Brevet FR2747795A1 — publié le 19971024

La présente invention est relative à un procédé de compression de données numériques sismiques. Plus particulièrement, un but de l'invention est de proposer un procédé de compression de données sans perte d'information particulièrement adapté au stockage ou à la transmission de données sismiques numériques acquises par des hydrophones ou des géophones. Un signal sismique est habituellement échantillonné numériquement, soit directement en sortie du capteur d'acquisition avant transmission à une unité de traitement, par exemple par un bus informatique, soit en entrée de ladite unité de traitement, la transmission étant alors analogique. Classiquement, on code des données sismiques sur 23 bits d'amplitude et un bit de signe, ce qui permet un codage avec une très grande dynamique (supérieur à 120 dB). Le procédé proposé par l'invention permet une augmentation du débit d'information par exemple lors de transmissions numériques entre les convertisseurs analogiques numériques associés aux capteurs hydrophones ou géophones et une unité pour le traitement des acquisitions sismiques de ces capteurs. I1 permet également une augmentation de la capacité utile de la mémoire de stockage du système d'acquisition. L'invention propose quant à elle un procédé de compression de données d'échantillonnage numérique d'un signal sismique, caractérisé en ce que les échantillons numériques sont stockés ou transmis dans des cellules qui comportent une partie de longueur variable pour le rangement des bits utiles de ces échantillons, ainsi qu'une partie préfixe pour le codage de la longueur de cette partie de rangement, les différentes longueurs possibles pour la partie de rangement étant choisies en fonction de la statistique de la longueur des bits utiles des échantillons de façon à optimiser la longueur moyenne des cellules, préfixe compris. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit. Cette description est purement illustrative et non limitative. Dans l'exemple qui va maintenant être décrit, les valeurs de chaque point d'échantillonnage du signal mesuré sont initialement codées sur 23 bits, plus un bit de signe. I1 a été constaté par la demanderesse que le nombre de bits utiles pour un tel codage est généralement très inférieur à 24 bits (environ 12 bits). Un exemple de trois échantillons est donné cidessous. S 23222120 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ECHANT 1 ECHANT 2 ECHANT 3 S 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 0 50000 0 0 0000101 100 S 0 0 0 0 0 0 0100101 1 0 0 Si l'on ne s'intéresse qu'aux bits utiles, ces échantillons peuvent être transmis ou stockés dans les cellules de longueur réduite suivantes ECHANT 1 ECHANT 2 ECHANT 3 S 1 0 s 1 o oll to olo La longueur de la cellule optimale de stockage ou de transmission est donc égale au rang du bit 1 le plus significatif plus deux. Le nombre de cellules optimales possibles serait théoriquement de 23, la longueur des cellules variant de 2 à 24 bits. Si l'on fait abstraction des séparateurs qu'il est nécessaire de coder, l'analyse d'un tir sismique montre qu'il faudrait dans ce cas 10,6 bits pour coder chaque échantillon. Or, afin de séparer les cellules, on fait précéder chacune d'elles d'un préfixe codant sa longueur. Dans ce cas, cinq bits sont nécessaires ce qui ramène la longueur moyenne de la cellule à 15,6 bits. Selon l'invention, on utilise pour la transmission ou le stockage des données un nombre restreint de longueurs de cellules, choisies en fonction de la statistique sismique de façon à optimiser la longueur moyenne des cellules transmises ou stockées, préfixe compris. Par exemple, dans le cas d'un codage initial sur 23 bits d'amplitude et un bit de signe, on classe avantageusement les échantillons dans des cellules dont les parties de rangement sont telles que définies cidessous : CELLULE 1 CELLULE 2 CELLULE 3 CELLULE 4 CELLULE 5 S 6 5 4 3 2 1 o s 87654321 o S 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 II o S 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 O S 23 22 21 20 19 18176 51413.211109 8 7 6 54 3 2 1 O L'analyse de données enregistrées lors d'expériences sismiques montre en effet que les échantillons peuvent se répartir comme suit 29 % des échantillons sont codés avec 8 bits au plus (avec signe) 29 % des échantillons sont codés avec 10 bits au plus 27 % des échantillons sont codés avec 12 bits au plus 14 % des échantillons sont codés avec 15 bits au plus 1 % des échantillons sont codés avec 24 bits au plus L'analyse du même tir sismique avec cette classification et sans séparateur montre qu'il faut en moyenne 10,75 bits pour coder chaque échantillon. Etant donné qu'il n'y a plus que cinq types de cellules, trois bits sont seulement nécessaires pour coder un préfixe. La longueur de la cellule avec son préfixe est alors égale à 13, 75 bits Par ailleurs, l'observation des échantillons du tir analysé montre que la majorité des échantillons se répartissent en ordre décroissant dans les cellules définies précédemment. Avantageusement, on code les préfixes attachés aux cellules de façon que celles ayant une forte probabilité d'occurrence soient d'une longueur plus petite que celle ayant une faible probabilité d'occurrence. On adopte avantageusement pour le codage du préfixe un codage tenant compte de la probabilité d'occurrence de la longueur des différentes cellules, les préfixes attachés aux cellules de faible probabilité d'occurrence ayant une plus grande longueur que ceux qui ont une probabilité forte. Si l'on prend l'exemple précédemment exposé d'un classement sur cinq cellules, le codage des préfixes peut être le suivant CELLULE 1 CELLULE 2 CELLULE 3 CELLULE 4 CELLULE S O S161514131211101 10 S 8 7 6 5 4 3 2 1 O 110 S 10 9 8 7 6 5 4 3 2 H O 1110 S 13 12 11 10 9 8 7 6 S 4 3 2 1 O 11110 S 3 20 19 8171615141312 1109 8 7 16 15 4 3 2 1 O Le nombre de bits moyen pour caractériser un échantillon est alors de 13 bits pour le tir analysé. Par ailleurs, le nombre de bits utiles peut encore être diminué si les valeurs transmises ou stockées correspondent aux différences entre les valeurs d'échantillonnage successives du signal sismique (codage en différence temporelle). On a en effet constaté que le contenu fréquentiel moyen des données sismiques est tel que la valeur de la différence entre deux échantillons successifs est moins importante que la valeur des échantillons. Un codage en différence temporelle permet donc d'utiliser moins de bits pour le codage, la connaissance de la valeur initiale du signal permettant de retrouver la valeur de chaque échantillon. Avec un codage en différence temporelle, la répartition des longueurs de cellules est la suivante 43 % des échantillons sont codés avec des cellules de type 1 29 % des échantillons sont codés avec des cellules de type 2 21 % des échantillons sont codés avec des cellules de type 3 6 % des échantillons sont codés avec des cellules de type 4 1 % des échantillons sont codés avec des cellules de type 5 En mettant en oeuvre sur ce codage en différence temporelle un classement des échantillons dans lune des cinq cellules précitées, le nombre moyen de bits avec préfixe est alors de 11,8 bits soit un taux de compression légèrement supérieur à 50 %. REVENDICATIONS 1. Procédé de compression de données d'échantillonnage numérique d'un signal sismique, caractérisé en ce que les échantillons numériques sont stockés ou transmis dans des cellules qui comportent une partie de longueur variable pour le rangement des bits utiles de ces échantillons, ainsi qu'une partie préfixe pour le codage de la longueur de cette partie de rangement, les différentes longueurs possibles pour la partie de rangement étant choisies en fonction de la statistique de la longueur des bits utiles des échantillons de façon à optimiser la longueur moyenne des cellules, préfixe compris. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on code la partie préfixe des cellules de façon que les cellules de faible probabilité d'occurrence aient une partie préfixe d'une plus grande longueur que celles qui ont une probabilité d'occurrence forte. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les échantillons sont codés en différence temporelle. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les échantillonnages du signal sismique étant codés sur 23 bits d'amplitude et un bit de signe, les parties de rangement des cellules sont de cinq types, à savoir 6 bits plus 1 bit de signe, 8 bits plus 1 bit de signe, 10 bits plus 1 bit de signe, 13 bits plus 1 bit de signe, 23 bits plus 1 bit de signe. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie préfixe d'une cellule dont la partie de rangement est du premier type est codée 0, celle d'une cellule dont la partie de rangement est du deuxième type est codée 10, celle d'une cellule dont la partie de rangement est du troisième type est codée 110, celle d'une cellule dont la partie de rangement est du quatrième type est codée 1110, celle d'une cellule dont la partie de rangement est du cinquième type est codée 11110.