瓦片大小</param>
    /// <return>返回打开的文件</return>
FEPKFile    fepkReadTileHeader(const char** path,int x,int y,int z,FEPHHeader* header,uint* pSize);
    /// <summary>
    /// 从一个文件夹中读取
    /// </summary>
    /// <param name = "file">文件句柄</param>
    /// <param name = "header">文件头信息</param>
    /// <param name = "pBuf">输入/输出，从fepkReadTileHeader读取</param>
    /// <param name = "nBufLen">输入,从fepkReadTileHeader读取</param>
    /// <return>返回读取的长度-1,失败，0，文件内部错误，其他读取的长度</return>
int         fepkReadTileData(FEPKFile file,const FEPHHeader* header,void* pBuf,uint nBufLen);

}

使用说明：

#include "FEPKReaderApi.h"

#include <stdio.h>
/// 如果是SDK，非源码方式，则需要因入库
/// #pragma comment(lib,"FEPKReader.lib")
int main(int, char**)
{
    /// 1. 开发文件
    FEPKFile    file = fepkOpenFile("D:\\FE\\data\\fepk\\world.fepk");
    if (file == nullptr)
    {
        return  0;
    }
    FEPHHeader  header;
    uint        nSize = 0;
    /// 2. 读取给定瓦片编号的文件头信息
    /// 如果返回false,说明当前文件中没有给定的瓦片数据
    if (!fepkReadHeader(file, 0, 0, 0, &header))
    {
        return  0;
    }
    /// 3. 读取数据大小
    if (!fepkReadDataSize(file, &header, &nSize))
    {
        return  0;
    }
    /// 申请空间
    char*   pBuf = new char[nSize];
    /// 4. 读取数据
    if (!fepkReadData(file, &header, pBuf, nSize))
    {
        printf("read ok！\n");
    }
    /// 5. 释放内存
    delete[]pBuf;
    /// 6. 关闭文件
    fepkCloseFile(file);
    return  0;
}