C/C++语言读取SEGY文件笔记（一）

SEGY IO

推荐采用的IDE为Visual studio(VS)，本文档将介绍SEGY文件的读取与写入过程，即SEGY文件的复制。

因此，新建头文件ReadSeismic.h与C++文件ReadSeismic.cpp，以及主函数main.cpp。

1 SEGY简介

标准SEGY文件一般包括三部分：卷头、道头与地震道数据；

卷头(File Header)	EBCDIC文件头（3200字节）	保存一些对地震数据体进行描述的信息
	二进制文件头（400字节）	存储描述SEGY文件的数据格式、采样点数、采样间隔、测量单位等信息
道头(Trace Header)	240字节	存储某一地震道对应的线号、道号、采样点数、大地坐标等信息
地震道数据(Data)	若干采样点(1000、2000)	是对地震信号的波形按一定时间间隔Δt进行取样所得的一系列离散振幅值

SEGY文件由卷头及n个地震道记录组成：

SEGY样本示例：

​ 图中横轴上730--->Line，1580、1582--->CDP，纵轴上1240、1260--->Time

2 头文件ReadSeismic.h的编写及其规范

2.1 必要的说明

/**********************************************************************

 * Copyright(C) 2018,Company All Rights Reserved   (1)版权说明
   *
 * @file    : ReadSeismic.cpp                      (2) 文件名
   *
 * @brief   :  实现地震数据的读、写操作                 (3) 该文件主要功能简介
   *
 * @version : 1.0                                  (4) 版本信息
   *
 * @author  : Fan XinRan                           (5) 创建作者
   *
 * @date    : 2022/2/8 星期二                       (6) 创建时间
   *
 * Others  :                                       (7) 备注、改动信息等
   **********************************************************************/

2.2 调用需要的C/C++头文件

//调用需要的C头文件
#include<stdio.h>   //C Language header file
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<math.h>

//调用需要的C++头文件
#include<iostream>  // C++ header file
#include<vector>
#include<algorithm>

2.3 调用需要的非标准库头文件

注意使用双引号(" ")，并将这些头文件添加到项目文件夹中。对于每个调用的非标准库，需要给出必要的注释说明。

#include"alloc.h"   // 用于创建多维数组
#include"segy.h"   // 包含segy与bhed结构体，用于提取卷头和道头中采集、存储的信息

2.4 定义全局变量及命名空间

对于代码中用到的物理量、常数等，使用#define定义常量并加以说明，避免函数中出现意义不明的常量。

#define PI 3.141592654   //Constant Number Definition
#define EPS 0.0000001

using namespace std;

2.5 声明函数

bool copySeismicData(const char *filenameInput, const char *filenameOutput); //Copy seismic data from Inputfile to Outputfile

---

完整代码

/**********************************************************************

 * Copyright(C) 2018,Company All Rights Reserved
   *
 * @file    : ReadSeismic.cpp
   *
 * @brief   :  实现地震数据的读、写操作
   *
 * @version : 1.0
   *
 * @author  : Fan XinRan
   *
 * @date    : 2022/2/8 星期二
   *
 * Others  :
   **********************************************************************/

//(1)调用需要的C头文件
#include<stdio.h>   // C Language header file
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<math.h>

//(2)调用需要的C++头文件
#include<iostream>  // C++ header file
#include<vector>
#include<algorithm>

//(3)调用需要的非标准库头文件
#include"alloc.h"   // project header file
#include"segy.h"

//(4)定义全局常量
#define PI 3.141592654   // Constant Number Definition
#define EPS 0.0000001

//(5)声明命名空间
using namespace std;

//(6)声明函数名、输入、输出及其类型
bool copySeismicData(const char *filenameInput, const char *filenameOutput); //Copy seismic data from Inputfile to Outputfile

3 C++文件ReadSeismic.cpp的编写及其规范

3.1 必要的说明

/*************************************************************************************************************

 Function:       copySeismicData                                                   (1)函数名
 Description:    copy segy file from input data to output data                     (2)简要描述其功能
 Input:
                 const char *filenameInput [in]    input filename (.segy)          (3)输入变量及输入文件类型
 Output:
                 const char  *filenameOutput[out]  output filename (.segy)         (4)输出变量及输出文件类型
 Return:
             bool  true    program success
			 bool  false   program failed                                          (5)返回值及其说明
 Author:     Fan XinRan                                                            (6)创建作者
 Date  :     2022/2/8                                                              (7)创建时间
 Others:                                                                           (8)备注、改动信息等

*************************************************************************************************************/

3.2 定义读、写函数

#include "ReadSeismic.h"
bool copySeismicData(const char *filenameInput, const char *filenameOutput){

    //实现代码
    ...

}

（1）定义待使用的结构体变量、数值型变量

bhed 与 segy均为定义在segy.h中的结构体(structure)，分别包含了二进制卷头信息与道头信息，使用成员访问运算符(.)获取其内容；

使用unsigned int 声明整型变量，使用long long 或__int64声明SEGY文件字节数、地震道字节数，防止数据量超出范围，并且尽可能初始化各变量。

bhed fileheader;        // file header  卷头
segy traceheader;       // trace header  道头
unsigned int nt=0;        // number of sample  采样点数
unsigned int sizefileheader=sizeof(fileheader);   // size of fileheader;
unsigned int sizetraceheader=sizeof(traceheader);  // size of traceheader;

unsigned int ncdp = 0;      // number of cdp  道数
long long  size_file = 0;   //size of input file
long long  size_trace = 0;  //size of per-trace

（2）新建指针变量

在读、写地震道数据这一任务中，需要用到输入指针、输出指针以及逐条写入时的道号指针，三个指针变量。

FILE *fpinput = NULL;   // input file pointer
FILE *fpoutput = NULL;   //output file pointer
float *dataInput = NULL;  //input data pointer

（3）打开输入、输出文件指针

fpinput = fopen(filenameInput, "rb");  //open input file pointer
fpoutput = fopen(filenameOutput,"wb");  //open output file pointer

//读写操作
...

//fopen()与fclose()成对出现，在对文件的操作完成后切记关闭文件
fclose(fpinput);  //close input file pointer
fclose(fpoutput); //close output file pointer

fopen()的参数详解：

fopen(const char *filename, const char *mode)

• filename -- 要打开的文件名称；
• mode -- 文件访问模式；

（4）判断文件打开情况

if(fpinput==NULL){                                            //如果文件指针为NULL
	printf("Cannot open %s file\n", filenameInput);           //打印“文件打开失败”
	return false;                                             //结束程序
}

if(fpoutput==NULL){
	printf("Cannot open %s file\n", filenameOutput);
	return false;
}

（5）读取/计算卷、道信息

fread(&fileheader,sizefileheader,1,fpinput); // 从输入流(fpinput)中读取卷头信息到指定地址---->fileheader

nt = fileheader.hns; //从卷头信息中获取采样点数

_fseeki64(fpinput,0,SEEK_END);   // 从文件末尾偏移这个结构体0个长度给文件指针fpinput，即fpinput此时指向文件尾

size_file = _ftelli64(fpinput);  // 返回当前文件位置，即文件总字节数
size_trace = nt*sizeof(float)+sizetraceheader;  // 每一道的字节数 = 采样点字节数+道头字节数

ncdp = (size_file - (long long)sizefileheader)/size_trace; // 道数 = （文件总字节数 - 卷头字节数）/每一道的字节数

_fseeki64(fpinput,sizefileheader,SEEK_SET); // 从文件开头偏移sizefileheader（卷头字节数）个长度给指针fpinput，即fpinput此时指向第一道的开始
fwrite(&fileheader, sizefileheader, 1, fpoutput); // 先写入卷头

1. fread() 从给定流读取数据到指针所指向的数组中；

   fread(*ptr, size, nmemb,*stream)

   • ptr -- 指向带有最小尺寸 size*nmemb 字节的内存块的指针；
   • size -- 要读取的每个元素的大小，以字节为单位。
   • nmemb -- 元素的个数，每个元素的大小为 size 字节；
   • stream -- 指向 FILE 对象的指针。

2. fwrite(*ptr, size, nmemb,*stream) 参数与fread()相同，把ptr所指向的数组中的数据写入到给定流stream中；

3. _fseeki64的用法与fseek相同，表示从文件指定位置偏移一定字节数；前者具有更高的兼容性；

4. _ftelli64与ftell同理，返回给定流的当前文件位置；

   _fseeki64(*stream, offset, whence)

   • stream -- 指向 FILE 对象的指针；

   • offset -- 相对 whence 的偏移量，以字节为单位；

   • whence -- 表示开始添加偏移 offset 的位置。一般定义为SEEK_SET（文件开头）、SEEK_CUR（文件指针的当前位置）、SEEK_END（文件末尾）三类常量。

（6）遍历每一条地震道，读、写数据

dataInput=(float*)calloc(nt,sizeof(float)); // 分配nt（采样点数）个元素所需的内存空间，用来存放单条地震道数据

for(int itrace= 0; itrace< ncdp; itrace++){

	fread(&traceheader, sizetraceheader,1, fpinput); // 指针fpinput自第一道道头开始移动，读取数据到traceheader中
	fread(dataInput,nt*sizeof(float),1,fpinput); // 指针fpinput移动到道头末尾（数据开头），读入nt个采样点的数据到dataInput中

	fwrite(&traceheader, sizetraceheader, 1, fpoutput);// 写入某一道头
	fwrite(dataInput, nt * sizeof(float), 1, fpoutput);// 写入某一道地震数据

}//end for(int itrace= 0; itrace< ncdp; itrace++)
 // 在每个循环末尾的"}"添加备注，便于寻找和区分

//分配内存calloc()与释放内存free()配合使用，在写操作完成后释放内存
free(dataInput);  // free data input pointer

1. calloc(num,size)：在内存的动态存储区中分配num个长度为size的连续空间，函数返回一个指向分配起始地址的指针；如果分配不成功，返回NULL；
2. malloc(size)：功能与calloc() 相似，不同之处是malloc() 不会设置内存为零，而 calloc()会设置分配的内存为零。

---

完整代码

/*****************************************************************************
 Function:       copySeismicData
 Description:    copy segy file from input data to output data
 Input:
                 const char *filenameInput [in]    input filename (.segy)
 Output:
                 const char  *filenameOutput[out]  output filename (.segy)
 Return:
             bool  true    program success
			 bool  false   program failed
 Author:     Fan XinRan
 Date  :     2022/2/8
 Others:
*****************************************************************************/
#include "ReadSeismic.h"

bool copySeismicData(const char *filenameInput, const char *filenameOutput){

    bhed fileheader;        // file header
	segy traceheader;       // trace header
	unsigned int nt=0;        // number of sample
	unsigned int sizetraceheader=sizeof(traceheader);  // size of traceheader;
	unsigned int sizefileheader=sizeof(fileheader);   // size of fileheader;
	unsigned int ncdp = 0;     // number of cdp
	long long   size_file = 0;  //size of input file
	long long  size_trace = 0;  //size of per-trace

	FILE *fpinput = NULL;   // input file pointer
	FILE *fpoutput = NULL;   //output file pointer
	float *dataInput = NULL;  //input data pointer

	fpinput = fopen(filenameInput, "rb");  //open input file pointer
	fpoutput = fopen(filenameOutput,"wb");  //open output file pointer

	if(fpinput==NULL){
		printf("Cannot open %s file\n", filenameInput);
		return false;
	}

	if(fpoutput==NULL){
		printf("Cannot open %s file\n", filenameOutput);
		return false;
	}

	fread(&fileheader,sizefileheader,1,fpinput);

	nt = fileheader.hns;
	_fseeki64(fpinput,0,SEEK_END);
	size_file = _ftelli64(fpinput);
	size_trace = nt*sizeof(float)+sizetraceheader;

	ncdp = (size_file - (long long)sizefileheader)/size_trace;

	_fseeki64(fpinput,sizefileheader,SEEK_SET);
	fwrite(&fileheader, sizefileheader, 1, fpoutput);

    dataInput=(float*)calloc(nt,sizeof(float));
	for(int itrace= 0; itrace< ncdp; itrace++){

		fread(&traceheader, sizetraceheader,1, fpinput);
		fread(dataInput,nt*sizeof(float),1,fpinput);

		fwrite(&traceheader, sizetraceheader, 1, fpoutput);
		fwrite(dataInput, nt * sizeof(float), 1, fpoutput);

	}//end for(int itrace= 0; itrace< ncdp; itrace++)

	free(dataInput);  // free data input pointer
    fclose(fpinput);  //close input file pointer
	fclose(fpoutput); //close output file pointer

	return true;

}

3 主函数main.cpp及运行结果

#include"ReadSeismic.h"

void main(){

	copySeismicData("Demo.segy","Output.segy");

}

运行主函数后，程序会读入OVT-BZ19-6-1_pc.segy，再写入到Output.segy，从而完成对Segy文件的复制。

---

附录

I SEGY文件卷头与道头中常用的属性

属性	变量名	位置/字节	备注
采样点	hns	卷头	此卷中每道的采样点数
格式	format	卷头
线号	fldr	道头/9-12	-
道号	cdp	道头/21-24	-
采样点数	nhs	道头/33-34	-
横坐标	sx	道头/73-76	-
纵坐标	sy	道头/77-80	-
采样点数	ns	道头/115-116	-
采样间隔	dt	道头/117-118	-
增益	gain	道头/119-120	1 = yes ; 2 = no

II 文件打开模式

模式	描述
"r"	以只读方式打开文件，该文件必须存在。
"r+"	以可读写方式打开文件，该文件必须存在。
"rb"	以只读方式打开一个二进制文件，只允许读数据。
"w"	创建一个用于写入的空文件。如果文件名称与已存在的文件相同，则会删除已有文件的内容，文件被视为一个新的空文件。
"w+"	创建一个用于读写的空文件。
"wb"	只写打开或新建一个二进制文件，只允许写数据。
"a"	追加到一个文件；写操作向文件末尾追加数据。如果文件不存在，则创建文件。
"a+"	打开一个用于读取和追加的文件。
"rw+"	读写打开一个文本文件，允许读和写。