Устройство для определения энтропии Советский патент 1982 года по МПК G06F17/18 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНТРЮПИИ

1

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

Известно устройство для определения энтропии, содержащее счетчики, регистры сдвига, элементы И, блок памяти, сумматор, счетчики числа отсчетов, блок управления и блок формирования поправок 11 .

Недостатком известного устройства является его аппаратурная избыточность.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является устройство для определения энтропии, содержащее W 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 являются соответственно первым выходом и третьим входом блока, разрядные выходы счетчика подключены к управляюшик; входам цифрового управляемого резистора, выход которого является вторым выходом блока, первые входы блоков анализа импульсной последовательности подключены к выходам дещифратора, 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 лоследовательности, вторые выходы которых объединены и соединены с инфор мационным входом блока умножения 2.

15

Недостатком устройства является его сложность.

Цель изобретения - упрощение устроитства.

Поставленная цель достигается тем,

20 что в устройство для определения случайного процесса введены аналого-Ш1фровой преобразователь, синхронизатор, дополнительный блок анализа импульсной

.39608434

последовательности и блок вычитания,счетчика, вход установки в ноль которого

при этом второй выход источника опорного является третьим вxoд( блока, а иннапряжения 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 синхрониза тора, второй выход которого подключен ко вторым входам блоков анализа импульсной последовательности и к перво входу дополнительного блока анализа им пульсной последовательности, второй вход которого соединен с третьим выходом источника опорного напряжения, первый выход дополнительного блока анализа импульсной последовательности подключен к N+1 входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом синхронизатора, первый выход которого сое динен 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 выходок дополнительного, блока анализа импульсной последовательности, выходы аналого-ци(} рового преобразователя подключены к .входам дещифратора. Кроме того, дополнительный блок ана лиза импульсной последовательности содержит цифровой управляемый делитель напряжения, счетчик, цифровой управляемый резистор, при этом счетный вход счетчика является первым входом блока вход усгйновки в ноль счетчика является .третьим входом блока,информационный вход цифрового делителя напряжения является вторым входом блока, выход старшего разряда счетчика является первым вы ходом блока, выход цифрового управляемого резистора, является вторым выходо блока, разрядные выходы счетчика подключены к управляющим входам цифрово го управляемого делителя напряжения и цифрового управляемого резистора, информационный вход которого подключен выходу цифрового управляемого делителя напряжения. При этом в блок анализа импульсной последовательности дополнительно введен элемент И, первые и вторые входы которого являются соответственно первым и вторым входом блока, выход L элемента И подключен к счетному входу формационный вход цифрового yпpaвляe oго делителя напряжения является четвертым входом блока. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 и 3 - соответственно структура блока анализа и шульсной последовательности и структура блока умножения. Устройство содержит блок 1 вычитания, источник 2 опорного напряжения, N блоков 3.1-3.3 анализа импульсной последовательности, дополнительный блок 3.4 импульсной последовательности, аналого-цифровой преобразователь 4, дещифратор 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 N блоков анализа импульсной последовательности 3.1-3.3 и дополнительного блока 3.4, а выход с информационным входом аналого-цифрового преобразователя 4, выходакта подключенного к входам дешифратора 5, а управлякшим 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 информашюнным входом блока 8 умножения, управляющими входами подключенного к управлякшим выходам дополнительного блока анализа импульсной последовательности 3-4. Выходы дешифратора 5 соединены с первыми входами N блоков анализа импульсной последовательности 3.1-3.3. Выходной сигнал V (Ь аналогового блока 1. вычита1шя определяется формулойi)(t)bx(i)-Xo, где b - регулируемый масштабный коэффициент;XQ- постоянный регулируемь1Й сигнал, ycтaнaвливae ШIй на втором выходе источника 2 опорных напряжеш:й; X(t)- входной сигнал устройства. Блок вычитания обеспечивает постоянство диапазона входного cvirnana аналого-цифрового преобразователя -1. На первом и третьем выходах 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 1О, цифровой управляемый делитель 11 напряжения и цифровой управляемый резистор 12. Максимальное число 1.1...1-, которое может быть зафиксировано на счетчике 10, обозначим через М . Структура бло ка 3.4 аналогична, отличие состоит лиш в том, что вход соединен непосредствен но с входом счетчика, т.е. элемент И отсутствует, причем счетчик имеет боль шую емкость, максимальное число, которое можно на нем.зафиксировать, обоз начим через У1 . Если на счетчике i -г блоке анализа установлено число j , то выходное напряжение цифрового делителя 11 напряжения равно Eg . , т.е. пропор ционально числу j , а проводимость циф рового управляемого резистора 12 равн a iEoge j при (/#0и YO при J-O, где Оч и Ort - по/южительные масштабные коэффициенты. На управляющем выходе блока анализа возникает импульс, когда счетчик дашюго блока заполняется до соетояник 11...1. СиКрониэатор 6 после запуска схем генерирует юэроткий иьшульс на третьем выходе, а затем периодические импульсы на перво.м и втором поочередно. Блок 8 умножения (фиг. 3) содержит усилитель 13 постоянного тока, цифрово упраатяемый резистор 14, проводимость У которого определяется формулой V ос го, Где j - число, зафиксированное на счетчике блока 3.4 анализа. Устройство определяет энтропию согласно формуле N .п н - 1Г °ес-Тгде N - число различных кодовых комбинаций на выходе аналого-цифрового преобразователя 4, т.е. число интервалов, на которые разбит диапазон возможных значений его входного сигнала; YJ - число измеренных значений сигнела (-Ь) ; Vj - число значений сигнала vlt -ИЗ их числа м , оказавшихся принадлеж ашими i -му интервалу. . Формула (1) может быть записана в форме И--р; в которой она и реализуется устройством. Схема работает следукядим 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 синхронизатор 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 комбинации .N-I соответствует единственная Н -я возбужденная шина дешифратора 5, соединенная с первым входом i-ro блока анализа. Следовательно, импульс с второго выхода синхронизатора 6, возникакяций спустя время, достаточное для завершения прюобразования анолог-код, поступит на счётные входы двух счетчиков - счетчика того из блоков анплиза 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 . При И 0 сигнал на выходе блока 8 умножения определяется 4ормулой ..,а7. i а-.,У1 что с точностью до масштабного коэ(} фициента совпадает с формулой (2). Таким образом, оценка энтропии появляется на выходе устройства с момента его запуска и продолжает уточняться по мере увеличения И до тех пор, пока один из счетчиков блоков 3.1-3.0 анализа не достигнет состояния h - п либо счетчик блока 3.4 анализа - состояния И и. В этом случае импульс, возникающий на первом выходе соответствующего блока анализа, поступает через элемент ИЛИ 7 на вход синхронизатора 6, прекращая генерирование импульсов на его выходах и включая - если это необкодимо - соответствукяцую индикацию. На выходе блока 8 умножения оказывается сигнал, пропорциональный оценке энтропии, определяемой формулой (1), а счетчики блоков 3.1-3.4 ана лиза фиксируют гистограмму процесса (t) , т.е. с учетом преобразования, осзодествляемого оком вычитания 1, гистограмму процесса X(-fe) . Разрядные вьЬсоды этих счетчиков могут быть использованы для вывода.гистограммы, например, на визуальные индикаторы, или на цифропечатъ. Таким образом, введенные блоки поз воляют расширить функциональные возможности устройства. Формула изобретения 1. Устройство для определения энтропии, содержащее 1ч блоков анализа импульсной последовательности, первые входы которых подключены к -выходам дешифратора, а вторые входы объедиН6НЫ и соединены с первым выходом источника опорного напряжения, элемет ИЛИ, входы которого подключены к первым выходам блоков анализа импульсной последовательности, вторые Выходы которых объединены и соединены с информационным входом блока умножения, отличающееся тем, что, с целью упрощения усгройсгва, в него введены аналого-цифровой преобразователь, синхронизатор, дополнительны блок анализа импушэсной последовательности и .блок вычитания, при этом второй выход источника опорного напряжени подключен к второму входу блока вычитания, второй вход которого является входом устройства, выход блока вычита ния 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 посл довательности и к первому входу дополнительного блока анализа импульсной по ледовательности, второй вход которого соединен с третьим выходом источника опорного напряжения, первый выход дополнительного блока анализа и пyльcнo последовательности подключен к N+1 .ВХОДУ элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом синхронизатора, третий выход которого соединен с четвертыми входагди блоков анализа импульс ной последовательности и третьим вход допалнительтшго блока анштиза импульс ной последовательнсхзти, управляющие выходы которого подключены к соответ ствующим управляющим входам блока умножения, информационный вход которого соединен с вторым выходом дополнительного блока анализа импульсной последовательности, выходы аналогоцифрового преобразователя подключены к входам дешифратора. 2.Устройство по П.1, отличающееся тем, что. блок анализа импульсной последовательности содержит цифровой управляектый 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 вь(ходом которого является выход старшего разряда счетчика, разрядные выходь которого подключены к управляющим входам цифрового управляемого делителя напряжения и цифрового управляемого резистора, информационный вход которого соединен с выходом цифрового управляемого делителя напряжения,, выход цифрового управляемого резистора является вторым выходом блока. 3.Устройство non.l, отличаю ш ее с я тем, гго 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 третьШЛ входом блока, информационный вход гогфрового делителя напряжешта является вторым входом 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 зттравляемого 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. G06F 15/36, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2174200/18-24, кл. GOG F 7/52, 1975.

Фиг. i

Фиг. I

Фыг.З