淺談音視頻ADC在動態(tài)范圍上的應(yīng)用

ADC作為模擬與數(shù)字信號轉(zhuǎn)換的渠道，是當下數(shù)字信號的主要來源之一。隨著短視頻平臺、AR/VR的興起，產(chǎn)出音視頻圖像內(nèi)容已經(jīng)與我們息息相關(guān)了，對音視頻ADC的各項指標提出了新的要求，尤其是在動態(tài)范圍這一關(guān)鍵指標上。

音頻用ADC

在音頻DAC中，由于調(diào)制方式和采樣率的原因，24bit到32bit的ADC如今已經(jīng)成了?？汀ｋm然提升1bit就會意味著更高的功耗，但對于音頻這種原本轉(zhuǎn)換與處理和轉(zhuǎn)換就屬于低功耗的應(yīng)用，位深自然是越高越好。而且音頻ADC廠商們都會采用一些結(jié)構(gòu)設(shè)計，用于進一步提升ADC的動態(tài)范圍。

TI作為音頻轉(zhuǎn)換器大廠，在收購了Burr-Brown后，陸續(xù)推出了一系列音頻ADC和DAC產(chǎn)品。以PCM1820-Q1為例，該立體聲ADC可以實現(xiàn)113dB的動態(tài)范圍。但在音頻總線串行接口選擇Slave模式下，PCM1820-Q1可以開啟動態(tài)范圍增強器（DRE），將動態(tài)范圍進一步提升至123dB。 這是因為TI在PCM1820-Q1上加入了前端DRE增益放大器，可在安靜和嘈雜的環(huán)境中捕捉到高保真的遠場音頻信號，根據(jù)輸入信號自動調(diào)整放大器的增益，如此才能達到123dB的最大動態(tài)范圍。再者就是AKM的AK5578這類多通道疊加的設(shè)計，比如AK5578在正常模式下的動態(tài)范圍為121dB，但通過8合一模式下的疊加，就能達到130dB的超高動態(tài)范圍。

圖像與視頻用ADC

圖像與視頻中用到的ADC往往與CMOS息息相關(guān)，有的廠商會選擇片外ADC這樣靈活程度更高的方案，也有像索尼這樣采用EXMOR技術(shù)為CMOS集成片上ADC的方案，這樣一來不僅減少了傳輸噪聲，也提高了AD轉(zhuǎn)換的速度。 對于用在圖像或視頻的ADC來說，動態(tài)范圍也是至關(guān)重要的，但位深倒不是他們關(guān)注的主要參數(shù)。

由于人眼、顯示器和視頻源本身的限制，我們?nèi)粘Ｉ钪袑τ谖簧畹母兄鋵嵅⒉粡?。所以在視頻領(lǐng)域，往往只有一些特種相機的CMOS會用到16bit以上的ADC，比如天文黑白相機或是工業(yè)面陣相機。 比如海康機器人的1.51億像素CoaXPress面陣相機，就用到了索尼的IMX411 CMOS，片上搭載了16bit ADC。

相比12bit或14bit的ADC，16bit ADC能夠生成更高的采樣分辨率。除此之外，圖像領(lǐng)域常用于描述動態(tài)范圍的檔位，其實是和位深度同樣的概念。比如某攝像設(shè)備使用16bit的ADC，那么該設(shè)備的最大動態(tài)范圍就只有16檔。 也是因為如此，在消費級的產(chǎn)品中，使用高位深A(yù)DC是沒有意義的，因為傳感器本身能夠捕捉到的視頻動態(tài)范圍可能就不到14檔，而且增加位深也會相應(yīng)增加處理器和圖像傳感器的功耗，所以圖像傳感器用到的ADC位深基本都是基于捕捉靜態(tài)圖像的最大動態(tài)范圍來設(shè)計的。

不過隨著圖像傳感器技術(shù)的進一步演進，動態(tài)范圍的進一步提升，也在HDR的呼聲越來越高的趨勢下，未來10位以下的ADC可能會被圖像與視頻市場逐漸淘汰。

編輯：黃飛

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