在瞭解視頻處理之前，我們需要了解圖像的基本組成：像素（pixel），即“畫像元素”。每個像素就是真實圖像的一個取樣點，而照片就是這一個個取樣點的集合，單位面積內的像素越多代表分辨率越高，所顯示的圖片就會接近於真實物體。
我們平時說的百萬像素（Mega Pixels，縮寫為MP）是指有“一百萬個像素”，通常用於表達相機的分辨率。例如，我們說一個攝像頭有1200萬像素分辨率，拍攝出的最高像素圖片一行大約4000個像素，一列大約3000個像素，合計約為4000×3000=12,000 ,000 像素,即12MP。現在主流電視一般支持1080P片源。
攝像的過程實際就是把光信號轉換為電信號的過程。在數字攝像的過程中，外面的光通過透鏡打到傳感器芯片，傳感器芯片把圖像分解成百上千萬個像素，傳感器測量每個像素的色彩與亮度，並把它轉化為數字信號作為代號，例如“010101010……”。這樣，實際圖像就變成一系列數字的集合。由於原始圖片尺寸通常很大，為了傳輸方便，視頻處理芯片再對其繼續進行壓縮編碼等處理，以方便傳輸儲存等。
攝像處理流程:
1. 鏡頭：匯聚外界景物發出的光線。
2. 傳感器芯片：傳感器芯片把外屆圖像分解成百上千萬個像素，並轉化為電信號，並傳給模擬數字轉換器，轉換成數字信號。
3. 視頻處理芯片：接受傳感器傳送的數字信號，對其進一步處理，比如壓縮編碼等。
所以，傳感器芯片（光信號轉為電信號）與視頻處理芯片（主要處理數字信號）是圖像處理最重要的兩種電子元器件。
CMOS傳感器逐步代替CCD傳感器成為主流
傳感器芯片主要有兩種類型：電荷耦合元件（CCD，Charge-Coupled Device）與CMOS傳感器（CIS，CMOS Image Sensor）。CCD於1969年被髮明，並於1975年正式應用於照相機領域，CMOS的出現則相對晚了十年。
隨著後來CMOS成像技術不斷提升，CIS借其低功耗、體積小、高幀數（有利於拍攝動態影像）等優勢，逐步在民用消費電子等領域佔領市場，而CCD則由於圖像質量有優勢，在專業領域如在衛星、醫療等領域仍有一席之地，但已經逐步丟失大部分市場份額。鑑於CIS的市場份額已經超過99%。我們在本文主要討論CIS的行業狀況。
2.1
CIS行業技術發展與趨勢——得技術者得天下芯片作為最高端的電子元器件，一直是靠技術迭代驅動，而CIS又是屬於芯片中相對高端的一類產品，故此一直是得技術者得天下，且龍頭效應愈發明顯。索尼公司憑藉在攝像領域強大的技術儲備與領先程度，近幾年一直處於龍頭地位而且在CIS市場份額一直在擴大，從2015年的38%上升到2016年的42%。
CIS主要分為傳統（前照式）CIS、背照式（Back-illuminated）CIS。
傳統的前照式CIS光線射入後依次經過片上透鏡、彩色濾光片、金屬線路最後光線才被光電二極管接收。由於金屬線路會對光線產生影響，最後被光點二極管吸收的光只有80%或者更少，折舊影響了圖像質量。
背照式CIS改變了架構，把金屬線路與光電二極管位置調換，讓光線依次經過片上透鏡、彩色濾光片、光電二極管。這樣減少金屬線路對管線的干擾，從而增加進光量，減少噪度，對於光線不足場景有比較明顯效果。Sony公司平衡了量產工藝與成本的問題，於2009年將背照式CIS商用化。
在背照式CIS的基礎上，各家公司紛紛開發新的技術：
2013年，為了解決相鄰像素模塊互相干擾問題，三星開發了ISOCELL技術，在相鄰像素模塊中間插入金屬隔離層，這樣每個像素模塊可以吸收更多光線，大幅度提高圖像質量。隨後三星在ISOCELL基礎上推出升級版ISOCELL Plus，把金屬隔離層改成日本富士公司（Fujifilm） 提供的特殊材料，進一步減少金屬對於光線的干擾，可以將感光度提升15%。目前ISOCELL PLUS技術主要應用在大像素產品上，例如分辨率20MP以上的傳感器。
2017年，在背照式CIS之後索尼發明了業界第一款三層堆疊式stacked CIS。這款傳感器在傳統堆疊式傳感器的感光層（光電二極管）與金屬線路之間增加了一層DRAM存儲層。增加DRAM存儲層用來臨時存儲數據，作用類比計算機的內存，可以整體提高數據讀寫速度，對於高速動態物體的抓拍有很好的效果。
2018年，索尼公司為了解決圖像扭曲問題，推出具有模擬數字轉關（ADC，Analog Digital Converter）模塊的CIS。傳統的CIS需要一行一行讀取傳輸感光模塊，這就造成了圖像焦面扭曲。索尼新產品在傳統感光層下面平鋪一層ADC層，可以同時讀取感光模塊，完美的解決了圖像扭曲問題。在感光層與ADC之間，用銅-銅Cu-Cu連接，在一款傳感器中最多用了300萬個銅-銅連接器。
可以看出CIS的技術門檻很高，微架構方面的改進都是在納米級別。半導體制造方面也需要有足夠的工藝水平來配合設計的構想，故此索尼與三星在CIS方面都是IDM模式（Integrated Device Manufacturing，全產業鏈模式），即自己擁有設計、製造、封裝全套技術。
通過技術方面的不斷探索，索尼與三星逐步佔領了CIS市場份額前兩位，目前兩個巨頭市場份額超過60%。
2.2 CIS市場概況
根據IC insights 2016年數據，2016年全球圖像傳感器市場規模約為116億美金，到2021年預計為170億美金，CAGR=10.3%，銷售數量CAGR=13.6%。我們的預測數據高於IC insight，詳情請看2.3節。
CIS市場集中度較高，龍頭（索尼）份額進一步加大。2016年前四大公司佔有全球76%的市場份額，索尼（42%）、三星（18%）、豪威/Omnivision（12%）、安森半導體（6%）。前幾大廠的側重點各不一樣，索尼與三星主要是消費電子應用佔主導，安森半導體則在汽車電子有優勢。
2.3 下游需求仍將保持旺盛
過去十年，對於CIS最大的拉動莫過於智能手機的普及。未來十年，我們認為多攝像頭手機、無人駕駛汽車、安防、醫療、機器人等行業應用佔比將逐步升高，繼續拉動下游需求。
從左下圖可以看出，從智能手機興起開始，
CIS的出貨量曲線基本擬合智能手機出貨量曲線。2013年以前主要是智能手機的拉動，儘管在2013年後，手機增長趨勢放緩，但是由於其他應用的崛起，例如安防、智能汽車、物聯網等，CIS的增長曲線仍能保持以前的增長趨勢。多攝或將成為行業趨勢
雖然智能手機出貨量已經趨於穩定，但是雙攝甚至多攝攝手機再一次拉動了CIS的需求。目前配備雙攝的主要是2000元以上手機。根據第三方數據，2017年全球雙攝手機滲透率達到了8%-10%，我們估計未來3年有望達到50%滲透率甚至更高。即絕大部分2000元機以及相當比例千元機會標配雙攝。僅此一項，按年出貨15億部手機計算，未來三年即可額外拉動7億顆CIS需求。
2018年華為已經率先推出搭配3攝的P20 Pro旗艦手機。而國外廠商Light已經推出配備9個攝像頭的原型機。在智能手機創新不足的情況下，攝像頭是為數不多可以做文章的突破口。
3D感測（3D Sensing）將增加紅外CMOS圖像傳感器需求
3D感測是未來人機交互的重要入口之一。根據AMS公司預測，2017年3D感測市場規模為1億歐元，未來5年3D感測市場CAGR=44%，2022年將達到8億歐元。目前由於成本與技術的原因，大部分3D sensing 應用在工業領域。隨著產品技術的不斷髮展，未來4年電子/汽車/工業領域CAGR分別為74%/45%/13%。到2022年預計超過60%的下游應用在消費電子領域。
未來3D感測應用將從手機延伸到汽車、智能家居、可穿戴設備。主要應用有：
- 智能手機：人臉識別、AR、手勢識別
- 工業：3D 定位、無人機器人、圖案（Pattern）識別
- 智能家居：手勢識別、光線感應、人體感應。
- 汽車：駕駛監控（例如疲勞駕駛）、手勢識別、3D雷達
目前3D感測主要有三種技術路徑：結構光（structured Light)、TOF(Time of Flight)與雙目測距(Stereo Vision)。其中雙目測距所需算法量太大，對於硬件資源要求較高，目前產業主要以結構光與ToF為主。
從上表可以看出，3D sensing中對於紅外攝像頭或者紅外傳感器的需求是最多的。
隨著AR應用的發展，未來手機3D感測配置將從前置擴展到後置。ToF 感應技術識別距離可達4~5m，遠超過結構光識別距離(一般在1m以內)，故此我們分析未來後置3D感測技術路徑將是ToF主導。例如微軟遊戲主機Xbox One中的Kinect就是採用ToF技術解決方案。
根據智能手機出貨量與3D感測前置/後置滲透率，我們估算未來三年3D感測對於紅外CIS的拉動需求為7000萬顆/1.79億顆/3.5億顆，YOY分別為600%/255%/196%。
汽車無疑是繼手機之後最大的CIS應用場景之一
預計到2021年，車用CIS在所有應用佔比將從2015年的3%提升到14%，是增幅最大的下游應用。
車均攝像頭數目有望從目前1.23個持續增加，到2020年預計達到2.2個/車。2017年全球車載攝像頭出貨量約為1.2億臺，汽車產量約為9700萬輛，平均全球每臺車裝備攝像頭數目約為1.23個。隨著各個國家對於交通安全的重視（例如美國要求在2018年5月開始所有新產轎車必須裝備後視攝像頭，到2019年範圍擴大到所有卡車與公交車）以及ADAS的滲透率提升，未來 車均攝像頭數目有望持續增加。
一個攝像頭對應一顆CIS。基於以下幾個假設，我們估計未來3年車載CIS需求量：
- 全球汽車產量年均增長4%
- 配備ADAS車均攝像頭5個，1個後視攝像頭+4個環視攝像頭
- 普通車配備一個攝像頭
結論：預計未來3年車載（前裝市場）CIS需求量分別為1.4億、1.8億、2.4億顆，增速分別達到21%、28%、33%，到2020年車均攝像頭數目為2.2顆。以上估算略有保守，高端ADAS車型車均攝像頭超過5個，例如Tesla配置8顆攝像頭。
多攝智能手機、3D感測、無人汽車 三駕馬車對於CIS拉動
綜上所述，我們預測了對於CIS拉動最大的三架馬車：即智能手機多攝、3D 感測、無人駕駛汽車（前裝市場），對於CIS的需求未來三年將達到34億、39億、45億顆，YoY分別為12%、15%、15%。
視頻處理芯片——計算機視覺芯片將成為主流
視頻處理芯片的作用主要是處理上游CIS傳輸過來的數字信號，例如受限於傳輸帶寬的原因，圖像需要進行壓縮、編碼等處理，經過傳輸，在後端進行解壓縮還原圖像。在這個過程中，視頻處理芯片處理算法的質量直接決定著圖像後端顯示的清晰程度，重要程度可見一斑。
目前估計全球視頻處理芯片市場規模約為30億美金，其中安防領域5億美金左右。預計到2022年整體將達到55億美金，4年CAGR約為16%，其中汽車佔比最高（74%），將達到41億美金；安防佔比其次（20%），將達到11億美金。
我們認為以下幾個方面將會繼續拉動視頻處理芯片的發展：
- 終端視頻設備數量持續增加 。隨著芯片小型化與性能提高，越來越多的終端可以提供高質量視頻，如智能手機、平板電腦、可穿戴設備、安防攝像頭、無人機等。關於手機、汽車等數據請參閱我們第二章的分析。
安防領域，我們估計2017年全球網絡攝像機芯片出貨量達到1億臺左右，其中專業安防佔70%，消費級安防佔30%，估計未來安防市場CAGR=15%，到2022年預計網絡攝像芯片整體數目將達到2.01億臺。
- 圖像處理質量能力提升->ASP提升。終端產品所支持的圖像畫質逐步提升，從最早的480P->720P->1080P->4K（UHD,超高清）。終端屏幕顯示能力的提高反過來驅動了片源圖像質量的提升，同時也驅動了芯片的處理能力的提升。
- 視頻壓縮能力需求加強->ASP提升。對於家用攝像機領域，壓縮視頻可以延長攝像機的電池使用壽命與攝錄工作時間。我們看到純無線電池類攝像頭開始湧現，代表產品：Amazon doorbell ，待機時間可長達6個月。對於專業安防領域則可以節省傳輸帶寬，故此芯片壓縮視頻的能力變得至關重要。
例如，現在視頻芯片普遍從H.264編碼格式升級到H.265編碼方式。相比H.264，H.265只需原先H.264編碼的一半帶寬即可傳輸相同質量的視頻，同樣存儲方面也會節省一半的空間。
- 功能性模塊增加->ASP提升。在個人消費領域，消費者會隨時把視頻從終端傳到智能手機或者社交網站分享，而在專業領域，視頻會被傳輸到雲端儲存、分析。這就要求芯片具有無線通訊能力，即藍牙或者wifi模塊。
- 計算機視覺功能加入->ASP提升。計算機視覺指的是芯片可以自動分析、處理、識別圖像中的內容。比如停車場中的自動識別車牌、自動駕駛中識別左右交通線防止車道偏離、人臉識別等。
具有計算機視覺模塊的視頻處理芯片將會逐步佔領主流市場，目標領域是邊緣端。把計算機視覺處理能力放在邊緣端可以1）降低減少帶寬需求2）降低雲端存儲成本3）加快反應時間
代表產品：海康威視500 萬星光級1/2.7”CMOS ICR 日夜型半球型網絡攝像機，其主要特點有：
- 高分辨率:2560×1440@25fps
- 支持背光補償，適應不同監控環境
- 紅外模式：自動切換,實現真正的日夜監控
- 計算機視覺：10項行為分析,2項異常檢測,1項識別檢測
主要視頻芯片廠商
4.1 全球CIS相關公司
這裡我們對比一下國內外CIS廠商各自主流高端產品：
從傳感器尺寸、有效像素、幀率等三個主要參數看，索尼仍然在CIS領域領先全球。例如索尼2018年7月最新發布的IMX586具有業界最高水平的 4800 萬像素，並且傳感器尺寸為 1/2 英寸，在高達4800萬像素圖像下，仍然可以達到每秒30幀的水平，性能相當強悍。三星與豪威緊隨其後，中國廠商的產品雖然距離一流大廠還有一定差距，但已經逐步從中低端開始滲透。
索尼——CIS市佔率42%
源自日本，以研製電子產品為主業，經營領域橫跨消費性電子產品、專業性電子產品、遊戲、金融、娛樂等。眾所周知，索尼公司長期統治了相機市場，與其掌握強大的核心元器件技術CIS是分不開的。2017其半導體營收佔集團總營收10%，達到72億美金，其中主要產品有CIS（營收45億美金，約佔半導體營收60%）、VCSEL(應用於3D感測核心部件)、電視投影儀芯片、OLED等。其多次發佈革命性CIS技術，如3D堆疊（具體見2.1節），牢牢佔據攝像領域高端市場。
三星電子——CIS市佔率18%
韓國最大的消費電子產品及電子組件製造商，亦是全球最大的信息技術公司。2017年受益於存儲器價格景氣週期，存儲龍頭三星電子超過Intel成為最大的半導體公司。2017年三星電子總營收2139億美金，其中半導體營收663億美金，佔總營收31%。CIS營收約為20億美金左右。
Omnivision（北京豪威科技）——CIS市佔率12%
成立於1995年的豪威科技，是一家領先的數字圖像處理方案提供商，原為美國納斯達克上市公司，後於2016年初被中資財團以19億美金收購。公司主營業務就是CMOS圖像傳感技術。
截止到2017年底，豪威主要財務數據如下（人民幣）：資產總額 143.7億；淨資產90.89億；營收90.5億元；淨利潤27.7億元。
2018年7月14日，韋爾股份公告擬以現金收購北京豪威1.97%的股權，本次收購價格預計為人民幣2.6-3.0億元，我們預期以後韋爾會提高其持股。
中國資本收購豪威，有助於補中國在CIS領域的空白。被收購前，豪威是屬於CIS第一集團，市佔率僅次於索尼、三星。從豪威專利數量也可以看出豪威的技術儲備，而且在國外的專利數量（我們分析主要是中國）已經超過美國本土。如果中方資本能夠利用好豪威的技術儲備，背靠中國的大市場，豪威在中國半導體的產業鏈中將佔有重要一環。
安森美半導體On Semiconductor——CIS市佔率6%
安森美半導體(ON Semiconductor，美國納斯達克上市代號：ON)提供全面的高能效電源管理、模擬、傳感器、邏輯、時序、互通互聯、分立、系統單芯片(SoC)及定製器件。
格科微——未上市
公司創立於2003年，是國內領先的圖像傳感器芯片設計公司，主要服務於全球移動設備及消費電子市場。目前，公司主要從事CMOS圖像傳感器、LCD Driver、高端嵌入式多媒體SOC芯片及應用系統的設計開發和銷售，獲得中國半導體行業協會頒發的“2017年中國十大集成電路設計企業獎”。
國內第一顆量產的CMOS圖像傳感芯片，第一顆基於BSI工藝的5M像素CMOS圖像傳感芯片以及第一顆BSI工藝的2M像素CMOS圖像傳感芯片均來自於格科。
4.2 圖像處理芯片相關廠商
華為海思國內芯片龍頭企業已經佔有專業安防領域超過50%市場份額，從以下產品性能對比也可以看出，高端Hi3559芯片在專業安防領域已經不遜於國外產品。安霸新產品CV2主要賣點在於配備神經網絡（DNN）的計算機視覺功能，可以在邊緣端領域自動識別物體；被英特爾收購的Movidius 芯片有比較好的性能與功耗的平衡，目標市場在於可穿戴、無人機等領域；中國富瀚微在高清視頻處理方面頗又有競爭力，已經成功進入國內一流安防市場，並且積極進行汽車前裝領域的驗證。
華為海思——專業安防芯片領域市佔率超過50%
海思半導體作為中國大陸半導體設計公司龍頭，2017年營收達到387億人民幣，同比增長27.7%.海思已經深耕半導體行業20多年，有超過200種芯片和專利數量超過5000。在以智能手機代表的移動通信領域，海思麒麟系列芯片已經成功躋身國際一線芯片行列，無論是從處理器速度、基帶（全網通模式，上\下行下載速度）、工藝製程等參數均不輸於國外一線大廠。
在安防領域，根據我們的市場調研，海思已經在專業安防領域（即對芯片性能要求最高的領域），已經佔有全球50%以上市場份額，產品已經廣泛應用於海康威視、大華股份等一線安防廠商。而華為的目標不僅僅是專業安防領域，在消費級也在逐步擴展市場。例如視頻會議系統、USB即插即用運動相機等。
華為在安防領域的優勢：
1）掌握底層核心技術：芯片。在這一系列擴張的背後都是有強大的技術做支持：從底層芯片到上層軟件從而延伸到整個系統，缺一不可。而華為恰恰掌握了底層最核心的元器件——芯片，即掌握了整個系統的入口，在自家芯片上開發自家系統，無論從安全性與系統開發迭代速度角度看都有較大優勢的。
2）掌握未來發展的入口：人工智能。未來安防向著智能化方向發展。而華為已經率先在自家芯片試驗人工智能模塊，例如應用於旗艦機Mate10的麒麟970芯片。雖然麒麟970的人工智能功能不是很明顯，可以看做是一次試水，我們更期待今年發佈麒麟980芯片在人工智能方面的表現，但是這個證明華為已經在未來科技入口處開始佈局，並且是從芯片、軟件、系統、產品全方位佈局，可以推斷華為會將人工智能應用從智能手機擴展到智能安防領域。
安霸（Ambarella）——市場地位受到挑戰
2017發佈第一款計算機視覺芯片CV1，主要應用在安防、可穿戴、無人機領域，未來還將擴展到無人汽車等領域。下游主要客戶包括海康威視、大華股份、GoPro， Garmin等。2018財年營收達到2.95億美金，下游主要市場包括安防、無人機、運動相機、汽車（包括前裝、後裝）等。
安霸在視頻市場的地位收到了來自中國廠家的挑戰，主要競爭對手包括海思、富瀚微等。故此安霸需要加快開發高端產品，以增加產品附加值，例如2018年推出的採用10nm工藝的CV2計算機視覺芯片，主要定位於無人汽車市場。
富瀚微
A 股為數不多的安防芯片優質標的。公司成立於2004年，是國內最早進入安防視頻監控相關領域的企業之一，公司主要產品為安防視頻監控多媒體處理芯片。其中，圖像信號處理（ISP）芯片產品種類覆蓋度高，2016年模擬攝像機ISP芯片市場份額超過60%；網絡攝像機芯片（IPC SoC）的市場份額由於與安防巨頭海康威視的深度合作得以快速提升，2017年度IPC SoC 芯片在安防領域實現從零到一的增長。
公司積極向高端領域擴展：
1）逐步向汽車前裝市場滲透。公司現在已經有1顆芯片進入國內主流廠商前裝驗證環節，目標是360度環視系統。
2）積極投入研發，在研項目有：
- 面向消費應用的雲智能網絡攝像機SoC芯片：具備AI人臉識別的輕應用人工智能芯片。
- H.265超高清視頻編碼SoC芯片。H.265編碼技術將比上一代H.264編碼技術提高一倍的壓縮比例，即H.265只需原先H.264編碼的一半帶寬即可傳輸相同質量的視頻，同樣存儲方面也會節省一半的空間。
預計安防市場空間未來3-5 年仍有望保持15%-20%左右高速增長，公司仍將受益於行業增長紅利。
晶方科技——CIS封測廠商
公司成立於2005年，專注於傳感器領域的封裝測試業務，同時具備8英寸、12英寸晶圓級芯片封裝技術。封裝產品主要包括CIS芯片、指紋識別芯片、微機電系統芯片（MEMS）等。
- 公司一直在走“小而美”路線。深耕晶圓級封裝技術，相對於同行業，毛利率淨利率一直領先三大封測廠。
- 國家扶持推動公司發展。2018年初，國家大基金以6.8億元入股晶方科技，佔9.32%股份。晶方科技是細分賽道CIS封測的龍頭，未來無論在物聯網、3D sensing 領域均有重要戰略意義。
- 大力投入研發。2017年研發支出9600萬，佔營收15%，行業內也處於遙遙領先地位。預計公司未來將在汽車電子、3D sensing等領域逐步擴展業務。
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