嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite在數(shù)字電視EPG系統(tǒng)中的應(yīng)用

孫萍萍

(杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310018)

0 引言

數(shù)字電視能夠?yàn)橛脩籼峁?shù)倍于模擬電視的節(jié)目數(shù)量，電子節(jié)目指南(Electronic Program Guide，EPG)可以幫助用戶從眾多的節(jié)目中找到自己感興趣的節(jié)目，是數(shù)字電視機(jī)頂盒必備的功能。

目前國內(nèi)較多機(jī)頂盒開發(fā)方案不能支持Flash文件系統(tǒng)，需要開發(fā)人員在存取數(shù)據(jù)時(shí)直接對Flash塊(Block)進(jìn)行讀寫，不利于EPG數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。支持Flash文件系統(tǒng)的機(jī)頂盒開發(fā)方案中，一般以鏈表的結(jié)構(gòu)來組織EPG數(shù)據(jù)，由于EPG相關(guān)的SI表種類繁多，相互關(guān)系復(fù)雜，數(shù)據(jù)量大，而機(jī)頂盒CPU資源有限，使得數(shù)據(jù)處理時(shí)間長，實(shí)時(shí)性差，導(dǎo)致用戶體驗(yàn)效果不好［1］。

嵌入式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是近幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)比較新的數(shù)據(jù)管理技術(shù)，它以傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)為基礎(chǔ)，并結(jié)合嵌入式環(huán)境的具體特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對嵌入式設(shè)備上的數(shù)據(jù)進(jìn)行方便、統(tǒng)一的管理。目前嵌入式數(shù)據(jù)庫技術(shù)已經(jīng)從研究領(lǐng)域逐步走向廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，并顯示出其優(yōu)越性［2］。

SQLite是完全開源的嵌入式數(shù)據(jù)庫，由C語言實(shí)現(xiàn)，易于移植，系統(tǒng)開銷小，筆者將其移植到MIPS平臺之上，實(shí)現(xiàn)了在機(jī)頂盒軟件中嵌入SQLite數(shù)據(jù)庫，可提高系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的效率，節(jié)省處理數(shù)據(jù)時(shí)所占用的資源。

1 嵌入式數(shù)據(jù)庫

嵌入式數(shù)據(jù)庫是指運(yùn)行在本機(jī)上、不用啟動(dòng)服務(wù)端的輕型數(shù)據(jù)庫，這種數(shù)據(jù)庫嵌入到了應(yīng)用程序進(jìn)程中，與應(yīng)用程序緊密集成，被應(yīng)用程序所啟動(dòng)，并伴隨應(yīng)用程序的退出而終止［3］。嵌入式數(shù)據(jù)庫的這種獨(dú)特運(yùn)行模式允許嵌入式數(shù)據(jù)庫通過SQL來輕松管理應(yīng)用程序數(shù)據(jù)，而且占用的系統(tǒng)資源較少。最終用戶不用維護(hù)數(shù)據(jù)庫，甚至感受不到數(shù)據(jù)庫的存在。

1.1 嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite

SQLite是D.Richard Hipp用C語言編寫的開源嵌入式數(shù)據(jù)庫引擎。它是完全獨(dú)立的，沒有外部依賴性;體積很小，完整配置也不過250 kbyte;支持多數(shù)SQL92標(biāo)準(zhǔn)，可以在所有主要的操作系統(tǒng)上運(yùn)行，并且支持大多數(shù)計(jì)算機(jī)語言;支持大小高達(dá)2 Tbyte的數(shù)據(jù)庫，每個(gè)數(shù)據(jù)庫完全存儲(chǔ)在單個(gè)磁盤文件中，而且可以在不同字節(jié)順序的計(jì)算機(jī)之間自由共享;支持ACID(原子的、一致的、獨(dú)立和持久的)事務(wù)［4］。

1.2 SQLite架構(gòu)分析

SQLite內(nèi)部由 SQL編譯器(SQL Compiler)、內(nèi)核(Core)、后端(Backend)以及附件(Accessionies)幾個(gè)組件組成，如圖1所示。

SQL語句通過接口(Interface)進(jìn)入到SQL編譯器，由標(biāo)記處理器(Tokenizer)分解成分析器(Parser)可以識別的各個(gè)標(biāo)志符，然后由分析器重新組合標(biāo)志符，并調(diào)用代碼生成器(Coder Generator)生成虛擬機(jī)器碼，交由虛擬機(jī)去執(zhí)行，最終完成SQL語句制定的任務(wù)。虛擬機(jī)(Virtual Machine)是SQLite內(nèi)部結(jié)構(gòu)的核心，不僅完成與數(shù)據(jù)操作相關(guān)的全部操作，而且還是客戶和磁盤存儲(chǔ)之間信息進(jìn)行交換的中間單元。數(shù)據(jù)庫按照B－Tree的形式存儲(chǔ)在磁盤上，通過可調(diào)整的頁面緩沖(Pager)獲得對數(shù)據(jù)的快速查找和存儲(chǔ)，為了在POSIX和WIN32之間提供一些可移植性，SQLite 提供了一個(gè)操作系統(tǒng)接口［5］(OS Interface)。

圖1 SQLite內(nèi)部架構(gòu)

1.3 SQLite主要接口

SQLite目前最新版本是 SQLite 3.7.3，提供了 83 個(gè)API接口，在本文中用到的主要接口有sqlite3_open，sqlite3_close，sqlite3_prepare，sqlite3_step，sqlite3_finalize［5］等，各接口的使用方法可參見參考文獻(xiàn)［5］。

2 EPG簡介

EPG為用戶收看電視節(jié)目和享受信息服務(wù)提供了一個(gè)良好的導(dǎo)航機(jī)制，使用戶能夠方便快捷地找到自己關(guān)心的節(jié)目，查看節(jié)目的附加信息。

2.1 EPG主要功能

EPG應(yīng)包含以下基本功能［6］:

1)節(jié)目單;

2)當(dāng)前節(jié)目播放。

EPG還可以包含以下高級功能(可選):

1)節(jié)目附加信息，如節(jié)目情節(jié)介紹等;

2)節(jié)目分類，按節(jié)目內(nèi)容進(jìn)行分類，如體育、影視等;

3)節(jié)目預(yù)定，在節(jié)目單上預(yù)約一段時(shí)間之后將要播放的節(jié)目，屆時(shí)自動(dòng)播放;

4)家長分級控制，對節(jié)目內(nèi)容進(jìn)行分級控制。

2.2 EPG數(shù)據(jù)來源

EPG信息必須通過TS流中的SI進(jìn)行傳送。通過SI中的NIT，PAT，PMT，SDT，EIT 可以獲得 EPG 所需的基本信息［6］。

如圖2所示，通NIT可以獲取整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的頻點(diǎn)參數(shù)，通過PAT，PMT，SDT可獲得當(dāng)前頻點(diǎn)各頻道的頻道參數(shù)，通過EIT可獲得各頻道的節(jié)目單和當(dāng)前正在播放的節(jié)目信息。這些信息之間是有關(guān)聯(lián)的，比如要獲得某個(gè)節(jié)目的頻點(diǎn)信息，可以通過該節(jié)目的TS_ID和ON_ID在頻點(diǎn)參數(shù)表中查詢獲得，要獲得某個(gè)節(jié)目的節(jié)目單，可以通過serviceID在節(jié)目單列表中進(jìn)行查詢。在這些信息之間進(jìn)行組合，可以實(shí)現(xiàn)EPG的各種功能。

圖2 EPG數(shù)據(jù)來源示意圖

3 使用SQLite建立EPG數(shù)據(jù)庫

本文硬件開發(fā)環(huán)境采用MIPS BCM7405平臺，其應(yīng)用框圖如圖3。軟件平臺使用嵌入式Linux操作系統(tǒng)和yaffs2文件系統(tǒng)。要在嵌入式平臺上使用SQLite需要對SQLite進(jìn)行交叉編譯，交叉編譯SQLite的資料很多，在此不再贅述。

圖3 開發(fā)平臺應(yīng)用框圖

3.1 EPG軟件模塊設(shè)計(jì)

EPG信息主要來源于TS流中的PSI和SI表，因此要實(shí)現(xiàn)EPG功能必須進(jìn)行PSI和SI的過濾和解析。網(wǎng)絡(luò)頻點(diǎn)參數(shù)和頻道列表在頻道搜索過程中即可生成，而且不會(huì)經(jīng)常發(fā)生改變，所以可以把頻道搜索抽離為一個(gè)獨(dú)立的功能模塊。而EIT又分EIT pf(記錄當(dāng)前和下一節(jié)目信息)和EIT schedule(記錄一段時(shí)間的節(jié)目單)，可能會(huì)隨時(shí)發(fā)生更新，因此EIT和其他表的接收策略不同。在本文的軟件設(shè)計(jì)方案中，數(shù)字電視模塊啟動(dòng)后將創(chuàng)建一個(gè)后臺線程，在該線程中一直對EIT進(jìn)行接收，軟件通過所接收到的section中service_id字段來判斷其屬于哪個(gè)頻道，通過version_num字段來判斷某個(gè)頻道的當(dāng)前節(jié)目或節(jié)目單是否更新，通過 section_num，last_section_num，segment_last_section_num來判斷某個(gè)頻道的當(dāng)前節(jié)目或節(jié)目單是否接收完畢。對于EPG數(shù)據(jù)庫的查詢，則是提供了一套EPG數(shù)據(jù)查詢API，用于從EPG數(shù)據(jù)庫中獲得所需要的數(shù)據(jù)。EPG軟件模塊關(guān)系如圖4所示。

圖4 EPG軟件模塊關(guān)系圖

3.2 創(chuàng)建表和索引

EPG數(shù)據(jù)庫將創(chuàng)建三個(gè)表，分別為Transponder，Service和EIT。其中Transponder中存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，Service中存儲(chǔ)節(jié)目參數(shù)，EIT中存儲(chǔ)節(jié)目單列表，EIT也是三個(gè)表中最龐大的一個(gè)。通過sqlite3_prepare和sqlite3_step等接口的調(diào)用執(zhí)行創(chuàng)建表和索引的SQL語句來實(shí)現(xiàn)表和索引的創(chuàng)建。

Transponder表的結(jié)構(gòu)如表1，以TS_ID和ON_ID為唯一索引。

表1 表Transponder結(jié)構(gòu)

創(chuàng)建Transponder表和索引的SQL語句如下:

Service表的結(jié)構(gòu)如表2，以TS_ID，ON_ID，SvcID為唯一索引。

表2 表Service結(jié)構(gòu)

創(chuàng)建Service表和索引的SQL語句如下:

表EIT的結(jié)構(gòu)如表 3，以 TS_ID，ON_ID，svcID，evtID為唯一索引。其中source表示是當(dāng)前/下一節(jié)目還是節(jié)目單，evtData采用BLOB類型，記錄事件詳細(xì)信息。

表3 表EIT結(jié)構(gòu)

創(chuàng)建EIT表和索引的SQL語句如下:

3.3 表的插入與更新

表Transponder和表Service在頻道搜索時(shí)即可生成，其中數(shù)據(jù)較為固定，不會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化，在執(zhí)行過一次頻道搜索后不需進(jìn)行更新，直至檢測到頻道參數(shù)發(fā)生變化或再次執(zhí)行頻道搜索操作。而節(jié)目單是會(huì)隨時(shí)發(fā)生變化的，所以表EIT需要在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行創(chuàng)建或清空，在播放過程中需進(jìn)行插入和更新。

通過sqlite3_prepare、sqlite3_bind_* 和sqlite3_step等接口的調(diào)用執(zhí)行SQL的INSERT語句來實(shí)現(xiàn)表和索引的創(chuàng)建。比如向EIT表中插入一條記錄需要執(zhí)行如下SQL語句:

該語句通過sqlite3_prepare接口進(jìn)行編譯，其中的“?”作為占位符，調(diào)用sqlite3_bind_*接口將對應(yīng)的參數(shù)一個(gè)個(gè)傳入，調(diào)用sqlite3_step執(zhí)行該語句。

3.4 表的查詢

EPG功能中大部分是對EPG信息的查看，因此EPG數(shù)據(jù)庫的查詢操作是用得最多的。比如從EIT表中獲取某個(gè)頻道(以svcID為100為例)某個(gè)時(shí)間段(以aaa～bbb為例)的節(jié)目單，需要執(zhí)行如下SELECT語句:

通過調(diào)用 sqlite3_prepare，sqlite3_step，sqlite3_column_bytes，sqlite3_column_blob，sqlite3_column_int等接口可以獲取到一個(gè)事件的列表，其中的evtData包含有事件信息，將其中的內(nèi)容通過界面進(jìn)行展示即可實(shí)現(xiàn)節(jié)目單查看的功能。

4 結(jié)論

本文將嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite用在數(shù)字電視機(jī)頂盒的EPG系統(tǒng)中，介紹了使用SQLite對EPG數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的方法。通過實(shí)際驗(yàn)證表明，將SQLite引入到數(shù)字電視EPG系統(tǒng)中是可行的，并且SQLite提供的數(shù)據(jù)庫接口非常豐富，不但把開發(fā)人員從復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理中解放出來，而且使得實(shí)現(xiàn)EPG功能的方法更加靈活多樣。隨著高檔電子消費(fèi)品的快速發(fā)展，能夠?qū)σ曨l、音頻、文字、圖像進(jìn)行存儲(chǔ)和快速檢索的嵌入式數(shù)據(jù)庫會(huì)成為研究的熱點(diǎn)［7］，在數(shù)字電視終端中引入嵌入式數(shù)據(jù)庫將是必然趨勢，SQLite等較成熟的嵌入式數(shù)據(jù)庫將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。

［1］張東勝.DMB－T/H數(shù)字電視接收端系統(tǒng)的構(gòu)建［D］.天津:天津大學(xué)，2007:49－55.

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［3］趙鵬，周余，王自強(qiáng)，等.基于Linux2.6和SQLite的手機(jī)地址簿的實(shí)現(xiàn)［J］.電子測量技術(shù)，2009，32(6):61－64.

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