经过多年的发展和迭代,摄像机已形成了成熟稳定的架构。典型的摄像机主要由镜头、图像传感器、视频监控芯片、PHY、存储器、电源芯片等组成。其中,镜头对光线进行聚焦,将光线聚集在图像传感器上,图像传感器将光信号转换为电信号,视频监控芯片则对信号进行处理和压缩,视频监控芯片决定了图像信号的质量和传递效率。
传统监控只能依靠云端的智能处理和分析,对数据传输、云端运算存储都造成了较大压力,同时实时性得不到保障。目前,AI 技术作为全新的技术变革要素进入成像产业领域。移动智能设备和IoT设备中,对于图像的处理和计算在“查看”功能之外更要实现“分析”功能。因此,图像硬件厂商更多地在硬件系统中加入支持 AI 算法特别是深度学习的软件集成,更多的视频监控芯片开始搭载 AI 运算功能,以对图像信号进行深度智能化分析处理,同时有助于降低监控系统带宽、存储成本。
目前,摄像机被广泛应用于智能安防、视频对讲、智能车载等领域。针对不同的应用场景,摄像机的结构和使用的视频监控芯片亦有所不同。未来,高清视频在各个领域的应用将越来越广,形成海量复杂的视频数据,从而带动 AI 技术、ISP 技术、视频编解码技术等逐步迭代和更新,并进一步推动摄像机及视频监控芯片的升级。
(1)智能安防领域
1)基本介绍
摄像机最主要的应用场景之一为安防监控。在“平安城市”、“智慧城市”和“平安乡村”等政策的推动下,公安、交通、金融、政府和企业大力配合实施安防工程,城市安防监控市场持续更新迭代。
2015 年后政府安防计划工作重点从城市中心区域向下沉区域渗透,包括一二线城市未覆盖区域以及三四线城市县级地区,乡镇和农村的安防监控市场从无到有释放出大量空间。2021 年中国安防产业市场规模达到 9,514 亿元,视频监控在保障社会稳定和公共财产安全的刚需下将成为安防行业的主要产品。
安防监控系统主要由前端和后端两部分组成。其中,前端部分使用的设备主要为网络摄像机,主要由镜头、传感器和视频监控芯片组成,可对影像进行记录和压缩并形成相应的信号,配备了 AI 模块的视频监控芯片还具备智能运算的能力,可对前端设备收集到的数据进行结构化处理,从而实现智能分析和处理;后端部分使用的设备主要为网络视频录像机等存储设备,可对前端设备记录的视频信号进行录像、存储和转发,配备了 AI 模块的后端设备还可对收集到的数据进行智能运算,从而实现图像识别等功能。
2)发展情况
安防监控先后经历了模拟化、网络化、高清化等三个阶段。在模拟化阶段,模拟视频监控系统的架构是由前端模拟摄像机和后端数字视频录像机组成,传输信号为模拟信号,基本职能为实现本地监控;在网络化阶段,网络摄像机在模拟摄像机的基础上集成了视频压缩和网络传输处理模块,同时较模拟摄像机具备更高的清晰度。
网络摄像机的出现使得视频监控从仅限于本地监控发展成远程监控;在高清化阶段,高清摄像机采用先进的感光器件,使得图像清晰度和质量更高、场景覆盖范围更广。
目前,安防监控行业迎来了智能化升级阶段,通过嵌入 AI 芯片或在视频监控芯片中嵌入 AI模块,使得摄像机可对视频数据进行结构化处理、智能计算分析和图像识别,促使视频监控设备从被动监控向主动识别过渡。智能化趋势将推动视频监控应用于多元化行业,从而促进视频监控行业快速发展。安防监控各个阶段使用的前后端设备及其阶段特点如下所示:
3)市场规模
每一次视频技术的改革创新都驱动着安防监控行业的进一步发展。随着全球政治和经济的发展,社会和私人的安防意识和需求愈加强烈,叠加安防产业的迭代升级,全球安防监控行业进入快速上升周期。
同时,安防监控行业正处于智能化的拐点,市场加速放量。发达城市虽然安防基础设施趋于完善、市场本身增量不足,但在人工智能的赋能下,智能监控产品的迭代更新将成为安防监控行业在全球发达城市的主要增长点;此外,中国二线及以下城市和亚太地区存量市场较大,安防监控产品渗透率低,与欧美发达国家相比仍有较大提升空间。
未来随着民众安全意识的加强及海外建设的逐步完善,全球安防监控市场规模将持续上涨。根据Frost&Sullivan数据,2021年全球安防视频监控设备市场规模为220亿美元,2017-2021年复合增长率为6.9%。在技术迭代升级、安防监控设备市场下沉的大趋势下,预计2021-2026年,全球安防视频监控设备市场规模将以 6.3%的复合增长率增长,2026年达到 299 亿美元。
IPCSoC是安防监控前端设备中的重要组成部分。从视频监控系统进入网络化阶段以来,IPC 成为了主流的前端设备,IPC SoC 也成为了主流的前端设备视频监控芯片。在新一轮智能化升级中,IPC SoC 与 AI 模块相辅相成,共同实现了图像识别、结构化分析等复杂的功能,给视频监控行业带来了变革。
2020 年,受国际贸易摩擦和宏观环境影响,IPC SoC 销售额出现下滑。2021 年全球 IPC SoC 市场环比改善,市场规模为6.3 亿美元,2017-2021年复合增长率为 10.3%。IPC SoC 市场未来将伴随技术不断成熟和应用场景的持续渗透将保持高速增长,预计 2021-2026年,全球 IPCSoC市场规模将以 11.5%的复合增长率增长,2026 年达到 10.9亿美元。
NVR SoC 是安防监控后端设备中的重要组成部分。随着 IP 网络的快速发展,视频监控行业在全球范围内也逐渐进入了网络化/高清化时代,NVR 将逐步实现对 DVR 的替代。2020 年和 2021 年,受国际贸易摩擦和宏观环境影响,NVR SoC 销售额均出现一定程度下滑。2021 年全球 NVR SoC 市场规模达到 0.85 亿美元。在全球安防监控市场规模持续增长及行业智能化升级的趋势下,预计 2021-2026 年,全球 NVR SoC 市场规模将以 7.7%的复合增长率增长,2026年达到 1.24 亿美元。
(2)视频对讲领域
1)基本介绍
摄像头还被广泛应用于消费等领域。以视频会议系统为例,其主要由终端设备、本地设施及软件、服务等三部分构成,其中终端设备主要可分为 USB 视频会议摄像头和专用视频会议设备,USB 视频会议摄像头采集会场视频数据,并传输给专用视频会议设备,从而实现视频数据的传输交换。视频监控芯片是 USB 视频会议摄像头和专用视频会议设备中的重要组成部分,在图像初始采集后,视频数据往往存在大量冗余信息,不利于网络传输、存储和处理,视频监控芯片中的视频编解码技术可缩小占用的带宽,提升视频传输效率。
2)发展情况
随着 AI、5G、大数据、物联网等技术的不断成熟,催生了众多新兴的消费级应用场景,例如人脸识别验证、视频会议、智能显示、智能家居、便携式设备等。摄像机作为重要的感知和信息获取设备,将被大规模地应用在上述消费应用场景。
在人脸识别验证领域,随着人脸识别支付、人脸门禁、人脸考勤等人工智能应用场景逐步成熟,人脸识别验证摄像机渗透率逐步提高;在视频会议领域,受外部环境变化的影响,远程办公模式逐步被认可及使用,视频会议产品迎来爆发式增长;
在智能显示领域,随着车载显示、楼宇对讲显示、工业人机接口等应用场景智能化程度提高,摄像头在智能显示场景将有较大发展空间;在智能家居领域,随着家用监控摄像头、扫地机器人等消费电子产品逐步融入家庭场景,摄像头在家庭场景的需求不断上升;在便携式设备领域,随着运动相机、无人机、VR/AR 等智能设备的兴起,摄像机的渗透率将不断提高。
3)市场规模
以 AIoT(人工智能物联网)应用为例,下游智能家居、智慧城市、智能工业等物联网应用需求的释放使人工智能物联网设备市场增长力强劲。根据 Frost&Sullivan 数据,全球 AIoT 市场规模从 2017 年的 159 亿美元增长至 2021 年的 319 亿美元,复合增长率为 19.0%。AIoT 因具备智能终端感知和分析能力可加速渗透至家庭居住场景、城市建设及工业管理等领域,预计 2021-2026 年,全球 AIoT 市场规模将以 12.6%的复合增长率增长,2026年达到 578亿美元。上述 AIoT市场规模的高速增长将进一步推动视频监控芯片市场规模的增长。
受外部环境变化影响,在线会议在全球成为主要趋势之一,推动全球视频会议市场规模持续增长。根据 Frost&Sullivan 数据,全球视频会议市场规模在 2021 年达到 89亿美元,预计整体市场规模将在 2026 年达到 192 亿美元,年复合增长率为 16.6%。根据 Frost&Sullivan 数据,2021 年全球 USB 视频会议摄像头芯片市场规模为 1.09 亿美元,2017-2021年复合增长率为 52.8%。未来预计 USB视频会议摄像头芯片市场规模逐渐饱和,2026年市场规模约为 1.20 亿美元。
(3)智能车载领域
1)基本介绍
除安防与视频对讲领域外,摄像头还广泛应用于汽车领域。车载摄像头是指安装在汽车上以实现各种功能的光学镜头,主要应用于行车记录仪、倒车影像和 360 度全景摄像等场景,为车载摄像机的主要部件。以行车记录仪为例,其核心架构包含图像传感器、视频监控芯片和镜头。其中视频监控芯片负责图像采集和数据压缩,直接影响行车记录仪的成像清晰度和质量稳定性,是行车记录仪最核心的部分。
2019 年 7 月,交运部发布的《数字交通发展规划纲要》中,提出要推动载运工具、作业装备智能化;鼓励具备多维感知、高精度定位、智能网联功能的终端设备应用,提升载运工具远程监测、故障诊断、风险预警、优化控制等能力。此外,《数字交通发展规划纲要》对智能车载摄像头提出了更高的要求。
在 AI 技术的赋能下,车载摄像头芯片算力提升,可高效处理海量异构数据,实现车载场景的智能化。以行车记录仪为例,在 AI 技术逐步赋能车载摄像头芯片的趋势下,智能行车记录仪是未来车载摄像市场的主要智能化应用,其拥有独立操作与运行系统,是集多元化功能为一体的智能高端车载设备,涵盖 ADAS、倒车影像、行车记录、智能导航等核心功能。
2)发展情况
车载摄像头市场经历了从单摄像头到多摄像头、普通摄像头到智能化摄像头的发展历程。在传统汽车领域,摄像头主要应用在行车记录仪、倒车影像等场景,且只具
备摄像和存储功能。在 ADAS 和自动驾驶快速发展的驱动下,车载摄像头的使用数量和功能都发生了重大变化。根据 ADAS 功能的需求,摄像头的安装位置有所不同,分为座舱外摄像头与座舱内摄像头。
座舱外摄像头主要包括前视摄像头、后视摄像头、侧视摄像头、环视摄像头等,除传统摄像功能外,还包括车道偏离预警、车辆防碰撞预警、侧方盲区监测、后方横穿障碍物检测、前方移动障碍物检测、标识牌识别、红绿灯提醒、AVM、环路视频拼接等功能;座舱内摄像头具备疲劳检测、驾驶员身份识别、乘客动作识别、遗留物检测等功能。
达到 L3自动驾驶水平的 ADAS系统至少需要10个摄像头,而L5自动驾驶水平所需摄像头数量更高,这将为车载摄像头市场带来巨大的市场空间。
车载摄像头市场主要可划分为前装、准前装和后装市场。前装与后装市场产品的主要区别在于,在前装和准前装市场中,产品购买者主要为汽车厂商,其更关注产品的可靠性和稳定性,导入和验证周期较长,技术迭代较慢;而在后装市场中,产品购买者主要为汽车车主,其更关注产品的功能丰富程度和创新性,对产品的技术指标有着更高的要求,技术迭代较快。
当前,国家和企业对乘车安全愈加重视,多项针对汽车前装产品的国标和要求逐步出台,多地要求乘用车在出厂前需配备行车记录仪等产品。这一趋势将带动汽车前装和准前装市场的快速发展并使整个车载市场重心由后装向前装市场转移。
车载摄像头前装和准前装市场在政策的驱动下加速放量,市场正在从后装市场逐步向前装市场转移。根据 Frost&Sullivan 数据,2021 年单车前装搭载摄像头数量为 1.3个,未来,随着自动驾驶 ADAS 系统的普遍应用,预计 2026年单车前装搭载摄像头将增长至 2.7 个。
车载摄像头可应用于乘用车及商用车领域。相较于乘用车,商用车对于车载摄像头产品的性能提出了更高的要求,国家政策对于重型卡车、轻型卡车及渣土车等车型的车载摄像头要求逐步明确,促进商用车车载摄像头技术的变革及市场规模的扩张。商用车对视频处理的路数要求较高,需同时接入多个摄像头进行录制,每一路均需进行录像存储及录像分析。这一趋势将带动商用车市场的高清化、高端化、智能化、多路数化。
3)市场规模
近年来,ADAS 技术的逐渐成熟,推动了单车搭载摄像头数量的大幅提升,全球车载摄像头市场规模增速乐观。首先,ADAS 的技术含量越来越高,对摄像头的质量和数量的要求都随之增加;其次,车载芯片的算力得到提升,一颗芯片可以支持多颗的摄像头同步运转,目前摄像头正在从单目向双目转变,从而测距的精准度将得到加强,对芯片性能要求进一步提高;
另一方面,车载摄像头需要与整车上各个单元精准联动,因而对于算力的要求亦持续提升。根据Frost&Sullivan数据,2021年全球车载摄像头市场规模为 143.6亿美元,2017-2021年复合增长率为 13.9%。预计 2021-2026年,全球车载摄像头规模将以 10.3%的复合增长率增长,2026年达到 234.1 亿美元。
随着全球汽车产量的稳步提升,以及智能驾驶市场的兴起,下游车载摄像头需求持续上升,同时对车载摄像头芯片的编解码能力、图像处理能力以及 AI 应用提出了更高的要求,带动全球车载摄像头芯片往高清化、高端化、智能化、多路数化演进,市场规模持续增长。
全球车载摄像头芯片市场规模从 2017年的 7.4 亿美元增长至 2021年的 22.8 亿美元,复合增长率为 32.6%。在 ADAS、自动驾驶等快速发展的驱动下,单车配置的前装摄像头数量将逐步增长,促进全球车载摄像头芯片市场规模进一步扩大,预计2021-2026年,全球车载摄像头芯片规模将以31.0%的复合增长率增长,2026年达到 87.9亿美元。
行车记录仪是车载摄像产品的重要细分领域,逐渐朝智能化方向发展。在行车记录仪芯片方面,根据 Frost&Sullivan 数据,2021 年中国行车记录仪芯片市场规模为 7.1亿元,2017-2021 年复合增长率为 20.2%。预计 2021-2026 年,中国行车记录仪芯片市场规模将以 11.4%的复合增长率增长,2026年达到 12.2亿元。
2022 年以来,全球宏观经济波动加大,地缘政治错综复杂,叠加全球通胀持续升温,国内亦同时面临经济下行压力加大、终端消费需求收缩、预期转弱等各方面压力,综合导致全球消费电子行业景气度出现下滑且复苏缓慢。在整体经济波动较大的市场环境下,视频监控芯片行业下游客户的购买力和购买意愿均处于下降态势,因此将过往的备货策略调整为更为谨慎的优先去库存的经营策略,从而导致视频监控芯片行业市场规模在 2022 年以来同比出现萎缩。同时,视频监控芯片市场竞争目前仍然较为激烈,行业参与者的毛利率出现下滑。
而随着全球经济活力逐步恢复,我国政府持续推出的经济刺激政策落地,国内经济将得到复苏。在现有产业政策的保驾护航以及消费电子行业逐渐复苏的背景下,人工智能、5G、物联网、视频会议等新兴应用场景将更加广泛,智能安防、视频对讲、智能车载行业的高清化、智能化等变革高速演进,视频监控芯片的产品技术将持续迭代,视频监控芯片行业仍存在较大发展空间。