Hybrid-Level Instruction Injection for Video Token Compression in Multi-modal Large Language Models

TL;DR

HICom通过混合级指令注入实现视频令牌压缩,性能提升2.43%,节省78.8%令牌。

cs.CV 🔴 高级 2025-03-20 7 次浏览
Zhihang Liu Chen-Wei Xie Pandeng Li Liming Zhao Longxiang Tang Yun Zheng Chuanbin Liu Hongtao Xie
多模态大语言模型 视频压缩 指令注入 条件压缩 机器学习

核心发现

方法论

HICom方法通过在局部和全局层面注入指令条件,指导视频令牌的压缩。局部层面将指令注入分组的视觉令牌,全局层面则注入可学习令牌,利用注意力机制完成条件压缩。这种混合级别的压缩方法在保留指令相关视觉信息的同时,保持时空结构,便于大语言模型理解。

关键结果

  • HICom在三个多选问答基准上平均提高2.43%的性能,同时与最先进的方法相比,节省了78.8%的令牌。
  • 在HICom-248K数据集上进行条件预训练,进一步提升了模型性能,尤其是在长视频任务中表现突出。
  • 通过混合级别的指令注入,HICom在视频理解任务中表现优异,显著降低了计算负担。

研究意义

HICom方法在多模态大语言模型中引入了条件压缩的新策略,解决了传统无条件压缩方法中信息丢失的问题。该方法不仅提高了视频理解的准确性,还显著降低了计算成本,为多模态大语言模型在视频任务中的应用提供了新的可能性。

技术贡献

HICom通过引入局部和全局的指令注入策略,实现了条件压缩,显著区别于现有的无条件压缩方法。该方法不仅在理论上提供了新的压缩策略,还在工程上展示了减少计算负担的可能性。

新颖性

HICom首次在视频令牌压缩中引入了混合级指令注入策略,区别于传统的无条件压缩方法,通过条件引导保留了更多的指令相关信息。

局限性

  • HICom在处理短视频时,性能提升不如长视频明显,可能因为短视频中信息冗余较少。
  • 该方法在指令注入的灵活性上仍有改进空间,尤其是在不同任务场景下的适应性。

未来方向

未来工作可以探索HICom在其他多模态任务中的应用,如图像描述和音频分析。同时,可以研究如何进一步提高指令注入的灵活性和适应性。

AI 总览摘要

多模态大语言模型(MLLMs)在处理视频任务时面临计算负担过重的问题,传统的压缩策略如平均池化会导致信息丢失。为解决这一问题,本文提出了一种新的混合级指令注入策略(HICom),通过在局部和全局层面注入指令条件,指导视频令牌的压缩。实验结果表明,HICom在多个视频理解基准上取得了显著的性能提升,平均提高2.43%,同时节省了78.8%的令牌。

HICom通过在局部层面将指令注入分组的视觉令牌,并在全局层面注入可学习令牌,利用注意力机制完成条件压缩。这种方法不仅保留了指令相关的视觉信息,还保持了时空结构,便于大语言模型理解。为了进一步释放HICom的潜力,研究者引入了一个新的条件预训练阶段,并构建了HICom-248K数据集。

尽管HICom在长视频任务中表现优异,但在短视频任务中的性能提升不如预期。未来的研究可以探索HICom在其他多模态任务中的应用,并提高其在不同任务场景下的适应性。

深度分析

研究背景

多模态大语言模型近年来在图像理解任务中取得了显著进展,但在视频任务中,由于视频帧数量庞大,计算负担过重成为主要挑战。传统的压缩策略如平均池化会导致信息丢失,无法有效保留用户指令相关的信息。

核心问题

现有的无条件压缩方法在视频任务中容易导致指令相关信息的丢失,尤其是在长视频中,这一问题更加严重。如何在降低计算负担的同时,保留更多的指令相关信息,是一个亟待解决的问题。

核心创新

HICom通过引入混合级指令注入策略,在局部和全局层面指导视频令牌的压缩。局部层面将指令注入分组的视觉令牌,全局层面则注入可学习令牌,利用注意力机制完成条件压缩。

方法详解

  • �� 在局部层面,将视频帧特征分组,并注入指令条件。
  • �� 在全局层面,注入少量可学习令牌,并进行注意力计算。
  • �� 利用HICom-248K数据集进行条件预训练,提升模型性能。

实验设计

实验使用HICom-248K数据集进行条件预训练,并在多个视频理解基准上进行测试。与最先进的方法相比,HICom在多个基准上取得了显著的性能提升,尤其是在长视频任务中表现突出。

结果分析

HICom在三个多选问答基准上平均提高2.43%的性能,同时与最先进的方法相比,节省了78.8%的令牌。条件预训练进一步提升了模型性能。

应用场景

HICom可应用于多模态大语言模型的视频理解任务,尤其适用于需要高效压缩和保留指令相关信息的场景,如视频问答和视频描述。

局限与展望

HICom在处理短视频时,性能提升不如长视频明显,可能因为短视频中信息冗余较少。未来工作可以探索提高指令注入的灵活性和适应性。

通俗解读 非专业人士也能看懂

想象你在看一部电影,电影中有很多场景,但你只对某些特定场景感兴趣。HICom就像一个聪明的助手,它能帮你筛选出这些特定场景,而不需要你自己去找。它通过在每个场景中注入你感兴趣的指令,来决定哪些场景需要保留,哪些可以忽略。这样一来,你就能更专注于你真正关心的部分,而不被其他不相关的信息干扰。

简单解释 像给14岁少年讲一样

想象你在玩一个视频游戏,你需要找到游戏中的关键道具。HICom就像是你的游戏助手,它能帮你快速找到这些道具,而不需要你在整个游戏世界中到处寻找。它通过在游戏中注入你的任务指令,来决定哪些地方需要重点关注,哪些可以跳过。这样,你就能更快地完成任务,获得更高的分数!

术语表

多模态大语言模型 (MLLMs)

结合视觉和语言信息的模型,能够处理多种模态的数据。

在视频理解任务中,MLLMs通过整合视频和文本信息来提高理解能力。

指令注入

将用户指令作为条件注入模型中,以指导信息的处理和压缩。

在HICom中,指令注入用于指导视频令牌的压缩,以保留更多相关信息。

条件压缩

基于特定条件对数据进行选择性压缩,以保留重要信息。

HICom通过条件压缩来减少计算负担,同时保留指令相关信息。

注意力机制

一种用于突出重要信息的机制,常用于深度学习模型中。

在HICom中,注意力机制用于在局部和全局层面进行条件压缩。

HICom-248K数据集

一个包含248K视频片段的数据集,用于HICom的条件预训练。

该数据集用于训练HICom的指令注入模块,以提高模型性能。

开放问题 这项研究留下的未解疑问

  • 1 如何在短视频任务中提高HICom的性能?现有方法在信息冗余较少的情况下表现不佳。
  • 2 如何提高指令注入的灵活性和适应性,以适应不同任务场景?

应用场景

近期应用

视频问答

HICom可以用于视频问答任务,通过条件压缩提高问答准确性,减少计算负担。

远期愿景

多模态智能助手

HICom有潜力成为多模态智能助手的核心技术,帮助用户高效筛选和处理多模态信息。

原文摘要

Recent Multi-modal Large Language Models (MLLMs) have been challenged by the computational overhead resulting from massive video frames, often alleviated through compression strategies. However, the visual content is not equally contributed to user instructions, existing strategies (\eg, average pool) inevitably lead to the loss of potentially useful information. To tackle this, we propose the Hybrid-level Instruction Injection Strategy for Conditional Token Compression in MLLMs (HICom), utilizing the instruction as a condition to guide the compression from both local and global levels. This encourages the compression to retain the maximum amount of user-focused information while reducing visual tokens to minimize computational burden. Specifically, the instruction condition is injected into the grouped visual tokens at the local level and the learnable tokens at the global level, and we conduct the attention mechanism to complete the conditional compression. From the hybrid-level compression, the instruction-relevant visual parts are highlighted while the temporal-spatial structure is also preserved for easier understanding of LLMs. To further unleash the potential of HICom, we introduce a new conditional pre-training stage with our proposed dataset HICom-248K. Experiments show that our HICom can obtain distinguished video understanding ability with fewer tokens, increasing the performance by 2.43\% average on three multiple-choice QA benchmarks and saving 78.8\% tokens compared with the SOTA method. The code is available at https://github.com/lntzm/HICom.

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