安防产业链深度解析报告之一：芯片：安防智能化，一切从“芯”开始.pdf

行业及产业 行业研究 /行业深度 证券研究报告 中小盘 专题 行业报告 2017 年 12 月 21 日 安防智能化，一切从“芯”开始 看好 安防产业链深度解析报告之一：芯片 相关研究 苏州科达（ 603660） ： 视讯行业集大成者，市占率提升 +费用率下降推升业绩弹性，首次覆盖给予“买入”评级 2017年 4 月 13 日 联合光电（ 300691）：高端监控镜头领跑者，首次覆盖给予“增持”评级 2017年 11 月 6 日 证券分析师 马晓天 A0230516050002 maxtswsresearch 研究支持 施鑫展 A0230117050001 shixzswsresearch 联系人 施鑫展 (8621)232978187422 shixzswsresearch 本期投资提示： 芯片在安防系统中扮演核心角色，其中 IPC 芯片增长潜力最大 。 芯片在很大程度上左右着安防系统的整体 功能、技术指标、稳定性、能耗、成本等，并在安防行业未来发展 方向上起到关键作用。 在 ISP 芯片、 DVR SoC 芯片、 IPC SoC 芯片、 NVR SoC 芯片这四类主要的安防监控 芯片中， IPC SoC 芯片受益于网络摄像机的大范围普及，具备最大的成长空间。我们预测国内 IPC SoC 芯片的市场规模在 30 亿人民币以上，增速超过 30%。这一快速成长的细分领域将成为国内各大安防芯片厂商竞争的焦点。 更多类型的 AI 芯片正快速向安防监控各环节渗透 。目前安防 监控领域 最主流的 深度学习芯片方案是 GPU，但我们认为 GPU 方案存在成本、效率、功耗三方面的瓶颈，并非最优选择（尤其在推理阶段）。目前已有针对安防行业开发的 FPGA/ASIC 智能芯片 ，如深鉴科技的 DPU 芯片（ FPGA）、北京君正的 NPU 协处理器（ ASIC）、寒武纪的 AI 服务器芯片（ ASIC）等， 这些芯片在不同程度上解决了行业痛点， 应用前景广阔。 我们总结了安防芯片的 5 大关键趋势： 1）“云边结合”取代“中心分析”成为智能化的主流选择 前端智能芯片迎来更大机会； 2）安防智能应用的普及，一定需要更高性价比的芯片解决方案 FPGA、 ASIC 智能 芯片值得重点关注； 3）芯片厂商与下游安防厂商的互动更为频繁，形成利益共同体 利好掌握了下游核心客户资源的芯片企业； 4）民用 安防 监控市场正在崛起，芯片需求 量 将 非常可观 利好 针对民用市场推出产品、抢先 布局的芯片厂商； 5）国外厂商份额不断下降，各类安防芯片逐步实现国产化替代 利好安防“中国芯”公司：海思、富瀚微、北京君正、国科微等。 投资逻辑： 安防芯片既受益于国内整个安防监控产业的蓬勃发展，又是芯片国产化的一个重要突破口，其蕴含的经济价值和战略意义都不容小觑。从投资的角度， 我们认为可以从三个角度选 择投资方向： 1）选择确定性最强、成长空间最大、进入门槛适中的安防芯片细分领域： IPC 芯片； 2）选择能够替代 GPU， 具有 更高性价比的安防智能化芯片方案：FPGA/ASIC 智能 芯片； 3）选择具备独特资源禀赋（如政策优势、客户资源等）的芯片厂商，如 大基金入股、大客户绑定等。 重点关注：富瀚微 （与海康威视合作紧密， ISP 芯片实力强劲，积极开拓 IPC 芯片市场）；北京君正 （自主研发 NPU 协处理器有望替代 GPU，新一代高性能 IPC 芯片即将推出 ，民用市场拓展顺利 ）； 国科微 （集成电路产业基金加持，已成功在 IPC 芯片市场站稳脚 跟）。其他可关注标的：中科曙光 （与寒武纪联合发布 AI 服务器，有望应用到安防监控领域）；景嘉微 （ 拟引入 大基金，国产 GPU 稀缺标的）。 请务必仔细阅读正文 之后的各项信息披露与声明 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第 2 页 共 41 页 简单金融 成就梦想 投资案件 关键假设点 1）“云边结合”取代“中心分析”成为智能化的主流选择； 2）安防智能应用的普及，一定需要更高性价比的芯片解决方案； 3）芯片厂商与下游安防厂商的互动更为频繁，形成利益共同体； 4）民用安防监控市场正在崛起，芯片需求量将非常可观； 5）国外厂商份额不断下降，各类安防芯片逐步实现国产化替代。 有别于大众的认识 市场 可能认为 安防 芯片的主导权掌握在国外公司手中。 但多年以来 经过 以 海思为代表的 国内芯片 企业 的 研发革新，国产安防 监控 芯片 在 技术水平上与国外先进产品已相差无几， 并且 在性价比上明显占优。 国外安防 芯片（ 除 图像传感器外） 在 中国的市场份额已经所剩无几。当然 ， 随着安防智能化的深入，又有一些高技术含量的 国外深度学习 芯片重新 进入到 安防领域中，这类芯片也是国产芯片厂商下一步突破的方向。 实际上 ，安防监控产业从上游芯片设计、镜头模组，到下游的整机生产、平台软件、解决方案、系统集成 ， 我国企业都已经占据了世界领先的位置，全球最大的安防监控产业链 就在 中国 ， 因此在研究 安防 监控市场时，有必要对产业链整体进行深入 分析 ，从全产业链的角度预判安防产业发展形势 。本篇 作为 安防 产业链深度 解析 报告 系列 的首篇，认为 在安防芯片市场，国内企业 拥有 较大的机会。 核心假设风险 安防监控产业增长不达预期， IPC 芯片发生持续的价格战，新产品存在研发失败风险。 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第 3 页 共 41 页 简单金融 成就梦想 1. 芯片处于安防监控产业链金字塔尖 . 7 1.1 模拟摄像机： ISP & DVR SoC 芯片 . 8 1.1.1 ISP 芯片：模拟摄像机成像质量的决定者 . 8 1.1.2 DVR SoC 芯片：实现模拟到数字的跨越 . 10 1.2 网络摄像机： IPC SoC & NVR SoC 芯片 . 11 1.2.1 IPC SoC 芯片：国内芯片厂商竞争的焦点 . 11 1.2.2 NVR SoC 芯片：伴随 IPC 迎来高增长 . 13 2. AI 芯片正快速向安防监控各环节渗透 . 14 2.1 安防监控市场正大步迈向智能化 . 14 2.2 前后端监控设备全面智能化，芯片既是动力又是瓶颈 . 16 2.2.1 前端：智能芯片助力 “云边结合 ”落地 . 17 2.2.2 后端：最强芯片打造最强大脑 . 19 2.2.3 成本、效率、功耗，芯片瓶颈制约着安防智能化的进一步发展 . 20 3. 突破瓶颈，安防芯片市场空间够大，看点颇多 . 21 3.1 市场空间： ISP 趋于稳定， IPC SoC 快速增长 . 21 3.2 安防智能化趋势下，安防芯片行业的 5 大看点 . 23 3.2.1 “云边结合 ”取代 “中心分析 ”成为智能化的主流选择 . 23 3.2.2 安防智能应用的普及，一定需要更高性价比的芯片解决方案 . 24 3.2.3 芯片厂商与下游安防厂商的互动更为频繁，形成利益共同体 . 25 3.2.4 民用安防监控市场正在崛起，芯片需求量将非常可观 . 26 3.2.5 国外厂商份额不断下降，各类安防芯片逐步实现国产化替代 . 27 4. 安防监控 “ 中国芯 ” 前景广阔 . 29 4.1 海思：安防监控芯片领域绝对龙头 . 29 4.2 富瀚微： 与海康合作紧密，新拓 IPC 芯片市场 . 30 4.3 北京君正：智能视频芯片后起之秀，技术实力不容小觑 . 33 4.4 国科微：集成电路国家队，已在 IPC 芯片市场站稳脚跟 . 36 5关键结论与投资建议 . 39 5.1 关键结论 . 39 5.2 投资建议 . 40 6. 风险提示 . 40 目 录 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第 4 页 共 41 页 简单金融 成就梦想 图表目录 图 1：安防监控系统的主要芯片及其厂商分布 . 7 图 2：典型 ISP 芯片架构 . 8 图 3：普通画面（左）与宽动态画面（右）对比 . 10 图 4： DVR 系统典型部署方案 . 10 图 5：典型 DVR SoC 芯片 架构 . 11 图 6：典型 IPC SoC 芯片架构 . 12 图 7：庞大的高清摄像头安装规模将带来巨量的数据 . 14 图 8：安防系统自动检测异常现象，极大地节约人力 . 15 图 9：安防智能化以结构化数据为核心 . 15 图 10：以 AlphaGo 为例，深度学习算法需要极大量的数据进行训练 . 15 图 11：网络高清摄像头的普及为深度学习提供了高质量的视频材料 . 15 图 12：边缘计算与云计算融合是物联网时代的大势所趋 . 17 图 13：前端智能芯片对视频流预处理，直接抓取关键信息，极大地减轻网络和后端设备的负担 . 18 图 14：根据智能化程度的不同，我们将智能摄像机分为三个层次 . 18 图 15：各主流安防厂商均已推出具备一定数据分析能力的智能网络摄像机（ smart IPC）产品 . 19 图 16：海康威视的深度智能系列前端产品为 一带一路 峰会提供安保服务 . 19 图 17：海康威视的 “ 脸谱 ” 系列人 脸分析服务器 . 19 图 18：苏州科达 DeepEngine 深度学习服务器 . 19 图 19：大华股份的 “ 睿智 ” 系列搭载了英伟达最新的 Tesla P4 GPU . 20 图 20：搭载寒武纪 AI 芯片的中科曙光 Phaneron 服务器 . 20 图 21：由于芯片原因，安防智能化面临发展瓶颈 . 21 图 22： 2016 年中国 安防 行业市场拆分 . 21 图 23：中国视频监控市场规模接近千亿 . 22 图 24：模拟标清摄像机出货量逐年下滑 . 22 图 25：模拟高清摄像机将实现较快增长 . 22 图 26： 2016 年国内 IPC 芯片消耗量约 1.56 亿片，对应市场规模约 30 亿人民币 23 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第 5 页 共 41 页 简单金融 成就梦想 图 27： “ 云边结合 ” 相对 “ 中心分析 ” 模式优势明显 . 24 图 28：海康萤石 C6C 互联网云台摄像机 . 26 图 29： 360 小水滴智能摄像头 . 26 图 30：家用智能摄像机能够以低成本满足家庭安防需求 . 26 图 31：安霸芯片产品应用领域广泛 . 27 图 32：海思 IPC SoC 芯片代表产品 Hi3516A . 30 图 33：富瀚微 2014-2017Q3 营收稳步增长 . 31 图 34：富瀚微 2017 前三季度毛利率、净利率下降 . 31 图 35：富瀚微 2013-2016 主营收入 ISP 芯片占比较大 . 31 图 36：富瀚微 2013-2016 营收 IPC 芯片占比上升 . 31 图 37：富瀚微对海康威视等主要客户销售占比 . 32 图 38：北京 君正近年来净利润波动较大 . 34 图 39：北京君正销售毛利率逐渐走低 . 34 图 40：芯片销售是北京君正的主要营收来源 . 34 图 41：北京君正智能视频芯片营收占比显著提升 . 34 图 42：国科微营收及净利润逐年上升 . 36 图 43：国科微近两年 毛利率基本保持平稳 . 36 图 44：国科微 2013-2016 视频监控、固态存储芯片业务同步快速增长 . 37 图 45：国科微 2013-2016 广播电视芯片营收占比下降 . 37 图 46：目前大基金持有国科微 15.79%的股份 . 38 图 47：国科微智能视频芯片运用场景 . 38 表 1：视频监控系统的四类主要芯片 . 8 表 2： ISP 芯片图像信号处理技术 . 9 表 3：主流视频编解码技术及其特点 . 12 表 4： NVR 与 DVR 系统对比 . 13 表 5： NVIDIA 推出了能够应对各类深度学习场景的 GPU 芯片 . 16 表 6：国内监控 ISP 芯片市场规模预计在 3-4 亿人民币左右 . 22 表 7: GPU、 FPGA、 ASIC 三类芯片的优缺点比较 . 25 表 8：安霸 IPC SoC 芯片主要产品 . 28 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第 6 页 共 41 页 简单金融 成就梦想 表 9： TI 视频监控芯片主要产品 . 28 表 10：海思拥有齐全的视频芯片产品线 . 29 表 11：富瀚微的产品 线从 ISP 延伸至 IPC 芯片 . 30 表 12: 富瀚微主要芯片产品 . 33 表 13: 富瀚微募投项目 . 33 表 14: 北京君正拥有面向智能物 联、智能穿戴、智能视频的三大主要产品系列 . 35 表 15: 北京君正 T 系列芯片下游代表产品 . 35 表 16: 国科微视频监控芯片主要产品 . 39 表 17：相关公司估值情况 . 40 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第 7 页 共 41 页 简单金融 成就梦想 1. 芯片 处于安防监控产业链 金字塔尖 各类芯片广泛 分布于整个安防监控 系统 中， 扮演 着 核心角色 。 芯片在很大程度上左右着安防系统的整体功能、技术指标、稳定性、能耗、成本等 ，并 在安防行业未来发展脉络及方向上起到关键作用 。 安防产业从模拟进化到数字再到网络高清，以及当前正火的智能化，无一例外得益于芯片技术的进步。 图像信号处理、视频编解码、以及 AI 智能分析等专业技术与 适配的 芯片硬件紧密结合， 才能充分发挥监控系统的功效。 下图 显示了在典型的安防系统中， 主要 芯片的分部与相关厂家： 图 1： 安防 监控系统 的主要芯片及其 厂商分布 资料来源： 富瀚微招股说明书， 申万宏源研究 由 上图可见， 视频监控 系统包括 前 、 后端设备以及中间 的传输系统等 ， 每一项功能的实现均离不开相应芯片的支持 。 1）前端设备 完成对视频信号的获取 ， 包括一台或多台摄像机 及其配套设备，完成图像、语音、报警 和状态信息的采集。摄像机将现场情况拍摄成为模拟 /数字视频信号，传输到监控系统中。 2）信号传输 部分完成对前端音视频、控制与状态信号的传送。按照传输信号的类型，可分为数字和模拟两大类。 3）后端 设备 包括控制、显示、存储 等。控制端完成视频信号的显示切换、云镜的控制、资源的分配，实现 调度管 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第 8 页 共 41 页 简单金融 成就梦想 理的功能； 显示端完成对视频信号终端设备的输出；录像存储端主要完成数字视频信号存储和回放， 包括 DVR、 NVR 等 。 在典型 的监控系统中， 对应 模拟摄像机的 ISP 芯片 、 DVR SoC 芯片 ；对应 网络摄像机 的 IPC SoC 芯片 、 NVR SoC 芯片 用量 大、国产化率高， 我们 着重介绍 。 表 1：视频监控系统 的 四类 主 要芯片 监控系统 对应芯片 主要功能 主要厂商 模拟监控系统 前端： ISP 芯片 对原始图像信号进行降噪、曝光调 整等处理 ， 决定成像质量 富瀚微、 NextChip 后端： DVR SoC 芯片 将模拟音视频信号数字化、编码压 缩与存储 海思、德州仪器 、 意法半导体 网络监控系统 前端： IPC SoC 芯片 主要集成 ISP 技术和视频编解码技术， 同时 集成视频分析功能 海思、安霸、德州仪器 北京君正、富瀚微、国科微 后端： NVR SoC 芯片 接收网络摄像机的 IP 码流，进行编解码、存储 海思、德州仪器、 Marvell 资料来源： 安防网， 申万宏源研究 1.1 模拟摄像机： ISP & DVR SoC 芯片 1.1.1 ISP 芯片：模拟摄像机 成像 质量 的 决定者 图像 信号 处理芯片（ ISP） 性能决定摄像机画质 。 ISP 芯片的主要作用是对视频监控摄像机前端的图像传感器 （ CCD 或 CMOS） 所采集的原始图像信号进行处理，使图像得以复原和增强，经 ISP芯片处理后的输出图像可直接在显示器显示或通过数字硬盘录像机（ DVR）进行压缩、存储。 ISP 芯片的性能好坏直接决定了视频监控摄像机的成像质量。 图 2： 典型 ISP 芯片架构 资料来源：富瀚微招股说明书，申万宏源研究 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第 9 页 共 41 页 简单金融 成就梦想 ISP 图像信号处理技术是视频监控领域中的关键技术 。 图像信号处理技术用来对图像传感器采集的信号进行处理，包括高性能的空间域 时间域噪声消除、镜头暗角 /畸变校正、色度空间变换、宽动态合成和映射、数字稳像、 去雾以及自动曝光（ AE）、自动白平衡（ AWB）、自动聚焦（ AF）的数据统计和控制策 略等。良好的清晰度、色彩还原度、低照度下图像分辨能力、动态范围以及稳定准确的 AE/AWB/AF 控制是衡量安防视频监控摄像机产品性能的关键因素。 表 2： ISP 芯片图像信号处理技术 基本功能 功能简介 降噪技术 图像传感器在获取图像时因为温度，光照强度等原因会产生大量噪声，使得图像模糊，细节丢失。因此需要 ISP 进行降噪处理 。 自动聚焦技术 安防监控场景复杂多变，因此需要 ISP 芯片对画面主体快速准确聚焦，并且符合人眼观察习惯，聚焦完成后不得失焦模糊。 自动曝光技术 室内室外，昼夜更替等都会使得光照强度发生变化，需要芯片通过算法判断光照强度并自动调整曝光，增益，避免画面整体出现过曝或过暗的情况。 白平衡技术 特定光照条件下物体反射的光线可能会与物体本身的色彩不一致，需要经过芯片算法进行色彩调整并符合人眼的视觉标准。 镜头畸变矫正 由于光学镜片本身的球形特性，拍摄的画面容易出现边缘拉伸或压缩的畸变，需要通过信号处理进行画面还原。 资料来源： CPS 中安网 ， 申万宏源研究 近年来，行业对于监控画质的要求越来越高 ，图像信号处理技术快速发展，一些新兴的图像处理技术开始广泛应用， 对 ISP 芯片提出了更高的要求： 1） 3D 数字降噪技术 开始普及 。 相比于传统降噪， 3D 数字降噪通过对比前后几帧的图像，可以准确找到图像噪点并进行消除，即使在图像传感器不变的情况下，画面纯净度也能得到极大提升。尤其是在安防监控经常出现的场景：如低照度环境和运动物体拍摄，此技术可以使得画面更加细腻清晰。 2） 同轴高清图像信号处理技术 中短期内需求旺盛 。 尽管网络摄像机近年来替代趋势明显，但模拟摄像机仍然占据市场主要份额。同轴高清摄像机是普通模拟高清摄像机的升级版，在使用原有视频线的条件下也能实现 720P/1080P 高清画质，升级效果明显且成本较低。因此作为从模拟摄像系统到网络摄像系统的重要过渡，同轴高清系统中短期内市场需求明显，相应的 ISP 处理芯片需求旺盛。 3） WDR 宽动态处理，清晰还原复杂光线环境。 安防监控拍摄画面经常会出现 明暗对比强烈的场景，比如画面中存在强光源照射或者逆光环境，直接成像容易出现暗部过黑，细节丢失以及亮部过曝的情况。 WDR 宽动态处理可 以通过算法对明暗部进行不同的曝光处理使得画面各部分都能够清晰显现，极大地增加了安防监控的适用范围。 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第 10 页 共 41 页 简单金融 成就梦想 图 3： 普通画面（左）与宽动态画面（右）对比 资料来源： Axis Communications，申万宏源研究 安防监控领域 ISP 芯片主要厂商是富瀚微。 公司开发了基于 CMOS 传感器的 ISP 芯片，加速了 “CIS+ISP” 方案替代传统的 “CCD+ISP” 方案，成为模拟摄像机市场的主流方案。公司目前是海康威视最大的 ISP 芯片供应商。该领域的其他参与者是以 NextChip 为代表的韩国企业。 1.1.2 DVR SoC 芯片 ： 实现模拟 到数字的跨越 数字硬盘刻录机（ DVR） 的核心功能 是 模拟 音视频的数字化、编码压缩与存储 。 如果把监控摄像机比作人的眼睛， DVR 则是大脑，负责整个系统的信息处理。 经过前端摄像机采集的视音频数据通过线缆传输到 DVR， DVR 首先将视音频信号数字化，然后将数字视频信号输入 DVR SoC 芯片， DVR SoC 芯片对视音频数据进行压缩处理并存储于硬盘等设备中，在后期需要回溯时，可调出存储的视音频数据进行检索回放。 DVR 实现了对音视频信号的数字化，使得信号传输存储更加便捷，后期资料调度快速准确。随着安防系统不断发展， DVR 的数字化 、 智能化功能也在不断增强。 图 4： DVR 系统典型部署方案 资料来源：富瀚微招股说明书，申万宏源研究 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第 11 页 共 41 页 简单金融 成就梦想 运用于 DVR 中的专业芯片主要分为两个部分：模数转换（ A/D）芯片和视频编解码芯片。 其中 A/D 芯片的主要作用是将音视频模拟信号转换成数字信号。该技术目前已经比较成熟。 DSP 或 ASIC 等视频编解码芯片将 A/D 输出的数字信号进行编码转换成 MPEG-4 或H.264 等标准码流。此外， 越来越多的 DVR 开始采用系统级（ SoC）芯片解决方案。 DVR SoC 芯片 将 CPU 处理器，内存， DSP 或 ASIC 芯片，外设接口等进行整合， 集合录像机、画面分割器、云台镜头控制、报警控制和网络传输等功能于一身 。 在获得高性能的同时，还特别加强了多媒体处理能力，具有接口丰富、功耗低、可靠性高等显著特点。 图 5： 典型 DVR SoC 芯片 架构 资料来源：富瀚微招股说明书，申万宏源研究 DVR SoC 芯片厂商 以海思、 TI 为主，海思占据绝大部分市场份额。 其他厂商在该领域缺乏竞争力。 1.2 网络摄像机： IPC SoC & NVR SoC 芯片 1.2.1 IPC SoC 芯片 ： 国内 芯片厂商竞争的焦点 网络摄像机（ IPC）核心： IPC SoC 芯片。 IPC SoC 通常集成了嵌入式处理器（ CPU）、图像信号处理（ ISP）模块、视音频编码模块、网络接口模块、安全加密模块和内存子系统，部分芯片还集成了视频智能处理模块。 视频原始数据经过 ISP 模块处理后，送到视频编码模块进行压缩，然后通过网络传输到后端 NVR 进行接收处理并存储。 后期需要回溯时可调出存储的视音频数据进行检索回放。 行业深度 请务必仔细阅读正文之后的各项信息披露与声明 第 12 页 共 41 页 简单金融 成就梦想 图 6：典型 IPC SoC 芯片架构 资料来源：富瀚微招股说明书，申万宏源研究 IPC SoC 芯片主要集成 ISP 技术和 视频编解码技术 。 具备高压缩比的视频编解码技术的 IPC SoC 芯片将逐步占领市场 。 近年来，百万像素监控摄像机市场占有率不断攀升，标清到高清，闭路显示到远程监控的发展趋势，以及未来的人工智能数据分析，产生的大量信息数据都对监控数据的线路传输 、 后端存储产生了较大压力。因此，使用高压缩比的视频编解码技术以降低传输带宽压力无疑是未来视频监控发展的重要方向。 H.265/HEVC 新标准 将成为未来编解码主流技术 。 2013 年新一代的视频编码标准 H.265/HEV