Устройство для определения энтропии

 

Союз Советских

Социалмстмческмх

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()960843 (6I ) Дополнительное к авт. свил-ву (51) М. Кл.

G06F 15/36 (22) 3 а я влено 20.03. 78 (21) 2602226/1 8-24 с присоелинением заявки №

Гоеударетеснный комитет

СССР (23) Приоритет

Опубликовано 23.09.82. Бюллетень № 3-"

II0 делам изобретений н открытнй (53) УДКР81. .3 (088. 8) Дата опубликования описания 23.09.82 (72) Автор изобретения

В. А. Добрыдень

-. (-ыъЗИЛЯ

11 ТжТБО и

ТЕХНИЧЕСНАЯ " .

БИБЛИОТЕКА (71) Заявитель

Харьковский инженерно-строительный институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ЭНТРОПИИ

Изобретение относится к вычислительной технике, к специализированным устройствам для определения характеристик случ .йных величин и процессов.

Известно устройство для определения энтропии, содержащее счетчики, регистры сдвига, элементы И, блок памяти, сумматор, счетчики числа отсчетов, блок управления и блок форл иро".ания поправок (11 .

Недостатком известного устройства является его аппаратурная избыточность.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является устройство для определения энтропии, содержащее Й блоков анализа импульсной последовательности, состоящих из элемента И, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами блока, выход элемента

И подключен к счетному входу счетчика, управляющий выход и вход установки в ноль которого являк гся соответственно первым выходом и третьим входом бло2 ка, разрядные выходы счетчика подключены к управляюшил.. входам цифрового управляемого резистора, выход которого является вторым выходом блока, первые входы блоков анализа импульсной

5 последовательности подключены к выходам дешифратора, четвертые входы блоков анализа импульсной последовательности объединены и соединены с первым выходом источника опорного напряжения, входы элемента ИЛИ подключены к первым выходам блоков анализа импульсной последовательности, вторые выходы которых объединены и соединены с информационным входом блока умножения (2).

Недостатком устройства является его сложность.

Цель изобретения — упрощение устрой-. ства.

Поставленная цель достигается тем, 20 что в устройство для определения случайного процесса введены аналого-цифровой преобразователь, синхронизатор, дополнительный блок анализа импульсной

96084

3 последовательности и блок вычитания, при этом второй выход источника опорного напряжения подключен к первому входу блока вычитания, второй вход которого является входом устройства, выход блока вычитания соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, управляющий вход которого подключен к первому выходу синхронизатора, второй выход которого подключен 30 ко вторым входам блоков анализа им« пульсиой последовательности и к первому входу дополнительного блока анализа импульсной последовательности, второй вход которого соединен с третьим вы- д ходом источника опорного напряжения, первый выход дополнительного блока ан ализа импульсной последовательности подключен к И+1 входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом синхронизатора, первый выход которого соединен с третьими входами блоков анализа импульсной последовательности и дополнительного блока анализа импульсной последовательности, управляющие выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам блока умножения, информационный вход которого соединен с вторым выходом, дополнительного блока анализа импульсной последовательности, выходы аналого-цифрового преобразователя подключены к ,входам дешифратора.

1<роме того, дополнительный блок анализа импульсной последовательности содержит цифровой управляемый делитель

35 напряжения, счетчик, цифровой управляемый резистор, при этом счетный вход счетчика является первым входом блока, вход установки в ноль счетчика является

40 третьим входом блока, информационный вход цифрового делителя напряжения является вторым входом блока, выход старшего разряда счетчика является первым выходом блока, выход цифрового управляемого резистора является вторым выходом

45 блока, разрядные выходы счетчика подключены к управляющим входам цифрового управляемого делителя напряжения и цифрового управляемого резистора, информационный вход которого подключен к выходу цифрового управляемого делителя нап ряжения.

При этом в блок анализа импульсной последовательности дополнительно введен элемент И, первые и вторые входы которого являются соответственно первым и вторым входом блока, выход элемента И подключен к счетному входу

3 счетчика, вход установки в ноль которого является третьим входбм блока, в информационный вход цифрового управляемого делителя напряжения является четвертым входом блока.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 и 3 — соответственно структура блока анализа импульсной последовательности и структура блока умножения.

Устройство содержит блок 1 вычитания, источник 2 опорного напряжения, М блоков 3.1-3.3 анализа импульсной последовательности, дополнительный блок

3.4 импульсной последовательности, аналого-цифровой преобразователь 4, дешифратор 5, синхронизатор 6, элемент

ИЛИ 7 и блок 8 умножения.

В блоке 1 вычитания первый вход является входом устройства, второй соединен с вторым выходом источника 2 опорных напряжений, подключенного первым и третьим выходами соответственно к четвертым входам М блоков анализа импульсной последовательности 3.1-3.3 и дополнительного блока 3.4, а выход— с информационным входом аналого-цифрового преобразователя 4, выходами подключенного к входам дешифратора 5, а управляющим входом - к первому выходу синхронизатора 6, второй и третий выходы которого соединены соответственно с вторыми и третьими входами всех блоков анализа импульсной последовательности, первые выходы которых через элемент ИЛИ 7 соединены с входом синхронизатора 6, вторые выходы объединены и соединены с информационным входом блока 8 умножения, управляющими входами подключенного к управляющим выходам дополнительного блока анализа импульсной последовательности Д.4. Выходы дешифратора 5 соединены с первыми входами К блоков анализа импульсной последовательности 3. 1-3.3.

Выходной сигнал у (t) аналогового блока 1 вычитания определяется формулой

3(q) =ЬХМ-Хо, где b — регулируемый масштабный коэффициент;

)(— постоянный регулируемый сигО нал, устанавливаемый на втором выходе источника 2 опорных напряжент.й;

Х()- входной сигнал устройства.

Блок вычитания обеспечивает постоянство диапазона входного сигнала аналого-цифрового преобразователя 1. в которой она и реализуется устройством.

Схема работает следующим образом.

После запуска схемы синхронизатор коротким импульсом с выхода устана ливает в нуль счетчики всех блоков анализа 3.1-3.4, при этом, очевидно, выходной сигнал блока 8 умножения равен нулю. Затем импульсом с первого выхода сишсронизатор запускает преобразователь

4 аналог-код. Все возможные кодовые комбинации этого преобразователя, т.е. соответствующие интервалы его входного сигнала, пронумеруем числами от 1 до

N. Кодовой кол бинации.й„ соответствует единственная 1 -я возбужденная шина

20 дешифратора 5, соединенная с первым входол i-го блока анализа. Следователь но, ил пульс с второго выхода синхронизатора 6, возникающий спустя время, достаточное для завершения преобразо25. ,вания аналог-код, поступит на счетные входы двух счетчиков — счетчика того из блоков ан1лиза 3.1-3.3, первый вход которого соединен с возбужденной шиной дешифратора 5, и счетчика блока 3.4 анализа.

Таким образом, счетчик блока 3,4 анализа фиксирует число И, а счетчики блоков 3.1-3.3 — числа И„ . При И 40 сигнал на выходе блока 8 умножения определяетея формулой

3 T.Ч1.vl„-Ч,„,„и )=—

Еа

5 960

На первом и третьел выходасс источника 2 опорных напряжений поддерживаются стабильные, равные по модулю и противоположные по знаку напряжения

Е и-Е.

Блок анализа импульсной последовательности 3.1-3.3 (фиг. 2) содержит элемент И 9, счетчик 10, цифровой управляемый делитель 11 напряжения и цифровой управляемый резистор 12.

Максимальное число 11...1., которое может быть зафиксировано на счетчике

lQ, обозначим через И . Структура бло. ка 3.4 аналогична, отличие состоит лишь в том, что вход соединен непосредственно с входом счетчика, т.е. элемент И отсутствует, причем счетчик имеет большую емкость, максимальное число, которое можно на нем зафиксировать, обозо начим через Vl . Если на счетчике 1 -го блока анализа установлено число 1, то выходное напряжение цифрового делителя

11 напряжения равно Е °, т.е. пропорционально числу ), а проводимость цифрового управляемого резистора 12 равна

О5РО е) пРи,/ Ои Уо пРи > =О, где QP и д — положительные масштабные коэффицйенты. На управляющем выходе блока анализа возникает импульс, когда счет-. чик данного бчока заполняется до состояния 11...1.

Синхронизатор 6 после запуска схемы . енерирует короткий импульс на третьем выходе, а затем периодические импульсы на первом и втором поочередно.

Блок 8 умножения (фиг. 3) содержит усилитель 13 постоянного тока, цифровой управляемый резистор 14, проводимость

Ч котс рого определяется формулой

843 d

Формула (1) может быть записана в форме

Н=- — „t 7И1 О И„-ИЬ) И

Еа„а о 1 (-И1 os 1„-ИсО и) где j — число, зафиксированное на счетчике блока 3.4 анализа. устройство определяет энтрог ию corrасно формуле и И„И1

Н=-X —" Bog

И где и — число различных кодовых комбинаций на выходе аналого-цифрового преобразователя 4, т.е. число интервалов, на которые разбит диапазон возможных значений его входного сигнала;

yt - число измеренных значений сигнала g() — число значений сигнала y(<) . из их числа и, оказавшихся принадлежащими i -му интервалу.. что с точностью до масштабного коэффициента совпадает с формулой (2).

Такил образом, оценка энтропии появ45 ляется на выходе устройства с момента его запуска и продолжает уточняться по мере увеличения И до тех пор, пока один из счетчиков блоков 3.1-3.3 анализа не достигнет состояния И .= И+

1 либо счетчик блока. 3.4 анализа — сос50 тояния И = И . B этом случае импульс, возникающий на первом выходе соотвеч ствующего блока анализа, поступает через элемент ИЛИ 7 на вход синхронизатора 6, прекращая генерирование имSS пульсов на его выходах и включая — если это неойсодилю — соответствующую индикацию. На выходе блока 8 умножения оказывается сигнал, пропорциональный

960843 оценке энтропии, определяемой формулой (1), а счетчики блоков 3.1-3.4 анализа фиксируют гис гограмму процесса (1), т.е. с учетом преобразования, осуществляемого блоком вычитания 1, гистограмму процесса ХЩ . Разрядные выходы этих счетчиков могут быть . использованы для вывода, гистограммы, например, на визуальные индикаторы, или на цифропечать.

Таким образом, введенные блоки позволяют расширить функциональные возможности устройства.

Ф ор мула изобретения

1, Устройство для определения энтропии, содержащее А блоков анализа импульсной последог ательности, первые входы которых подключены к выходам дешифратора, .а вторые входы объединены и соединены с первым выходом исгочника опорного напряжения, элемент

ИЛИ, входы которого подключены к первым выходам блоков анализа импульсной последовательности, вторые выходы которых объединены и соединены с информационным входол блока умножения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, гго, с целью упрощения устройства, в него введены аналого-цифровой преобра. зователь, синхронизатор, дополнительный блок ачализв импульсной последовательности и блок вычитания, при этом второй выход источника опорного напряжения подключен к второму входу блока вычиi вния, второй вход которого является входом устройства, выход блока вычитания соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, управляющий вход которого подключен к первому выходу синхронизатора, второй выход которого подключен к третьим входам блоков анализа импульсной последовательности и х первому входу дополгительного блока анализа импульсной пос. ледсватегп ности, второй вход которого соединен с третьим выходом источника опорного напряжения, первый выход дополнительного блока анализа импульсной последовательнос..ти подключен к И+1 входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом синхронизатора, третий выход которого соединен с четвертыми входами блоков анализа импульсной последовательности и третьим входом дополнительчого блока анализа импульсной последовательности, управляющие выходы которого подключены к соответ

5Î

55 сгвующим управляющим входам блока умножения, информационный вход которого соединен с вторым выходом дополнительного блока анализа импульсной последовательности, выходы аналогцифрового преобразователя подключены к входам дешифратора.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что. блок анализа импульсной последовательности содержит цифровой управляемый делитель напряжения, счетчик, цифровой управляемый резистор и элемент И, первый и второй входы которого являются соответственно первым и третьим входами блока, выход элемента И подключен к счетному входу счетчика, вход установки в ноль которого является четвертым входом блока, информационный вход цифрового управляемого делителя напряжения является вторым входом блока, первым выходом которого является выход старшего разряда счетчика, разрядные выходы которого подключены к управляк» шим входам цифрового управляемого делителя напряжения и цифрового управляемого резис гора, информационный вход которого соединен с выходом цифрового управляемого делителя напряжения, выход цифрового управляемого резистора является вторым выходом блока.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что дополнительный блок анализа импульсной последовательности содержит цифровой управляемый делитель напряжения, счетчик, цифровой управляемый резистор, при этом счетный вход счетчика является первым входом, вход установки в ноль счетчика является третьим входом блока, информационный вход цифрового делителя напряжения является вторым входол блока, выход старшего разряда счетчика является первым выходом блока, выход цифрового управляемого резистора является вторым выходом блока, разрядные выходы счетчика подключены к управляющим входам цифрового управляел1ого делителя напряжения и цифрового управляемого резистора, информационный вход которого подключен к выходу цифрового управляемого делителя напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 519718, кл. 606 F 15/36, 19 (4.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке ¹ 2174200i18-24, кл. GOG Г 7/52, 1975.. Составитель Л, Григорьян-Чтенц

Редактор И. Николайчук Техред 3.Палий Корректор Мовемпик

Заказ 7285/GO Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал 11! !Г! "Патент", г, Ужгород ул. Проектная, 4