Энтропиметр

О П И С А Н И Е п 1 5269 ЮИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Йаюз Советских Социалистических Ресоублик(23) Приорите нием Государственный камите Совета Министров ССС ло делам изобретенийи открытий Опубликовано(72) Авторы изобретения Лазарети Садомов, Л. М. Хохлов, А. П. Шевяков В, А. Шувалов Го Заявители рственное союзно о проектированию(54) ЭНТРОПИМЕТ 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 Кс тактам или в прототипе - 32, Максимальная частота отсчетов случайной последовательно 1 сти ,анс в этом случае равна макс= Гц,т 32 где 1, - длительность такта. конструкторско-технологическое бюрочетных машин и Опытный завод Целью изобретения является повышение быстродействия энтропиметра.Поставленная цель достигается тем, что вэнтропиметр введен коммутатор, дополнитель 5 ные вычитающий счетчик н сдвигающий регистр, информационный вход которого соединен с выходом вычитающего счетчика, а управляющий - с выходом блока управления,подключенным к управляющему входу допол 1 О нительного вычитающего счетчика, вход которого соединен с первым выходом коммутатора,подключенного вторым выходом к вычитающему счетчику, выходы дополнительного сдвигающего регистра и вычитающего счетчика сое 15 динены с управляющим входом суммирующегосчетчика.Входом энтропиметра является вход коммутатора.На чертеже представлена блок-схема энт 20 ропиметра,Энтропиметр содержит коммутатор 1, вычитающие счетчики 2 и 3, суммирующий счетчик4, регистр 5 сдвига, регистры 6 сдвига, ключи7, счетчик 8 числа отсчетов, блок 9 памяти25 (хранения значений т 1= - р 1 одз Л), сумматор10, блок 11 формирования поправок ак=1 ода"/ блок 12 управления.Выходы коммутатора 1, включенного на входе энтропиметра, подключены к входам вычи 30 тающих счетчиков 2 и 3. Выход вычитающего счетчика 2 подключен к суммирующему вхо25 35 40 45 50 55 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 т 1), выход которого подключен к одному из входов сумматора 10, на второй вход которого подается выход блока 11 формирования поправок аь 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 формулойо0 (Х) = -Р,1 од,Р, + а,г:где р; - вероятности попадения отсчетов в 1-й амплитудный интервал: К - число уровней квантования, используемое в энтропиметре; а=1 одг"/, - 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 г-ых разрядов каждого регистра 6, Количество ячеек или количество разрядов регистров 6 сдвига равно количеству вероятностей (количеству уровней квантования Й).При сдвиге информации, находящейся в регистрах 6, содержимое каждой г-й ячейки будет последовательно попадать с выходов регистров на суммирующий счетчик 4 и с выхода счетчика 4 на выход регистров 6 сдвига. Причем содержимое г-ой ячейки попадает на суммирующий счетчик 4 в г-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 порядковыми по",срами поступают в счетчик 2, а с четными - в сче 1 чик 3. С поступлением каждого отсчеза в счегчик 2 ли счетчик 3 блок 12 управления вырабатывает ,/ 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 отсчетов 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 сдви 0нут на величину - по отношению к номеру2амплитудного интервала, к которому относится данный отсчет. Это вызвано тем, что отсчет, находящийся в вычитающем счетчике 3, начинает обрабатываться в момент, когда информация в регистрах 6 сдвига сдвинута наг/2 тактов. Чтобы в данном случае прибавить едпнииу в соответствующую ячейку регистров сдвига, необходимо сигнал, сформированный на выходе вычитающего счетчика 3 в момент обнуления, задержать на 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 Ао/2 тактов.Общее число отсчетов У подсчитывается счетчиком 8 по сигналам блока 12 управления. Необходимое число отсчетов зависит от необходимой погрешности измерения энтропии и выбирается равным целой степени двух. Этопозволяет при нахождении вероятностей р; избежать операции деления на Л содержимого ячеек, в которых подсчитывалось 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 б сдвига поочередно из каждой ячейки передается в блок 9 памяти (храпения значений т).Содержимое ячеек регистров 6 сдвига является адресом для соответствующего значения т 1;. Считанные из блока 9 величины т; поступают на сумматор 10, где накапливается суммай,-Р,1 од,Р,.1=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 эцтропиметра не через й, тактов, а через й,/2,Максимальная частота отсчетов случайной поледователстив данном случае о- ставит где 1,длительность такта, сек. 30 35 20) 30 35 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, отл ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, устройство содержит коммутатор, дополнитсльныс вычптающий счетчик н сдвигающий регистр, информационный вход которого соедннсц с выходом вычнтающего счетчика, а управляющий - с выходом блока управления, подключенным и управляющему входу дополнительного вычптающего счетчика, вход которого сосдинен с первым выходом коммутатора, подключенного вторым выходом к входу вычитающего счетчика, выходы дополнительного сдвигающего регистра и вычитаю- щего счетчпка соединены с управляющим входом суммирующего счетчика.Типография, пр. Сапунова, 2 Изд. Мо 1650 ИПИ Государственного коми по делам изобрете 113035, Москва, Ж, РТираж 864ета Совета Министров Сий и открытийаушская наб., д. 4/5