嵌入式Linux下高清機(jī)頂盒SI模塊優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

許瑩瑩，劉賢華

（重慶郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，重慶 400065）

0 引言

在世界范圍內(nèi)，伴隨著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的廣播電視技術(shù)迅速發(fā)展，各式各樣的電視節(jié)目也應(yīng)運(yùn)而生。同時(shí)與之而來的眾多附加服務(wù)，三網(wǎng)融合的網(wǎng)絡(luò)趨勢，也使得建立在高清數(shù)字電視廣播系統(tǒng)上的終端承載體——高清機(jī)頂盒，面臨著用戶更多的需求[1]。其中SI（Service Infor?mation）模塊是高清機(jī)頂盒中最具核心的基本模塊之一，是數(shù)字電視解析數(shù)據(jù)、EPG應(yīng)用功能的基礎(chǔ)，并且完成了對PSI/SI節(jié)目特定信息的接收、解析、存儲(chǔ)、維護(hù)和檢索等功能的實(shí)現(xiàn)。因此根據(jù)當(dāng)前主流嵌入式機(jī)頂盒的設(shè)計(jì)向模塊化及層次化方向發(fā)展，對SI模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅能夠縮短機(jī)頂盒新產(chǎn)品的開發(fā)和調(diào)試周期，同時(shí)也能提高節(jié)目接收完整性與高效性[2]，給用戶交互使用留下良好的印象。

1 SI模塊優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

1.1 采用多模塊劃分

由于高清機(jī)頂盒數(shù)據(jù)量需求很大，除了提高硬件本身解碼的速度外，還要對軟件模塊進(jìn)行重新劃分，以提高代碼的運(yùn)行效率，降低CPU的負(fù)荷[2]。SI模塊的軟件架構(gòu)與在各模塊的劃分如圖1所示。圖中虛線中所包含的Demux/Filter，Data Analysis，Section Management，Builder即為機(jī)頂盒軟件SI模塊所包含的部分。

其中Demux/Filter中定義了驅(qū)動(dòng)接口，并對解復(fù)用時(shí)Channel（通道）管理以及過濾器Filter的設(shè)置。它與硬件平臺(tái)相關(guān)性有關(guān)，屬于直接調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)及硬件接口部分。Data Analysis與Section Management是兩個(gè)獨(dú)立的模塊，Data Analysis負(fù)責(zé)解析數(shù)據(jù)包Section，而Section Management負(fù)責(zé)Section包的管理，它們之間不相互通信，而是通過OtherModule里面的數(shù)據(jù)庫將信息進(jìn)行交互[3]。Builder模塊是數(shù)據(jù)搜索模塊，當(dāng)上層UI用戶發(fā)出請求時(shí)，通過Builder模塊，得到程序起始調(diào)用接口，搜索到音視頻和其他節(jié)目有關(guān)信息。

1.2 數(shù)據(jù)解析處理方式

在SI數(shù)據(jù)解析過程中，即對Section包的過濾和接收，并得到PSI/SI各種信息表，依次解析出每個(gè)表中的內(nèi)容，并存入數(shù)據(jù)庫，供上層調(diào)用。在傳統(tǒng)的解析處理中，采用的是主動(dòng)式接收。主動(dòng)式接收是在接收表的過程中，當(dāng)回調(diào)函數(shù)發(fā)出用戶使用的Request時(shí)，解析模塊根據(jù)Table_id去請求此表的Section，直至一張表接收完整，才存入SI數(shù)據(jù)庫中。在用戶不斷調(diào)用請求下，解析模塊主動(dòng)地去請求所要使用的表。但這種主動(dòng)式的處理方式，容易造成數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫緩慢，延遲用戶使用請求。

在本文中采用一種新型的被動(dòng)式接收方法。被動(dòng)式接收的方法是采用添加Capture（捕獲）的方式。在解析模塊將數(shù)據(jù)返回給用戶時(shí)，當(dāng)消息驅(qū)動(dòng)到來，Demux將接收的Section存入管理后，就在解析過程中添加一個(gè)Cap?ture，將所得到的全部的捕獲項(xiàng)進(jìn)行接收，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。若有用戶Request時(shí)，則訪問數(shù)據(jù)庫即可獲得。若有更新時(shí)，則根據(jù)版本號的比較，刪除過期的Capture即可。圖2為被動(dòng)式接收添加捕獲數(shù)據(jù)流程圖。

2 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)

SI數(shù)據(jù)庫中表的種類繁多，數(shù)據(jù)量大且關(guān)系比較復(fù)雜。但是機(jī)頂盒的CPU資源有限，傳統(tǒng)的方法是使用鏈表來處理數(shù)據(jù)，由于處理過程復(fù)雜，導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間過長，影響用戶的使用[2]。在本文中，筆者對高清機(jī)頂盒引入新型嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite3，能很好地解決上述問題，并提高對數(shù)據(jù)進(jìn)行各種操作的速度。綜合考慮SI數(shù)據(jù)庫與PSI/SI信息格式匹配，以及建立索引管理的好處，設(shè)計(jì)了一種將索引管理與樹狀鏈表相結(jié)合的存儲(chǔ)方式。

如圖3所示，在索引管理中，線性索引表不包含其他的SI信息，只包含Service的3個(gè)標(biāo)識(shí)信息（Original_Net?work_Id，Transport_Stream_Id，Service_Id），分別是指向復(fù)用流（TS流）、業(yè)務(wù)（service）的指針。這3個(gè)節(jié)目標(biāo)識(shí)符，用于在SI數(shù)據(jù)庫初始化索引表時(shí)，定位節(jié)目信息的位置。3個(gè)信息指針，有利于快速找到TS流信息、Service信息、節(jié)目事件信息。從而利用索引表，可以快速實(shí)現(xiàn)節(jié)目信息的編排、刪除及更改。并且SI信息內(nèi)容是按照Net?work（網(wǎng)絡(luò)）、Transport Stream（傳輸流）、Service（業(yè)務(wù)）、Event（事件）的順序進(jìn)行分層描述。

2.2 數(shù)據(jù)庫的管理

引入的SQLite數(shù)據(jù)庫，具有輕巧、操作方便的特點(diǎn)，是一個(gè)對所有應(yīng)用程序可用，且功能強(qiáng)勁的輕型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫引擎。對于業(yè)務(wù)信息中的圖片和文字其都是以“0”和“1”的形式存到Flash中，因此文件存儲(chǔ)采取二進(jìn)制形式的優(yōu)點(diǎn)是操作方便、快捷，且占用較小的內(nèi)存空間。另外，在SQLite3中定義了操作二進(jìn)制的內(nèi)部接口函數(shù)，更利于對SI數(shù)據(jù)庫的各種操作。

在加載內(nèi)存Flash數(shù)據(jù)時(shí)，可以通過預(yù)先讀取TS信息和Service信息，得知占用內(nèi)存的大小[3]，然后根據(jù)此信息創(chuàng)建一個(gè)稍大的內(nèi)存緩沖池，用于保存數(shù)據(jù)庫信息。當(dāng)內(nèi)存緩沖池空間不足時(shí)，再去動(dòng)態(tài)申請內(nèi)存。這種內(nèi)存分配方式可以盡量避免內(nèi)存碎片[4]，同時(shí)也避免內(nèi)存緩沖池容量大小不足的問題。

3 SI模塊優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本課題是高清機(jī)頂盒DEMO項(xiàng)目中的一部分，筆者課題研究所在的公司是重慶市指定的高清數(shù)字電視機(jī)頂盒開發(fā)商。該SI模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)是在該公司自主研發(fā)的高清解碼芯片SIC8008的平臺(tái)上測試實(shí)現(xiàn)的?；诒疚奶岢龅那度胧絃inux下的高清機(jī)頂盒SI模塊優(yōu)化設(shè)計(jì)的架構(gòu)，筆者完成了部分模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明其優(yōu)化效果較好，性能穩(wěn)定。

在圖4可以看出，在搜索節(jié)目時(shí)有手動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)搜索方式，當(dāng)用戶終端使用時(shí)，使用該模塊開始搜索節(jié)目信息。

圖5為根據(jù)主網(wǎng)所發(fā)送的頻點(diǎn)及數(shù)據(jù)流，經(jīng)過SI模塊接收、解析、存儲(chǔ)后，將接收的節(jié)目加以統(tǒng)計(jì)，考慮接收的數(shù)據(jù)完整性（接收節(jié)目數(shù)與接收時(shí)間的比值），得出的結(jié)果比較圖。由圖5可以看出，由于高清頻道主要集中在403～503 MHz頻段中，可以看出優(yōu)化后接收的高清節(jié)目的完整性，達(dá)到98%以上，明顯高于優(yōu)化前1個(gè)百分點(diǎn)。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過程中，內(nèi)存的占用非常合理，在節(jié)目信息量大的情況下，內(nèi)存占用會(huì)比較大，但不會(huì)影響機(jī)頂盒等正常運(yùn)行。

4 小結(jié)

在介紹了嵌入式Linux下高清機(jī)頂盒SI模塊的系統(tǒng)架構(gòu)的前提下，分析了SI模塊設(shè)計(jì)要求。優(yōu)化設(shè)計(jì)方案克服了傳統(tǒng)SI模塊開發(fā)時(shí)的復(fù)雜度，接口調(diào)用的不統(tǒng)一、不開放、代碼模塊劃分不清、效率較低的弱點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目中取得良好的效果，具有適應(yīng)性好，穩(wěn)定，效率高的優(yōu)點(diǎn)。

[1] 閆書元.數(shù)字高清技術(shù)與高清機(jī)頂盒設(shè)計(jì)淺談[C]//2005國際有線電視技術(shù)研討會(huì)論文集.杭州：[s.n.]，2005：45-56.

[2] 徐登，鄭世寶，金薦.一種優(yōu)化的機(jī)頂盒SI引擎的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù)，2005，29（5）：13-15.

[3] 韓銳，鄧浩江，曾學(xué)文.一種可移植的機(jī)頂盒SI模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2009（27）：9-11.

[4]彭銳，于鴻祥，張萍.嵌入式Linux下高清數(shù)字機(jī)頂盒軟件設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2010，34（9）：52-53.