專利名稱：利用優(yōu)化地球模型表示進行計算的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領域：
本公開一般涉及地球模型數(shù)據(jù)的處理，尤其涉及利用地球模型表示來提高計算效率的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
諸如正演模擬和偏移的地震處理運算需要存儲諸如速度、密度、各向異性參數(shù)等的地球模型參數(shù)。對于復雜模擬問題，地球模型參數(shù)的最佳存儲需要大量的數(shù)據(jù)存儲容量。復雜地球模擬問題的已知方法使用諸如小波或JPEG壓縮的標準壓縮方法。然而，傳統(tǒng)壓縮方法主要是為了使所需數(shù)據(jù)存儲的量最小而開發(fā)的，而不是為了使地球模擬的精度和計算效率最高或使解壓的成本最低。這樣，需要在計算中使用地球模型數(shù)據(jù)集的最佳壓縮和解壓。通過最佳地解壓和有選擇地解壓數(shù)據(jù)，能夠在提高計算效率的同時降低數(shù)據(jù)存儲要求和成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種由訪問原始地球模型數(shù)據(jù)集的第一計算機處理器利用地球模型表示進行計算的方法。舉例來說，原始地球模型數(shù)據(jù)集可包括未壓縮或先前壓縮的地球模型數(shù)據(jù)。第一處理器可操作與至少兩個存儲器通信，即，第一級存儲器和第二級存儲器，其中，第二級存儲器比第一級存儲器慢但具有更大的存儲容量。依照本發(fā)明的一個實施例，該方法包括通過使用第一處理器來壓縮地球模型數(shù)據(jù)集以生成查找表和多個數(shù)據(jù)索引(即，查找表和索引被統(tǒng)稱為“壓縮地球模型表示”)的步驟，其中，所述查找表包括量化數(shù)據(jù)值。所述查找表被存儲在第一級存儲器中，以及所述索引被存儲在第二級存儲器中。然后，該方法包括從第一級存儲器中訪問所述查找表和從第二級存儲器中訪問所述索引，以在第一處理器處有選擇地解壓所述壓縮地球模型表示和使得第一處理器能夠經(jīng)由利用解壓后的地球模型表示進行計算的步驟。本發(fā)明的方法允許原始地球模型數(shù)據(jù)集的單次壓縮，使得它可被存儲在計算機處理器的本地存儲器中，并在需要時使用查找表被重復地有選擇地解壓。通過訪問查找表和索引以及處理器處的解壓，解壓后的地球模型數(shù)據(jù)只駐留在進行計算的處理器上，因此決不會從外部存儲器讀取。這樣，與傳統(tǒng)上從/到外部存儲設備存儲和訪問地球模型數(shù)據(jù)或跨越相互通信的多個計算節(jié)點或處理器來分解和分配地球模擬問題相比，大大增加了能夠駐留在處理設備的本地存儲器中的地球模型的尺寸、提高了能夠訪問地球模型數(shù)據(jù)的速率、以及提高了計算性能。依照本發(fā)明，在計算期間可以訪問地球模型數(shù)據(jù)的某個所選子集而不解壓整個數(shù)據(jù)集。有利的是，本發(fā)明可被用于提高需要使用地震模型數(shù)據(jù)的計算的速度和降低計算的成本，所述計算包括但不限于地震成像、正演模擬、地震偏移、波形反演和道內(nèi)插。由于解壓只需要使用第一級(快速)存儲器來執(zhí)行單次查找，所以該方法最適合能夠在處理器處重復地和有效地進行的解 壓。倘若結(jié)果是查找表和多個索引值，則壓縮被執(zhí)行一次并且可以是任意復雜的。地球模型數(shù)據(jù)集的壓縮可以包括用于優(yōu)化要在計算中使用的重要或優(yōu)選地球模型數(shù)據(jù)值的表示的非均勻量化。根據(jù)采用的地球模型的類型，非均勻量化技術(shù)可以包括立方、自適應或引導自適應技術(shù)中的一種或其組合。查找表的地球模型數(shù)據(jù)值可以代表所選地球模型參數(shù)，并包括導出值、標量值和矢量值中的一種或多種。地球模型數(shù)據(jù)集的壓縮還可以包括用于隨機化查找表的量化數(shù)據(jù)值的抖動步驟。該抖動可被執(zhí)行以提高可能與實際正被壓縮的地球模型數(shù)據(jù)值不同的地下介質(zhì)的大規(guī)模屬性的精度。例如，在地球模型速度數(shù)據(jù)的壓縮中，可以使用抖動來更好地保留通過地下介質(zhì)的慢度的分布，或更好地保留各向異性參數(shù)之間的關(guān)系。可選地，以及依照本發(fā)明的另一個實施例，提供具有第一級存儲器和第二級存儲器的第二“加速”處理器，第二級存儲器比第一級存儲器大而慢。有利的是，所述查找表被取而代之地存儲在第二處理器的第一級存儲器中，所述索引被取而代之地存儲在第二處理器的第二級存儲器中。然后，分別從第二處理器的第一級存儲器和第二級存儲器中訪問查找表和索引，以便取代第一處理器而在第二處理器處有選擇地解壓壓縮地球模型表示。這使第二處理器能夠利用地球模型表示來提供更有效計算。依照本發(fā)明的另一個實施例，一種利用地球模型表示進行計算的系統(tǒng)包括第一級存儲器、比第一級存儲器慢但具有更大存儲容量的第二級存儲器、和訪問地球模型數(shù)據(jù)集的第一處理器，其中，第一處理器可操作與第一級存儲器和第二級存儲器通信。所述系統(tǒng)進一步包括可被第一處理器訪問并包括計算機可讀代碼的計算機可讀介質(zhì)，以便:(1)在第一處理器處壓縮地球模型數(shù)據(jù)集以生成壓縮地球模型表示，其中，所述壓縮地球模型表示包括多個數(shù)據(jù)索引和具有量化數(shù)據(jù)值的查找表；(2)將查找表存儲在第一級存儲器中；(3)將索引存儲在第二級存儲器中；以及(4)從第一級存儲器訪問查找表和從第二級存儲器訪問索引，以在第一處理器處有選擇地解壓所述壓縮地球模型表示，以便第一處理器能夠利用解壓后的地球模型表示進行計算。

第一處理器可以是中央處理單元(CPU)，第一級存儲器可以是諸如一級(LI)高速緩沖存儲器的高速緩沖存儲器，以及第二級存儲器可以是隨機訪問存儲器(RAM)。在另一個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括與第一處理器通信的第二處理器，第二處理器具有第一級存儲器和第二級存儲器，第二處理器的第二級存儲器比第一處理器的第一級存儲器慢但具有更大存儲容量。第一和第二處理器之一或兩者可訪問計算機可讀介質(zhì)，該計算機可讀介質(zhì)進一步包括計算機可讀代碼，以便:(I)取代第一處理器的第一級存儲器，將查找表存儲在第二處理器的第一級存儲器中；(2)取代第一處理器的第二級存儲器，將索引存儲在第二處理器的第二級存儲器中；以及(3)分別從第二處理器的第一級和第二級存儲器訪問查找表和索引，以取代第一處理器在第二處理器處有選擇地解壓所述壓縮地球模型表示，以便取代第一處理器能夠由第二處理器來進行所述計算。第二處理器可以是圖形處理單元(GPU)，第一級存儲器可以包括共享存儲器，以及第二級存儲器可以包括全局存儲器。或者，第二處理器可以是現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，第一級存儲器可以包括塊RAM (BRAM)，以及第二級存儲器可以包括動態(tài)RAM (DRAM)存儲器。依照本發(fā)明的又一個實施例，一種制品包括具有計算機可讀代碼的計算機可讀介質(zhì)，該計算機可讀代碼用于執(zhí)行利用地球模型表示進行計算的方法。該方法包含:(1)在第一處理器處壓縮地球模型數(shù)據(jù)集以生成壓縮地球模型表示，其中，壓縮地球模型表示包括多個數(shù)據(jù)索引和具有量化數(shù)據(jù)值的查找表；(2)將查找表存儲在第一級存儲器中；(3)將索引存儲在第二級存儲器中；以及(4)從第一級存儲器訪問查找表和從第二級存儲器訪問索弓丨，以在第一處理器處有選擇地解壓所述壓縮地球模型表示，以便第一處理器能夠進行計
笪
ο可選地，該制品還可以包括計算機可讀代碼，用于:(I)取代第一處理器的第一級存儲器，將查找表存儲在第二處理器的第一級存儲器中；(2)取代第一處理器的第二級存儲器，將索引存儲在第二處理器的第二級存儲器中；以及(3)分別從第二處理器的第一級和第二級存儲器訪問查找表和索引，以取代第一處理器，在第二處理器處有選擇地解壓所述壓縮地球模型表示，以便取代第一處理器，能夠由第二處理器進行計算。


本發(fā)明的詳細描述將參照如例示在附圖中的本發(fā)明特定實施例作出。附圖只描繪了本發(fā)明的典型實施例，因此不應該認為限制其范圍。圖1例示了依照本發(fā)明的實施例，被配置成通過利用地球模型表示來提高計算的效率的系統(tǒng)；圖2是依照本發(fā)明的實施例，利用地球模型表示進行計算的方法的流程圖；圖3是示出當量化未壓縮的地球模型數(shù)據(jù)時應用加權(quán)隨機抖動的效果的圖形；圖4示出了采樣原始(未壓縮)地球模型數(shù)據(jù)參數(shù)、解壓后的地球模型表示(無抖動)、和解壓后的地球模型表示(有 抖動);圖5示出了圖5的采樣原始(未壓縮)地球模型數(shù)據(jù)參數(shù)以及與解壓后的地球模型表示(無抖動)之間和與解壓后的地球模型表示(有抖動)之間的差異；圖6是示出不同量化方案對地球模型數(shù)據(jù)箱分布的影響的圖形；以及圖7是利用量化方案不同的地球模型表示的聲學正演模擬結(jié)果的誤差的比較。
具體實施例方式本發(fā)明可在要由計算機執(zhí)行的系統(tǒng)和計算機方法的一般背景下描述和實現(xiàn)。這樣的計算機可執(zhí)行指令可以包括可被用于執(zhí)行特定任務和處理抽象數(shù)據(jù)類型的程序、例程、對象、部件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、和計算機軟件技術(shù)。本發(fā)明的軟件實現(xiàn)可以用不同語言編碼以便應用在各種計算平臺和環(huán)境中。應該懂得，本發(fā)明的范圍和基本原理不局限于任何特定的計算機軟件技術(shù)。此外，本領域的普通技術(shù)人員應該懂得，本發(fā)明可以使用硬件和軟件配置的任何一種或其組合來實施，包括但不限于具有單處理器和/或多處理器計算機處理系統(tǒng)的系統(tǒng)、手持設備、可編程消費電子產(chǎn)品、小型計算機、大型計算機、超級計算機等，本發(fā)明也可在由通過一個或多個數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡鏈接的服務器或其它處理設備執(zhí)行任務的分布式計算環(huán)境中實施。在分布式計算環(huán)境中，程序模塊可以處在包括存儲設備的本地和遠程計算機存儲介質(zhì)兩者中。此外，諸如⑶、預記錄盤或其它等效設備的與計算機處理器一起使用的制品可以包括計算機程序存儲介質(zhì)和記錄在上面引導計算機處理器來促進本發(fā)明的實現(xiàn)和實施的程序。這樣的設備和制品也在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)?，F(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明的實施例。本發(fā)明可以以許多方式實現(xiàn)，包括，例如，系統(tǒng)(包括計算機處理系統(tǒng))、方法(包括計算機實現(xiàn)方法)、裝置、計算機可讀介質(zhì)、計算機程序產(chǎn)品、圖形用戶界面、門戶網(wǎng)站、或有形地固定在計算機可讀存儲器中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。下面討論本發(fā)明的幾個實施例。附圖只例示了本發(fā)明的典型實施例，因此不應該認為限制其范圍和寬度。圖1是被配置成提高諸如正演模擬和偏移的利用地球模型數(shù)據(jù)的計算的效率的計算系統(tǒng)100的方框圖。計算系統(tǒng)100包括至少一個計算設備或處理器芯片10，其具有與第一級存儲設備14和外部的第二級存儲設備20耦合的諸如中央處理單元(CPU)12的通用計算機處理器12，其中，第二級存儲設備20比第一級存儲設備14慢但具有更大的存儲容量。舉例來說，第一級存儲設備14可以是CPU12的芯片上一級高速緩沖存儲器。第一級存儲設備14優(yōu)選的是可用于CPU12的最快存儲設備，并且能夠存儲至少千字節(jié)的數(shù)據(jù)。舉例來說，第二級存儲設備20可以是與第一處理器芯片10耦合的隨機訪問存儲設備。系統(tǒng)10進一步包括存儲原始地球模型數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲設備或數(shù)據(jù)庫40、和允許計算設備10和數(shù)據(jù)庫40之間的通信的總線50。舉例來說但非限制性地，來自數(shù)據(jù)庫40的地球模型數(shù)據(jù)可以包含聲學模型參數(shù)、垂直橫向各向同性(VTI)模型參數(shù)、傾斜橫向各向同性(TTI)模型參數(shù)、可變密度TTI模型參數(shù)、彈性模型參數(shù)、或粘彈性模型參數(shù)。可選地，“加速”卡30可以經(jīng)由總線50可操作地與處理器芯片10和數(shù)據(jù)庫40耦合。加速卡30包括加速芯片32，加速芯片32又包括計算設備或第二處理器34、芯片上存儲設備36、和與芯片上存儲設備36耦合的加速卡存儲設備38。加速芯片上存儲設備36是第一級存儲器，以及加速卡存儲設備3 8是第二級存儲器，其中，第二加速卡存儲設備38比芯片上存儲設備36慢但具有更大的存儲容量。在本發(fā)明的一個實施例中，加速計算設備32是圖形處理單元(GPU)，第一級存儲器36是GPU共享存儲器，以及第二級存儲器38是GPU全局存儲器。在本發(fā)明的另一個實施例中，加速計算設備32是現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，第一級存儲器36是塊RAM (BRAM),以及第二級存儲器38是動態(tài)(DRAM)存儲器。圖2是可以通過參照圖1所述的系統(tǒng)100實現(xiàn)的利用地球模型表示進行計算的方法200的流程圖。依照本發(fā)明的一個實施例，方法200包括從數(shù)據(jù)源40訪問原始地球模型數(shù)據(jù)集的步驟210，舉例來說，原始地球模型數(shù)據(jù)集可以是未壓縮或先前壓縮的地球模型數(shù)據(jù)集；以及壓縮地球模型數(shù)據(jù)集的步驟220。由CPU12所執(zhí)行的壓縮步驟220生成具有量化數(shù)據(jù)值的查找表和感興趣體積中的每個點的多個數(shù)據(jù)索引。依照本發(fā)明，壓縮形式的地球模型參數(shù)可以用查找表和對于體積中的每個點進入該表的索引來表示(其中查找表和索引被統(tǒng)稱為“壓縮地球模型表示”。例如，當將以IEEE單精度浮點(4個字節(jié))存儲的地球模型參數(shù)量化成256個值時，則體積中的每個點將需要8-位索引(I個字節(jié))，給出接近4:1的有效壓縮比。這樣，利用C-條目表格壓縮N3-點模型所需的實際存儲器將等于[1g2(C)] XN3個位。查找表的數(shù)據(jù)值可以是標量值、矢量值和導出值中的一種或其組合，并代表數(shù)據(jù)庫40中的未壓縮地球模型數(shù)據(jù)的均勻或非均勻量化值。標量值是單個量，矢量值是有關(guān)聯(lián)并且能夠被并行地“共同壓縮”或“共同解壓”的多個量，以及導出值是從查找表和單個索弓丨(q)中確定的多個值(例如，sine q, cosine q)。非均勻量化值可以,例如,通過使用如下參照圖6所述的立方、自適應、引導自適應量化技術(shù)來確定。量化值也可以在壓縮步驟220期間被隨機化，以防止未壓縮地球模型數(shù)據(jù)集中的梯度被變換成壓縮地球模型表示中的人為銳利邊緣。對于地球模型數(shù)據(jù)集的某些地球模型參數(shù)，壓縮算法可以考慮有關(guān)那些參數(shù)之間的一致性的約束和/或物理規(guī)則。地球模型數(shù)據(jù)集的矢量值可被并行地壓縮(“共同壓縮”，以及壓縮地球模型表示的矢量值可被并行地解壓(“共同解壓”)。再次參照圖2，然后將查找表存儲在第一級存儲器14中(步驟230)，以及將索引存儲在第二級存儲器20中(步驟240)。然后，由CPU12從它們各自的存儲器中訪問查找表和索引，并且將兩者用于有選擇地解壓所述壓縮地球模型表示(步驟250)。然后在CPU12處使用解壓后的地球模型表示來進行諸如正演模擬和偏移的計算。在配備加速卡30的情況下，可以將查找表存儲在加速芯片32的第一級存儲器36中，以及將索引存儲在加速芯片32的第二級存儲器38中。優(yōu)選的是，例如，在FPGA是加速處理器34的情況下，F(xiàn)PGA處理器34將查找表和索引用于解壓地球模型表示，以便在FPGA處理器34處進行本身利用解壓后的地球模型表示的計算。在，例如，使用諸如速度、密度、各向異性參數(shù)等的許多地球模型參數(shù)的情況下，如參照圖2所述的方法200有利于進行諸如正演模擬或偏移的地震處理運算。對于復雜地球模擬問題，解壓后的模型參數(shù)需要本地存儲器中的大量數(shù)據(jù)存儲。本發(fā)明的方法比傳統(tǒng)方法更有效在于能夠只進行一次壓縮，而在計算(例如，正演模擬、偏移等)的過程中，通過從第一級(快速)存儲器中訪問查找表能夠有效地進行多次解壓。因為在利用地球模型數(shù)據(jù)的計算期間通常不改變地球模型，所以可將壓縮方案設計成復雜的并只執(zhí)行一次，而可將解壓方案設計成簡單的并盡可能地快。壓縮方案還允許隨機訪問壓縮體，而不要求解壓整個體積(或體積塊)以便訪問地球模型的單個點。依照本發(fā)明的一個實施例，壓縮步驟220可以實現(xiàn)將給定點的地球模型參數(shù)量化成通過8-位查找索引在查找表中表示的至少256個唯一值的4:1壓縮。因此，取代存儲整個32-位值，只需為每個點存儲8-位索引，從而在存儲要求方面實現(xiàn)4倍降低。使用更少數(shù)量的索引位能夠?qū)崿F(xiàn)更高的壓縮比，而在查找索引中使用更多數(shù)量的位能夠?qū)崿F(xiàn)更低的壓縮比。解壓只需單次表 查找一非常廉價的操作。在CPU上，能夠?qū)⒉檎冶泶鎯υ诟咚倬彺嬷?，在GPU上，能夠?qū)⒉檎冶泶鎯υ诠蚕泶鎯ζ髦?，或在FPGA上，能夠?qū)⒉檎冶泶鎯υ趩蝹€“塊RAM”中。舉例來說，利用8-位索弓丨，能夠使用具有芯片上雙端口 BRAM的諸如Xilinx Virtex-5FGPA的單加速處理芯片來進行兩個并行解壓操作。利用這樣的BRAM，能夠通過每個周期兩次并行存儲器訪問來存儲512個32-位值。利用4:1壓縮比，每個BRAM能夠存儲兩個不同的256-尺寸地球模型解壓查找表。例如，單個BRAM能夠被用于解壓B (浮力)地球模型陣列的一個點和K (體積模量)地球模型陣列的一個點。由于各個地球模型點是獨立的，所以并行地解壓多個點僅僅需要使用多個BRAM，例如，4個BRAM可被用于并行地解壓4個B和K值。因為在CPU上(或可替代地在加速處理器上)進行原始地球模型數(shù)據(jù)集的壓縮，所以可以針對特定地球模型優(yōu)化壓縮方案。下面將描述用于所選地球模型的示范性“定制”壓縮方案。然而，與模型相關(guān)壓縮方案無關(guān)，可以在壓縮步驟220期間應用抖動，以避免由于地球模型的量化而大量引入假象。
圖3是示出當量化來自數(shù)據(jù)庫40的原始地球模型數(shù)據(jù)集時應用加權(quán)隨機抖動的效果的圖形。當原始數(shù)據(jù)300代表梯度時，簡單的量化產(chǎn)生能夠?qū)е氯?02所示的地球物理假象的壓縮地球模型表示。應用抖動304對這些假象加以校正。依照本發(fā)明的實施例，抖動步驟如下工作。當在量化空間中不能精確地表示地球模型數(shù)據(jù)集值的情況下，利用隨機值概率性地確定兩個最近值之間的選擇。這樣的隨機取舍防止了原始數(shù)據(jù)中的梯度被變換成壓縮地球模型表示中的銳利邊緣，并且在這樣的人為銳利邊緣產(chǎn)生的輸出中避免假象。在特定區(qū)域，例如，平均波長上，能夠保持介質(zhì)的整體屬性，這能夠大大地提高地球模擬的總體精度。圖4示出了原始地球模型數(shù)據(jù)集400以及“無抖動離散化”402和“有抖動離散化”404對地球模型表示的影響。注意，區(qū)域412中的人為銳利邊緣與區(qū)域410中的較平滑過渡。借助于抖動，如區(qū)域414所示，使銳利過渡最小化。圖5示出了原始地球模型數(shù)據(jù)500與解壓后的地球模型表示(無抖動)502和解壓后的地球模型表示(有抖動)504之間的
誤差(差異)。再次參照圖2，壓縮步驟220可以利用均勻和非均勻量化。一種簡單壓縮方案可以利用均勻量化從32-位浮點轉(zhuǎn)換成壓縮格式，例如，8-位。然而，對于這樣的做法，地球模擬中的誤差可能部分由于，例如，體積模量和浮力地球模型參數(shù)的均勻壓縮而引起。例如，均勻地量化體積模量的影響能夠?qū)е缕渲懈静皇褂迷S多倉的數(shù)值的高度不均勻分布。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)體積模量與具有大約3倍范圍的速度相比，具有大約為最小值的25倍的范圍(即，最小值與最大值之差)。這意味著通過均勻量化，每個倉必須代表更多的值，這引起利用地球模型表示的計算的精度的顯著損失。這樣，在壓縮步驟220期間可以使用非均勻量化，以便最小化導致利用解壓后的地球模型表示的計算的誤差的壓縮精度損失。依照本發(fā)明的一個實施例，可以將立方量化方法用作壓縮步驟220的一部 分。在聲學各向同性模擬的情況下，例如，立方量化可以包括如下步驟:使用體積模量的最小值和最大值的立方根；在立方根域中均勻地定義倉；然后，求倉值的立方以導出體積模量的真實值。這種做法被設計成利用能夠?qū)Ⅲw積模量與聲學各向同性模型中的波速的立方相關(guān)聯(lián)的事實?？商娲?，可將自適應量化用作非均勻量化的一種形式。舉例來說，自適應量化做法可以包括如下步驟:把所有未壓縮地球數(shù)據(jù)點放在一個倉中；以及重復地把包含最多(平方)誤差的倉分成兩個，直到達到期望倉數(shù)。還公開了一種能夠經(jīng)由若干用戶指定參數(shù)值，例如，水速度和鹽速度被啟動的引導自適應量化方法。將這些值指定給量化倉，并將與這些值不匹配的所有數(shù)據(jù)點放置在另一個倉中。接著，對每個倉計算總平方誤差(即，量化值與原始值之間的平方絕對差之和)，并將誤差最大的量化倉分成兩個倉。然后，在兩個新倉之間重新分配來自原始倉的數(shù)值，以及重復該方法，直到已經(jīng)達到期望量化倉數(shù)，或者直到所有倉中的總誤差都是零。這種方法保證了諸如水速度的特別重要數(shù)值的精確表示，以及體積中的其它數(shù)值的總誤差最小。自適應方案與引導自適應方案之間的差異在于:后者實現(xiàn)了重復地把包含最多(平方)誤差的倉分成兩個直到達到期望倉數(shù)，但另外指定某些壓縮值到任何給定參數(shù)范圍的自適應策略。壓縮值代表通過提供開始條件來引導自適應過程的地球參數(shù)的先驗知識。這樣，能夠在間隔基礎上調(diào)節(jié)壓縮密度和容限。該方案可以帶或不帶如上所述的隨機抖動取舍而運行。由于能夠任意選擇代表值，這種方法還特別利用了查表解壓方法的簡單。類似邏輯可被應用于諸如彈性參數(shù)的其它地球模型參數(shù)，以使用更少位數(shù)來表示它們。并且，能夠任意地選擇多維參數(shù)空間中的代表值，以防止表示非物理參數(shù)值或?qū)е掠嬎悴环€(wěn)定的數(shù)值。圖6示出了依照本發(fā)明實施例，由均勻、立方和自適應量化方案產(chǎn)生的倉分布的比較。曲線610示出了均勻量化的代表性倉分布，曲線620示出了立方量化的代表性倉分布，以及曲線630示出了自適應量化的代表性倉分布。圖7示出了通過上述的均勻700、立方702和自適應量化方案，在利用地球模型表示的計算中引入的誤差的比較。圖7示出了通過三種不同壓縮方案的地球模型壓縮，CPU與CPU之間的差異(X 100)。當使用誤差度量評價時，立方方案702與均勻量化700相比在誤差方面提供了 2.1倍減小，而自適應方案704與均勻量化700相比在誤差方面提供了 7.2倍減小?，F(xiàn)在針對VTI各向異性、TT1、和可變密度TTI地球模型公開了示范性壓縮方案。對于VTI模擬的情況，三個地球模型參數(shù)需要量化:速度、η和Λ。η和Λ具有能夠被用來提高它們的壓縮比的有限范圍和精度。因此，如下表I中所示，能夠使用所示的不超過16位的壓縮模型數(shù)據(jù)來存儲所有三個VTI各向異性地球模型參數(shù)。η和Λ參數(shù)是非精確地已知的，并且對于它們的表示，只需低精度。
權(quán)利要求
1.一種利用地球模型表示進行計算的方法，所述方法經(jīng)由具有訪問地球模型數(shù)據(jù)集的第一處理器的計算系統(tǒng)來執(zhí)行，所述第一處理器可操作地與第一級存儲器和第二級存儲器通信，第二級存儲器比第一級存儲器慢但具有更大存儲容量，所述方法包含: 經(jīng)由第一處理器壓縮地球模型數(shù)據(jù)集以生成壓縮地球模型表示，所述壓縮地球模型表示包含多個數(shù)據(jù)索引和包含量化數(shù)據(jù)值的查找表； 將所述查找表存儲在第一級存儲器中； 將所述索引存儲在第二級存儲器中；以及 從第一級存儲器中訪問所述查找表以及從第二級存儲器中訪問所述索引，以在第一處理器處有選擇地解壓所述壓縮地球模型表示，以使第一處理器能夠進行所述計算。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述壓縮步驟包含非均勻地量化地球模型數(shù)據(jù)集以生成至少一個數(shù)據(jù)值。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述非均勻量化步驟包含使用立方量化。
4.按照權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述非均勻量化步驟包含使用自適應量化。
5.按照權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述非均勻量化步驟包含使用引導自適應量化。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述壓縮步驟包含均勻地量化地球模型數(shù)據(jù)集以生成至少一個數(shù)據(jù)值。
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述地球模型數(shù)據(jù)集包含多個地球模型參數(shù)，以及其中，所述壓縮步驟包含壓縮至少兩個地球模型參數(shù)以保證與約束的一致性。
8.按照權(quán)利要求1所述 的方法，其中，所述地球模型數(shù)據(jù)集包含通過多個矢量值表示的多個地球模型參數(shù)，以及其中，所述壓縮步驟包含并行地壓縮所述矢量值。
9.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述壓縮地球模型表示包含多個矢量值，以及其中，并行地解壓所述矢量值。
10.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述壓縮步驟進一步包含:抖動查找表的量化數(shù)據(jù)值以提高計算的精度。
11.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，第一處理器包含中央處理單元(CPU)，以及第一級存儲器包含高速緩沖存儲器。
12.按照權(quán)利要求1所述的方法，進一步包含: 與第一處理器通信的第二處理器，所述第二處理器具有第一級存儲器和第二級存儲器，所述第二處理器的第二級存儲器比第二處理器的第一級存儲器慢但具有更大存儲容量；以及 其中，改為將所述查找表存儲在第二處理器的第一級存儲器中，改為將所述索引存儲在第二處理器的第二級存儲器中，以及其中，改為分別從第二處理器的第一級存儲器和第二級存儲器中訪問所述查找表和索引，以取代第一處理器，在第二處理器處有選擇地解壓所述壓縮地球模型表示，以及取代第一處理器，使第二處理器能夠進行所述計算。
13.按照權(quán)利要求12所述的方法，其中，第二處理器包含圖形處理單元(GPU)，以及第一級存儲器包含共享存儲器。
14.按照權(quán)利要求12所述的方法，其中，第二處理器包含現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，以及第一級存儲器包含塊RAM (BRAM)0
15.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述查找表的數(shù)據(jù)值包含導出、標量和矢量值中的一種或多種。
16.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述地球模型數(shù)據(jù)集包含聲學模型參數(shù)。
17.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述地球模型數(shù)據(jù)集包含垂直橫向各向同性(VTI)模型參數(shù)。
18.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述地球模型數(shù)據(jù)集包含傾斜橫向各向同性(TTI)模型參數(shù)。
19.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述地球模型數(shù)據(jù)集包含可變密度TTI模型參數(shù)。
20.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述地球模型數(shù)據(jù)集包含彈性模型參數(shù)。
21.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述地球模型數(shù)據(jù)集包含粘彈性模型參數(shù)。
22.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述計算包含地震處理。
23.一種利用地球模型表示進行計算的系統(tǒng)，包含: 第一級存儲器； 比第一級存儲器慢但具有更大存儲容量的第二級存儲器； 訪問地球模型數(shù)據(jù)集的第一處理器，第一處理器可操作地與第一級存儲器和第二級存儲器通信； 可被第一處理器訪問的計算機可讀介質(zhì)，所述計算機可讀介質(zhì)包含計算機可讀代碼，用于: 在第一處理器處壓縮所述地球模型數(shù)據(jù)集以生成壓縮地球模型表示，所述壓縮地球模型表示包含多個數(shù)據(jù)索引和包含量化數(shù)據(jù)值的查找表； 將所述查找表存儲在第一級存儲器中； 將所述索引存儲在第二級存儲器中；以及 從第一級存儲器中訪問所述查找表以及從第二級存儲器中訪問所述索引，以在第一處理器處有選擇地解壓所述壓縮地球模型表示，以使得第一處理器能夠進行所述計算。
24.按照權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中，第一處理器包含中央處理單元(CPU)，以及第一級存儲器包含一級(LI)高速緩沖存儲器。
25.按照權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，進一步包含: 與第一處理器通信的第二處理器，第二處理器具有第一級存儲器和第二級存儲器，第二處理器的第二級存儲器比第二處理器的第一級存儲器慢但具有更大存儲容量；以及其中，第一處理器和第二處理器之一或兩者可訪問所述計算機可讀介質(zhì)，以及其中，所述計算機可讀介質(zhì)進一步包含計算機可讀代碼，用于: 取代第一處理器的第一級存儲器，將所述查找表存儲在第二處理器的第一級存儲器中； 取代第一處理器的第二級存儲器，將所述索引存儲在第二處理器的第二級存儲器中；以及 分別從第二處理器的第一級和第二級存儲器中訪問所述查找表和索引，以取代第一處理器在第二處理器處有選擇地解壓所述壓縮地球模型表示，以取代第一處理器使得第二處理器能夠進行所述計算。
26.按照權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)， 其中，第二處理器包含圖形處理單元(GPU)，以及第一級存儲器包含共享存儲器。
27.按照權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，第二處理器包含現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，以及第一級存儲器包含塊RAM (BRAM)0
28.一種包含具有包含在其中的計算機可讀代碼的計算機可讀介質(zhì)的制品，所述計算機可讀代碼適于被執(zhí)行以實現(xiàn)利用地球模型表示進行計算的方法，所述方法包含: 在第一處理器處壓縮地球模型數(shù)據(jù)集以生成壓縮地球模型表示，所述壓縮地球模型表示包括多個數(shù)據(jù)索引和包含量化數(shù)據(jù)值的查找表； 將所述查找表存儲在第一級存儲器中； 將所述壓縮地球模型表示存儲在第二級存儲器中，第二級存儲器比第一級存儲器慢但具有更大存儲容量；以及 從第一級存儲器中訪問所述查找表以及從第二級存儲器中訪問所述索引，以在第一處理器處有選擇地解壓所述壓縮地球模型表示，以使得第一處理器能夠進行所述計算。
29.按照權(quán)利要求28所述的制品，其中，所述方法進一步包含: 取代第一處理器的第一級存儲器，將所述查找表存儲在第二處理器的第一級存儲器中； 取代第一處理器的第二級存儲器，將所述索引存儲在第二處理器的第二級存儲器中，第二處理器的第二級存儲器比第二處理器的第一級存儲器慢但具有更大存儲容量；以及分別從第二處理器的第一級存儲器和第二級存儲器中訪問所述查找表和索引，以取代第一處理器，在第二處理 器處有選擇地解壓所述壓縮地球模型表示，以取代第一處理器，使得第二處理器能夠進行所述計算。
全文摘要
提供了經(jīng)由具有訪問地球模型數(shù)據(jù)集的第一處理器的計算系統(tǒng)利用地球模型表示進行計算的方法和相應系統(tǒng)。該方法包括在第一處理器處壓縮地球模型數(shù)據(jù)集以生成查找表和一組數(shù)據(jù)索引(即，被統(tǒng)稱為“壓縮地球模型表示”)，其中，該查找表包括量化數(shù)據(jù)值。然后，通過將查找表存儲在第一級(“快速”)存儲器中，以及將索引存儲在第二級(“較慢”、較大存儲容量)存儲器中，能夠訪問查找表和索引，以在第一處理器處有選擇地解壓壓縮地球模型表示，使得第一處理器能夠有效地進行所述計算。
文檔編號G01V1/28GK103229180SQ201280003865
公開日2013年7月31日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者R·埃伽斯, O·佩爾, T·尼姆西 申請人:雪佛龍美國公司