Энтропиметр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1п1 5269 IO

Йаюз Советских

Социалистических

Ресоублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.05.75 (21) 2138747/24 с присоединением заявки № (51) М Кл С 06Г 15/36

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.08.76. Бюллетень ¹ 32

Дата опубликования описания 10.12.76 (53) УДК 681.323:519.2 (088.8) (72) Авторы изобретения

В, И. Лазаретин, Ю. Б. Садомов, Л. М. Хохлов, А. П. Шевяков и В. А. Шувалов

Государственное союзное конструкторско-технологическое бюро по проектированию счетных машин и Опытный завод (71) Заявители (54) Э HTPO П ИМЕТР

Государственный комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники, предназначенным для определения энтропии стационарных случайных последовательностей с независимыми отсчетами, и может быть использовано для информационного анализа систем связи и управления.

Известен энтропиметр, содержащий сумматор, первый вход которого подключен к выходу блока формирования поправок, а второй вход соединен с выходом блока памяти, каждый вход которого соединен через соответствующие ключ и сдвигающий регистр с выходами суммирующего счетчика, входы которого соответственно подключены к выходам сдвигающих регистров, другие входы ключей соединены с выходом счетчика числа отсчетов, подключенного входом к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с управляющими входами сдвигающих регистров, третий выход блока управления подключен к управляющему входу вычитающего счетчика.

Недостатком известного устройства является относительно низкое быстродействие. Так, время обработки каждого отсчета равно К, тактам или в прототипе — 32. Максимальная частота отсчетов случайной последовательно1 сти /.„„, в этом случае равна f»ar;c= (гц), 8,32 где 4 — длительность такта.

Целью изобретения является повышение быстродействия энтропиметра.

Поставленная цель достигается тем, что в энтропиметр введен коммутатор, дополнитель5 ные вычитающий счетчик н сдвигающий регистр, информационный вход которого соединен с выходом вычитающего счетчика, а управляющий — с выходом блока управления, подключенным к управляющему входу допол10 нительного вычитающего счетчика, вход которого соединен с первым выходом коммутатора, подключенного вторым выходом к вычитающему счетчику, выходы дополнительного сдвигающего регистра и вычитающего счетчика сое15 динены с управляющим входом суммирующего счетчика.

Входом энтропиметра является вход коммутатора.

На чертеже представлена блок-схема энт20 ропиметра.

Энтропиметр содержит коммутатор 1, вычитающие счетчики 2 и 3, суммирующий счетчик

4, регистр 5 сдвига, регистры 6 сдвига, ключи

7, счетчик 8 числа отсчетов, блок 9 памяти

25 (хранения значений т)= — р1одз Л), сумматор

10, блок 11 формирования поправок ак — — log>

"/ко блок 12 управления.

Выходы коммутатора 1, включенного на входе энтропиметра, подключены к входам вычи30 тающих счетчиков 2 и 3. Выход вычитающего счетчика 2 подключен к суммирующему вхо526910

1О!

25

60 ду счетчика 4, а выход вычитающего счетчика 3 соединен с входом регистра 5 сдвига. Выход регистра 5 сдвига подсоединен к суммирующему входу счетчика 4. Выходы счетчика 4 соединены с входами регистров 6 сдвига, а входы — с выходами регистров 6 сдвига. Выходы регистров 6 сдвига соединены также с входами ключей 7, другие входы которых соединены со счетчиками 8 числа отсчетов. Выходы ключей 7 подключены к входу блока 9 памяти (хранения значений q), выход которого подключен к одному из входов сумматора 10, на второй вход которого подается выход блока

11 формирования поправок ai,, Выходы блока

12 управления соединены с вычитающими входами счетчиков 2 и 3, с управляющими входами регистров 6 сдвига и суммирующим входом счетчика 8 числа отсчетов.

Энтропиметр измеряет энтропию в соответствии с формулой о

Н (Х) = — g Р,1og,Ð, + a>, г=i где р; — вероятности попадения отсчетов в

1-й амплитудный интервал: К вЂ” число уровней квантования, используемое в энтропиметре; a<=log "/, — поправка, где !г — требуемое число уровней квантования.

Принцип работы энтропиметра заключается в следующем.

На первом этапе формируются вероятности р,. Формирование р; производится на основе выборочного массива случайной последовательности, поступающей на вход энтропиметра, путем подсчета числа отсчетов исследуемой последовательности, попавших в г-й амплитудный интервал.

Формирование р, осуществляется при помощи суммирующего счетчика 4 в последовательных регистрах 6 сдвига. Для хранения текущих значений р; используются ячейки, образованные из i-ых разрядов каждого регистра 6.

Количество ячеек или количество разрядов регистров 6 сдвига равно количеству вероятностей (количеству уровней квантования К ) .

При сдвиге информации, находящейся в регистрах 6, содержимое каждой i-й ячейки будет последовательно попадать с выходов регистров на суммирующий счетчик 4 и с выхода счетчика 4 на выход регистров 6 сдвига. Причем содержимое i-ой ячейки попадает на суммирующий счетчик 4 в i-ом такте, а полный цикл циркуляции информации по цепи «регистры 6 сдвига — суммирующий счетчик 4» составит й, тактов. При задании отсчетов случайной последовательности в диапазоне 0 — 1 в двоичной системе счисления и при /г,=32 первые пять двоичных разрядов в изображении отсчета определяют амплитудный интервал, к которому относится данный отсчет, а также номер ячейки, в которой формируется вероятность попадания отсчета на данный амплитудный интервал. Отсчеты случайной последовательности, поступающие на вход коммутатора 1, распределяются на входы вычитающих счетчиков 2 и 3, причем отсчеты с нечетными порядкоьымп помепамп поступают в счетчик 2, а с четными — в сче1чик 3. С поступлением каждого OTc l а в lc I"4 1К 2 или счетчик 3 блок 12 управления вырабатывает p/ или в данном случае 16 тактовых импульсов. Причем очередной отсчет может поступить на вход энтропиметра не раньше, чем через 16 тактов. Гак как циркуляция информации в регистрах 6 сдвига занимает 32 (!г,) такта, то только к приходу отсчетов с нечетными номерами она будет занимать исходное положение, а к приходу отсчетог. с четными номерами будет сдвинута на 16 тактов.

По каждому тактовому импульсу происходит вычитание единицы из содержимого счетчика 2 и счетчика 3 и сдвиг информации в регистрах 6 сдвига на один разряд. Вычитание единицы продолжается до «обнуления» счетчика 2 или счетчика 3. Число тактов, выработанное до «обнуления» счетчиков, равно количеству уровней квантования (номеру амплитудного интервала соответствующего отсчета) В момент «обнуления» вычитающего счетчика 2 на суммирующий счетчик 4 попадет содержимое ячейки, номер которой равен величине отсчета, или номеру амплитудного интервала, к которому относится данный отсчет.

При «обнулении» счетчика 2 на его ьыходе формируется сигнал, по которому к содержимому суммирующего счетчика 4 прибавляется единица.

В момент «обнуления» вычитающего счетчика 3 на суммирующий счетчик 4 попадет содержимое ячейки, номер которой будет сдвио нут на величину — по отношению к номеру

2 амплитудного интервала, к которому относится данный отсчет. Это вызвано тем, что отсчет, находящийся в вычитающем счетчике 3, начипает обрабатываться в момент, когда информация в регистрах 6 сдвига сдвинута на !г„/2тактов. Чтобы в данном случае прибавить единицу в соответствующую ячейку регистров сдвига, необходимо сигнал, сформированный на выходе вычитающего счетчика 3 в момент обнуления, задержать íà !г,/2 тактов. Для этой цели используется регистр 5 сдвига, имеющий г,/2 (16) разрядов и играющий роль дискретной линии задержки. Единица, сформированная в момент «обнуления» счетчика 3, записывается в регистр 5 сдвига и сдвигается при помощи тактовых импульсов. Через 16 тактов единица с выхода регистра 5 сдвига поступит на суммирующий вход счетчика 4 и прибавится к содержимому соответствующей ячейки.

Таким образом, в данном энтропиметре отсчеты поступают на вход не через !г, тактов, а через А,/2 тактов.

Общее число отсчетов N подсчитывается счетчиком 8 по сигналам блока 12 управления.

Необходимое число отсчетов зависит от необходимой погрешности измерения энтропии и выбирается равным целой степени двух. Это

f„„„= (Гц) т 16 позволяет при нахождении вероятностей р; избежать операции деления на Л содержимого ячеек, в которых подсчитыьалось число отсчетов, попавших на тот или иной амплитудный интервал.

По переполнению счетчика 8, формирование р; заканчивается и открываются ключи 7. При этом содержимое ячеек регистров 6 сдвига поочередно из каждой ячейки передается в блок

9 памяти (храпения значений q).

Содержимое ячеек регистров 6 сдвига является адресом для соответствующего значения т1;. Считанные из блока 9 величины т ; поступают на сумматор 10, где накапливается сумма

f<, — g Р, log,Ð,.

f=1

Поправка а,< из блока 11 формирования поправок подается на второй вход сумматора 10, где складывается с его содержимым. На этом измерение энтропии заканчивается, и в сумматоре 10 фиксируется значение О(х).

Использование дополнительных элементов— вычитающего счетчика, коммутатора и регистра сдвига позволяет вдвое увеличить быстродействие энтропиметра по сравнению с известным, так как отсчеты поступают на вход энтропиметра не через й, тактов, а через й,/2.

Максимальная частота отсчетов случайной последовательности f„,,„„,<„ в данном случае «оставит где 4 -- длительность такта, сек.

)О

)5

° Э

ЗО

Увеличение быстродействия в два раза значительно расширяет сферу применения предлагаемого энтропиметра.

Формула изобретения

Энтропиметр, содержащий сумматор, первый вход которого подключен к выходу блока формирования поправок, а второй вход соединен с выходом блока памяти, каждый вход которого соединен через соответствующие ключ и сдвигающий регистр с выходами суммирующего счетчика, входы которого соответственно подключены к выходам сдвигающих регистров, другие входы ключей соединены с выходом счетчика числа отсчетов, подключенного входом к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с управляющими входами сдвигающих регистров, третий выход блока управления подключен к управляющему входу вычитающего счетчика, о т л ич а ю и1п и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, устройство содержит коммутатор, дополнитсльныс вычптающий счетчик н сдвигающий регистр, информационный вход которого соединен с выходом вычнта1ощего счетчика, а управляющий — с выходом блока управления, подключенным и управляющему

Входу дополнительного вычптающего счетчика, вход которого соединен с первым выходом ком мутатора, подключенного вторым Выходом к входу вычитающего счетчика, выходы дополнительного сдвигающего регистра и вычитающего счетчика соединены с управляющим входом суммирующего счетчика. и/х) Составитель В. Жовинский

Техред 3. Тараненко

Редактор Н. Суханова

1(орректор Н. Аук

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2314/8 Изд. Хо 1650 Тираж 864 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5