Устройство для определения энтропии

Союз СоветскихСоциалмстмческмхРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 20.03. 78 (21) 2602226/18-24 с присоелинением заявкиГоеударетеснный комитет СССР(23) Приоритет Опубликовано 23.09.82, Бвллетень3-" ло делам изобретений н открытнй.3(088,8) Дата опубликования описания 23.09.82(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНТРОПИИ1Изобретение 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 формиро".ания поправок 11 .Недостатком известного устройства является его аппаратурная избыточность.Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является устройство для определения энтропии, содержашее 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, управляюший выход и вход установки в ноль которого являкеся соответственно первым выходом и третьим входом бло 2ка, разрядные выходы счетчика подключены к управляюшил. входам цифровогоуправляемого резистора, выход которого является вторым выходом блока, первые входы блоков анализа импульсной 5 последовательности подключены к выходам дешифратора, четвертые входы блокованализа импульсной последовательностиобъединены и соединены с первымвыходом источника опорного напряжения,входы элемента ИЛИ подключены к первым выходам блоков анализа импульснойпоследовательности, вторые выходы которых объединены и соединены с информационным входом блока умножения 2),Недостатком устройства являетсяего сложность.Цель изобретения - упрощение устройства.Поставленная цель достигается тем, 20что в устройство для определения случайного процесса введены аналого-цифровой преобразователь, синхронизатор,дополнительный блок анализа импульсной96084 Эпоследовательности и блок вычитания,при этом второй выход источника опорногонапряжения подключен к первому входублока вычитания, второй вход которогоявляется входом устройства, выход блока вычитания соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, управляющий вход которогоподключен к первому выходу синхронизатора, второй выход которого подключен 30ко вторым входам блоков анализа импульсиой последовательности и к первомувходу дополнительного блока анализа импульсной последовательности, второйвход которого соединен с третьим выходом источника опорного напряжения,первый выход дополнительного блокаанализа импульсной последовательностиподключен к И+1 входу элемента ИЛИ,выход которого соединен с входом синхронизатора, первый выход которого соединен с третьими входами блоков анализа импульсной последовательности идополнительного блока анализа импульсной последовательности, управляющиевыходы которого подключены к соответствующим управляющим входам блокаумножения, информационный вход которого соединен с вторым выходол дополнительного блока анализа импульснойпоследовательности выходы аналого-цифрового преобразователя подключены к,входам дешифратора,Ероме того, дополнительный блок анализа импульсной последовательности содержит цифровой упраииемый делитель35напряжения, счетчик, цифровой управляемый резистор, при этом счетный входсчетчика является первым входом блока,вход установки в ноль" счетчика является40третьим входом блока, информационный входцифрового делителя напряжения является вторым входом блока, выход старшего разряда счетчика является первым выходом блока, выход цифрового управляемого резистора является вторым выходом45блока, разрядные выходы счетчика подключены к управляющим входам цифрового управляемого делителя напряжения ицифрового управляемого резистора, информационный вход которого подключен к 50выходу цифрового управляемого делителян впряжения,При этом в блок анализа импульснойпоследовательности дополнительно введен элемент И, первые и вторые входыкоторого являются соответственно первым и вторыл входом блока, выход .элемента И подключен к счетному входу 3счетчика, вход установки в ноль которого является третьим входбл 1 блока, а 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, элелент ИЛИ 7 и блок 8 умножения.В блоке 1 вычитания первый вход является входом устройства, второй соединен с вторым ввиодом 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 третийвыходы 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 ЗА. Выходы дешифратора 5 соединены с первыми входами К блоков анализа илпульсной последовательности 3.1-3.3.Выходной сигнал Уаналогового блока 1 вычитания определяется форму- лой З=ЬХМ-Хо,где- регулируемый масштабный коэффициент;( - постоянный регулируемый сигОнал, устанавливаемый на втором выходе источника 2 опорных напряжент.й;ХЫ)- входной сигнал устройства.Блок вычитания обеспечивает постоянство диапазона входного сигнала аналого-цифрового преобразователя 1.ф в которой она и реализуется устройством.Схема работает следующим образом,После запуска схемы синхронизаторкоротким импульсом с выхода устаналивает в нуль счетчики всех блоков анализа 3.1-3,4, при этом, очевидно, выходной сигнал блока 8 умножения равеннулю. Затем импульсом с первого выходасишсронизатор запускает преобразователь4 аналог-код. Все возможные кодовыекомбинации этого преобразователя, т.е,соответствующие интервалы его входногосигнала, пронумеруем числами от 1 доК. Кодовой кол 1 бинации.й 1 соответствуетединственная-я возбужденная шина 20дешифратора 5, соединенная с первымвходол -го блока анализа. Следовательно, илпульс с второго выхода синхронизатора 6, возникающий спустя время,достаточное для завершения преобразо.,вания аналог-код, поступит на счетныевходы двух счетчиков - счетчика тогоиз блоков анализа 3.1-3.3, первый входкоторого соединен с возбужденнойшинойдешифратора 5, и счетчика блока 3.4 Эй анализа.Таким образом, счетчик блока 3,4анализа фиксирует число И , а счетчикиблоков 3.1-3.3 - числа И. При И 40сигнал на выходе блока 8 умноженияопределяетея формулойЪ=- 1 чИ-Ч,4,и 1=- Еа Ч 1 О 5 960На первом и третьел выходвсс источника 2 опорных напряжений поддерживаются стабильные, равные по модулю ипротивоположные по знаку напряженияЕ и -Е.Блок анализа импульсной последовательности 3,1-3.3 (фиг. 2) содержитэлемент И 9, счетчик 10, цифровойуправляемый делитель 11 напряжения ицифровой управляемый резистор 12.Максимальное число 111 котороеможет быть зафиксировано на счетчике10, обозначим через И. Структура бло,ка 3.4 аналогична, отличие состоит лишьв том; что вход соединен непосредственно с входом счетчика, т.е. элемент Иотсутствует, причем счетчик имеет большую емкость, максимальное число, которое можно на нем зафиксировать, обозоначим через И, Если на счетчике 1-гоблока анализа установлено число ), товьпсодное напряжение цифрового делителя11 напряжения равно Е, т,е. пропорционально числу , а проводимость цифрового управляемого резистора 12 равнаОРОцпри /Ои 10 при =0, где О 1 ид - положительные масштабные коэффицйенты. На управляющем выходе блокаанализа возникает импульс, когда счет-.чик данного бчока заполняется до состояния 1 11.Синхронизатор 6 после запуска схемыенерирует короткий импульс на третьемвыходе, а затем периодические импульсына первом и втором поочередно,Блок 8 умножения (фиг. 3) содержитусилитель 13 постоянного тока, цифровойуправляемый резистор 14, проводимостьЧ которого определяется формулой 843 бформула (1) может быть записана вформеН=- -;гиСо и-И 5 и ЕааО ИИОРв 1-ИОигде- число, зафиксированное на счетчике блока 3.4 анализа.устройство определяет энтрог ию согласно формуле Н=-1 - " 6 оо л И цс Игде й - число различных кодовых комбинаций на выходе аналого-цифрового преобразователя 4, т.е. число интервалов, на которые разбит диапазон возможных значений его входного сигнала;И - число измеренных значений сигнела Я- число значений сигнала уЩ . .из их числа и, оказавшихся принадлежащими 1-му интервалу.. что с точностью до масштабного коэффициента совпадает с формулой (2).Такил образом, оценка энтропии появляется на выходе устройства с моментаего запуска и продолжает уточнятьсяпо мере увеличения И до тех пор, покаодин из счетчиков блоков 3.1-3.3 анализа не достигнет состояния И,: Ифлибо счетчик блока. 3.4 анализа - сос- Мтояния И = Ис. В этом случае импульс,возникающий на первом выходе соответствующего блока анализа, поступает через элемент ИЛИ 7 на вход синхронизатора 6, прекращая генерирование им- Ипульсов на его выходах и включая - если это неойсодил 1 о - соответствующуюиндикацию. На выходе блока 8 умноженияоказывается сигнал, пропорциональныйоценке энтропии, определяемой формулой (1), а счетчики блоков 3,1-3,4 анализа фиксируют гис гограмму процессаЮ, т.е. с учетом преобразования, осуществляемого блоком вычитания 1, гистограмму процесса ХЩ , Разрядные выходы этих счетчиков могут бьггь . использованы для вывода. гистограммы, например, на визуальные индикаторы, или на цифропечать.Таким образом, введенные блоки позволяют расширить функциональные возможности устройства. 1, Устройство для определения энтропии, содеожашее 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 обьединены и соединены с информационным входол блока умножения, о т л и ч а ю ш е е с я тем, гго, с целью упрощения устройства, в него введены аналого-цифровой преобра. зователь, синхронизатор, дополнительный блок анализза импульсной последовательности и блок вычитания, при этом второй выход источника опорного напряжения подключен к второму входу блока вычи-ания, второй вход которого является входом устройства, выход блока вычитания соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, управляющий вход которого подключеп к первому выходу синхронизатора, второй выход которого подключен к третьимвходам блоков анализа импульсной последовательности и х первому входу допольительного блока анализа импульсной пос ледовательности, второй вход которого соединен с третьим выходом источника опорного напряжения, первый выход дополнительного блока анализа импульсной последовательности подключен кМ+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 ф ор мула изобретения 25 30 35 40 45 5 О 55 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, 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 соответственнопервым 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 являетсявторым входом блока, первым выходом которого является выход старшего разряда счетчика, разрядные выходы которого подключены к управляющим входам цифрового управляемогоделителя напряжения и цифрового управляемого резистора, информационный входкоторого соединен с выходом цифровогоуправляемого делителя напряжения, выход цифрового управляемого резистораявляется вторым выходом блока.3. Устройство по п.1, о т л и ч а -ю щ е е с я тем, что дополнительныйблок анализа импульсной последовательности содержит цифровой управляемыйделитель напряжения, счетчик, цифровойуправляемый резистор, при этом счетный вход счетчика является первым входом, вход установки в ноль счетчикаявляется третьим входом блока, информационный вход цифрового делителя напряжения является вторым входол блока,выход старшего разряда счетчика является первым выходом блока, выход цифрового управляемого резистора являетсявторым выходом блока, разрядные выходы счетчика подключены к управляющимвходам цифрового управляемого делителя напряжения и цифрового управляемогорезистора, информационный вход которого подключен к выходу цифрового управляемого делителя напряжения.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР519718, кл. 606 Е 15/36, 1974.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке М 2174200/18-24,кл. 606 Г 7/52, 1975.5/60 Тираж 731 Подпи ВНИИПИ Государственного комитета СС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., Заказ ал Г 1 Г "Патент", г, Ужго ул. Проектная