Энтропиметр Советский патент 1976 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для информационного анализа стохастических систем.

Известен энтрониметр, содержащий первый счетчик, регистры сдвига, первые входы которых соединены с разрядными выходами первого счетчика соответственно, элементы «п, первые входы которых соединены с выходами регистров сдвнга и с разрядными входами первого счетчика соответственно, олок памяти, входы которого подключены к выходам элементов «И, блок управления, первый выход которого подключен к вторым входам регистров сдвига, счетчик числа отсчетов, вход которого подключен к второму выходу блока управления, а выход-к вторым входам элементов «И.

Недостатком известного энтропиметра является его аппаратурная избыточность.

Целью изобретения является упрощение энтропиметра.

Поставленная цель достигается тем, что энтропиметр дополнительно содержит второй счетчик, суммирующий вход которого подключен к выходу энтропиметра, вычитающий вход - к третьему выходу блока управления, а выход - к входу первого счетчика, сумматор, первый вход которого подключен к выходу блока памяти, а выход - к выходу энтропиметра, и блок формирования поправок, выход которого соединен с вторым входом сумматора.

Ьлок-схема энтропиметра приведена на чертеже, где 1 - второй счетчик; 2 - первый счетчик; 3-регистры сдвига; 4-элементы 5-блок памяти; 6-сумматор; 7-счетчик числа отсчетов; 8-блок управления; 9- блок формирования поправок.

Выход второго счетчика 1, стоящего на входе энтрониметра, подсоединен к входу первого счетчика 2. Выход первого счетчика 2 соединен с выходами регистров сдвига 3, а разрядные входы - с выходами регистров сдвига. Выходы регистров сдвига 3 подключены также к входам элементов «И 4 другие входы которых подключены к выходу счетчика 5 числа отсчетов. Выходы элементов «И 4 соединены с входом блока 6 памяти, выход которого подключен к первому входу сумматора 7. К второму входу сумматора подключен выход блока 8 формирования поправок. Блок формирования поправок имеет вход для установки требуемого k. Выходы блока управлеНИН 9 подключены к управляющим входам второго счетчика 1, счетчика числа отсчетов и регистров сдвига. Выходом энтропиметра является выход сумматора 7.

Энтропиметр измеряет энтропию Н(х) в

соответствии с алгоритмом

H(x}:..,Pk + Uk,

где Ph - вероятность попадания отсчетов

в А-й амплитудный интервал; /Сэ - число уровней квантования, используемое в энтропиметре; k - требуемое число уровней квантования;

I k fift log2поправка.

ЛО

В соответствии с (1) энтропия измеряется при каком-то фиксированном числе уровней квантования . Значение энтропии для требуемого числа уровней квантования k. получается прибавлением поправки а. Удовлетворительная точность обеспечивается при .

Это позволяет при относительно простой структуре предлагаемого энтропиметра производить измерения энтропии для числа уровней квантования k, лежащих в диапазоне : ;0-1000, а также значительно уменьшить время измерения.

Принцип работы энтропиметра заключается в следующем. Для формирования Pk в регистрах сдвига-3 при помощи суммирующего счетчика 2 подсчитывается число отсчетов, поиавщих на Уе-й уровень квантования (k

i, ko).

Для хранения текущего значения Ph используются k-e разряды каждого регистра сдвига 3, т. е. для запоминания текущего значения Pi отводится первый разряд 1-го регистра, первый разряд 2-го регистра и т. д. Назовем совокупность /г-х разрядов всех регистров сдвига А-й ячейкой. Число ячеек или разрядов каждого регистра сдвига 3 равно ko. Целесообразно выбрать . Такой выбор позволяет определить число уровней квантования, содержащихся в отсчете, вычитанием единицы из значения отсчета, заданного в двоичной системе счисления в диапазоне 0-1.

Вероятности Pk формируются в двоичной системе счисления. Тогда количество регистров сдвига 3 (разрядность k-н ячейки) будет равна log2A, где N - число отсчетов в используемой последовательности. Чтобы избежать деления на N при нахождении Р, число отсчетов N выбирается равным целой степени 2. Для получения удовлетворительной точности измерения энтропии достаточно взять Л 15000. Ближайшая целая степень двух равна 16384. Тогда число регистров сдвига 3 будет равно 14.

Селекция отсчетов по ko уровням квантования осуществляется на счетчике 1. Для этого первые пять дробных двоичных разрядов каждого отсчета, представленного в диапазоне 0-1, поступают на вход счетчика 1. Блок управления 9 начинает вырабатывать тактовые импульсы, по каждому из которых производится вычитание единицы из содержимого счетчика 1. Кроме того, каждый такт блока управления 9 сдвигает вправо (в сторону младших номеров ячеек) на один разряд содержимое регистров сдвига. Содержимое ячеек регистров сдвига последовательно, начиная с первой, передается на счетчик 2, а с него на вход регистров сдвига. Вычитание единицы и сдвиги продолжаются до обнуления счетчика 1. Число тактов, выработанное

до обнуления счетчика 1, равно количеству уровней квантования поступившего счетчика. Действительно, пусть на вход поступил отсчет в двоичной системе счисления, равный 0,00011. В счетчик 1 запишутся пять первых

разрядов дробной части числа, т. е. 00011 (три). Тогда обнуление счетчика 1 происходит за три такта. Расположение ячеек в регистрах сдвига 3 выбрано таким образом (ячейки пронумерованы по порядку, начиная от выхода), что на счетчике 2 в этот момент записано содержимое третьей ячейки.

При обнулении счетчика 1 на его выходе формируется сигнал, по которому к содержимому счетчика 2 добавляется единица. Количестно тактов в одном цикле равно ko. Следуюи1,ие после обнуления счетчика 1 такты продолжают сдвигать ячейки регистров сдвига, так что по последнему такту восстанавливается исходное состояние.

С приходом следующего отсчета на счетчик 1 описанный выше цикл повторяется. Очевидно, что количество циклов равно Л .

Число отсчетов подсчитывается счетчиком числа отсчетов, по переполнению которого

формирование вероятностей Pk заканчивается и открываются элементы «И 4. При этом содержимое ячеек-регистров сдвига поочередно из каждой ячейки передается в блок 6 памяти значений h.

Двоичный код содержимого k-й ячейки регистров сдвига является адресом ячейки блока 6.

Считанные таким образом из блока 6 величины поступают на сумматор, где накапли

вается сумма - Pk loga Pkй-1

Поправка uk из блока 9 формирования поправок подается на сумматор и складывается с его содержимым. Па этом измерение энтропии заканчивается и в сумматоре фиксируется значение Н (х).

Формула изобретения

Энтропиметр, содержащий первый счетчик, регистры сдвига, первые входы которых соединены с разрядными выходами первого счетчика соответственно, элементы «И, первые

входы которых соединены с выходами регистров сдвига и с разрядными входами первого счетчика соответственно, блок памяти, входы которого подключены к выходам элементов «И, блок управления, первый выход которого подключен к вторым входам регистров

сдвига, счетчик числа отсчетов, вход которого подключен к второму выходу блока управления, а выход - к вторым входам элементов «И, отличающийся тем, что, с целью упрощения энтропиметра, он содержит второй счетчик, суммирующий вход которого подключен к входу энтропиметра, вычитающий вход-к третьему выходу блока управления, а выход-к входу первого счетчика, сумматор, первый вход которого подключен к выходу блока памяти, а выход -- к выходу энтропиметра, и блок формирования поправок, выход которого соединен с вторым входом сумматора.

Хг S 7

яШ