中国第一代快速辐射传输模拟系统建立 纳祥科技：揭秘音频传输S

中国第一代快速辐射传输模拟系统建立 纳祥科技：揭秘音频传输SPDIF与I2S的对比与应用， 

中国第一代快速辐射传输模拟系统建立

岁末年初，气科院灾害天气国家重点实验室卫星团队（以下简称卫星团队）首席科学家翁富忠，早已锚定新一年目标——继续优化具有自主知识产权的中国第一代快速辐射传输模拟系统（Advanced Radiative Transfer Modeling System，以下简称ARMS），并在中国气象局自主研发的数值预报系统CMA-GFS中全面取代欧洲RTTOV模式作为卫星资料同化的核心观测算子。

2018年4月，卫星团队应运而生，在翁富忠的带领下，围绕发展中国第一代快速辐射传输模式这一核心工作，不断破解卫星遥感仪器定标、天气预报卫星应用、数值预报卫星资料同化和生态环境监测等重点应用领域中的核心科学技术问题。近年来，在融入辐射传输领域重要科学进展的基础上，于2019年成功自主研发建立了ARMS。

不同于美国CRTM和欧洲RTTOV模式，ARMS使用极化二流近似和矢量离散坐标法作为辐射传输模式的核心求解方案，在散射和发射大气下求解斯托克斯辐射分量，还针对国产气象卫星仪器光谱响应函数，设计了精确的快速大气透射率计算方案，建立了完整的大气光谱数据集，实现风云卫星不同载荷各通道快速吸收系数的计算。

团队与浙江大学、复旦大学、南京大学、中山大学等高校合作，建立了完整的气溶胶、云粒子散射数据库，实现在全天候条件下红外及微波大气探测仪快速高精度的辐射传输计算，并可扩展到可见光及紫外波段，以满足更多仪器的应用需求。

上海区域模式中基于ARMS实现了风云卫星微波资料的同化应用。卫星团队制作

此外，ARMS还完善了海洋、陆面发射率理论模型和数据集，着重发展红外陆面及海冰红外和微波发射率理论模型和数据集以增强“三极”地区复杂地表状况下的应用能力。ARMS为我国风云卫星发展提供了关键理论技术，为中国气象局地球系统数值预报模式提供了重要技术支撑。

每一颗卫星升空，团队成员都会感到格外兴奋。一方面抓紧消化新的卫星资料，另一方面则对用得不好的资料进行质量控制。在翁富忠眼里，所有卫星数据都很珍贵，具有足够的可利用空间。当前，ARMS正与CMA-GFS集成，以期用中国自己的观测算子实现同化风云卫星微波和红外大气探测仪数据。利用ARMS对每种仪器类别的不确定性进行充分表征之后，团队还将对CMA-GFS中的卫星资料质量控制和偏差校正方案进行完善。

团队还计划将ARMS耦合到我国多个资料同化系统中，在上海、广东等地区域数值预报模式下开展风云卫星资料同化试验，用于改进台风、暴雨预报。

除服务天气预报领域，ARMS还应用于卫星遥感反演和生态环境遥感监测等重点应用领域，为我国防灾减灾、生态文明建设、“一带一路”提供坚实基础保障，贡献中国气象工作者的智慧与担当。

在卫星遥感反演方面，团队以ARMS为观测算子，构建场景自适应的一维变分算法反演大气三维热力结构。区别于已有的1DVAR算法，新算法中加入了背景场和观测算子误差矩阵，提高对不同天气条件的自适应能力，以优化强散射条件下的反演效果。相关成果已开发成全球场景自适应的变分反演系统（GSDART），并投入国家气象中心业务使用。

ARMS在风云卫星全球大气温湿度廓线反演中的应用。卫星团队制作

在服务生态文明建设方面，针对风云卫星传感器载荷特性，团队开展高精度的大气订正算法研究，以此为基础开展水体、水质和水环境的卫星监测反演应用。基于机器学习算法发展多源卫星产品衔接技术，为植被指数、陆表温度等生态和气候产品长时间序列数据集的建立打下了坚实基础。

在国家卫星气象中心、云南省及安徽省气象局的项目支持下，团队建立了精细化、动态化和智能化的重点湖泊蓝藻水华监测评估系统，为蓝藻水华信息提取、强度评估、时空变化特征分析等监测评估业务提供支撑。在国家卫星气象中心、广西壮族自治区和山东省气象局生态项目支持下，团队针对“山水林田湖草”等生态类型建立精细化、动态化和智能化的生态气象评估遥感应用分系统，实现高精度森林植被状况和森林生态评估。

2021年，团队获批承建科技部国家重点研发计划地球观测与导航专项项目，在未来4年的执行周期里，将在现有ARMS基础上深化海气耦合基础理论，聚焦大气海洋一体化参数反演和预报，达到“以中国自己发展的快速辐射传输模式支撑中国气象海洋卫星一体化应用”这一目标。

如今，ARMS已与CRTM和RTTOV模式共同成为支撑卫星资料数据同化及产品研发和应用的核心技术。对于整个团队而言，充分发挥风云气象卫星综合应用效益，开创ARMS应用合作新格局，为世界贡献中国气象智慧，是摆在面前永恒的课题。

中国气象报社 出品

编辑：木有

图片：中国气象科学研究院

审核：段昊书

来源：中国气象报

发布于：北京


纳祥科技：揭秘音频传输SPDIF与I2S的对比与应用

我们常被悦耳音乐所打动，偶尔也会思考：这些美妙音频是如何传输的？

实际上，音频是通过一系列复杂而精细的步骤传输的：声音采集与存储→音频信号处理→音频输出与感知。

最终的声音再现离不开数字音频接口协议。

数字音频接口协议是指在数字音频系统中用于传输音频数据的标准化规定，是确保声音信号能够被正确传输和处理的关键，常见的数字音频接口协议有SPDIF、I2S、PDM、PCM等。

不同的数字音频接口协议各有特点。今天，纳祥科技与大家一起详细了解SPDIF和I2S。

（一）SPDIF：数字音频的“桥梁”

SPDIF（Sony/Philips Digital Interconnect Format），也写为S/PDIF，是由Sony和Philips公司开发的数字音频接口标准，目前已成为众多音频设备间传输高质量音频信号的重要桥梁。

▲SPDIF接口展示

⑴SPDIF传输方式

就传输方式而言，SPDIF分为输出（SPDIF OUT）和输入（SPDIF IN）两种。

⑵SPDIF传输载体

就传输载体而言，SPDIF又分为同轴和光纤两种，它们可传输相同的信号，但载体和接口外观不同。

①同轴传输：使用同轴电缆进行信号传输。这种方式适合较短距离的传输，并且使用75 Ω 阻抗的同轴线以及RCA接头。

②光纤传输：采用光纤进行信号传输，具有抗干扰能力强、接口灵活等优点。光纤传输不需要考虑接口电平及阻抗问题，因此更适用于长距离传输，并且逐渐成为主流。

▲纳祥科技NX8420：S/PDIF至TX 输入

⑶SPDIF传输优势

SPDIF传输具有多种优势：

①无损音频传输

SPDIF基于数字信号传输，能够实现无损音频传输，保持高质量的音频信号。

②抗干扰能力强

同轴SPDIF传输具有接口灵活且抗干扰能力更强的优势。

③低延迟

SPDIF具有低延迟的特性，确保音频和视频同步，并避免任何不必要的延迟。

④传输频带较宽

优质的同轴电缆频宽可达几百兆赫，数字同轴传输的时基误差非常小，对音质有较好的表现。

⑤多声道音频支持

SPDIF支持多声道音频格式，如Dolby Digital和DTS，尤其在家庭影院系统中，能实现引人入胜的环绕声体验。

⑥广泛的兼容性

SPDIF具有广泛的兼容性，适用于不同的音频设备和格式，实现音频系统的各个组成部分之间的无缝合作。

⑷SPDIF应用场景

SPDIF往往被用来传输压缩过的音频讯号，它由 IEC 61937标准而定制。它通常被用在支持杜比技术或DTS 环绕效果的家用DVD影院上，不分正负。

（二）I2S：音频IC间的“内部高速路”

I2S（Inter-IC Sound）是一种广泛应用于数字音频传输的串行接口标准。如果说SPDIF是音频设备间的“外交官”，那么I2S就是数字音频IC之间的“内部高速路”，在音频IC间构建起一条畅通无阻的数据通道。

▲I2S接口展示

⑴I2S的基本信号线

I2S有3个主要信号：

①时钟线（Continues Serial Clock，SCK）：SCK线提供了同步音频数据传输的时钟信号。确定了数据传输的速度和时序。该时钟也称为Bit Clock（BCLK）。

SCK的频率=2x采样频率x位宽

②左/右声道线（Left-Right Clock，LRCK）：LRCK线指示了当前传输的是左声道的音频数据还是右声道的音频数据。它被称为帧同步信号。

LRCK的频率=采样频率

③数据线（Serial Data，SD）：SD线用于传输实际的音频数据。数据的位宽可以根据具体应用而变化，通常为16位或32位。

TX方向为：Serial Data Out（SDOUT）

RX方向为：Serial Data In（SDIN）

⑵I2S传输优势

I2S传输具有多种优势：

①数据和时钟信号分离

I2S设计中数据信号和时钟信号通过独立的导线传输，这种分离避免了因时差诱发的失真，提高了音频传输质量。

②高音质传输

I2S支持高分辨率音频传输，最高可支持32位音频数据，确保音质不受损失。

③同步传输

I2S采用同步传输方式，通过时钟线同步数据传输，帧同步线指示数据帧的起始，保证数据传输的准确性。

④灵活的数据传输格式

I2S支持不同的数据格式，如飞利浦I2S标准、MSB和LSB对齐标准以及PCM标准，适应不同的音频数据传输需求。

⑤全双工/半双工支持

I2S支持全双工和半双工通信，允许数据在两个方向上传输，提供通信的灵活性。

⑥主/从模式支持

I2S支持主/从模式，可以作为主设备提供时钟信号，或作为从设备响应主设备的时钟信号，适用于多种系统架构。

⑶I2S应用场景

I2S接口在各个应用场景中都发挥了重要作用。无论是音频编解码器、数字信号处理器、音频控制器、嵌入式系统、消费电子产品、汽车音响系统还是专业音频设备，I2S接口均能提供高质量、稳定的音频数据传输。

▲I2S应用示例图

SPDIF和I2S都是数字音频技术的关键发展。随着技术提升，这两种接口在优化与融合中，为用户带来更纯净、真实的音频。