N位信号的最大动态范围是多少?

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2022-02-21 16:40:43

在幻灯片 15 的演示中,有一个推论:

经验法则:暗噪声必须大于 0.5

推论:使用 N 位数字信号,您只能提供*) N+1 位动态范围。

*) 如果您使用无损压缩,则可以

他们举了一个例子:

示例:具有 11 位动态范围的 102f 相机在 Mono8 模式下只能提供 9 位。使用 Mono16!

为什么是 N+1?8 位信号如何提供 9 位动态范围?

3个回答

从演示文稿来看,他们似乎使用的动态范围定义可能与典型情况略有不同。通常,正如维基百科关于该主题的文章,动态范围定义为:

dynamic range=largest possible representable valuesmallest possible representable value

对于位(无符号)信号,这等于:N

dynamic range=2N11=2N1

然而,他们对动态范围的讨论穿插了对量化噪声的讨论。因此,我假设他们将动态范围定义为:

dynamic range=largest possible representable valuelargest possible quantization error

对于这样一个均匀量化的量,最大量化误差等于一个比特的一半。这导致了一个动态范围:

dynamic range=2N10.5=2(2N1)

以这种方式测量时,额外的因子 2 使“动态范围”大约增加 1 位。我认为这就是位动态范围位数字化信号的含义。NN+1

您使用的动态范围值似乎是以 2 为底的对数(请参阅动态范围文章)。

位编码信号的最佳可能值为或仅位。位编码(没有任何压缩),不可能有超过位的 DR 。N2N:1NNN

“以 dB 为单位的动态范围”的定义是 S/N dB 加上余量的 dB 之和。

现在,如果您假设信号的 PDF 具有与隐含的量化噪声相同的均匀分布(其中一个已将较长的词量化为这些N位),则以 dB 为单位的动态范围为20log10(2N)=20log10(2)N6.02N.

如果您假设信号是正弦曲线(因此它具有正弦曲线 PDF),那么您会增加 1.76 dB,我认为。正弦达到一个电平(该电平是“轨道”减去 dB 净空)比具有相同最大幅度的均匀 PDF(如三角波)响亮 1.76 dB。