專利名稱：地震數(shù)據(jù)的壓縮方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地震數(shù)據(jù)的壓縮方法和裝置。
數(shù)據(jù)壓縮(或縮減)是為了降低被處理的數(shù)據(jù)量而在處理中不損失主要信息的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。這主要是通過除去數(shù)據(jù)中的冗余而實(shí)現(xiàn)的，并可能涉及舍去數(shù)據(jù)的無關(guān)緊要的部分。這種壓縮的結(jié)果可能造成數(shù)據(jù)精確性的某些損失。允許精確重構(gòu)原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)壓縮在文獻(xiàn)中常稱為無損的數(shù)據(jù)壓縮。涉及到精確性的某種降低的數(shù)據(jù)壓縮稱為有損的數(shù)據(jù)壓縮?！吧崛敕ā奔啊跋虏蓸臃ā?down sampling)是數(shù)據(jù)壓縮普通的例子；這兩個(gè)方法通常是有損的。
地震數(shù)據(jù)的探測(cè)需要進(jìn)行大量的地震實(shí)驗(yàn)以獲得可靠的地表下圖象。每一實(shí)驗(yàn)要使用適當(dāng)?shù)穆曉串a(chǎn)生聲波并由大量的接收器測(cè)量地球的響應(yīng)。大規(guī)模的地震觀測(cè)這樣就產(chǎn)生了通常為數(shù)字格式的大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要被傳輸，存儲(chǔ)和處理。為了便于對(duì)這種大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以采用數(shù)據(jù)壓縮。
地震數(shù)據(jù)探測(cè)中通常采用的有損數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)是分組形成法。這涉及在固定大小的組內(nèi)大量的相鄰接收器的保持和傳輸及處理，而不是個(gè)別的測(cè)量。
對(duì)數(shù)據(jù)壓縮主要不使用分組形成法。分組形成法抑制隨機(jī)的環(huán)境噪聲，并抑制諸如陸地地震中的地滾等低表觀速度的波。這種分組形成法減弱了數(shù)據(jù)的高的空間頻率成分。然而，這一減弱是以粗糙的方式進(jìn)行的，即僅部分地抑制了表面上呈緩慢傳播的波并改變了其余的數(shù)據(jù)。因而，有充分理由從探測(cè)階段就省去分組形成法，并個(gè)別記錄每一接收器的輸出。這時(shí)允許采用更為精致的方法以降低隨機(jī)及相干噪聲。然而，在探測(cè)階段拋棄分組形成法則大大增加了隨后的各階段要處理的數(shù)據(jù)量。
在IEEE Int．SYM．Circuits & Systym，New Orleans，LA，1-3 May1990，Vol．2，1573-6中，A．Spanias，S．Johnson等人闡述了幾種用于地震數(shù)據(jù)壓縮的基于變換的方法。這些方法包括離散傅立葉變換(DFT)，離散余弦變換(DCT)，Walsh-Hardamard變換(WHT)，及Karhunen-Loeve變換(KLT)。然而，在該刊物中所描述的并應(yīng)用于N個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的滑動(dòng)幀的DCT能夠用于在幾個(gè)不同的變換之間進(jìn)行相對(duì)比較。當(dāng)用作數(shù)據(jù)壓縮方法時(shí)，滑動(dòng)幀在變換域產(chǎn)生大量的冗余數(shù)據(jù)。
因而本發(fā)明的目的是提供用于壓縮地震數(shù)據(jù)的一種方法。本發(fā)明的另一目的是要提供一種不使用分組形成法的壓縮地震數(shù)據(jù)的方法。
本發(fā)明提供了其中把Ⅳ型的局部空間或時(shí)間的離散三角(即，正弦或余弦)變換用于地震數(shù)據(jù)信號(hào)的第一級(jí)壓縮。Ⅳ型離散的正弦／余弦變換本身是公知的。例如由H．S．Malvar在“Lapped transforms for efficienttransform／subband coding”，IEEE ASSP，vol．38，no．6，June 1990中給出了一般的闡述。局部空間或時(shí)間離散余弦／正弦變換得到的結(jié)果是得到比原始數(shù)據(jù)更加緊湊和較少相關(guān)性的變換系數(shù)。在以下的數(shù)據(jù)處理步驟中最好采用這兩個(gè)性質(zhì)。
在一個(gè)處理步驟中采用了變換系數(shù)的緊湊性，這步驟可被描述為重新量化(requantization)或舍入步驟。這一步驟的目的是要以高精度保留所選擇的系數(shù)，并以較低的精度保留其它系數(shù)，以便降低描述系數(shù)所需的數(shù)據(jù)量并從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的數(shù)據(jù)壓縮。
降低的變換系數(shù)的相關(guān)性提供了采用編碼方案的機(jī)會(huì)，以至進(jìn)一步降低要被存儲(chǔ)或傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量?？刹捎玫木幋a方案本身是公知的例如Huffmann編碼或幅度編碼。
采用該方法的地震數(shù)據(jù)信號(hào)一般是從多個(gè)接收器獲得的跟蹤圖形，例如從地下測(cè)音器或水下測(cè)音器獲得的。這些接收器可組合安置，所有這些都是現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)知道的。例如，其中之一是排布在數(shù)個(gè)平行線中的地下測(cè)音器的線性陣列的這種傳統(tǒng)的3維陸地地震學(xué)布局。方法中使用局部變換允許對(duì)包含在每一條線上的一定數(shù)目接收器的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。如本專業(yè)內(nèi)所熟知，局部變換是這樣一種變換，其中變換施加到所定義的跟蹤圖形的窗口。這樣，在每一相繼的變換階段施加了局部變換的跟蹤圖形的數(shù)目稱為空間窗口，而這一窗口可能隨著所施加的變換類型而改變。
局部變換窗口由窗口的功能所定義，而窗口功能是這樣選擇的，使得變換是正交的并且是可逆的。窗口功能的選擇使得變換施加到與鄰接的窗口有重疊的的中心窗口，最好是重疊這些窗口的一半。
變換可以分兩個(gè)步驟進(jìn)行，第一步驟是一折疊步驟，其中的中心窗口與鄰接的半個(gè)窗口組合而產(chǎn)生一折疊信號(hào)，且第二步驟是壓縮對(duì)折疊信號(hào)所進(jìn)行的余弦變換。
除了局部空間變換之外，最好還向數(shù)據(jù)施加局部時(shí)間變換。兩種局部變換的組合可達(dá)到較好的壓縮比。局部時(shí)間變換最好是Ⅳ型局部時(shí)間離散正弦／余弦變換。然而，其它的信號(hào)變換和分解也可使用，諸如普通的局部離散余弦變換，及局部傅立葉變換?？梢园慈魏雾樞蚴┘泳植靠臻g三角變換和局部時(shí)間三角變換。
表示變換之后原始數(shù)據(jù)的變換系數(shù)形成了一個(gè)數(shù)據(jù)集，不同的壓縮方法可施加到該數(shù)據(jù)集。這些壓縮方法可被共同稱為(重新)量化和編碼。當(dāng)用于壓縮數(shù)據(jù)時(shí)量化過程通常包括定標(biāo)步驟和舍入。量化過程是為了降低高頻成分或系數(shù)，同時(shí)以較高精度保留低頻成分。
定標(biāo)最好通過以表示低頻的第一標(biāo)量系數(shù)來除并以表示高頻的第二標(biāo)量系數(shù)來除而實(shí)現(xiàn)。第一標(biāo)量選擇得小于第二標(biāo)量，這是由于標(biāo)量越大將實(shí)現(xiàn)的壓縮越大。這樣，在地震分析中特別有意義的表示低頻的系數(shù)將不會(huì)象表示高頻的系數(shù)那樣被壓縮，從而保持前者的精度。
通過使用最接近整數(shù)函數(shù)的均勻量化，或統(tǒng)計(jì)舍入，或非均勻重新量化能夠?qū)崿F(xiàn)定標(biāo)。
定標(biāo)或量化參數(shù)可隨時(shí)間、空間、或空間或時(shí)間的頻率而變化。
在本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例中，壓縮比是由地震信號(hào)中的噪聲水平自動(dòng)確定的。最好使用不包含由地震源產(chǎn)生的信號(hào)的一部分信號(hào)或多個(gè)部分信號(hào)來測(cè)量噪聲水平。這樣，在“第一到達(dá)”之前記錄的跟蹤圖形的一部分或所謂噪聲記錄，即在沒有地震源時(shí)的記錄的跟蹤圖形，能夠用來確定噪聲水平。甚至更好的是，在確定噪聲水平的步驟之前對(duì)信號(hào)濾波，以避免對(duì)噪聲水平的過分估計(jì)。
最好選擇壓縮比，即量化誤差，使其等于或低于噪聲水平。
由數(shù)據(jù)壓縮引起的精度的降低增加了數(shù)據(jù)的冗余度。因而根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的一個(gè)特點(diǎn)，數(shù)據(jù)的冗余度可用來進(jìn)一步縮減被壓縮的數(shù)據(jù)，這最好是通過施加可變長(zhǎng)度數(shù)據(jù)編碼，諸如幅度編碼或Huffman編碼。例如，可對(duì)定標(biāo)系數(shù)進(jìn)行幅度編碼，使得每一系數(shù)與最大系數(shù)的絕對(duì)值成正比。
根據(jù)本發(fā)明的地震數(shù)據(jù)壓縮方法可用于所有類型的地震數(shù)據(jù)，包括陸地，過渡帶，海洋或海底探測(cè)的2維和3維觀測(cè)數(shù)據(jù)。可能的數(shù)據(jù)還包括預(yù)記錄數(shù)據(jù)或預(yù)處理數(shù)據(jù)，諸如沖擊收集(shot gathers)，共用中點(diǎn)(CMP)收集，堆(stacks)，遷移段，或單傳感器記錄。還適用于二維地震探測(cè)幾何結(jié)構(gòu)，諸如包括一條線接收器的陸地布局，或?qū)τ谑褂酶⊥才c水下測(cè)音器的二維或三維海洋地震觀測(cè)，及對(duì)于實(shí)際區(qū)域接收器布局(線內(nèi)／交叉線應(yīng)用)的兩個(gè)垂直方向的應(yīng)用。
使用專用芯片組，能夠做到在向野外工作室(field boxes)或探測(cè)車或船傳輸之前在單個(gè)接收器內(nèi)壓縮數(shù)據(jù)。還能夠在數(shù)據(jù)傳輸中在數(shù)據(jù)處理的更遠(yuǎn)的“下游”使用，例如對(duì)于數(shù)據(jù)向處理中心傳輸或?qū)τ谥虚g階段使用。在傳輸和／或存儲(chǔ)壓縮數(shù)據(jù)之后，能夠使用相同的反向步驟并以反向順序重構(gòu)或解壓縮出原始數(shù)據(jù)。
本發(fā)明還在于用來執(zhí)行這里所述的方法的裝置。
本發(fā)明還在于數(shù)據(jù)受到根據(jù)上述一種或多種方法壓縮的地震觀測(cè)方式。
從以下的詳細(xì)說明和附圖，本發(fā)明的這些或其它的特點(diǎn)，優(yōu)選實(shí)施例及其變種，可能的用途和優(yōu)點(diǎn)能夠?yàn)楸绢I(lǐng)域普通專業(yè)人員所接收和理解。


圖1表示根據(jù)優(yōu)選的窗口功能設(shè)計(jì)的典型的窗口。
圖2表示描述當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的方法時(shí)在空間頻域中預(yù)計(jì)的定標(biāo)或量化誤差的曲線。
圖3表示描述當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的方法時(shí)在空間頻域中實(shí)際的定標(biāo)或量化誤差的曲線。
一般來說，在傳統(tǒng)的3維陸地地震學(xué)布局，接收器安排成數(shù)個(gè)平行線的直線接收器陣列中。在這一實(shí)施例中，數(shù)據(jù)壓縮方法是沿著每一接收器行施加的，且每一接收器行可以被單獨(dú)處理。這種應(yīng)用稱為按行的應(yīng)用。
傳統(tǒng)的分組形成法過程，是對(duì)各組接收器求和，在數(shù)學(xué)上表示為[1]g→(i)=1NgΣn=0Ng-1S→(n+iNg);]]>i=O,...,Ig-1]]>其中Ng是每組接收器的個(gè)數(shù)，Ig是每接收器行的組數(shù)，向量g包含在第i組中成組形成的數(shù)據(jù)，向量s(n)包含接收器n中測(cè)量的數(shù)據(jù)。
在方程式[1]中可見，分組形成數(shù)據(jù)中的樣本數(shù)只是原始數(shù)據(jù)量的一個(gè)因子1／Ng。
根據(jù)本發(fā)明的地震數(shù)據(jù)壓縮方法不依賴于這一分組形成法，這種方法是只保留接收信號(hào)的空間低頻成分的粗糙方法。另一方面，該方法避免了保留來自各個(gè)接收器的所有數(shù)據(jù)。新方法以高的精確性保留了更重要的空間低頻成分，并以降低的(但仍然是重要的)精確性保留了空間高頻成分。精確性的降低意味著每樣本數(shù)據(jù)需要較少的位，因而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的壓縮。
根據(jù)本發(fā)明的方法涉及以下將說明的數(shù)個(gè)階段階段1空間變換Ⅳ型局部余弦變換，即向數(shù)據(jù)施加有限數(shù)目接收器的窗口內(nèi)的余弦變換，C→km[2]=Σn=m/23M/2-1s→(n+nM)h(n)2Mcos(πM(k+12)(n+12))]]>對(duì)于k=0，…，M-1，且對(duì)于m=0，…，P-1。
在等式[2]中，向量Ckm是局部空間DCT-IV系數(shù)，向量S(n)是接收器n中所測(cè)量的數(shù)據(jù)，M是局部余弦變換中每窗口內(nèi)的接收器數(shù)目，h(n)是窗口函數(shù)，而P是每接收器行的窗口數(shù)。
在這一具體的方程式中，假設(shè)M是偶數(shù)，當(dāng)然對(duì)變換作適當(dāng)?shù)男薷腗可選擇為奇數(shù)。如果窗口函數(shù)h(n)滿足以下條件，則以上變換是正交的且可逆的0≤h(n)≤1h(n)=0for n≤-M2and n≥3M2,]]>[3]h(n)=h(M-n-1),h(n)2+h(n+M)2=1for-M2≤n<M2·]]>
公式[2]中的變換稱為DCT-TV(第四型離散余弦變換)，并具有與快速傅立葉變換(FFT)可比擬的有效實(shí)現(xiàn)性。公式[2]中的變換將稱為局部DCT-IV。對(duì)于局部DCT-IV，計(jì)算的復(fù)雜性與窗口數(shù)目的乘積成正比，且執(zhí)行DCT-IV所需的工作量與(N／M)*M log(M)∝N成正比，其中N是信號(hào)長(zhǎng)度，即每接收器行的接收器數(shù)目，M是窗口長(zhǎng)度。這與FFT比較更有利，后者是對(duì)信號(hào)的整個(gè)長(zhǎng)度進(jìn)行的，將需要與N log(N)成正比的多次操作。這一變換與普通的局部DCT之間的主要差別在于它能夠用于重疊的窗口。普通的局部DCT被限制在不相交的矩形窗口中。
在等式[2]中可見，每一組系數(shù){Ckm；k=0，…，M-1｝的計(jì)算需要2M個(gè)接收器的數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)，其中的M來自本身窗口內(nèi)，M／2來自每一鄰接的窗口。但是，全部的變換系數(shù)的個(gè)數(shù)等于原始數(shù)據(jù)樣本數(shù)，即p*M=N。數(shù)據(jù)的開始和結(jié)束可通過假設(shè)周期性或使用分開的開始和結(jié)束窗口函數(shù)處理。
在多個(gè)窗口內(nèi)可同時(shí)計(jì)算變換系數(shù)。此外，存在一種分兩步驟執(zhí)行等式[2]中的變換的有效實(shí)現(xiàn)方法1．確定每一窗口m中的折疊信號(hào)向量fm的折疊步驟對(duì)于0≤n＜M／2；以及[4′]s→(n+mM)h(n)-s→(2M-n-1+mM)h(2M-n-1)]]>對(duì)于M／2≤n＜M。
2．折疊信號(hào)fm的余弦變換是這樣的[5]c→km=Σn=0M-1f→m(n)2Mcos(πM(k+12)(n+12))]]>
對(duì)于k=0，…，M-1，以及m=0，…，P-1。
在IEEE ASSP，vol．38，No．6．，June 1990，Lapped transform forefficient tranform／subband coding中，H．S．Maler討論了局部DST-IV(第四型局部正弦變換)的性質(zhì)和實(shí)施方法，這一變換除了余弦由正弦代替之外與局部DCT-IV相等。
階段2時(shí)間變換局部DCT-IV系數(shù)仍然是記錄時(shí)間的函數(shù)。在所提出的方法中，也向它們施加局部時(shí)間DCT-IV。窗口的長(zhǎng)度和窗口函數(shù)是從局部空間DCT-IV中所使用的窗口的長(zhǎng)度和窗口函數(shù)中各自獨(dú)立地選擇的。
雖然其它縱坐標(biāo)不再簡(jiǎn)單地指時(shí)間，但是向量Ckm的表示法不變。
階段3重新量化正交可逆變換的方便性是，它們是保持能量的，即它們滿足Parseval定理。這意味著，變換域中的平方的量化誤差等于原始域中求得的平方誤差。對(duì)于原始域中的平方誤差同樣是這樣。對(duì)于所有的數(shù)據(jù)能量的平方誤差也是這樣。然而，這種保持性質(zhì)對(duì)于數(shù)據(jù)的最大絕對(duì)振幅并不存在。
量化涉及到劃分諸如系數(shù)等的數(shù)據(jù)振幅的范圍，并根據(jù)所使用的具體的量化方法通過舍入振幅以便指定另一個(gè)振幅值而降低出現(xiàn)的數(shù)據(jù)量。
最普通的量化方法是均勻量化方法振幅范圍被劃分為相等的級(jí)差，并對(duì)中點(diǎn)舍入振幅。這樣作得到的結(jié)果是數(shù)據(jù)樣本的固定點(diǎn)(整數(shù))表示。如果級(jí)差大小(比如△)足夠小，則量化誤差是以方差或能量△2／12均勻分布的白噪聲。如果在變換域中應(yīng)用均勻量化方法，則原始域中的量化誤差也將表現(xiàn)為不變能量的白噪聲。原始域中量化誤差不一定是均勻分布。如果使用非均勻量化器，則這些說法不成立?？梢栽O(shè)想對(duì)于增加的振幅具有下降精度的量化器，諸如浮點(diǎn)表示中使用的量化器。
如果達(dá)到大的壓縮比，則量化器對(duì)于(在變換域中)數(shù)據(jù)的某些部分變?yōu)榇植诘?。這時(shí)誤差的隨機(jī)分析開始失效，并出現(xiàn)對(duì)變換域中的數(shù)據(jù)的濾波。然而如果所使用的變換給出地震數(shù)據(jù)內(nèi)容的良好的壓縮，諸如象使用DCT-IV那樣，則能夠避免數(shù)據(jù)的最重要的內(nèi)容受到這種濾波的作用。
局部空間DCT-IV的系數(shù)表示地震數(shù)據(jù)的局部空間頻率內(nèi)容，即在m號(hào)窗口中系數(shù)向量Ckm，K=0，…，M-1表示空間頻率內(nèi)容。指標(biāo)k決定了所考慮的空間頻率。低的k對(duì)應(yīng)于低的局部空間頻率，高的k對(duì)應(yīng)于高的局部空間頻率。
該方法涉及低和高的局部空間頻率內(nèi)容的分開的重新量化。這可通過對(duì)Ckm’規(guī)則舍入(或均勻量化)進(jìn)行以便給出[6]c→km=NINT(c→km/δL)δL]]>對(duì)于0≤k≤km-1，以及[7]c→km=NINT(c→km/δH)δH]]>對(duì)于km≤k≤M-1，其中方程式[6]用于低局部空間頻率，而方程式[7]用于高局部空間頻率。這兩個(gè)方程式中，NINT是最近整數(shù)函數(shù)，km是高精度的局部DCT-IV系數(shù)的數(shù)目，而δL，δH是用于對(duì)空間頻率舍入的標(biāo)量。在以上的表達(dá)式中，在δL，δH變得較大時(shí)量化誤差變得較大。為了保持低局部空間頻率在精度上高于高局部空間頻率內(nèi)容，選擇這些標(biāo)量使得δL＜δH。標(biāo)量或量化誤差越大，則需要的每樣本的位數(shù)越少，從而能夠達(dá)到更大的壓縮。
因而，調(diào)節(jié)這些標(biāo)量的值提供了自動(dòng)選擇壓縮比的一種方法。首先，調(diào)節(jié)標(biāo)量的一個(gè)方法是要確定對(duì)被記錄的地震數(shù)據(jù)中噪聲的一個(gè)估計(jì)值。這可通過比較已知沒有地震信號(hào)的記錄信號(hào)部分來實(shí)現(xiàn)，即比較最好是在第一次到達(dá)之前所記錄的數(shù)據(jù)部分，或在所謂噪聲沖擊期間記錄的數(shù)據(jù)。從這一“無信號(hào)”數(shù)據(jù)，可通過通常的統(tǒng)計(jì)方法推導(dǎo)出噪聲的一個(gè)估計(jì)值。如果給出這一估計(jì)值，就能夠按和它的預(yù)定的關(guān)系對(duì)壓縮的標(biāo)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。而且，精度降低的系數(shù)越多(即km越小)，則能夠達(dá)到的壓縮越大。例如，若給定-10dB的數(shù)據(jù)信號(hào)電平和-50dB的噪聲電平(使用來自無信號(hào)的數(shù)據(jù)部分的數(shù)據(jù)測(cè)量)，則可設(shè)置這些標(biāo)量，以便至少達(dá)到18∶1的壓縮比。
在局部的和開窗口的方法中，在低的(傳統(tǒng)的)和高的(添加的)波數(shù)帶之間所需要的分離不可能是完美的。從高到低的波數(shù)帶的量化噪聲小量的泄漏是不可避免的。為了使噪聲泄漏最小，要仔細(xì)選擇對(duì)于局部余弦系數(shù)中量化噪聲的窗口設(shè)計(jì)。還要通過犧牲某些壓縮性能來達(dá)到滿意的低水平泄漏。在以下的階段0討論窗口的設(shè)計(jì)。
階段4振幅編碼為了進(jìn)一步壓縮數(shù)據(jù)，可以采用降低精度，因而降低了每樣本的位數(shù)，這增加了數(shù)據(jù)中的冗余度。這由對(duì)變換系數(shù)(Ckm’)的振幅編碼所利用。為此目的，形成少量(通常為8個(gè))系數(shù)的運(yùn)算。在每一運(yùn)算中，最大的絕對(duì)值決定了系數(shù)所要使用的位數(shù)。代碼中，必須把系數(shù)的每一運(yùn)算放在所使用的位數(shù)的后面，或者更具體來說，放在每次運(yùn)算所需的位數(shù)的Huffman編碼獲得的代碼的后面。
階段0參數(shù)設(shè)置和窗口設(shè)計(jì)這一階段需要選擇窗口函數(shù)和重新量化參數(shù)。
該方法保留數(shù)據(jù)的低的空間頻率內(nèi)容，同時(shí)降低高的空間頻率內(nèi)容的精度。正如前面所述，這是通過改變表示地震數(shù)據(jù)的局部空間頻率內(nèi)容的局部DCT-IV系數(shù)的精度做到的。在以上按行應(yīng)用中，理論上能夠預(yù)測(cè)重新量化局部空間頻率(即局部空間DCT-IV系數(shù))對(duì)沿整個(gè)接收器行的數(shù)據(jù)的空間頻率內(nèi)容的作用效果。
在空間頻帶中，在被認(rèn)為低的和被認(rèn)為高的之間作出區(qū)別。在通過整個(gè)接收器行觀察時(shí)，數(shù)據(jù)的低的空間頻率內(nèi)容的精度使高的局部空間頻率的精度降低，這是不可避免的。在低空間頻率引起的精度的損失由窗口函數(shù)h(還涉及其長(zhǎng)度2M)、高精度km的局部DCT-IV系數(shù)的數(shù)目、以及由δL和δH決定的所選擇的精度確定。
該方法涉及由以下步驟組成的窗口設(shè)計(jì)過程-規(guī)定沿接收器行的低空間頻帶；-最好與數(shù)據(jù)中的噪聲預(yù)定估計(jì)值相關(guān)地設(shè)置低空間頻帶中最大可接受精度損失的閾值；-選擇M，km，δL和δH；-對(duì)所有允許的窗口函數(shù)h(從方程式[3])使低空間頻帶的精度損失最??；-如果所得的精度損失低于閾值，則終止該過程，否則按高精度(km)增加局部DCT-IV系數(shù)的數(shù)目并重復(fù)前面的步驟。
影響量化噪聲電平(△)的泄漏量的量為局部截止指標(biāo)(km)，用于DCT-IV的長(zhǎng)度M、及最后是窗口長(zhǎng)度(≤2M)和形狀。為了使泄漏最小，要求△盡可能地小，且km和M盡可能地大。然而為了使壓縮最大，要求△盡可能地大且km盡可能地小。在窗口設(shè)計(jì)中M和△是固定的。使用對(duì)km的初始選擇，針對(duì)窗口h把噪聲泄漏減小到最小。如果噪聲超過泄漏閾值，則增加截止指標(biāo)km并計(jì)算新的窗口。
現(xiàn)在提出使用以下各項(xiàng)小規(guī)模實(shí)際數(shù)據(jù)的例子-128個(gè)接收器，因而空間頻率數(shù)為64；-空間窗口長(zhǎng)度M=16，因而空間窗口函數(shù)長(zhǎng)度2M=32；-空間窗口數(shù)P=8；-在4ms時(shí)間每接收器有1024個(gè)樣本；-時(shí)間窗口長(zhǎng)度為64個(gè)樣本；-24位定點(diǎn)樣本值。
選擇低空間頻帶使其由4個(gè)最低空間頻率(8個(gè)實(shí)值傅立葉系數(shù))組成。這意味著，由于窗口數(shù)為8，故每窗口高精度(即km)局部DCT-IV系數(shù)(即，Km)的個(gè)數(shù)至少為1。
設(shè)置低空間頻帶量化誤差的閾值為-115dB。設(shè)置低量化誤差為-119dB且高量化誤差為-68dB。在使用這一例子初步實(shí)驗(yàn)期間，如果高精度(km)局部DCT-IV系數(shù)的數(shù)目從1增加到4，則誤差只落到閾值以下。這意味著以高精度保留了系數(shù)的25％(每16個(gè)窗口4個(gè))。圖1中展示了所設(shè)計(jì)的窗口。預(yù)測(cè)的量化誤差與表示低和高空間頻率之間分割的矩形曲線一同示于圖2中。
從實(shí)際數(shù)據(jù)所獲得的量化誤差在圖3中示出。在預(yù)測(cè)的和實(shí)際的量化誤差之間可觀察到良好的吻合。
原始數(shù)據(jù)為24位固定點(diǎn)。用來獲得所需精度的每局部DCT-IV系數(shù)的位數(shù)對(duì)于低DCT-IV系數(shù)(25％)為26個(gè)，對(duì)于高DCT-IV系數(shù)(75％)為17個(gè)。這是一個(gè)平均為每樣本19．25位的初始?jí)嚎s。然而，增加的冗余度能使得在階段4的振幅編碼把這降低到每樣本4．4位。
在另一實(shí)施例中，主要目的不是使數(shù)據(jù)壓縮方法與用傳統(tǒng)方法獲得的數(shù)據(jù)相抵觸。這意味著大量的分組接收器要以高精度保留，而其余的地震數(shù)據(jù)以降低的精度表示。這一實(shí)施例的實(shí)施方案比第一實(shí)施例簡(jiǎn)單。涉及FFT和線性陣列的該方法如下階段1空間變換[8]f→km=Σn=0M-1s→m(n)e exp(-2πinkM)]]>對(duì)于k=0，…，M-1，并對(duì)所有的m。
窗口大小(M)簡(jiǎn)單地等于分組大小(Ng)。這里分組數(shù)目作為數(shù)據(jù)向量Sm(n)中的下標(biāo)m給出以表示所有的分組被分開處理，并且它們可以與接收器行成一角度。
階段2時(shí)間變換對(duì)于時(shí)間變換，如同第一實(shí)施例中那樣使用時(shí)間局部DCT-IV(3．1節(jié))。
階段3重新量化類似于第一實(shí)施例中的方程式[6]和[7]那樣進(jìn)行重新量化，例如[9]f→km=NINT(f→Om/δL)δL]]>(和)以及[10]f→km=NINT(f→km/δH)δH]]>對(duì)于1≤k≤M-1(高局部空間頻率)。
階段4振幅編碼如同第一實(shí)施例中所述進(jìn)行振幅編碼。
由于這一實(shí)施例中，只以高精度保留大量的接收器分組，不限制使用線性陣列的接收器行的地震探測(cè)幾何結(jié)構(gòu)。例如可以應(yīng)用到區(qū)域陣列的探測(cè)幾何結(jié)構(gòu)。
其它實(shí)施例如同以上討論的實(shí)施例，但是有以下特點(diǎn)a)階段1和2互換；b)階段3中重新量化方程式[6]和[7]中的系數(shù)的任何其它方法。例如，統(tǒng)計(jì)舍入或非均勻重新量化；c)方程式[6]和[7]中重新量化參數(shù)隨時(shí)間、位置或頻率而變化；d)奇窗口長(zhǎng)度M；e)在局部空間或時(shí)間DCT-IV中窗口長(zhǎng)度不變；f)DST-IV代替DCT-IV；g)階段1中的局部時(shí)間DCT-IV由任何其它信號(hào)變換或分解代替，諸如用(局部)DCT、局部DST、(局部／短時(shí)間)FFT、子波變換或子頻帶分解代替；h)局部空間DCT-IV由任何其它信號(hào)變換或分解代替，諸如用(局部)DCT，局部DST，(局部／短時(shí)間)FFT，子波變換或子頻帶分解；i)階段4中的振幅編碼由利用數(shù)據(jù)冗余度的任何其它方法代替。
權(quán)利要求
1．基于離散三角變換的地震數(shù)據(jù)壓縮方法，所述方法的特征在于以下步驟-選擇窗口函數(shù)，使得變換施加到中心窗口并與鄰接窗口有重疊；-向所述數(shù)據(jù)施加Ⅳ型(DCT-IV，DST-IV)局部空間和／或時(shí)間離散三角變換以便在變換域中產(chǎn)生數(shù)據(jù)；以及-壓縮所述變換域中的數(shù)據(jù)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中按降低的精度通過保留其所選擇的部分而壓縮變換域中的數(shù)據(jù)。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中按降低的精度保留變換域中數(shù)據(jù)的高頻部分。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過對(duì)變換域中數(shù)據(jù)進(jìn)行較粗糙的重新量化而壓縮變換域中的數(shù)據(jù)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的數(shù)據(jù)壓縮方法，其中確定非壓縮數(shù)據(jù)中的噪聲估計(jì)值，并根據(jù)所述估計(jì)值自動(dòng)選擇對(duì)于該壓縮的壓縮比。
6．根據(jù)以上任何權(quán)利要求的數(shù)據(jù)壓縮方法，其中變換域中的數(shù)據(jù)的降低的冗余度用來進(jìn)一步縮減被壓縮的數(shù)據(jù)。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的數(shù)據(jù)壓縮方法，其中通過可變長(zhǎng)度編碼壓縮變換域中的數(shù)據(jù)。
8．權(quán)利要求1，4或6的方法，還包括以下步驟-傳輸和／或存儲(chǔ)壓縮的數(shù)據(jù)；以及-解壓縮并反向變換所述壓縮的數(shù)據(jù)。
9．用于壓縮地震數(shù)據(jù)的裝置，所述裝置包括-產(chǎn)生窗口函數(shù)使得變換施加到中心窗口并與鄰接窗口有重疊的裝置；-用于向所述數(shù)據(jù)施加Ⅳ型(DCT-IV，DST-IV)局部空間和／或時(shí)間離散三角變換以便在變換域中產(chǎn)生數(shù)據(jù)的裝置；以及-用于壓縮所述變換域中的數(shù)據(jù)的裝置。
全文摘要
使用施加于數(shù)據(jù)集的Ⅳ型局部離散余弦/正弦變換,描述了用于地震數(shù)據(jù)壓縮的方法和裝置,數(shù)據(jù)集由不變的窗口函數(shù)限制,該窗口函數(shù)降低了與鄰接窗口的重疊。
文檔編號(hào)G01V1/22GK1206470SQ9619933
公開日1999年1月27日 申請(qǐng)日期1996年11月22日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月1日
發(fā)明者皮特·倫納德·弗米爾 申請(qǐng)人:格庫公司