在了解视频处理之前，我们需要了解图像的基本组成部分：像素，即“图像元素”。每个像素都是真实图像的一个采样点，照片就是这些采样点的集合。单位面积像素越多，分辨率越高，显示的画面就会接近真实物体。
我们通常所说的Mega Pixels（缩写为MP）指的是“一百万像素”，通常用来表示相机的分辨率。例如，假设相机的分辨率为 1200 万像素。拍摄的最高像素照片大约有行4000个像素、列3000个像素。总计约为4000×3000=12,000,000像素，即12MP。现在主流电视普遍支持1080P视频源。
摄影的过程实际上就是将光信号转换为电信号的过程。在数码摄影过程中，外界光线通过镜头照射到传感器芯片上。传感器芯片将图像分解为数百万个像素。传感器测量每个像素的颜色和亮度kaiyun全站网页版登录，并将其转换为数字信号作为代码。例如“010101010...”。这样，实际图像就变成了数字的集合。由于原始图片的尺寸通常很大，为了方便传输，视频处理芯片不断对其进行压缩编码，以方便传输和存储。
相机处理流程：
1.镜头：收集外部景物发出的光线。
2、传感器芯片：传感器芯片将外部图像分解为数百万像素，转换为电信号，并传递到模数转换器将其转换为数字信号。
3、视频处理芯片：接受传感器传输的数字信号并进一步处理，如压缩、编码等。
因此，传感器芯片（将光信号转换为电信号）和视频处理芯片（主要处理数字信号）是图像处理最重要的两个电子元件。
CMOS传感器逐渐取代CCD传感器成为主流
传感器芯片主要有两类：电荷耦合器件（CCD，Charge-Coupled Device）和CMOS传感器（CIS，CMOS Image Sensor）。 CCD于1969年发明，1975年正式应用于相机领域。CMOS的出现则相对晚了十年。
随着CMOS成像技术的不断完善，CIS凭借低功耗、小体积、高帧率（有利于拍摄动态图像）等优势，逐渐占领民用消费电子等领域的市场，而CCD则因它的图像质量。在卫星、医疗等专业领域仍占有一席之地，但已逐渐失去大部分市场份额。鉴于CIS的市场份额已超过99%。本文主要讨论CIS的行业现状。
2.1 CIS行业技术发展及趋势——科技得天下
芯片作为最高端的电子元件，一直受到技术迭代的驱动，而CIS是芯片中比较高端的产品。因此，历来是科技者得天下，领先效应日益明显。凭借在相机领域强大的技术储备和领先地位，索尼近年来一直处于领先地位，其在CIS市场份额不断扩大，从2015年的38%上升到2016年的42%。
CIS主要分为传统（前照式）CIS和背照式CIS。
在传统的前照式CIS中，光线依次经过片上透镜、彩色滤光片和金属电路，最后光线被光电二极管接收。由于金属电路会影响光线，最终只有80%或更少的光线被聚光二极管吸收，折旧影响图像质量。
背照式CIS改变了结构，交换了金属电路和光电二极管的位置，让光线依次穿过片上透镜、彩色滤光片和光电二极管。这样就减少了金属线对管道的干扰，从而增加了进光量，减少了噪点，对于光线不足的场景效果更加明显。索尼平衡了量产工艺和成本问题，于2009年将背照式CIS商业化。
在背照式CIS的基础上，各家公司开发了新技术：
2013年，为了解决相邻像素模块之间相互干扰的问题，三星开发了ISOCELL技术，在相邻像素模块之间插入金属隔离层，使每个像素模块能够吸收更多的光线，大幅提升图像质量。随后三星在ISOCELL的基础上推出了ISOCELL Plus的升级版，将金属隔离层改为日本富士胶片提供的特殊材料，进一步减少金属对光线的干扰，灵敏度提升15%。目前ISOCELL PLUS技术主要应用于大像素产品，例如分辨率为20MP以上的传感器。
2017年，索尼继背照式CIS之后发明了业界首款三层堆叠式CIS。该传感器在传统堆叠传感器的光敏层（光电二极管）和金属电路之间添加了 DRAM 存储层。添加DRAM存储层用于临时存储数据，类似于计算机的内存。可以提高整体数据读写速度，对于捕捉高速动态物体有很好的效果。
2018年，索尼推出了带有模拟数字转换器（ADC）模块的CIS，以解决图像失真问题。传统CIS需要逐行读取和传输感光模块，这会导致图像焦平面失真。索尼的新品在传统感光层下面铺设了ADC层，可以同时读取感光模块，完美解决了图像失真问题。感光层与ADC之间采用铜-铜Cu-Cu连接，一个传感器中使用的铜-铜连接器多达300万个。
可见CIS的技术门槛非常高，微架构的改进都是在纳米级别。半导体制造也需要足够的技术水平来配合设计理念。因此，索尼和三星在CIS方面都采用IDM模式（Integrated Device Manufacturing，全产业链模式），即拥有一整套的设计、制造、封装技术。
通过在技术上的不断探索，索尼和三星已经逐渐占据了CIS市场份额的前两位。目前，两大巨头占据了60%以上的市场份额。
2.2 CIS市场概况
根据IC Insights 2016数据，2016年全球图像传感器市场规模约为116亿美元，预计到2021年将达到170亿美元，CAGR=10.3%，销量CAGR=13.6%。我们的预测数据高于IC Insight，详见2.3节。
CIS市场高度集中，龙头（索尼）份额进一步增加。 2016年，排名前四的公司占据了全球76%的市场份额，分别是索尼（42%）、三星（18%）、豪威/豪威（12%）、安森美半导体（6%）。之前各大厂商的侧重点各有不同。索尼和三星主要专注于消费电子应用，而安森美在汽车电子方面具有优势。
2.3下游需求将保持旺盛
过去十年，CIS最大的推动力是智能手机的普及。未来十年，我们认为多摄像头手机、无人驾驶汽车、安防、医疗、机器人等行业的应用比例将逐步提升，持续带动下游需求。
从左下图可以看出，自从智能手机兴起以来，CIS的出货量曲线基本贴合了智能手机的出货量曲线。 2013年之前，主要由智能手机驱动。虽然2013年后手机增长趋势放缓，但由于安防、智能汽车、物联网等其他应用的兴起，CIS的增长曲线仍能维持之前的增长趋势。 。
多重摄影或将成为行业趋势
尽管智能手机出货量趋于稳定，但双摄甚至多摄手机再次提振了CIS需求。目前，配备双摄像头的手机主要是2000元以上的手机。据第三方数据显示，2017年全球双摄手机渗透率达到8%-10%，我们预计未来三年渗透率有望达到50%甚至更高。也就是说，大部分2000元价位手机以及相当比例的1000元价位手机都标配了双摄像头。仅此一项，以每年15亿部手机出货量计算，将在未来三年内带动额外7亿部CIS需求。
2018年，华为率先推出了三摄像头旗舰手机P20 Pro。国外厂商Light推出了配备9个摄像头的原型机。在智能手机创新不足的情况下，相机是为数不多能做文章的突破之一。
3D传感将增加对红外CMOS图像传感器的需求
3D传感是未来人机交互的重要入口之一。据AMS预测，2017年3D传感市场规模为1亿欧元。未来五年，3D传感市场CAGR=44%，2022年将达到8亿欧元。目前，由于成本和技术原因，3D传感应用大部分在工业领域。随着产品技术的不断发展，未来四年电子/汽车/工业领域的CAGR将分别为74%/45%/13%。到2022年，预计60%以上的下游应用将在消费电子领域。
未来，3D传感应用将从手机延伸至汽车、智能家居、可穿戴设备等领域。主要应用有：
目前，3D传感主要有三种技术路径：结构光、TOF（Time of Flight）和双目测距（Stereo Vision）。其中，双目测距所需算法量太大，对硬件资源要求较高。目前，业界主要关注结构光和ToF。
从上表可以看出，3D传感中对红外摄像机或红外传感器的需求最大。
随着AR应用的发展，未来手机的3D传感配置将从前置扩展到后置。 ToF传感技术的识别距离可达4~5m，远远超出结构光识别距离（一般在1m以内）。因此，我们分析未来后置3D传感技术路径将以ToF为主。例如，微软游戏机Xbox One中的Kinect就采用了ToF技术解决方案。
基于智能手机出货量和3D传感前/后置渗透率，我们预计未来三年3D传感带动的红外CIS需求量为7000万台/1.79亿台/3.5亿台，同比分别增长600% 。 /255%/196%。
汽车无疑是继手机之后最大的CIS应用场景之一。
预计到2021年，汽车CIS在所有应用中的比例将从2015年的3%增加到14%，成为增长最大的下游应用。
预计到2020年，每辆车的摄像头数量将从目前的1.23个持续增加至2.2个。2017年，全球车载摄像头出货量约为1.2亿台，汽车产量约为9700万台，全球平均车载摄像头数量约为1.2亿台。每辆车配备的摄像头约为1.23个。随着各国对交通安全的重视（例如美国从2018年5月开始要求所有新车必须配备后视摄像头，到2019年范围将扩大到所有卡车和公共汽车）以及汽车普及率ADAS增加，未来车辆的平均摄像头数量预计将继续增加。
一台相机对应一台CIS。基于以下假设，我们预计未来三年汽车CIS的需求量：
全球汽车产量年均增长4%
每辆ADAS车辆配备5个摄像头，1个后视摄像头+4个环视摄像头
普通汽车都配有摄像头
结论：预计未来三年车载CIS（前装市场）需求量分别为1.4亿台、1.8亿台、2.4亿台，增速分别达到21%、28%、33%。到2020年，车辆中的平均摄像头数量将达到2.2个。上述估计略显保守。高端ADAS车型平均拥有5个以上摄像头。例如，特斯拉配备了8个摄像头。
多摄像头智能手机、3D传感和自动驾驶汽车三驾马车正在推动CIS
综上所述，我们预测CIS将驱动最大的三种车辆：多摄像头智能手机、3D传感和无人驾驶汽车（前装市场）。未来三年CIS需求将分别达到34亿和39亿。 1亿颗和45亿颗，同比分别增长12%、15%和15%。
视频处理芯片——计算机视觉芯片将成为主流
视频处理芯片的主要功能是处理上行CIS传输过来的数字信号。例如，由于传输带宽有限，需要对图像进行压缩、编码等处理，传输完成后，在后端对图像进行解压恢复。在此过程中kaiyun.ccm，视频处理芯片处理算法的好坏直接决定了图像后端显示的清晰度，其重要性可见一斑。
目前预计全球视频处理芯片市场规模约为30亿美元，其中安防领域约为5亿美元。预计到2022年整体收入将达到55亿美元，四年复合年增长率约为16%，其中汽车占比最大（74%），达到41亿美元；证券占第二大份额（20%），达到11亿美元。
我们认为以下几方面将持续推动视频处理芯片的发展：
终端视频设备数量持续增加。随着芯片的小型化和性能提升，越来越多的终端可以提供高质量的视频，例如智能手机、平板电脑、可穿戴设备、安防摄像头、无人机等。手机、汽车等数据请参考我们在第 2 章中进行了分析。
在安防领域，我们预计2017年全球网络摄像头芯片出货量将达到1亿颗左右，其中专业安防占70%，消费安防占30%。未来安防市场CAGR预计为15%。到2022年，网络摄像头芯片总体数量预计将达到2.01亿颗。
图像处理质量能力提升->ASP提升。终端产品支持的图像质量逐渐提高，从最早的480P->720P->1080P->4K（UHD，超高清）。终端屏幕显示能力的提升反过来带动源图像质量的提升，也带动芯片处理能力的提升。
视频压缩能力需要加强->ASP改进。对于家用摄像机来说，压缩视频可以延长摄像机的电池寿命和记录工作时间。我们看到了纯无线电池摄像头的出现，代表产品：亚马逊门铃，其待机时间长达6个月。对于专业安防领域来说，可以节省传输带宽，因此芯片的视频压缩能力就变得至关重要。
例如视频芯片现在普遍从H.264编码格式升级为H.265编码方式。与H.264相比，H.265只需要原H.264编码一半的带宽就可以传输相同质量的视频，同时还节省一半的存储空间。
功能模块增加->ASP改进。在个人消费领域，消费者将视频从终端传输到智能手机或社交网站随时分享，而在专业领域，视频将传输到云端进行存储和分析。这就要求芯片具备无线通信能力，即蓝牙或者wifi模块。
添加计算机视觉功能->改进ASP。计算机视觉是指能够自动分析、处理、识别图像中内容的芯片。例如停车场车牌自动识别、自动驾驶中左右交通线识别防止车道偏离、人脸识别等。
带有计算机视觉模块的视频处理芯片将逐渐占据主流市场，目标领域是边缘。将计算机视觉处理能力置于边缘可以 1) 降低带宽需求 2) 降低云存储成本 3) 加快响应时间
代表产品：海康威视500万星光级1/2.7" CMOS ICR昼夜半球网络摄像机。其主要特点有：
主要视频芯片厂商
4.1 全球CIS相关企业
下面我们对比一下国内外CIS厂商的主流高端产品：
从传感器尺寸、有效像素、帧率等三大主要参数来看，索尼在CIS领域依然领先全球。例如索尼2018年7月发布的最新IMX586，拥有业界最高水平的4800万像素，传感器尺寸为1/2英寸。高达4800万像素的图像依然可以达到每秒30帧的水平，性能相当强悍。三星和豪威科技紧随其后。虽然中国厂商的产品与一流厂商相比还存在较大差距，但已逐渐向中低端渗透。
索尼-CIS市场份额42%
起源于日本，主营业务为电子产品开发，业务领域横跨消费电子、专业电子、游戏、金融、娱乐等。众所周知，索尼长期占据相机市场的主导地位与其掌握强大的CIS核心部件技术。 2017年，其半导体营收占集团总营收的10%，达到72亿美元。主要产品包括CIS（营收45亿美元，约占半导体营收的60%）、VCSEL（用于3D传感核心部件）、电视投影芯片、OLED等，多次发布革命性的CIS技术，如3D堆叠（详见2.1节），牢牢占据相机领域高端市场。
三星电子 - CIS 市场份额 18%
韩国最大的消费电子产品和电子元件制造商和全球最大的信息技术公司。 2017年，受益于内存价格景气周期，存储龙头三星电子超越英特尔，成为最大的半导体公司。 2017年，三星电子总营收为2139亿美元，其中半导体营收为663亿美元，占总营收的31%。 CIS 收入约为 20 亿美元。
Omnivision（北京浩威科技）——CIS市场份额12%
豪威科技成立于1995年，是数字图像处理解决方案的领先提供商。它原本是一家美国纳斯达克上市公司，2016年初被中国财团以19亿美元收购。公司主营业务为CMOS图像传感技术。
截至2017年底，豪威主要财务数据如下（人民币）：总资产143.7亿元；净资产90.89亿元；收入90.5亿元；净利润27.7亿元。
2018年7月14日，韦尔发布公告称，拟以现金收购北京豪威1.97%的股权。预计收购价格为260-3亿元人民币。我们预计Vail未来将增持股份。
中国资本收购豪威将有助于填补中国在独联体领域的空白。收购前，豪威属于CIS第一集团，市场份额仅次于索尼和三星。豪威的专利数量从豪威的技术储备也可以看出，国外专利数量（我们分析的主要是中国）已经超过了美国。如果中国资本能够利用好豪威科技的技术储备，依托中国庞大的市场，豪威科技将占据中国半导体产业链的重要一环。
安森美半导体——CIS市场份额6%
安森美半导体（纳斯达克股票代码：ON）提供全系列的节能电源管理、模拟、传感器、逻辑、定时、互连、分立、片上系统 (SoC) 和定制器件。
格科威-未上市
公司成立于2003年，是国内领先的图像传感器芯片设计公司，主要服务于全球移动设备和消费电子市场。目前，公司主要从事CMOS图像传感器、LCD驱动器、高端嵌入式多媒体SOC芯片及应用系统的设计、开发和销售。荣获中国半导体行业协会颁发的“2017中国十强集成电路设计企业奖”。
国内第一颗量产的CMOS图像传感器芯片、第一颗基于BSI技术的500万像素CMOS图像传感器芯片、第一颗基于BSI技术的200万像素CMOS图像传感器芯片均来自格科。
4.2 图像处理芯片相关厂商
华为海思是国内芯片龙头企业，在专业安全领域占据了50%以上的市场份额。从下面的产品性能对比可以看出，高端Hi3559芯片在专业安防领域并不比国外产品差。安霸新产品CV2的主要卖点是搭载神经网络（DNN）的计算机视觉功能，可以自动识别边缘场中的物体；英特尔收购的Movidius芯片在性能和功耗方面有更好的平衡，目标市场是可穿戴设备、无人机等领域；中国富瀚微在高清视频处理方面颇具竞争力，已成功进入国内一流安防市场，并积极在汽车前装领域进行验证。
华为海思——专业安全芯片市场份额超50%
作为中国大陆领先的半导体设计公司，海思2017年营收达到387亿元，同比增长27.7%。海思深耕半导体行业20余年，拥有200多种芯片、5000多项专利。在以智能手机为代表的移动通信领域，海思麒麟系列芯片无论是处理器速度、基带（全网通模式、上行/下行下载速度）、工艺等参数，都已成功跻身国际一线芯片行列。 。输给了国外一线厂商。
在安全领域，根据我们的市场调研，海思在专业安全领域（即对芯片性能要求最高的领域）占据了全球50%以上的市场份额，其产品已广泛应用于海康威视、大华科技等一线安防厂商。华为的目标不仅在专业安全领域，还逐步拓展消费层面的市场。例如视频会议系统、USB即插即用运动相机等。
华为在安全领域的优势：
1）掌握底层核心技术：芯片。这一系列扩展的背后是强大的技术支撑：从底层芯片到上层软件再延伸到整个系统，缺一不可。华为精准掌握了底层的核心部件——芯片，也就意味着掌握了整个系统的入口。它在自己的芯片上开发自己的系统，在安全性和系统开发迭代速度方面具有很大的优势。
2）掌握未来发展的入口：人工智能。未来，安全将向智能化发展。华为已率先在自家芯片上测试人工智能模块，例如其旗舰产品Mate10中使用的麒麟970芯片。虽然麒麟970的人工智能功能不是很明显，但也算是试水了。我们更期待今年发布的麒麟980芯片在人工智能方面的表现，但这证明华为已经开始在未来技术的入口进行布局，并从芯片、软件、系统、技术等方面进行全面布局。从产品来看，可以推断华为将把人工智能应用从智能手机拓展到智能安防领域。
Ambarella - 市场地位受到挑战
首款计算机视觉芯片CV1于2017年发布，主要应用于安防、可穿戴、无人机等领域。未来还将拓展至无人驾驶汽车等领域。主要下游客户包括海康威视、大华科技、GoPro、Garmin等。2018财年收入达到2.95亿美元，主要下游市场包括安防、无人机、运动相机、汽车（包括前装和后装）、 ETC。
安霸在视频市场的地位受到了中国厂商的挑战。其主要竞争对手包括海思和富瀚微。因此，安霸需要加快高端产品的开发，提高产品附加值。例如，2018年推出的采用10nm工艺的CV2计算机视觉芯片主要定位于自动驾驶汽车市场。
付汉威
A股市场上为数不多的优质安全芯片标的之一。公司成立于2004年，是国内最早进入安防视频监控领域的企业之一。公司主要产品为安防视频监控多媒体处理芯片。其中，图像信号处理（ISP）芯片产品类别覆盖率较高。 2016年，模拟摄像头ISP芯片市场份额超过60%；网络摄像头芯片（IPC SoC）市场份额因与安防巨头海康威视的深度合作而快速提升。进步，2017年IPC SoC芯片在安全领域实现了从零到一的增长。
公司积极向高端领域拓展：
1）逐步渗透汽车前装市场。公司目前有一款芯片已进入国内主流厂商的预装验证流程，针对360度环视系统。
2）积极投入研发，在研项目包括：
预计未来3-5年安防市场空间仍将保持15%-20%左右的高增速，公司仍将受益于行业增长红利。
晶方科技-CIS封装测试厂商
公司成立于2005年开yun体育app官网网页登录入口，专注于传感器领域的封装测试业务。还拥有8英寸和12英寸晶圆级芯片封装技术。封装产品主要包括CIS芯片、指纹识别芯片、微机电系统芯片（MEMS）等。
