浅谈音视频ADC在动态范围上的应用

ADC作为模拟与数字信号转换的渠道，是当下数字信号的主要来源之一。随着短视频平台、AR/VR的兴起，产出音视频图像内容已经与我们息息相关了，对音视频ADC的各项指标提出了新的要求，尤其是在动态范围这一关键指标上。

音频用ADC

在音频DAC中，由于调制方式和采样率的原因，24bit到32bit的ADC如今已经成了常客。虽然提升1bit就会意味着更高的功耗，但对于音频这种原本转换与处理和转换就属于低功耗的应用，位深自然是越高越好。而且音频ADC厂商们都会采用一些结构设计，用于进一步提升ADC的动态范围。

TI作为音频转换器大厂，在收购了Burr-Brown后，陆续推出了一系列音频ADC和DAC产品。以PCM1820-Q1为例，该立体声ADC可以实现113dB的动态范围。但在音频总线串行接口选择Slave模式下，PCM1820-Q1可以开启动态范围增强器（DRE），将动态范围进一步提升至123dB。 这是因为TI在PCM1820-Q1上加入了前端DRE增益放大器，可在安静和嘈杂的环境中捕捉到高保真的远场音频信号，根据输入信号自动调整放大器的增益，如此才能达到123dB的最大动态范围。再者就是AKM的AK5578这类多通道叠加的设计，比如AK5578在正常模式下的动态范围为121dB，但通过8合一模式下的叠加，就能达到130dB的超高动态范围。

图像与视频用ADC

图像与视频中用到的ADC往往与CMOS息息相关，有的厂商会选择片外ADC这样灵活程度更高的方案，也有像索尼这样采用EXMOR技术为CMOS集成片上ADC的方案，这样一来不仅减少了传输噪声，也提高了AD转换的速度。 对于用在图像或视频的ADC来说，动态范围也是至关重要的，但位深倒不是他们关注的主要参数。

由于人眼、显示器和视频源本身的限制，我们日常生活中对于位深的感知其实并不强。所以在视频领域，往往只有一些特种相机的CMOS会用到16bit以上的ADC，比如天文黑白相机或是工业面阵相机。 比如海康机器人的1.51亿像素CoaXPress面阵相机，就用到了索尼的IMX411 CMOS，片上搭载了16bit ADC。

相比12bit或14bit的ADC，16bit ADC能够生成更高的采样分辨率。除此之外，图像领域常用于描述动态范围的档位，其实是和位深度同样的概念。比如某摄像设备使用16bit的ADC，那么该设备的最大动态范围就只有16档。 也是因为如此，在消费级的产品中，使用高位深ADC是没有意义的，因为传感器本身能够捕捉到的视频动态范围可能就不到14档，而且增加位深也会相应增加处理器和图像传感器的功耗，所以图像传感器用到的ADC位深基本都是基于捕捉静态图像的最大动态范围来设计的。

不过随着图像传感器技术的进一步演进，动态范围的进一步提升，也在HDR的呼声越来越高的趋势下，未来10位以下的ADC可能会被图像与视频市场逐渐淘汰。

编辑：黄飞