NO322889B1 - Fremgangsmate og apparat for kompresjon av seismiske data - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse gjelder fremgangsmåter og apparater for kompresjon av seismiske data.

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

Datakompresjon (eller reduksjon) er en digital signalbehandlingsteknikk for å redusere den datamengde som skal håndteres uten å tape vesentlig informasjon under denne prosess. Dette gjøres hovedsakelig ved å fjerne redundans i vedkommende data og kan omfatte deler av disse data som ikke er av interesse. Slik kompresjon kan føre til et visst tap av datanøyaktighet. Datakompresjon som tillater eksakt rekonstruksjon av de opprinnelige data betegnes ofte i litteraturen som tapsfri. Datakompresjon som omfatter et visst tap i nøyaktighet er kjent som tapsgivende. Vanlige eksempler på datakompresjon er «avrunding» og «nedsatt utvalg», og begge fremgangsmåter er vanligvis tapsgivende.

Seismisk dataoppsamling krever at et stort antall seismiske forsøk utføres med det formål å oppnå en pålitelig avbildning av underjordiske forhold. Hvert forsøk omfatter frembringelse av en lydbølge ved bruk av en egnet kilde, samt måling av jordens reaksjon ved hjelp av et stort antall mottakere. Seismisk søking i stor skal frembringer således en enorm datamengde som normalt vil foreligge i digitalt format, og som må sendes, lagres og behandles. For å lette håndtering av slike store datavolumer, kan datakompresjon utnyttes. En tapsgivende datakompresjonsteknikk som rutinemessig benyttes i seismisk dataoppsamling er gruppedannelse. Dette omfatter tilbakeholding og utsendelse samt behandling av summen i nabomottakere innenfor grupper av fastlagte størrelser, istedet for enkeltstående målinger.

Gruppeforming anvendes ikke primært for datakompresjon. Gruppedannelse undertrykker vilkårlig omgivelsesstøy, og undertrykker bølger med lav tilsynelatende hastighet, slik som jordrullinger ved seismiske undersøkelser på land. Gruppedannelsen svekker således det høye spatiale frekvensinnhold i vedkommende data. Svekkingen utføres imidlertid på en grov måte, da den bare delvis undertrykker tilsynelatende langsomt forplantende bølger samt forandrer resten av vedkommende data. Det følger en god grunn til å utelate gruppedannelsen fra oppsamlingstrinnet og registrere utgangssignalet fra hver mottaker individuelt. Dette tillater da anvendelse av mer fintregistrerende metoder for å redusere tilfeldig og koherent støy. Opphevingen av gruppedannelsen i oppsamlingstrinnet øker imidlertid i høy grad den datamengde som skal behandles nedstrøms.

EP A2 660136 omhandler en fremgangsmåte for nedihullsprosessering av akustiske kompresjonsbølge-data ved å benytte datakompresjon. Publikasjonen beskriver det å velge en vindusfunksjon slik at transformasjonen utføres over et sentralt vindu.

I IEEE Int. SYM. Circuits & Systems, New Orleans, LA, 1-3, mai 1990, bind 2, sidene 1573-6, A. Spanias, S. Johnson et al beskriver flere transformerings-baserte fremgangsmåter for seismisk datasammentrykning. Disse metoder omfatter diskret Fourier-transformasjon (DFT), den diskrete kosinus-transformasjon (DCT), Walsh-Hardamard transformasjon (WHT), samt Karhunen-Loeve transformasjon (KLT). DCT i den form som er beskrevet i publikasjonen samt påført en glideramme med N datapunkter, kan imidlertid anvendes for en relativ sammenligning mellom flere forskjellige transformasjoner. Når den påføres som datakompresjonsmetode, vil imidlertid den glidende ramme frembringe en stor mengde redundante data i transformasjonsdomenet.

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å angi en fremgangsmåte for kompresjon av seismiske data. Det er et annet formål for oppfinnelsen å frembringe en fremgangsmåte for kompresjon av seismiske data uten å ty til gruppeformering.

Disse formål oppnås ifølge oppfinnelsen, ved en fremgangsmåte og et apparat for kompresjon av seismiske data, som angitt i det etterfølgende, henholdsvis krav 1 og 9. Fordelaktige utføringsformer av fremgangsmåten er angitt i krav 2-8.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Oppfinnelsen frembringer et første kompresjonsnivå hvor lokale romlige eller temporale, diskrete trigonometriske (nemlig enten sinus eller cosinus) transformasjoner av type IV påtrykkes de seismiske datasignaler. Diskrete sinus/cosinus transformasjoner av type IV er kjent som sådanne. En generell beskrivelse er for eksempel gitt av H.S. Malvar i «Lapped Transformes for efficient transform/subband coding», IEEE ASSP, bind 38, nr 6, juni 1990. Den lokale romlige eller temporale diskrete sinus/cosinus-transformasjon fører til transformasjonskoeffisienter som er mer kompakte og mindre korrelert enn de opprinnelige data. Begge disse egenskaper kan med fordel utnyttes i påfølgende databehandlingstrinn.

Transformeringskoeffisientens kompaktgrad utnyttes i et prosesstrinn, hvilket kan bli beskrevet som et prosesstrinn for nykvantifisering eller avrundingstrinn. Formålet med dette trinn er å opprettholde valgte koeffisienter med høy nøyaktighet, samt andre koeffisienter med mindre nøyaktighet, og derved å redusere den datamengde som er nødvendig for å beskrive koeffisientene og derved oppnå ytterligere datakompresjon.

Den reduserte korrelasjon for transformeringskoeffisientene gir en mulighet for å utnytte kodingsskjemaer og dermed ytterligere å redusere den datamengde som skal lagres eller overføres. Anvendbare kodeskjemaer er kjent i og for seg, for eksempel Huffmann coding or Amplitude coding.

De seismiske datasignaler som denne metode anvendes på er opptegningsspor som typisk er utledet fra et antall mottakere, for eksempel geofoner eller hydrofoner. Disse kan være anordnet i kombinasjon, hvilket er velkjent innenfor fagområdet. En av disse, for eksempel en vanlig tredimensjonal utlegging på land av lineære rekker av seismiske geofoner anordnet langs et antall parallelle linjer. Bruk av lokale transformasjoner ved denne fremgangsmåte gjør det mulig å komprimere data over et visst antall mottakere som befinner seg innenfor hver linje. En lokal transformasjon er en slik hvor transformasjonen utøves over fastlagte vinduer på opptegningsbord, slik det vel er kjent innenfor fagområdet Antallet opptegningsbord som lokaltransformasjonen utføres over i hvert påfølgende trinn av transformasjonen, er betegnet som et rom-vindu, og dette vindu kan varieres alt etter den type transformasjon som utføres.

Vinduene for de lokale transformasjoner er definert ved en vindusfunksjon, og denne vindusfunksjon velges slik at transformasjonen er ortonormal og inverterbar. Vindusfunksjonen er valgt slik at transformasjonen påføres over et sentralt vindu som overlapper de tilstøtende vinduer, og helst fortrinnsvis halvparten av disse vinduer.

Transformasjonen kan utføres i to trinn, idet det første trinn omfatter et holdetrinn hvor det sentrale vindu kombineres med tilstøtende halve vinduer for å frembringe et foldet signal, og det annet trinn omfatter kompresjon med en cosinus-transformasjon som utføres på det foldede signal.

I tillegg til den lokale romtransformasjon, utføres fortrinnsvis også en lokal temporal transformasjon på vedkommende data. Kombinasjonen av de to lokale transformasjoner gir da et bedre kompresjonsforhold. Den lokale temporale transformasjon er fortrinnsvis en lokal, temporal, diskret sinus/cosinus-transformasjon av type IV. Andre signaltransformasjoner og dekomposisjoner kan imidlertid også anvendes, slik som en ordinær lokal, diskret cosinus-transformasjon og en lokal Fourier-transformasjon. Den lokale romlige trigonometriske transformasjon og lokale temporale trigonometriske transformasjon kan utføres i hvilken som helst rekkefølge.

Transformasjonskoeffisientene, som representerer de opprinnelige data etter transformasjonen, danner et datasett som forskjellige kompresjonsmetoder kan utøves på. Disse kompresjonsmetoder kan kollektivt betegnes som (re-) kvantisering og koding. Når kvantiseringsprosessen anvendes for komprimering av data, omfatter den vanligvis et skalerings-trinn og en avrunding. Kvantiseringsprosessen er utformet for å redusere høyfrekvens-komponentene eller - koeffisientene, samtidig som lavfrekvenskomponentene opprettholdes med større nøyaktighet.

Skaleringen oppnås fortrinnsvis ved divisjon med første skalar-koeffisienter som representerer lavfrekvenser, samt divisjon med andre skalar-koeffisienter som representerer høye frekvenser. Den første skalarverdi er valgt å være mindre enn den andre skalarverdi, da kompresjonen vil bli desto større jo større skalarverdi som velges. På denne måte vil de koeffisienter som representerer de lave frekvens, og som er av spesiell interesse med seismisk analyse, ikke bli komprimert så meget som de som representerer høye frekvenser, slik at nøyaktigheten av de førstnevnte opprettholdes.

Skaleringen kan oppnås ved ensartet kvantisering under bruk av en nærmeste deltalls-funksjon, eller ved statistisk avrunding, eventuelt ikke-ensartet rekvantisering.

Skalerings- eller kvantiserings-parameterne kan variere med tiden, romområdet eller romlig eller tidsbestemt frekvens.

I en ytterligere foretrukket utførelse av oppfinnelsen, er kompresjons-forholdet automatisk fastlagt ved støynivået i det seismiske signal. Dette støynivå måles fortrinnsvis ved å bruke en eller flere deler av signaloverføring som ikke inneholder noe signal generert av den seismiske kilde. Den del av opptegningene som registreres før den «første ankomst» eller de såkalte støy-opptak, hvilket vil si opptegningsbord som er registrert i fravær av en seismisk kilde, kan utnyttes for å bestemme støynivået. Enda mer å foretrekke er det at signalet filtreres før det prosesstrinn som går ut på å fastlegge støynivået, for derved å unngå en overvurdering av støynivået.

Fortrinnsvis velges kompresjons-forholdet, hvilket vil si kvantiseringsfeilen, lik eller lavere enn støynivået.

Den reduksjon i nøyaktighet som frembringes av datakompresjonen øker redundansen i vedkommende data. I henhold til et ytterligere særtrekk ved oppfinnelsen blir derfor dataredundansen brukt til ytterligere å redusere de komprimerte data, fortrinnsvis ved å påtrykke en datakoding av variabel lengde, slik som amplitudekoding eller Huffman-koding. Skala-koeffisientene kan for eksempel være amplitudekodet, slik at hver koeffisient blir proporsjonal med den absolutte verdi av den største koeffisient.

Fremgangsmåten for kompresjon av seismiske data i henhold til oppfinnelsen kan utøves på alle typer seismiske data, innbefattet 2D og 3D letedata på land, samt dataoppsamlinger fra overgangssone, sjøområde eller sjøbunnen. Mulige data omfatter også forregistrerte eller forbehandlede data, slik som skudd-samlinger, samlinger om felles midtpunkt (CMP), stabler, vandringsseksjoner eller registreringer ved enkeltstående følere. Fremgangsmåten er også egnet for bruk i forbindelse med en todimensjonal seismisk opptaksgeometri, slik som utlegg på land som omfatter en linje av mottakere, eller for to- eller tre-dimensjonale seismiske undersøkelser til sjøs ved anvendelse av hydrofonkabler og hydrofoner, samt utførelse i to innbyrdes perpendikulære på et sant flateutlegg av mottakere (linje/tverrlinje-anvendelse).

Ved anvendelse av dediserte brikkesett, er det mulig å komprimere data i en enkelt mottaker før overføringen til feltbokser eller oppsamlingskjøretøyer eller skip. Fremgangsmåten kan også anvendes i dataoverføring videre «nedstrøms» i databehandlingen, for eksempel for overføring av data til et behandlingssenter eller for midlertidig lagring. Etter overføring og/eller lagring av de komprimerte data, kan de opprinnelige data rekonstrueres eller avkomprimeres ved å utøve samme prosesstrinn invertert og i motsatt rekkefølge.

Oppfinnelsen ligger også i et apparat for utførelse av de fremgangsmåter som er beskrevet her.

Oppfinnelsen ligger også i en seismisk utførelse hvori data utsettes for kompresjon i samsvar med en eller flere ovenfor nevnte metoder.

Disse og andre særtrekk ved oppfinnelsen, foretrukne utførelser og varianter av disse, mulige anvendelser og fordeler vil kunne kjennes og forstås av fagfolk på området ut i fra følgende detaljerte beskrivelse og vedføyde tegninger.

TEGNINGENE

Fig. 1 viser et typisk vindu opprettet i samsvar med en foretrukket

vindusfunksjon.

Fig. 2 viser en grafisk opptegning som angir den forut tilsiktede skalering eller kvantiserings-feil i det romlige frekvensdomenet ved anvendelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Fig. 3 viser en grafisk opptegning som angir den faktiske skalering eller kvantiseringsfeil i det romlige frekvensdomenet ved anvendelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

EKSEMPLER

Ved et vanlig tredimensjonalt seismisk arrangement på land er mottakere typisk anordnet i rettlinjede mottakerrekker langs et antall parallelle linjer. I en slik utførelse utøver datakompresjonsmetoden langs hver mottakerlinje, og hver mottakerlinje håndteres separat. Denne anvendelse betegnes som anvendelse i linje. Den vanlige prosess ved gruppedannelse, hvor mottakergrupper summeres, er matematisk uttrykt ved:

hvor Ng er antall mottakere pr gruppe, lg er antall grupper pr mottakerlinje, vektoren g inneholder de gruppedannede data i gruppe i, og vektoren s(n) inneholder de målte data i mottaker n.

Det vil fremgå av ligning (1) at antall utvalg i gruppedannende data er bare en andel 1/Ng av den opprinnelige datamengde.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen for kompresjon av seismiske data er ikke basert på denne gruppedannelse, som er en grå måte hvorpå bare innholdet av lave romfrekvenser bibeholdes i det mottatte signal. På den annen side unngår man at samtlige data fra de enkelte mottakere opprettholdes. I henhold til den nye metoden bibeholdes det viktigste romlige lavfrekvensinnhold med høy nøyaktighet, mens innholdet av høye romfrekvenser bibeholdes med en redusert, skjønt fremdeles vesentlig nøyaktighet. Reduksjon av nøyaktighet innebærer at færre bit pr datautvalg er påkrevet, og datakompresjon er således oppnådd. Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen omfatter et antall prosesstrinn som vil bli omtalt nedenfor:

Trinn 1: romtransformasjon.

En lokal cosinus-transformasjon av type IV, hvilket vil si en cosinus-transformasjon innenfor et vindu av et endelig antall mottakere, blir utøver på vedkommende data.

fork = Ot... M -1, ogform = 0,.., P-1.

I ligning [2] er vektoren Ckm den lokale romlige DCT-IV koeffisient, vektoren s(n) de målte data i mottakeren n, M antallet mottakere pr vindu i den lokale cosinus-transformasjon, h(n) en vindusfunksjon, og P antall vinduer pr mottakerlinje.

I denne spesielle ligning antas M å være et jevnt tall, skjønt M også kan velges å være odde med de tilsvarende modifikasjoner av transformasjonene. Transformasjonen ovenfor er ortonormal og inverterbar hvis vindusfunksjonen h(n) tilfredsstiller betingelsene nedenfor. Ligningen 3 øverst på side 9 skrives som angitt i teksten.

Transformasjonen i ligning (2) er kjent som DCT-IV (diskret cosinus-transformasjon av en fjerde type) og har en effektiv iverksetting som er sammenlignbar med den raske Fourier-transformasjon (FFT). Transformasjonen i ligning (2) vil bli betegnet som den lokale DCT-IV. For en lokal DCT-IV er beregnings-kompleksiteten proporsjonal med produktet av antallet vinduer, og den anstrengelse som kreves for å utføre en DCT-IV er proporsjonal med (N/M) <*> M log(M) = N log (M) N, hvor N er signallengden, hvilket vil si antall mottakere pr mottakerlinje, og M er vinduslengden. Dette er gunstig sammenlignet med en FFT som over hele signallengden ville kreve et antall operasjoner som er proporsjonal med N log(N). Hovedforskjellen mellom denne transformasjon og den vanlige lokale DCT er at den kan anvendes med overlappende vinduer. Den vanlige lokale DCT er begrenset til rektangulære adskilte vinduer. ;Som det vil fremgå av ligning (2), krever beregningen av hvert sett av koeffisienter {Ckm; med k=0,...,M-1}. Bidrag fra 2M mottakere, nemlig M fra innenfor vinduet selv og M/2 fra hvert nabovindu. Det totale antall transformasjonskoeffisienter er likevel like det opprinnelige antall datautvalg, hvilket vil si p <*> M = N. Begynnelsen og enden av vedkommende data kan håndteres ved å anta periodisitet eller ved å utnytte separate begynnelses- og slutt-vindusfunksjoner.

Transformasjonskoeffisientene kan beregnes samtidig med vinduene. En effektiv arbeidsprosess kan oppnås hvis transformasjonen i ligning (2) utføres i to trinn: 1. Et foldetrinn som fastlegger en foldet signalvektor fm i hvert vindu m: 2. En cosinus-transformasjon av det foldede signal fm, nemlig:

fork = 0,.., M -1, og for m = 0,.., P-1.

I IEEE ASSP, bind 38, nr 6, juni 1990, Lapped transforms for efficient transform/subband coding, H.S. Malver omtales egenskaper og utførelser av den lokale DST-IV (Discrete Sine Transformation of the fourth type), som ligner den lokale DCT-IV bortsett fra at cosinus er erstattet med sinus.

Trinn 2: Temporal transformasjon.

De lokale DCT-IV koeffisienter er fremdeles en funksjon av opptakstiden. Ved den foreslåtte fremgangsmåte blir også en lokal temporal DCT-IV utført på dem. Lengden til vinduet og vindusfunksjonen er valgt uavhengig av de verdier som anvendes i den lokale romlige DCT-IV.

Betegnelsen for Ckm er uforandret skjønt den øvrige ordinat ikke lenger ganske enkelt henviser til tid.

Trinn 3: Rekvantisering.

En gunstig egenskap ved ortonormale inverterbare transformasjoner er at de er energi-bevarende, hvilket vil si at de tilfredsstiller Parsevals teorem. Dette innebærer at den kvadratiske kvantiseringsfeil i transformasjons-domenet er lik den resulterende kvadratiske feil i det opprinnelige domenet. Det samme er tilfellet for den kvadratiske feilverdi i det opprinnelige domenet. Det samme er også tilfellet for den kvadratiske feilverdi i forhold til den totale dataenergi. En slik bevarings-egenskap foreligger imidlertid ikke for den maksimale absolutte amplitude for vedkommende data.

Kvantisering omfatter oppdeling av amplrtudeområdet for vedkommende data, slik som koeffisientene og reduksjon av den foreliggende datamengde ved å avrunde amplitudene for å allokere en annen amplitudeverdi i samsvar med den spesielle kvantisering som anvendes.

Den mest vanlige kvantiseringsmetode er ensartet kvantisering, hvor amplitudeområdet deles opp i like trinn og amplitudene avrundes til midtpunktene. Dette fører til en fastpunkts-representasjon (heltallig) av datautvalgene. Hvis trinnstørrelsen (for eksempel A) er tilstrekkelig liten, så vil kvantiserings-feilen være jevnt fordelt bitstøy med varians eller energi A<2>/12. Hvis uniform kvantisering anvendes i det transformerte domenet, så vil kvantiseringsfeilen i det opprinnelige domenet også opptre som hvit støy med uforandret energi. Kvantiseringsfeilen i det opprinnelige området behøver ikke å være jevnt fordelt. Disse angivelser opphører å gjelde hvis en ikke-uniform kvantiserer blir brukt. Man kan tenke seg en kvantiserer som har avtagende nøyaktighet ved økende amplitude, slik som anvendes i en flytetale-representasjon.

Hvis det skal oppnås høye kompresjonsforhold, blir kvantisereren grov med hensyn til visse deler av vedkommende data (i det transformerte domenet). Den stokastiske analyse av feilen begynner da å svikte og filtrering av data i det transformerte domenet finner sted. Hvis det imidlertid anvendes en transformasjon som gir en god kompaktering av det seismiske datainnhold, slik som med DCT-IV, vil de viktigste komponenter av disse data bli sikret mot denne filtreringsvirkning.

Koeffisientene for den lokale romlige DCT-IV representerer det lokale romlige frekvensinnhold i de seismiske data, hvilket vil si at i vindustallet m representerer koeffisientvektoren Ckm, k = 0,M-1 rom-frekvensinnholdet. Indeksen k fastlegger den romfrekvens som er under betraktning. En lav k-verdi tilsvarer da en lav lokal romfrekvens, mens en høy k tilsvarer en høy lokal romfrekvens.

I fremgangsmåten inngår adskilt rekvantisering av de lave og de høye frekvenser i det lokale romfrekvensinnhold. Dette kan utføres ved regulær avrunding (eller uniform kvantisering) av de forskjellige ckm-verdier til å gi: for 0 < k < km -1, og

forkm5k<M -1, og

hvor ligning (6) gjelder lave lokale romfrekvenser og ligning (7) gjelder høye lokale romfrekvenser. I disse to ligninger er NINT den nærmeste heltallsfunksjon, km er antall lokale DCT-IV koeffisienter med høy nøyaktighet, og 8L, 5H er skalarer som anvendes ved avrunding av de romlige frekvenser. I de ovenfor angitte uttrykk, blir kvantiseringsfeilen større etter hvert som 5L, 5H blir større. For å opprettholde de lave lokale romfrekvenser på et høyere nøyaktighetsnivå enn de høye frekvenser i det lokale romfrekvensinnhold, velges skalarene slik at 5L< 5H. Jo større skalar- eller kvantiseirngsfeilen er, jo mindre antall bit-verdier vil det være påkrevet pr datautvalg, og jo høyere kompresjon kan oppnås.

For å justere verdiene av disse skalarer behøves derfor en fremgangsmåte for automatisk valg av kompresjons-forholdet. En metode for justering av skalarene er først å bestemme en antatt verdi for støyen i de registrerte seismiske data. Dette kan gjøres ved å sammenligne deler av det opptatte signal som er kjent for å være fritt for seismiske signaler, hvilket vil si fortrinnsvis deler av vedkommende data registrert før det første signal ankommer, eller data registrert under såkalte støy-skudd. Ut ifra disse «signal-frie» data, kan det utledes en antatt verdi av støyen ved hjelp av vanlige statistiske metoder. Når denne antatte verdi er gitt, kan skalarene for kompresjonen justeres til et forut bestemt sammenheng med denne verdi. Jo mer koeffisientene er redusert i nøyaktighet (hvilket vil si jo mindre km er), jo høyere kompresjon kan det også oppnås. Ved et gitt datasignalnivå på -10 dB og et støynivå på -50 dB (målt ved utnyttelse av verdier fra signal-fri del av vedkommende data), kan skalarene for eksempel innstilles til å frembringe et kompresjonsforhold på minst 18:1.

Den nødvendige separasjon mellom et lave (vanlige) og høye (tilleggs) bølgetall-bånd kan gjøres perfekt ved en lokal eller vindus-påført fremgangsmåte. En liten grad av lekkasje av kvantiseringsstøy fra det høye til det lave bølgetall-bånd er uunngåelig. For å nedsette dette støylekkasje til et minimum, blir vindusutførelsen for kvantiseringsstøyen i de lokale cosinus-koeffisienter valgt med omhu. Ved også å ofre noe av kompresjons-ytelsen kan tilfredsstillende lavt lekkasjenivå oppnås. Utformingen av vinduene vil bli omtalt i trinn null nedenfor.

Trinn 4: Amplitude-koding.

For ytterligere å komprimere data, kan man dra fordel av reduksjonen i nøyaktighet, og således reduksjonen i antall bit-verdier pr datautvalg, hvilket vil øke redundansen i vedkommende data. Dette kan utnyttes ved amplitudekoding av transformeringskoeffisientene (ckm-verdiene). For dette formål dannes rekker av et lite antall koeffisienter (typisk 8). I hver rekke vil den største absoluttverdi bestemme det antall bit-verdier som skal anvendes for koeffisientene. I denne kode må hver rekke av koeffisienter innledes med det antall bitverdier som anvendes, eller mer kompakt med den kode som oppnås ved Huffman-koding av det påkrevde antall bitverdier pr rekke.

Trinn 0: Parameterinnstillinger og vindusutforming.

I dette trinn er det påkrevet å velge vindusfunksjonen og rekvantiserings-parameterne.

Denne metode opprettholder innholdet av lave romfrekvenser i vedkommende data mens nøyaktigheten for de høye romfrekvenser i frekvensinnholdet reduseres. Som forklart tidligere, gjøres dette ved å forandre nøyaktigheten av de lokale DCT-IV koeffisienter som representerer det lokale romfrekvensinnhold i de seismiske data. Ved anvendelsen i linje ovenfor er det mulig å forutsi teoretisk virkningen av rekvantiseringen av de lokale romfrekvenser, hvilket vil si de lokale romlige DCT-IV koeffisienter på romfrekvensinnholdet av vedkommende data langs hele mottakerlinjen.

I romfrekvensbåndet skjelnes det mellom de frekvenser som ansees å være lave og de som ansees å være høye. Det er uunngåelig at nøyaktigheten av de lave frekvenser i romfrekvensinnholdet i vedkommende data, tatt over hele mottakerlinjen, vil lide som følge av reduksjonen i nøyaktighet for de høye frekvenser i romfrekvensinnholdet i nevnte data. Det faktiske nøyaktighetsinnhold som er påført de lave romfrekvenser er bestemt ved vindusfunksjonen h (hvori også inngår dets lengde 2M), ved antallet lokale DCT-IV koeffisienter med høy nøyaktighet km, samt ved den valgte nøyaktighet fastlagt ved 8L, 6H.

Fremgangsmåten omfatter en vindusutformings-prosedyre som består av følgende trinn:

- spesifisering av det lave romfrekvensbånd langs mottakerlinjen,

- innstilling av en terskel for det maksimalt godtagbare nøyaktighetstap i det lave romfrekvensbånd, fortrinnsvis sett i sammenheng med en forut antatt verdi av

støyen i vedkommende data

- valg av M, km, 8L og 8H.

- nedsettelse til et minimum av nøyaktighetstapet i det lave romfrekvensbånd over samtlige tillatte vindusfunksjoner h (ut ifra ligning [3]), - hvis det resulterende nøyaktighetstap ligger under den fastlagte terskel, avsluttes prosedyren for videre å øke antallet lokale DCT-IV koeffisienter med høy nøyaktighet (km) og de ovenfor angitte trinn gjentas.

De størrelser som påvirker lekkasjegraden av kvantiseringsstøy (A), er den lokale avskjæringsindeks (km), den lengde M som anvendes i DCT-IV og endelig vinduslengden (<2M) og vindusformen. For å nedsette lekkasjen til minimum, kreves at A skal være så liten som mulig, mens km og M må være så stor som mulig. For å gjøre kompresjonen størst mulig, kreves det imidlertid at A skal være så stor som mulig og km så liten som mulig. I vindusutformingen er M og A fastlagt. Ved anvendelse av et innledende valg av km blir støylekkasjen nedsatt i forhold til vindusfunksjonen h. Hvis støyen overskrider en lekkasjeterskel, så vil avskjæringsindeks km øke, og et nytt vindu må beregnes.

Et eksempel med små reelle data vil nå bli angitt, og hvor følgende verdier gjelder: - 128 mottakere, og antallet romfrekvenser er da 64; - romlige vinduslengder M = 16, og lengden av den romlige vindusfunksjon er da 2M = 32, - antall romlige vinduer P = 8; - 1024 datautvalg pr mottaker ved en tid på 4 ms; - tidsbestemt vinduslengde er 64 datautvalg;

- 24 bits fasttalls-utvalgsverdier.

Det lave romfrekvensbånd er valgt å bestå av de fire laveste romfrekvenser (8 Fourier-koeffisienter med reell verdi). Dette innebærer at antallet lokale DCT-IV koeffisienter med høy nøyaktighet pr vindu (hvilket vil si km) må være minst 1, da antall vinduer er 8.

Terskelverdien for kvantiseringsfeilen i det lave romfrekvensbånd ble lagt til

-115 dB. Den lave kvantiseringsfeil ble innstilt til -119 dB og den høye kvantiseringsfeil til -68 dB. Under midlertidig forsøk ved bruk av dette eksempel falt feilen bare under terskelverdien hvis antallet lokale DCT-IV koeffisienter med høy nøyaktighet (km) ble øket fra 1 til 4. Dette innebærer at 25% av koeffisientene

ble bibeholdt på høy nøyaktighet (4 i hvert vindu på 16). Det utformede vindu er vist i figur 1. Den forut sagte kvantiseringsfeil er vist i figur 2 sammen med en rektangulær kurve som viser oppdelingen mellom lave og høye romfrekvenser.

Den kvantiseringsfeil som er oppnådd ut ifra de faktiske data er angitt i figur 3. En god overensstemmelse kan observeres mellom den forutsagte og den faktiske kvantiseringsfeil.

De opprinnelige data er 24 bits fast tall. Antallet bit er lokal DCT-IV koeffisient som anvendes for å oppnå de påkrevde nøyaktighet, er 26 for de lave DCT-IV koeffisienter (25%) og 17 for de høye DCT-IV koeffisienter (75%). Dette er en innledende kompresjon til en middelverdi på 19,25 bit pr datautvalg. Den økede redundans gjør det imidlertid mulig ved amplitudekodingen i trinn 4 å redusere denne til en middelverdi på 4,4 bit pr utvalg.

I en annen utførelse er hovedformålet at datakompresjons-metoden ikke skal påvirke de data som ellers ville ha blitt oppsamlet på vanlig måte. Dette innebærer at summen av mottakergruppene (det konvensjonelt oppnådde gruppedannede resultat) skal bibeholdes på høy nøyaktighet, mens resten av de seismiske data representeres med redusert nøyaktighet. Iverksettingen av denne utførelse er enklere enn ved den første utførelse. Denne fremgangsmåte omfatter FFT og rettlinjede rekker ut ifra følgende:

Trinn 1: Romlig transformasjon.

for k = 0,.., M -1, og for alle m.

Vindusstørrelsen (M) er her ganske enkelt lik gruppestørrelsen (Ng). Gruppetallet er her gitt som en nedre indeks m på datavektoren sm(n) for å vise at alle grupper noteres hver for seg og at de må befinne seg i en vinkel med mottakerlinjen.

Trinn 2: Temporal transformasjon.

Ved den temporale transformasjon utnyttes en temporal lokal DCT-IV som i den første utførelse (seksjon 3.1).

Trinn 3: Rekvantisering.

Rekvantiseringen utføres på samme måte som i henhold til ligningene (6) og (7) i den første utførelse, hvilket vil si: (summen) og

for 1 < k < M-1 (de høye lokale romfrekvenser)

Trinn 4: Amplitudekoding.

Amplitudekodingen utføres som beskrevet i forbindelse med den første utførelse.

Da i denne utførelse bare summen av mottakergruppene er bibeholdt på høy nøyaktighet, er den ikke begrenset til seismisk opptaksgeometri som utnytter mottakerlinjer med rettlinjede mottakerrekker.

Den kan for eksempel utøves på en opptaksgeometri med arealrekker.

Andre utførelser kan være som den som er omtalt ovenfor, men med følgende forandringer.

a) trinn 1 og trinn 2 ombyttet,

b) en hvilken som helst annen metode for rekvantisering av koeffisientene i ligningene (6) og (7) i trinn 3. For eksempel statistisk avrunding eller

ikke-uniform rekvantisering.

c) rekvantiserings-parameterne i ligningene (6) og (7) varierer i tid, posisjon eller frekvens.

d) en odde vinduslengde M,

e) vinduslengden ikke konstant i den lokale romlige eller tidsbestemt DT-IV.

f) DST-1V istedenfor DCT-IV.

g) den lokale temporale DCT-IV i trinn 1 erstattes i en annen signaltransformasjon eller dekomposisjon slik som en (lokal) DCT, i en

lokal DST, en (lokal/korttids) FFT, en småbølge-transformasjon eller en oppspalting i underbånd.

h) den lokale romlige DCT-IV erstattes med en annen signal-transformasjon eller dekomposisjon, slik som en (lokal) DCT, en lokal DST, en

(lokal/korttids) FFT, en småbølge-transformasjon eller en oppspalting i

underbånd.

i) amplitudekodingen i trinn 4 erstattes med en hvilken som helst annen metode for utnyttelse av data-redundansen.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for kompresjon av data basert på en diskret trigonometrisk transformasjon ved å benytte data fra en seismisk dataakvisisjon, å foreta en lokal romlig og/eller temporal, diskret, trigonometrisk transformasjon, og å velge en vindusfunksjon for den lokale romlige og/eller temporale, diskrete, trigonometriske transformasjon for å generere data i det transformerte domenet, karakterisert ved at det benyttes en lokal, romlig og/eller temporal, diskret, trigonometrisk transformasjon av typen IV (DCT-IV, DST-IV) på nevnte data slik at transformasjonen utføres over et sentralt vindu og en overlapping med tilstøtende vinduer.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at vedkommende data i det transformerte domenet komprimeres ved å bibeholde en valgt del av disse med redusert nøyaktighet.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at en høyfrekvensdel av dataene i det transformerte domenet bibeholdes med redusert nøyaktighet.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at dataene i det transformerte domenet komprimeres med en grovere rekvantisering av dataene i det transformerte domenet.

5. Fremgangsmåte for datakompresjon i henhold til krav 1, karakterisert ved at et estimat av støyen i de ukomprimerte data fastlegges, og et kompresjonsforhold for komprimeringen velges automatisk i samsvar med dette estimatet.

6. Fremgangsmåte for datakomprimering i samsvar med et hvilket som helst av de forutgående krav, karakterisert ved at en redusert redundans i vedkommende data i det transformerte domenet anvendes for ytterligere å redusere de komprimerte data.

7. Fremgangsmåte for datakomprimering i henhold til krav 6, karakterisert ved at dataene i det transformerte domenet komprimeres ved koding med variabel lengde.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, 4 eller 6, karakterisert ved at den videre omfatter følgende prosesstrinn: - utsendelse og/eller lagring av komprimerte data, og - avkomprimering og invers transformasjon av nevnte komprimerte data.

9. Apparat for komprimering av data, omfattende midler for innhenting av data fra en seismisk akvisisjon, midler for utførelse av en lokal romlig og/eller temporal, diskret trigonometrisk transformasjon på nevnte data; midler for generering av en vindusfunksjon for den lokale, romlige og/eller temporale, diskrete, trigonometriske transformasjon for å generere data i det transformerte domenet; samt midler for komprimering av nevnte data i det transformerte domenet, karakterisert ved at den lokale, romlige og/eller temporale, diskrete, trigonometriske transformasjon er av typen IV (DCT-IV, DST-IV) og at transformasjonene utføres over et sentralt vindu og en overlapping med tilstøtende vinduer.