Энтропиметр Советский патент 1976 года по МПК G06F17/18 

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)), выход которого подключен к одному из входов сумматора 10, на второй вход которого подается выход блока

11формирования поправок a/j. Выходы блока

12управления 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

Н(Х)- ,Pi + au,

где рг - вероятности попадения отсчетов в 1-й амплитудный интервал: ko - число уровней квантования, используемое в энтропиметре; afe log2Vfto -поправка, где k - требуемое число уровней квантования.

Принцип работы энтропиметра заключается в следующем.

На первом этапе формируются вероятности Рг. Формирование pi производится на основе выборочного массива случайной последовательности, поступающей на вход энтропиметра, путем подсчета числа отсчетов исследуемой последовательности, попавших в 1-й амплитудный интервал.

Формирование pi осуществляется при помощи суммирующего счетчика 4 в последовательных регистрах 6 сдвига. Для хранения текущих значений pi используются ячейки, образованные из t-ых разрядов каждого регистра 6. Количество ячеек или количество разрядов регистров 6 сдвига равно количеству вероятностей (количеству уровней квантования ko).

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 г-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 ko тактов. При задании отсчетов случайной последовательности в диапазоне О-1 в двоичной системе счисления и при йо 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 номерами поступают в счетчик 2, а с четными - в счетчик 3. С поступлением каждого отсчета в счетчик 2 или счетчик 3 блок 12 управления вырабатывает о/2 или в данном случае 16 тактовых импульсов. Причем очередной отсчет может поступить на вход энтропиметра не раньше, чем через 16 тактов. Так как циркуляция информации в регистрах 6 сдвига занимает 32 (ko) 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, равио 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 иа его выходе

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 о

нут па величину - по отношению к номеру

амплитудного 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 на/го/2 тактов. Чтобы Б данном случае прибавить единицу в соответствующую ячейку регистров сдвига, иеобходимо сигнал, сформированный на выходе вычитающего счетчика 3 в момент обнулеиия, задержать на koj2 тактов. Для этой цели используется регистр 5 сдвига, имеющий йо/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 па вход пе через ko тактов, а через /%о/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 позволяет при нахождении вероятностей рг избежать операции деления на N содержимого ячеек, в которых нодсчн1ъшалось число отсчетов, нопавших на тот или иной амилитудный интервал. По иереполнению счетчика 8, формирование Pi заканчивается и открываются ключи 7. При этом содержимое ячеек регистров 6 сдвига ноочередно из каждой ячейки передается в блок 9 памяти (хранения значений 7i). Содерл имое ячеек регистров 6 сдвига является адресом для соответствующего значения . Считанные из блока 9 величины г), поступают на сумматор 10, где накапливается сумма и. .. Поправка а из блока 11 формирования поправок подается на второй вход сумматора 10, где складывается с его содержимым. На этом измерение энтропии заканчивается, н в сумматоре 10 фиксируется значение Н(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 энтропил1етра не через feo тактов, а через ko/2. Максимальная частота отсчетов случайной последовательпости мупо в даппом случае составитгде /т - длительпо сть такта, сек. Увеличение быстроде11СТБия 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, отлич а ю щ н и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, устройство содержит коммутатор, допол1П1тсльпые вычитающий счетчик и сдвигающий регистр, информационный вход которого соединен с выходом вычитаюи его счетчика, а управляющий - с выходом блока управления, подключенным к управляющему входу допол1П1тельпого вычптающего счетчика, вход которого соединен с первым выходом коммутатора, подключенного вторым выходом к входу вычитающего счетчика, выходы дополнительного сдвигающего регистра и вычитающего счетчика соединены с управляющим входом суммпруюп1,его счетчпка.