基于提升小波变换的地震数据压缩技术研究

【摘要】近些年来，随着社会不断发展，科学技术不断进步，地震勘探手段日益增加，越来越多的先进技术在地震勘探领域得到广泛应用。地震勘探技术现在正趋于向多参数，多维度，多分量，高分辨率的方向蓬勃发展。因此，实际勘探中，也随之获得更多的地震数据信息。所以，在现有的网络传输和数据存储及备份的条件下，比较有效的解决方案就是采用适当的压缩算法，快速、高效地对地震数据进行压缩，以有效降低数据的存储量和网络中的数据传输量。本文主要针对于无缆自定位地震仪野外采集的RAW格式的地震数据进行压缩。根据不同的数据段存储的信息不同，采取不同的压缩策略，在保证压缩后有用信息不丢失的前提下，提出一种高效率、高性能的压缩方法。本文结合数据压缩技术的研究背景和意义，分析了国内外研究进展以及地震数据压缩的研究现状。并对地震数据格式标准进行详细说明，根据地震数据格式特点提出了整体压缩过程，主要包括变换、量化及编码三个阶段。通过对常用的变换方式进行综合分析对比，最后选择了提升小波变换的方法。对于提升小波变换系数中的低频分量，由于包含了大部分地震放射能量，应直接进行无损压缩编码，保证地震数据的重构精度；而小波变换后的高频分量，包含较多的噪声，所以可供压缩的数据量较多，对于这些频带的小波系数先进适当阈值取舍后，再对所有小波系数进行尺度量化，最后进行编码。量化部分主要通过对一些量化方法的分析，建立了合理的量化表。编码部分是实现数据压缩的关键环节，本文对几种常用的无损压缩编码方式进行介绍和分析，并根据数据压缩的性能指标对各算法的优缺点进行比较，综合考虑系统复杂度、压缩时间与压缩比这几个要素，得出LZW算法压缩效率较高，且算法原理相对简单。最终得出提升小波变化与LZW编码相结合的方式，保证无损压缩的同时，具有较高的性能。在编码实现过程中，针对传统LZW算法本身存在的不足，对其加以改进，对于传统编码在算法匹配长度上的浪费，采取了动态编码方式，并在字典的建立和更新上也进行了改进。通过仿真实验，分别用改进前后的两种编码方式对不同大小的RAW格式地震数据进行压缩。实验结果表明，改进算法可以达到更好的压缩效果。提高了压缩比的同时，还减少了压缩和解压缩时间。并对实际地震数据压缩后重构信号与原始信号进行对比，发现波形特征一致，保持了有用信号的原貌。达到了预期目标。
【作者】张艳；
【导师】陈祖斌；
【作者基本信息】吉林大学，测试计量技术及仪器，2014，硕士
【关键词】提升小波变换；地震数据压缩；RAW数据格式；无损压缩；量化；LZW编码；

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