智能安防2020红利持续、下沉持续、跃迁持续

安防统属于电子行业的范畴,是对现代计算机技术、集成电路应用技术、 网络控制与传输技术和软件技术的综合利用。

按照每年 20%的增速估算,到 2019 年北京、上海的人均监控摄像头预计将赶超英国、美国水平。此外,考虑到当前我国的经济发展水平、国内市场对安防需求的认知程度、以及较大的人口基数等因素, 我们判定国内一线大城市的安防市场规模趋于见顶,上升空间不大。

以 H.264 为代表的视频编解码算法是硬盘录像机的核心技术,它通过特定的压缩技术,在保证良好质量的前提下,去除数据中的冗余信息,大大提高硬盘视频储存量。该阶段市场竞争也由单一代理权的竞争过渡到品牌产品与组装式产品的竞争,系统集成业务初现端倪。 

我国安防行业主要由以下五类企业组成:一是以生产和供应安防产品为主的产品供应商;二是以设计、 安装、服务为主的工程商;三是以经销、代理为主的销售商;四是以运营服务为主的运营商;五是负责缔结软硬件产品、运营服务于一体的系统集成商。

较为通用的应用为将智能识别类算法直接固化为 IP,嵌入到视频监控 SOC 芯片中(全定制芯片),优点是量产后功耗、价格等都极具优势,但功能拓展性有限。

4、终端应用逐步拓展

前端模拟摄像机采集的原始光信号,经CCD图像传感器转换成模拟电信号, 然后输出到 ISP 图像处理芯片,进行自动曝光、色彩校正、祛除坏点等图像处理;视频矩阵是系统的核心,负责视频信号的切换和前端设备的控制;后 的监视器由 CRT 电视墙组成,用来显示前端传输过来的视频信号。

产品升级改造成为安防行业在一线城市未来的需求增长点。

比如IBM的类脑芯片TrueNorth就是基于脉冲神经网络。 但受限于脑科学的发展水平,目前还很难研制出通用的类脑芯片,市场上的类脑芯片一般只是部分汲取了人脑特点的专用处理芯片。

了解到该公司的资金需求后,交通银行四川省分行快速响应,耗时1个工作日即完成新增防疫专项贷款额度审批,及时向公司发放了2亿元防疫专项贷款,并执行2%的优惠利率。

据甘肃官方1日最新统计,截至1月31日24时,甘肃累计报告新型冠状病毒感染的肺炎确诊病例35例,其中重症病例5例,危重病例1例,均在兰州市。目前,该省累计追踪到密切接触者931人,已解除医学观察45人,其余886人正在接受医学观察。

此外,互联网与安防行业的结合,在技术层面上也帮助了传统安防企业打开民用安防市场,使得家庭安防系统可以将智能锁,智能摄像头,红外入侵探测器,声光报警器等设备组成一个安防监控网络,并与用户手机相连。

据了解,1月20日至30日,甘肃累计安全处置医疗废物量为261.11吨,全省14个市(州)18家医疗废物处置单位均正常运行。同时,甘肃加强生态环境执法监管力度,持续对102家定点医院和18家医废处置单位开展监督检查,督促定点医院和危废处置单位对医疗废物应收尽收、定点存放、专车运输、及时处置。

下游主要为具有项目资源且技术壁垒较低的销售渠道商、项目集成商、工程建设服务商、和运营服务商,负责 安防产品的销售和整体项目集成与运营;终端应用领域落地到政府、具体行业和居民家庭,踏入全民安防的时代。  

AI 芯片主要囊括三大类,一是经过软硬件优化可以高效支持 AI 应用的通用芯片,例如 GPU 方案 ;二是侧重加速机器学习(尤其是神经网络、深度学 习)算法的芯片,这也是目前 AI 芯片中最多的形式,如 FPGA、ASIC 方案; 三是受生物脑启发设计的神经形态计算芯片,称之为类脑芯片,通过模拟人脑运行机制设计。

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,视频原始数据经过 ISP 模块处理后,传到视频编码模块进行压缩,然后通过网络传输到后端 NVR 接收处理并存储。可见,IPCSoC 芯片涵盖了视频监控的核心技术 ——ISP 技术和视频编解码技术。

安防终端应用由最早的军用、特殊行业应用,逐步拓展至各类行业甚至家庭应用。

随着人工智能应用生态的爆发,越来越多的 AI 应用开始在前端设备上开发和部署。像海康、大华、宇视、苏 州科达、格灵深瞳、商汤科技等大部分公司的前端智能产品在 2016 年正式推出。

从类别上,可将终端应用划分为城市级、行业级和消费级。其中,城 市级应用主要由政府主导,占市场 30-40%份额,具有重性能轻价格的特性,以“平安城市”、“雪亮工程”、“智慧城市”等工程为代表,城市级应用对国内安防行业的整体发展产生了重要助推作用;行业级应用涉及到公安、交通、楼宇、文教卫、银行金融等各个行业,其中公安、交通、金融为最重要的应用行业;消费级应用则推广至社区、家庭,随着安防系统成本的降低和智能化的推进,民用市场将成为未来安防行业最大的潜在需求。 

网络高清技术时代主要体现在监控软硬件系统的革命,随着网络宽带的普加,视频监控系统与客户应用系统实现融合,行业应用范围也不断拓展,覆盖到学校、商场等各个行业。该阶段市场的竞争也由系统集成业务向解决方案、行业化及平台化应用发展。 

AI 芯片的目标在于“训练”和“推断”。其中云端聚集训练和推断双重功能,通用 GPU,特别是 NVIDIA 系列 GPU 芯片方案是目前 AI 训练领域应用最广泛的平台。

目前 ISP、IPC SoC、DVR SoC 和 NVR SoC 四类芯片均已实现了较大程度的国产化替代,主要厂商有华为、海思、富瀚微、中星微 等。随着智能化与安防行业紧密结合,各种类型的 AI 芯片正快速向安防监 控各环节渗透,但高性能 AI 芯片仍以国外为主导。

3、下游产业优势不明显

长期以来,算法的基础框架的研发基本都被国外研究机构或公司所垄断,国 内的厂商则是通过对基础算法进行改进从而形成自己独有的算法技术。当前国内主要的算法公司为商汤、云从、依图、旷视等专注于计算机视觉的独角兽企业。

当前安防监控领域最主流的深度学习芯片方案是 GPU,基本被英伟达掌控, 国内的 GPU 芯片方案尚无较大进展。但考虑到 GPU 方案存在成本、效率、功耗三方面的瓶颈,针对推理阶段并非最佳选择。

整个产业中涉及视频监控领域的产品供应、工程建设和运营服务占据了行业总值的一半,因此可以说视频监控领域是安防行业的晴雨表和风向标。

根据《公共安全视频监控建设联网应用 “十三五”规划方案》要求,2016 年全国选择一批市(地、州、盟)或市辖区 作为“雪亮工程”建设示范城市(区)。2017 年起,全国“雪亮工程”项目市 场迎来大爆发。2018 年雪亮工程项目增长迅速,在 39 项亿元以上平安城市项目中,雪亮工程项目达 15 项,约占平安城市亿元级项目的 45.7%,几乎占了半壁江山。

此外,对不能使用专项再贷款政策的地方法人金融机构,人民银行成都分行相关负责人表示,将充分运用再贷款、再贴现、常备借贷便利等货币政策工具,及时满足辖区法人金融机构支持疫情防控和企业复工复产的资金需求。

下游主要为具有地方资源且技术壁垒较低的安防工程建设商、系统集成商、 渠道销售商、和运营服务商。

当前,以海康、大华为首的本土龙头安防企占据了全球安防市场份额的 40%以上。海外安防市场规模是国内市场的 3 倍以上,这两家企业的海外收入占其营业总收入的 30%以上,海外营收增速也保持着每年 30%以上递增速度。

此外,甘肃省生态环境厅还督促医疗单位采取必要措施,加大药剂投放,确保医疗废水有效处置,甘肃102家定点医院均按要求对医疗废水规范处理。截至29日,该省已出动环境执法人员1183人次,检查单位(企业)812家次,其中医院525家次,医废处置中心检查做到全覆盖。(完)

据悉,为推动疫情防控专项再贷款政策落地,人民银行成都分行主动与重点企业沟通联系,及时了解融资需求金额、时长、用途及融资中存在的困难,督促金融机构开辟信贷申请“绿色通道”,缩短信贷审批流程,快速办理贷款发放。

模拟监控时代:我国第一代模拟视频监视系统产生于 20 世纪 70 年代,系统由前端的模拟摄像机,后端的视频矩阵、磁带录像机(VCR)和电视墙构成。 

(三)安防行业产业链

(四)海外市场不可小觑

我国安防行业起步于上世纪 70 年代末到 80 年代初,并围绕着视频监控技术的改革创新而不断升级。行业从“看得见、看得远、看得清到看得懂”, 一共经历模拟监控、数字监控、网络高清监控和智能监控 4 个阶段。

视频监控系统中从图像信号处理、视频编解码、视频存储、到 AI 智能分析,每项技术的发展都需相适配的芯片硬件紧密结合,才能充分发挥整个系统的功效。

当前,安防产业正处于网络高清阶段的尾声和智能监控的起始阶段,市场上技术与产品趋于同质化,行业亟待新的技术驱动,人工智能的产业化落地有待解决行业痛点,成为安防业发展的新动力。

2016 年至 2020 年是安防产业智能化拐点的关键时刻,能否维持当前优势,进一步提升行业地位在此一举。 

DVR(DigitalVideoRecorder,数字硬盘录像机)SoC 芯片:将 CPU 处理器、 内存、压缩、外设接口等进行整合。其中,模数转换(A/D)芯片和视频编解码芯片是其最主要的部分,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;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、H.265 等标准码流。

中游主要为安防设备厂商,负责匹配上游组件和下游需求,提供整体的产品和方案。随着产业规模的发展,中游部分大规模厂商也逐渐涉及下游集成、销售、工程和运营业务,形成具有全产业链优势或尾部产业链优势的龙头厂商;

“长三角”地区以上海、浙江、江苏为中心,聚集着高新技术企业和外资企业,汇聚了海康、大华、宇视等行业巨头;

通过手机 APP 随时查看家中情况,已成为许多人管理家庭的手段之一。根据相关数据,目前中国民用安防占整体安防市场约 11%,相对于美国 50%的民用安防普及率,我国安防产品的家庭只占很小一部分,未来安防产业市场在民用领域还有很大的上升空间。

(二)安防行业发展四个阶段

GPU 芯片擅长并发计算,适合图形运算,上市快,通用性强, 但存在成本、效率、功耗三方面的瓶颈。半定制化 FPGA 芯片在中心推理 及数据中心也有较多应用,FPGA 允许用户通过硬件编程定义逻辑,其前期启动成本低,通过再编程特性提供了灵活性,但这种优势是以更高总成本、功耗以及牺牲性能为代价。

政府端,“智慧城市”项目提上议程,根据德勤统计数据显示,至 2016 年 6 月,全国95%的副省级以上城市、超过 76%的地级城市,超过 500 座城市, 明确提出或正在建设智慧城市,未来几年内,侧重于智能楼宇、智能出行、 智能住房、智能能源等领域的智慧城市项目将成为安防项目在一线城市升级的主要拉动力。 

甘肃省生态环境厅称,已进入“战时状态”的甘肃各地生态环境监测中心持续做好全省环境质量数据报送,及时组织开展全省86个县区环境空气质量自动监测;安排专人迅即前往县级及以上集中式饮用水水源地监测一线采集水样、开展分析测试,为疫情防控期间全省环境管理工作提供技术支撑。

一直以来,我国的安防监控市场主要集中在行业应用,随着人们生活条件的提高、安全防范意识的加强,居民家庭对于安防问题越来越重视,照看老人儿童、防火、防盗、防漏电等已经成为现代家庭的迫切需求。

面向云端 AI 应用,越来越多的公司开始尝试设计专用芯片(ASIC 芯片)以达到更高的效率,其中最著名的例子是 Google TPU,由于使用了专用架构,TPU 实现了比同时期 CPU 和 GPU 更高的效率。

网络高清监控时代:网络高清监控技术在 2010 年前后得到广泛的应用和发 展。该阶段的系统结构更加复杂,前端的摄像机进化为网络型的高清摄像机, 后端则是由数字硬盘录像机(DVR)/数字视频服务器(DVS)、和数字网络录像机(NVR)、监视器群组/超高分辨率数字拼接墙、客户端设备、系统软件、 网络等构建起来的大系统。

可以预见的是,随着内陆和小城市公众安全意识的加强,国内视频安防行业规模必将进一步扩大。此外,政府端的主力市场持续发力,2015 年后,“雪亮 工程”接替“平安城市”,推动我国安防市场的需求下沉到一二线城市的各个片区以及三四线城市的县级地区。

从地域分布上看,我国安防行业集聚在经济比较发达的“珠三角”、“长三角” 和“环渤海”三大地区,占据了我国安防产业约 2/3 以上的份额。

安防产业链主要分为四个部分。上游为关键零部件、芯片和算法,主要包括图像传感器厂商、光学镜头厂商、芯片厂商、算法公司等,其中芯片为主要行业壁垒,多为国外厂商所垄断;

1、上游技术不断革新

在深度学习算法得以具体应用之前,传统的计算机视觉算法通过对人为定义的特征参量(如边 缘、角点、纹理等)来对图像进行分类和识别,可以达到简单的交通卡口车牌号识别、道路闯红灯检测、非法停车检测等。

中游主要为安防软硬件产品提供商,占据安防行业最重要的地位。其中以海康威视、大华股份、宇视、科达等一直以产品和解决方案为核心的安防厂商,依托着技术、资源和规模优势占据场景应用端口。

(三)民用市场成为新的增量市场

随后在数字监控和网络高清监控阶段,我国安防厂商紧抓技术变革的机遇,实现弯道超车挤占外资份额,在安防市场上赢得了一席之地。

算法是安防领域应用的底层逻辑。算法在安防领域的主要应用是计算机视觉识别技术,通俗而言就是通过多层次的网络算法(深度学习)模仿人脑的运行机制,实现由“看的见”到“看的懂”的技术升级。

根据前瞻产业研究院发布的《中国安防行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》统计数据显示,截至2017 年年底,中国安防企业约为 2.1 万家,行业总收入达到 6016 亿元左右,年均增长 14.4%。并预测在 2020 年我国安防行业总收入将突破 8000 亿元,达到了 8212 亿元左右。  

存储主要有前端存储、后端集中式存储和云存储三种,主要的存储技术和解决方案领导厂商为国外的西部数据和希捷科技。图像传感器目前正处于 CMOS 全面替代 CCD 的阶段,国外索尼、三星和豪威三巨头的市场占有率达到了 72%,国内的 CMOS 传感器厂商有思比科、格科微等,产品主要用于中低端消费类电子领域,与国外厂商还存在一定的差距。 

从作为主力的政府需求拉动来看,集中于一、二线城市的“平安城市”建设项目, 自 2015 年以来,已基本结束大规模集中建设,也基本印证了这一观点。 2017 年平安城市亿级项目共 85 项,项目总金额 265.42 亿元,其中 5 亿以上项目 9 个,而 2018 年平安城市亿级项目仅 39 项,5 亿以上项目只有 1 个。

(二)需求渠道下沉,二三四线市场发力

而 2017 年这一比例才占到占比 9.41%。这说明,对安防企业来说,雪亮工程正在替代平安城市成为安防市场的主战场。 

虽然中游的技术壁垒低于上游,但受益于国内的刚性需求,使得国内安防产品提供商取得了较高的利润,也获得了长足发展。

其中,安防产品供应商生产和供应的安防产品又大致可以分为视频监控、门禁和防盗报警三大类。

最早的模拟系统中,仅需负责图像处理的专用 ISP 芯片,随着应用功能的复杂化,全定制型的片上芯片(System On Chip,SoC)把一个系统所需的各种芯片和电子部件集成到单一芯片上,成为监控系统的主流应用,前端集成的 IPC SoC 芯片和后端集成的 DVR SoC 芯片、NVR SoC 芯片在数字监控系统和网络高清监控系统中广泛应用。

AI 芯片应用在安防系统主要有两种方式,一种是以 AI 加速卡的形式嵌入到前端摄像头和后端 DVR/NVR 中,提高整体计算能力,主要的 AI 芯片类型 为 ASIC 和 FPGA;另一种是以集成编解码、网络接口、视频分析等模块于 一体的 AI 芯片形式,应用于后端 DVR/NVR 或云端/中心服务器中,主要 的 AI 芯片类型为 GPU,也有部分 ASIC 和 FPGA 芯片。 

隐藏层的数量决定了学习的深度和输出的准确性,通过大量数据训练,推动了人脸识别、行为识别等复杂智能图像识别得到有效突破。

我国一线城市安防基础设施布局目前已趋完善。从城市摄像头布局来看,对比国外,英、美是摄像头覆盖密度最大的国家,2016 年英国平均每千人约配备 75 台监控摄像机,美国平均每千人拥有的监控摄像头甚至高达 96 台,我国摄像头密度位居前列的北京、上海每千人配备的摄像头数目相当于英国的 70%,美国的 60%。

每一阶段的突破,都由上游技术革新引领。在模拟监控阶段,由于我国安防起步晚,中国安防市场基本是国外品牌的天下,日本系、北美系、欧洲系、韩国系、 以色列系等五大“品牌系”依靠领先的技术垄断国内中高端市场,而国内安 防企业则以组装和仿制为主,在市场中处于弱势地位。

关键零部件包含图像传感器芯片、光学镜头和存储器等组件。光学镜头已基本实现了国产化,具体厂商有舜宇光学科技、联合光电等企业。图像传感器和存储器还主要依赖国外进口。

芯片在产业链中扮演着最核心的角色。芯片广泛应用于安防系统的前端、后 端、中心系统等各处,左右着安防系统的整体功能、稳定性、能耗和成本, 并在很大程度上决定着安防行业未来的发展方向。

智能监控时代:2016 年后随着网络传输深度学习算法和芯片性能的提升, 安防行业开始步入“看得懂”的智能化时代,人工智能赋能安防,各类基于人工智能技术的垂直应用不断涌现。视频监控系统前后端均实现智能化,前端“智能化”,后端“云化”,并逐渐演变为“边缘节点”、“边缘域”、“云中心”三个层次,云边融合的产业生态圈成为安防系统正在发生的新趋势。 

福建形成了监控镜头、楼宇对讲、防盗报警三大产业优势;天津形成了高速球和云台生产制造优势;浙江形成了 DVR、高速球、矩阵产业优势;北京形成了光端机、电子巡更、门禁产业优势;广州形成了楼宇对讲和公共广播产业优势;江苏形成了安防线缆、高速球、防爆摄像机产业优势等。

随着行业集中度的不断加强,中游拥有技术、资源、规模优势的安防厂商不断抢占下游市场。目前,安防产业链中下游正趋于融合趋势。

ISP 芯片(Image Signal Processing,图像信号处理):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,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,使图像得以复原和增强。ISP 芯片的性能直接决定了视频监控摄像机的成像质量。

其中,“珠三角”地区聚集着电子安防产品生产企业,成为中国规模最大、增速最快、产品数量和种类最多的安防高新产品加工密集地区,仅深圳的企业数量就占据全国安防企业总数的 65%;

2、中游龙头产商占据场景应用

“环渤海”地区则以集成应用、软件、服务企业为主,形成了北京、辽宁、山东、天津的安防产业群带。此外,安防企业就同质产品同样具有产业集群特点。 

硬盘录像机是集音视频编解码、网络传输、视频储存、远程控制等功能于一体的计算机系统。它的出现,逐步取代并完善了磁带录像机和视频矩阵的功能,提高了音视频处理、 储存、检索、备份效率。

但是当需要计算的图像内容元素复杂、或者类别多样时,该算法的识别效率和准确率面临瓶颈。深度算 法技术引用端到端的多层神经网络结构,仅提供给算法输入层和输出层的 映射数据库,让算法在隐藏层自行寻找和调节中间参量来进行训练。

数字监控时代:本世纪初,数字技术的发展推动了数字硬盘录像机(DVR)的大规模应用,标志着数字视频监控时代的到来。

当前,安防行业 正处于网络高清阶段尾声和智能阶段的起点,市场上高清摄像机、网络摄像机分别占比 76%、24%,智能摄像机的比例不足 1%。安防摄像头的更换周期大概为 3-5 年,目前,市场上高清摄像机基本已取代标清摄像机,未来几年内,智能摄像机的替代更新,将成为安防行业在一线城市的主要增长点。 

由于视频监控系统需要进行线路架设、设备配 套、安装调试、后续专业运维等专业集成性工作,需要通过系统集成商来统 一完成上述工作,因此,终端用户通常通过集成商统一向设备制造商采购设备、或在少数设备标段独立招标的项目中直接向制造商采购设备。

随着智能计算的不断前移, 不少安防产业链企业着重开发 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。

国内的很多初创公司,如寒武纪及比特大陆,也往往从门槛较低的专用芯片入手。安防是 ASIC 芯片的主要应用场景,ASIC 芯片是一种专向设计的集成电路,无论功耗、可靠性还是体积、成本均远低于 GPU,业界普遍认为将会成为未来人工智能领域的核心。

图为1月底,甘肃省生态环境厅监测技术人员开展饮用水水源地水质分析。甘肃省生态环境厅供图 

随着中游企业规模的不断扩大,大部分龙头厂商逐步涉足下游的系统集成、工程建设、渠道销售和运营服务,形成具有全产业链和尾部产业链优势的安防厂商。

NVR (Network Video Recorder,网络硬盘录像机) SoC 芯片:NVR 系统的前端为网络摄像机 IPC,IPC 将视频信号传输至 NVR 进行存储,NVR 功能单一,仅视频传输与存储,更多视频分析功能放在后台(云端)服务器运行。 随着 IPC+NVR 方案渐成主流,NVR SoC 芯片也迎来了高速增长。

中国安防行业发展早期,跨国安防企业大量进入并主导国内安防市场,使得早期的安防产品出口依赖于产品技术含量低的代工产品,随着多年的沉淀和大量资源的投入,国外安防企业的市场份额逐步下降,自主品牌纷纷崛起并开始占据海外市场的主导。

当前,人工智能正处于初步开发阶段,对于 AI 芯片的定义并没有一个严格和公认的标准,应用于人工智能场景的各类芯片都被宽泛的认为是AI芯片。

目前累计追踪到密切接触者4140人,当日解除医学观察41人,共有194人正在接受医学观察。

受制于系统成本高、覆盖范围小、存储容量不足、实施远程监控受限和图像画面模糊等因素,目前模拟视频监视系统已逐步退出市场。 

按照中国一共有接近 3 亿个家庭计算,如果有五分之一的家庭购买安防产品系统,预期购买总量将达 6000 万套,按每套 1000 元的标准计算,预计总市场规模将达 600 亿元。

从城市摄像头布局来看,对标一线城市,二线城市和三线城市的千人均摄像头配备数量分别为 5 台、2 台,不到北京、上海等一线城市的十分之一。

(一)一线城市安防基础设施建设已趋完善,系统升级改造成新的增长点