Пристрій для визначення автокореляційної міри ентропії

Пристрій для визначення автокореляційної міри ентропії, що містить аналого-цифровий перетворювач, синхронізатор, групу з N регістрів, N елементів І, N суматорів, групу елементів НІ, входи запису групи регістрів, які об'єднані з входом запуску аналого-цифрового перетворювача та підключені до першого виходу синхронізатора, вихід переповнення кожного з яких підключений до однойменного інформаційного входу регістра, вхід аналого-цифрового перетворювача є входом пристрою, при цьому розрядні виходи аналогоцифрового перетворювача підключені до розрядних інформаційних входів групи регістрів і до вхо U 1 3 чення обладнання в нього введені N суматорів, N елементів І, елемент АБО, група елементів НЕ, розрядні виходи аналого-цифрового перетворювача підключені до розрядних інформаційних входів регістрів групи і до входів елементів групи НЕ, виходи яких з'єднані з першими входами суматорів, другі входи яких підключені до однойменних виходів регістрів групи, вихід і-го (і=1, ... N) суматора з'єднаний з першим входом і-го елемента І, другі входи елементів І об'єднані і підключені до тактового виходу аналого-цифрового перетворювача, вихід і-го елемента І з'єднаний з рахунковим входом і-го лічильника і з і-м входом елементи АБО, вихід якого підключений до входу, записи регістру, виходи регістра є виходами пристрою, вихід і-го лічильника з'єднаний з і-м інформаційним входом регістра. Недоліком багатоканального пристрою для обчислення функції еквівалентності є обмежені функціональні можливості, які обумовлені тим, що даний пристрій визначає тільки кореляційний компонент інтегральної оцінки ентропії у вигляді кореляційної функції еквівалентності, згідно формули: m (2) Fxx   Z i, j , i 1   x , x  xi j де Z i, j   i i - цілочисельна функx , x  x  i j i i j  ція з округленням до більшого. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення та розширення функціональних можливостей шляхом реалізації пристрою обчислення ентропії на основі виразу автокореляційної міри ентропії:   1 m 2 ˆ 1 I x (R)  E log 2 (3)  (D x  R 2 ( j)), xx  2 m j 1   ˆ де E  - цілочисельна функція з округленням  до більшого x i  x i  M x - центровані значення 1 n масиву даних; D x   ( x i  M x ) 2 - дисперсія n i 1 n 1 значень хi; M x   x i - математичне сподіванn i 1 1 n   ня; R xx ( j)  x i  x i  j - автокореляційна функція; n i 1 m - число точок функції Rxx(j) на інтервалі кореляції [Николайчук Я.М. Теорія джерел інформації. Тернопіль ТНЕУ, 2008. - 536с.]. У зв'язку з тим, що R xx ( j)  2K xx ( j)  M2 , a x 2 1 n   2 2 K xx ( j)    Z i  j  , Dx=(Fxx) +2(Mx) , тo підстав n  i 1  ляючи ці значення у формулу (3), отримаємо оцінку ентропії в наступному вигляді 58743 4 1 2  ˆ I x (F)  E log 2  M 2  Fxx ,  x  (4)  m  де m=2k, k=8,16,32,... . Оцінки кореляційних мір ентропії на основі автокоредяційної функції і функції еквівалентності є еквівалентні в тому, що поведінка їх кореляційних функцій Rxx і Fxx є однаковою з тією різницею, що Rxx представляється в квадратичному просторі, a Fxx в лінійному. З цього виходить, що коефіцієнт 1 2 у виразі (4) відсутній. Поставлена задача вирішується, завдяки тому що пристрій для визначення автокореляційної міри ентропії містить аналого-цифровий перетворювач, синхронізатор, групу з N регістрів, N елементів І, N суматорів, група елементів НЕ, входи запису групи регістрів, які об'єднані з входом запуску аналогоцифрового перетворювача та підключені до першого виходу синхронізатора, вихід переповнення кожного з яких підключений до однойменного інформаційного входу регістра, вхід аналогоцифрового перетворювача є входом пристрою, при цьому розрядні виходи аналого-цифрового перетворювача підключені до розрядних інформаційних входів групи регістрів і до входів елементів групи НЕ, виходи яких з'єднані з першими входами суматорів, другі входи яких підключені до однойменних виходів групи регістрів, вихід і-го (i=1,...,N) суматора з'єднаний з першим входом і-го елемента І, другі входи елементів І об'єднані і підключені до тактового виходу аналого-цифрового перетворювача, згідно з корисною моделлю додатково введений пристрій обчислення ковзного математичного сподівання, входи якого підключені до відповідних виходів аналого-цифрового перетворювача, а виходи пристрою обчислення ковзного математичного сподівання підключені до входів додатково введеного квадратора, виходи, якого підключені до паралельних входів додатково введених суматорів, послідовні входи яких підключені до інвертованих виходів додатково введених квадраторів, входи яких підключені до виходів елементів І, а виходи суматорів підключені до входів додатково введеного пірамідального суматора, вихід якого підключений до входу додатково введеного дешифратора, вихід якого є кодовим виходом пристрою. У формулі (4) додаткове введення пристрою обчислення ковзного математичного сподівання дозволяє обчислювати математичне сподівання, квадраторів - підносити значення до квадрату, суматорів - сумувати значення, дешефратора знаходити логарифм. Корисна модель ілюструється кресленням, де на фіг.1 показані графіки кореляційної функції (графік а) і функції еквівалентності (графік б) асимптотики оцінок автокореляційних мір ентропії згідно виразів (3) (графік в) і (4) (графік г). На фіг.2 зображена структурна схема пристрою: 1 - аналогово-цифровий перетворювач; 2 - група регістрів; 3 - синхронізатор; 4 - група елементів HЕ; 5 - суматори; 6 - елементи І; 7 - пристрій обчислення ковзного математичного сподівання; 8 - квадратор; 9 квадратори; 10 - група суматорів; 11 - пірамідаль 5 ний суматор; 12 - дешифратор; їх - значення автокореляційної міри ентропії. Пристрій працює наступним чином. На початку кожного циклу вимірювання на виході синхронізатора 3 формується короткий імпульс, по фронту наростання якого здійснюється зсув в групі регістрів 2, а по фронту спаду запуск аналого-цифрового перетворювача 1. При запуску аналого-цифрового перетворювача 1 його виходи скидаються в нульовий стан, що викликає появу одиничних потенціалів на перших входах двійкових суматорів 5. При цьому формуються поодинокі потенціали на тих виходах перенесення суматорів 5, які містять у своїх каскадах групи регістрів 2 коди, відмінні від нуля. На унітарному виході аналого-цифрового перетворювача 1 формується унітарний код поточного значення вхідного процесу. Одночасно з цим на аналогічних виходах аналогово-цифрового перетворювача 1 формується лінійна зростаюча послідовність двійкових кодів, останній з яких дорівнює поточному значенням вхідного процесу. В результаті в суматорах 5 проводиться порівняння кодів, що зберігаються в групі 2 і коду поточного відліку. Якщо значення відліку в j-му регістрі групи 2 менше від поточного значення (xi+jxi), то формування сигналу логічного нуля на виході j-ro суматора 5 не відбувається, за рахунок чого на вхід j-ro квадратора 9 надходить унітарний код значення Zi,j=xi. Значення з інверсних виходів квадраторів 9 подається на входи групи суматорів 10 і додається з доповнюючим кодом квадрату ковзного математичного сподівання, який формується на виході квадратора 8. Значення Мх визначається в пристрої для обчислення ковзного математичного сподівання 7, який працює, як показано в аналогу. В результаті в кожному N-му елементі суматора 10 формується результат додавання текучого інверсного коду квадратора 9 з доповнюючим кодом квадратора 8, що відповідає операції віднімання ква2 дратів M 2  Fx . При цьому оскільки M 2 завжди x x 2 , то результат операції завжди буде більший Fx додатній і представлений в прямому нормалізованому коді. Дані всіх суматорів додаються в пірамідальному суматорі 11 і поступають на вхід дешифратора 12, який виконує функцію цифрового логарифмування та округлення до більшого цілого. Вихід дешифратора 12 є кодовим виходом пристрою. 7 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 58743 8 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601