本发明涉及融合视讯技术领域，具体是涉及一种基于nfv的机顶盒云化框架及业务实现方法。
背景技术：
随着5g和光宽发展、超高清视频普及和增强现实(augmentedreality，ar)/虚拟现实(virtualreality，vr)技术的兴盛，大视频业务已成为继语音、数据之后的电信基础业务。在交互式网络电视(internetprotocoltelevision，iptv)或者互联网电视(overthetop)机顶盒上实现大视频业务的规模部署已成为家庭视讯业务的基本需求。大视频业务的高端应用决定了机顶盒必须具备强大的图形处理单元(graphicsprocessingunit，gpu)，以提供大视频业务所需的超高性能计算能力。然而，现有机顶盒由于受到体积、功耗、散热和成本等因素限制，其gpu计算能力严重不足，无法满足大视频实时渲染及交互要求。而开发部署新的机顶盒硬件设备的成本高、部署周期长，抑制了大视频技术和业务的创新速度。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于网络功能虚拟化(networkfunctionvirtualization，nfv)的机顶盒云化框架及业务实现方法，通过业务能力和硬件能力解耦，实现了机顶盒业务能力的虚拟化，满足大视频实时渲染及交互要求，无需开发部署新的机顶盒，降低大视频业务的建设成本，在传统机顶盒上实现新的大视频业务。
本发明提供一种基于nfv的机顶盒云化框架，其包括：
虚拟机顶盒，其南向对接至少一个虚拟机顶盒客户端且北向连接融合视讯平台和内容分发网络cdn平台，用于根据虚拟机顶盒客户端发出的内容源信息，将内容源信息对应的内容源转换为音视频数据；
设于实体机顶盒中的虚拟机顶盒客户端，其用于通过所述虚拟机顶盒接入融合视讯平台，接收并展示所述虚拟机顶盒回传的音视频数据。
在上述技术方案的基础上，所述虚拟机顶盒包括网络功能虚拟化nfv基础设施层以及基于nfv基础设施层的epg业务管理vnf和多个3d流化vnf；
所述nfv基础设施层基于gpu服务器集群；
所述epg业务管理vnf用于在实体机顶盒通过融合视讯平台认证后，对所述虚拟机顶盒客户端进行接入认证，并将epg界面推送给所述虚拟机顶盒客户端；根据所述虚拟机顶盒客户端所采集的内容源信息，为所述虚拟机顶盒客户端分配一个所述3d流化vnf，其中，所述内容源信息为用户在epg界面上选择的内容源信息，所述内容源信息对应于所述内容源；
所述3d流化vnf用于根据所述虚拟机顶盒客户端发出的用户操控命令，将获取的所述内容源转换为所述音视频数据后回传给对应的所述虚拟机顶盒客户端。
在上述技术方案的基础上，所述epg业务管理vnf包括：
终端接入管理模块，用于对所述虚拟机顶盒客户端进行接入认证并管理用户登录信息；
epg界面管理模块，用于将所述epg界面推送给所述虚拟机顶盒客户端，管理和维护所述epg界面上的所述内容源；
流化资源调度管理模块，用于对所有所述3d流化vnf进行管理、调度与控制。
在上述技术方案的基础上，所述虚拟机顶盒客户端与分配的所述3d流化vnf之间建立流化业务交互通道。
在上述技术方案的基础上，所述3d流化vnf包括：
业务应用模块，其用于运行所述内容源；
3d流化处理模块，其用于对所述内容源进行2d/3d图像采集、图像预处理和图像压缩编码，以及音频数据的捕获和压缩编码；
操控命令解析模块，其用于解析收到的所述用户操控命令，并发送到所述业务应用；
数据转发模块，其用于从所述虚拟机顶盒客户端接收所述用户操控命令并转发给所述操控命令解析模块；与所述虚拟机顶盒客户端建立所述流化业务交互通道，接收所述3d流化处理模块编码后的图像数据和音频数据，并通过所述流化业务交互通道转发到所述虚拟机顶盒客户端。
在上述技术方案的基础上，所述流化业务交互通道包括主通道、显示通道、音频通道、输入通道、usb重定向通道和光标通道；
所述主通道用于端到端之间链路的创建、监测和注销；
所述显示通道用于传递所述3d流化vnf编码后的图像数据；
所述音频通道用于传递所述3d流化vnf编码后的音频数据；
所述输入通道用于传递所述用户操控命令；
所述usb重定向通道用于传递所述虚拟机顶盒客户端所连接的usb设备的信息；
所述光标通道用于传递光标的位置信息及形状颜色信息。
在上述技术方案的基础上，所述显示通道通过传输层rtpoverquic/tcp协议承载，所述流化业务交互通道的其他通道通过tcp协议承载。
在上述技术方案的基础上，所述虚拟机顶盒客户端包括：
epg交互逻辑处理模块，其与所述epg业务管理vnf交互，用于进行所述接入认证、epg界面呈现和epg界面交互逻辑处理；
流化逻辑处理模块，其与所述3d流化管理vnf交互，用于对所述3d流化管理vnf编码的图像数据和音频数据进行接收、解密和解压后得到音视频数据，以及转发采集到的所述用户操控命令。
在上述技术方案的基础上，所述epg交互逻辑处理模块与所述epg业务管理vnf之间通过restful接口交互json格式的数据。
在上述技术方案的基础上，分配的所述3d流化vnf预先安装有所述内容源，或者根据所述内容源信息下载所述内容源。
在上述技术方案的基础上，所述虚拟机顶盒还包括基于所述nfv基础设施层的语音识别vnf。
本发明还提供一种使用上述基于nfv的机顶盒云化框架的大视频业务实现方法，所述方法包括以下步骤：
虚拟机顶盒根据虚拟机顶盒客户端的请求完成接入认证后，将epg界面推送给虚拟机顶盒客户端；
虚拟机顶盒客户端采集用户在epg界面上选择的内容源信息并发送到虚拟机顶盒，所述内容源包括大视频业务；
虚拟机顶盒将所述内容源信息对应的内容源转换为音视频数据后回传给虚拟机顶盒客户端，所述内容源是从融合视讯平台获取融合视讯平台。
在上述技术方案的基础上，在所述接入认证之前，所述方法还包括：
实体机顶盒启动，进行融合视讯平台认证；
所述融合视讯平台认证通过后，所述虚拟机顶盒客户端从融合视讯平台认证反馈消息中提取虚拟机顶盒连接地址和epg服务器地址，其中，虚拟机顶盒连接地址为大视频业务访问入口，epg服务器地址为传统iptv或者ott业务访问入口。
在上述技术方案的基础上，所述虚拟机顶盒包括nfv基础设施层以及基于nfv基础设施层的epg业务管理vnf和多个3d流化vnf；
所述虚拟机顶盒客户端软件启动时，依据所述虚拟机顶盒连接地址向所述epg业务管理vnf发起接入认证请求，如果接入认证通过，将所述epg页面推送给所述虚拟机顶盒客户端；否则，拒绝接入请求。
在上述技术方案的基础上，所述虚拟机顶盒客户端将所述用户选择的内容源信息发送到所述epg业务管理vnf；
所述epg业务管理vnf根据所述3d流化vnf的占用状态，为所述虚拟机顶盒客户端分配一个所述3d流化vnf，并将该3d流化vnf的地址发送到所述虚拟机顶盒客户端；
所述虚拟机顶盒客户端与分配的所述3d流化vnf之间建立流化业务交互通道，通过所述流化业务交互通道向所述3d流化vnf发送用户操控命令；
所述3d流化vnf根据所述内容源信息从融合视讯平台下载所述内容源，根据接收的所述用户操控命令，将内容源转换为音视频数据后回传给对应的所述虚拟机顶盒客户端；
所述虚拟机顶盒客户端对收到的所述音视频数据进行解密、解压后输出到实体机顶盒的显示屏。
与现有技术相比，本发明的优点为：虚拟机顶盒的nfv基础设施层(nfvinfrastructure，nfvi)的硬件采用gpu服务器集群，通过虚拟化管理软件kvm以及openstack平台协调访问gpu服务器上的所有物理设备，实现了虚拟gpu、虚拟交换机和虚拟存储等虚拟化资源，为上层提供虚拟运行环境，通过业务能力和硬件能力解耦，实现了实体机顶盒业务能力的虚拟化，无需开发部署新的实体机顶盒，降低大视频业务的建设成本。从业务创新角度，实体机顶盒云化框架可支持云游戏、云化虚拟现实、云化办公、云化教育等传统实体机顶盒无法实现的业务，真正打破业务发展壁垒，解决上亿端机顶盒上新业务的部署难题。
附图说明
图1是本发明第一实施例基于nfv的机顶盒云化框架的应用示意图；
图2是本发明第二实施例基于nfv的机顶盒云化框架中虚拟机顶盒的示意图；
图3是本发明第三实施例虚拟机顶盒和虚拟机顶盒客户端的示意图；
图4是本发明第六实施例基于nfv的机顶盒云化框架的大视频业务实现方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图1所示，本发明第一实施例提供一种基于nfv的机顶盒云化框架，其包括虚拟机顶盒和至少一个虚拟机顶盒客户端，该机顶盒云化框架应用于一种大视频业务系统，该业务系统包括终端、边缘云化层、网络分发层和应用管理层，其中，终端包括实体机顶盒以及在上面运行的虚拟机顶盒客户端，实体机顶盒可以是iptv机顶盒或者ott机顶盒，不作限定，边缘云化层包括虚拟机顶盒，网络分发层包括内容分发网络(contentdeliverynetwork，cdn)平台，应用管理层包括融合视讯平台，融合视讯平台通过业务运营支撑系统(business&operationsupportsystem，boss)与云服务支撑系统相连，云服务支撑系统可以是管理和编排系统(managementandorchestration，mano)。在本实施例中，融合视讯平台直接通过虚拟机顶盒对实体机顶盒进行接入认证，提供epg界面，以及通过内容分发网络cdn平台向虚拟机顶盒分发内容源。虚拟机顶盒南向对接至少一个虚拟机顶盒客户端，虚拟机顶盒客户端设于实体机顶盒中，虚拟机顶盒客户端用于通过虚拟机顶盒接入融合视讯平台，接收并展示虚拟机顶盒回传的音视频数据。图1中显示了一个实体机顶盒以及在上面运行的虚拟机顶盒客户端，在实际应用中，虚拟机顶盒可以同时对接多个终端。
参见图1和图2所示，虚拟机顶盒包括nfv基础设施层以及基于nfv基础设施层的epg业务管理虚拟网络功能(virtualnetworkfunction，vnf)和n个3d流化vnf，图1中仅显示了一个3d流化vnf。nfv基础设施层的硬件采用由多个gpu服务器构建的gpu服务器集群，软件采用虚拟化管理软件kvm以及openstack平台协调访问服务器上的所有物理设备，实现了虚拟gpu、虚拟交换机和虚拟存储等虚拟化资源，为上层提供虚拟运行环境。
虚拟机顶盒对视频类gpu处理性能要求较高，在一种实施方式中，单计算节点最低配置包括：intelxeone5-2650v4及以上的cpu；amdfirepros7150x2及以上性能显卡，支持vgpu特性，至少64gddr4；至少4g内存；硬盘120gssd，2000g3.5吋6gbsata。实体机顶盒的操作系统需支持android4.0，四核1.5ghz及以上cpu。
虚拟机顶盒的vnf由openstack平台进行管理，其中，openstack平台的glance组件管理虚拟机顶盒中各个vnf的虚拟机镜像文件，neutron组件为各个vnf建立基础虚拟网络，nova组件创建vnf实例，并对其生命周期进行管理。在本实施例中，内置epg业务管理软件的一个虚拟机作为epg业务管理vnf，内置3d流化软件的多个其它虚拟机作为3d流化vnf。
nfv技术通过软硬件解耦和功能抽象，使用x86等通用性硬件和虚拟化技术，来承载很多功能的软件处理，使网络设备功能独立于专用硬件，充分灵活共享和调度资源，从而降低网络的设备投入资金，大大缩短通信运营商的开发新设备时间，实现盈利目标。nfv还可以基于实际业务需求实现安排部署自动化、弹性伸缩、故障隔离和自动诊断和修复等。依托nfv技术，将实体机顶盒的gpu渲染以及智能处理能力等转移到虚拟化网络上，该网络架构可支持大视频应用创新部署，增强端到端网络的电信级管理能力，提升客户感知。
epg业务管理vnf用于在实体机顶盒通过融合视讯平台认证后，对虚拟机顶盒客户端进行接入认证，并将epg界面推送给虚拟机顶盒客户端；根据虚拟机顶盒客户端所采集的内容源信息，为虚拟机顶盒客户端分配一个3d流化vnf，其中，内容源信息为用户在epg界面上选择的内容源信息。epg管理vnf可以通过两种方式对外提供服务，(1)以httpservice方式为实体机顶盒提供epg界面操控接口服务；(2)以可视化操作门户(portal)为运维人员提供配置和信息维护服务。
3d流化vnf用于根据虚拟机顶盒客户端发出的用户操控命令，将获取的内容源转换为音视频数据后回传给对应的虚拟机顶盒客户端。分配的3d流化vnf预先安装有内容源，或者根据内容源信息下载内容源。
具体的，实体机顶盒启动时进行融合视讯平台认证。融合视讯平台认证通过后，虚拟机顶盒客户端从融合视讯平台认证反馈消息中提取虚拟机顶盒连接地址和epg服务器地址，其中，虚拟机顶盒连接地址为大视频业务访问入口，epg服务器地址为传统iptv或者ott业务访问入口。
虚拟机顶盒客户端软件启动时，依据虚拟机顶盒连接地址向epg业务管理vnf发起接入认证请求，如果接入认证通过，将epg页面推送给虚拟机顶盒客户端；否则，拒绝接入请求。
虚拟机顶盒客户端采集用户在epg页面上选择的内容源信息，发送给epg业务管理vnf，epg业务管理vnf查询3d流化vnf的占用情况，选择空闲的3d流化vnf下载该内容源，同时将该3d流化vnf的ip地址和端口号发送给虚拟机顶盒客户端。
在本发明第一实施例的基础上，本发明第二实施例提供一种基于nfv的机顶盒云化框架，参见图2所示，基于nfv的机顶盒云化框架包括n个3d流化vnf(3d流化vnf-1，3d流化vnf-2，......，3d流化vnf-n)，epg业务管理vnf管理多个3d流化vnf，epg业务管理vnf包括终端接入管理模块、epg界面管理模块和流化资源调度管理模块。
终端接入管理模块用于对虚拟机顶盒客户端进行接入认证并管理用户登录信息，包括为用户提供用户信息维护、登录认证和服务授权等服务。
epg界面管理模块用于将epg界面推送给虚拟机顶盒客户端，管理和维护epg界面上的内容源，该epg界面可以是统一的epg界面。
流化资源调度管理模块用于对所有3d流化vnf进行管理、调度与控制，具备按业务种类进行不同资源分配能力，提供对用户终端的资源占用状态的管理与控制。例如，流化资源调度管理模块可以基于内容源信息和3d流化vnf的占用状态，为虚拟机顶盒客户端分配一个3d流化vnf。
虚拟机顶盒客户端与分配的3d流化vnf之间建立流化业务流化业务交互通道。
参见图2所示，基于nfv的机顶盒云化框架包括n个3d流化vnf，每个3d流化vnf均包括业务应用模块、3d流化处理模块、操控命令解析模块和数据转发模块。
业务应用模块运行内容源，可以运行大视频应用，例如游戏、vr/ar视频等。
3d流化处理模块用于对内容源进行2d/3d图像采集、图像预处理和图像压缩编码，以及音频数据的捕获和压缩编码。3d流化vnf支持h.264、h.265视频编码以及aac音频编码，3d流化处理模块对业务应用输出的视频进行采集和图像预处理后，按照终端匹配的能力进行压缩编码，如h.264或者h.265编码，同时捕获音频脉冲编码调制(pulsecodemodulation，pcm)数据并进行高级音频编码(advancedaudiocoding，aac)压缩编码。
操控命令解析模块用于解析虚拟机顶盒客户端发出的用户操控命令，并发送到业务应用模块。用户操控命令包括用户通过i/o设备(例如遥控器、鼠标、键盘、游戏手柄、体感游戏手柄和陀螺仪等)发出的操控指令。
数据转发模块用于通过流化业务交互通道从虚拟机顶盒客户端接收用户操控命令并转发给操控命令解析模块；接收3d流化处理模块编码后的图像数据和音频数据，并通过流化业务交互通道转发到虚拟机顶盒客户端。
在本发明第二实施例的基础上，本发明第三实施例提供一种基于nfv的机顶盒云化框架，流化业务交互通道包括主通道、显示通道、音频通道、输入通道、usb重定向通道和光标通道。
其中，主通道用于端到端之间链路的创建、监测和注销，显示通道用于传递3d流化vnf编码后的图像数据，音频通道用于传递3d流化vnf编码后的音频数据，输入通道用于传递用户操控命令，usb重定向通道用于传递虚拟机顶盒客户端所连接的usb设备的信息，通过usb映射方式实现实体机顶盒和虚拟机顶盒的人机交互，使需要更多外设支持的业务能够在实体机顶盒上运行。光标通道用于传递光标的位置信息及形状颜色信息。具体的，显示通道通过传输层rtp(remotedesktopprotocol，远程桌面协议)overquic(quickudpinternetconnection，快速udp互联网连接)协议承载，满足时延要求并支持可靠性传输，其他通道通过tcp(transmissioncontrolprotocol，传输控制协议)协议承载。
在本发明第三实施例的基础上，本发明第四实施例提供一种基于nfv的机顶盒云化框架，参见图3所示，虚拟机顶盒客户端包括epg交互逻辑处理模块和流化逻辑处理模块。
epg交互逻辑处理模块与epg业务管理vnf交互，用于进行接入认证、epg界面呈现和epg界面交互逻辑处理。epg交互逻辑处理模块与epg业务管理vnf之间通过restful接口(representationalstatetransfer，具象状态传输)交互json格式的数据。
流化逻辑处理模块与3d流化管理vnf交互，用于对3d流化管理vnf编码的图像数据和音频数据进行接收、解密和解压得到音视频数据，以及转发采集到的用户操控命令。
虚拟机顶盒客户端与分配的3d流化vnf之间建立流化业务交互通道，其中，数据转发模块作为流化业务交互通道的服务器端，流化逻辑处理模块作为流化业务交互通道的客户端，完成控制消息和数据消息的收发。
流化逻辑处理模块将解密和解压得到的音视频数据发送到epg交互逻辑处理模块进行展示，将epg交互逻辑处理模块采集到的用户操控命令通过流化业务交互通道中的输入通道转发到数据收发模块。
在一种实施方案中，epg交互逻辑处理模块可采用androidapk，其中视图view层实现用户登录、用户管理、服务器连接界面、内容源列表、内容源详情、内容源搜索、画面质量设置、自动调速、网路测速、时延测试和测试界面。用户登录、用户管理、内容源列表和内容源详情通过逻辑处理presenter层和epg业务管理vnf交互，逻辑处理presenter层实现用户管理和epg界面操作逻辑。内容源运行的epg界面通过流化逻辑处理模块连接3d流化管理vnf。
在本发明第四实施例的基础上，本发明第五实施例提供一种基于nfv的机顶盒云化框架，虚拟机顶盒中除了3d流化vnf和epg管理vnf，还可以按实体机顶盒云化业务要求增加vnf，参见图1所示，虚拟机顶盒还包括基于nfv基础设施层的语音识别vnf，epg业务管理vnf对语音识别vnf进行管理、调度与控制。
参见图4所示，本发明第六实施例提供一种使用上述基于nfv的机顶盒云化框架的大视频业务实现方法，本方法包括以下步骤：
s110.实体机顶盒启动，进行融合视讯平台认证。融合视讯平台认证通过后，虚拟机顶盒客户端从融合视讯平台认证反馈消息中提取虚拟机顶盒连接地址和epg服务器地址，其中，虚拟机顶盒连接地址为大视频业务访问入口，epg服务器地址为传统iptv或者ott业务访问入口。
s120.虚拟机顶盒根据虚拟机顶盒客户端的请求完成接入认证后，将epg界面推送给虚拟机顶盒客户端。步骤s120具体包括：
虚拟机顶盒客户端软件启动时，依据虚拟机顶盒连接地址向epg业务管理vnf发起接入认证请求，如果接入认证通过，将epg页面推送给虚拟机顶盒客户端；否则，拒绝接入请求。
在本发明实施例中，该接入认证请求携带有该机顶盒用户的账户认证信息。由于机顶盒绑定机顶盒原有的电视节目的条件接收身份识别信息(conditionaccessid，caid)，而机顶盒用户的账户认证信息是根据caid和解密密钥并采用某种加密算法计算得到，因此，机顶盒用户的账户认证信息具有唯一性。
s130.虚拟机顶盒客户端采集用户在epg界面上选择的内容源信息并发送到虚拟机顶盒，内容源包括大视频业务。
s140.虚拟机顶盒将内容源信息对应的内容源转换为音视频数据后回传给虚拟机顶盒客户端，内容源是从融合视讯平台获取的。融合视讯平台
虚拟机顶盒包括nfv基础设施层，以及基于nfv基础设施层的epg业务管理vnf和多个3d流化vnf。在本发明第六实施例的基础上，本发明第七实施例提供一种大视频业务实现方法，虚拟机顶盒客户端通过接入认证之后，大视频业务实现方法具体包括以下步骤：
s210.虚拟机顶盒客户端将用户选择的内容源信息发送到epg业务管理vnf。
s220.epg业务管理vnf根据3d流化vnf的占用状态，为虚拟机顶盒客户端分配一个3d流化vnf，并将该3d流化vnf的地址发送到虚拟机顶盒客户端。具体的，epg业务管理vnf查询3d流化vnf的占用情况，选择空闲的3d流化vnf下载该内容源，同时将该3d流化vnf的ip地址和端口号发送给虚拟机顶盒客户端。在其他的实施例中，3d流化vnf中的内容源也可以采用预装的方式部署。
s230.虚拟机顶盒客户端与分配的3d流化vnf之间建立流化业务交互通道，通过流化业务交互通道向3d流化vnf发送用户操控命令。
s240.3d流化vnf根据内容源信息从融合视讯平台下载内容源，根据接收的用户操控命令，将内容源转换为音视频数据后回传给对应的虚拟机顶盒客户端。
具体的，3d流化vnf对接收的用户操控命令进行解析，操作大视频业务运行的同时，对运行数据进行采集、压缩和编码，形成与实体机顶盒硬件能力匹配的音视频数据，通过显示通道和音频通道发送到虚拟机顶盒客户端。
s250.虚拟机顶盒客户端对收到的音视频数据进行解密、解压后输出到实体机顶盒的显示屏。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。