ScaleLong: A Multi-Timescale Benchmark for Long Video Understanding

TL;DR

ScaleLong通过多时间尺度问题设计,评估长视频理解能力,揭示U形性能曲线。

cs.CV 🔴 高级 2025-05-30 13 次浏览
David Ma Huaqing Yuan Xingjian Wang Qianbo Zang Tianci Liu Xinyang He Yanbin Wei Jiawei Guo Ni Jiahui Zhenzhu Yang Meng Cao Shanghaoran Quan Yizhi Li Wangchunshu Zhou Jiaheng Liu Wenhao Huang Ge Zhang Shiwen Ni Xiaojie Jin
长视频理解 多模态 时间尺度 性能评估 机器学习

核心发现

方法论

ScaleLong通过在同一视频内容中嵌入四个层次的时间尺度问题(片段、镜头、事件、故事),实现对多模态大模型(MLLMs)在不同时间尺度上的性能直接比较。该基准包含269个长视频,平均时长86分钟,涵盖5个主要类别和36个子类别。

关键结果

  • 结果1:在23个MLLMs的评估中,发现性能呈现U形曲线,短时间和长时间尺度表现较好,中间尺度表现下降。
  • 结果2:增加视觉令牌容量提高了所有时间尺度上的推理能力。
  • 结果3:闭源模型在所有时间尺度上均优于开源模型,Gemini 2.5 Pro在片段和故事尺度上表现最佳。

研究意义

ScaleLong为长视频理解提供了一个细粒度的多时间尺度基准,填补了现有基准在时间尺度设计上的空白。通过揭示MLLMs在不同时间尺度上的性能差异,该研究为未来模型的改进提供了重要见解。

技术贡献

ScaleLong通过在同一视频中嵌入多时间尺度问题,解耦了时间尺度理解与内容变异性,提供了对MLLMs在长视频中时间结构理解能力的精确评估。

新颖性

ScaleLong是首个在同一视频内容中嵌入多时间尺度问题的基准,解决了以往基准中时间尺度与内容变异性耦合的问题。

局限性

  • 局限1:在中等时间尺度上的性能下降,表明MLLMs在处理中等长度的时间上下文时存在挑战。
  • 局限2:数据集的多样性可能限制了某些特定领域的泛化能力。

未来方向

未来工作可集中在提高中等时间尺度上的性能,以及探索如何在不增加计算成本的情况下优化视觉令牌的分配。

AI 总览摘要

长视频理解需要模型捕捉从片段到故事的层次化时间信息。然而,现有基准要么忽视了这种多尺度设计,要么将特定尺度的问题分散在不同视频中,无法直接比较模型在相同内容上的时间尺度性能。为此,我们引入了ScaleLong,这是第一个通过在同一视频内容中嵌入四个层次时间尺度问题(片段、镜头、事件、故事)来解耦这些因素的基准。这种内容内多时间尺度问题设计使得在相同视频上直接比较模型性能成为可能。ScaleLong包含269个长视频,平均时长86分钟,涵盖5个主要类别和36个子类别,每个视频设计4-8个问题,至少一个针对每个时间尺度。对23个MLLMs的评估揭示了一个U形性能曲线,在最短和最长时间尺度上精度较高,而在中间水平出现下降。此外,消融研究表明,增加视觉令牌容量能一致地增强所有时间尺度上的推理能力。ScaleLong为推进MLLMs在长视频理解中的能力提供了一个细粒度的多时间尺度基准。代码和数据集可在https://github.com/multimodal-art-projection/ScaleLong获取。

深度分析

研究背景

长视频理解要求模型能够捕捉从短时间片段到长时间故事的层次化时间信息。现有的基准通常忽视了这种多时间尺度设计,或者将特定时间尺度的问题分散在不同的视频中,导致无法直接比较模型在相同内容上的时间尺度性能。

核心问题

现有基准无法有效评估MLLMs在不同时间尺度上的性能,尤其是在长视频中。这导致难以解耦模型在特定时间尺度上的真实性能与内容驱动的适应性。

核心创新

ScaleLong通过在同一视频中嵌入多时间尺度问题,解耦了时间尺度理解与内容变异性,提供了对MLLMs在长视频中时间结构理解能力的精确评估。

方法详解

  • �� 在同一视频中嵌入四个层次的时间尺度问题(片段、镜头、事件、故事)
  • �� 设计4-8个问题,确保每个时间尺度至少有一个问题
  • �� 使用269个长视频,平均时长86分钟,涵盖5个主要类别和36个子类别

实验设计

实验评估了23个MLLMs,包括19个开源模型和4个闭源模型。使用不同的视觉令牌配置来测试模型在不同时间尺度上的性能。

结果分析

实验结果显示,模型在最短和最长时间尺度上的性能较好,而在中等时间尺度上表现下降。增加视觉令牌容量提高了所有时间尺度上的推理能力。

应用场景

ScaleLong可用于评估和改进MLLMs在长视频理解中的能力,特别是在需要捕捉复杂时间结构的应用中。

局限与展望

尽管ScaleLong提供了细粒度的评估,但在中等时间尺度上的性能下降表明MLLMs在处理中等长度的时间上下文时存在挑战。未来工作应集中在提高这些时间尺度上的性能。

通俗解读 非专业人士也能看懂

想象你在看一部电影,电影中有很多场景和故事情节。理解这部电影就像拼图游戏,你需要把每个小片段(比如一个场景)和整个故事(比如整部电影)联系起来。ScaleLong就像一个指南针,帮助我们评估机器能否像人类一样理解这些复杂的电影情节。通过在同一部电影中提出不同时间长度的问题,我们可以看到机器在哪些方面做得好,哪些方面需要改进。就像在拼图游戏中,有些片段很容易拼好,而有些需要更多的时间和精力。

简单解释 像给14岁少年讲一样

想象你在玩一个超级复杂的游戏,这个游戏有很多关卡和任务。每个关卡都有不同的时间限制,有的只需要几秒钟,有的可能需要几个小时。ScaleLong就像是一个游戏评测系统,它帮助我们看看电脑能不能像你一样聪明地完成这些任务。通过在同一个游戏中设置不同的时间挑战,我们可以看到电脑在哪些关卡表现得好,哪些需要更多练习。就像你在游戏中,有些关卡很容易过,而有些需要更多的策略和技巧。

术语表

多模态大模型 (MLLMs)

能够处理多种输入形式(如文本、图像、视频)的模型。

在论文中用于评估其在长视频理解中的表现。

时间尺度

指视频中不同长度的时间段,如片段、镜头、事件、故事。

用于设计问题以评估模型在不同时间长度上的理解能力。

视觉令牌

用于表示视频中视觉信息的基本单位。

在实验中通过调整视觉令牌的数量来测试模型性能。

消融研究

通过移除或修改某些组件来研究其对整体性能的影响。

用于分析增加视觉令牌容量对模型性能的影响。

U形性能曲线

一种性能趋势,表现为在极端时间尺度上性能较好,而在中间时间尺度上性能下降。

在实验结果中观察到的模型性能趋势。

开放问题 这项研究留下的未解疑问

  • 1 如何提高MLLMs在中等时间尺度上的性能?现有方法在处理中等长度的时间上下文时存在挑战。
  • 2 如何在不增加计算成本的情况下优化视觉令牌的分配?
  • 3 如何提高数据集的多样性以增强泛化能力?

应用场景

近期应用

视频分析

可用于评估和改进视频分析系统,特别是在需要捕捉复杂时间结构的应用中。

远期愿景

智能视频理解

推动智能视频理解技术的发展,提高机器在复杂视频场景中的表现。

原文摘要

Although long-video understanding demands that models capture hierarchical temporal information -- from clip (seconds) and shot (tens of seconds) to event (minutes) and story (hours) -- existing benchmarks either neglect this multi-scale design or scatter scale-specific questions across different videos, preventing direct comparison of model performance across timescales on the same content. To address this, we introduce ScaleLong, the first benchmark to disentangle these factors by embedding questions targeting four hierarchical timescales -- clip (seconds), shot (tens of seconds), event (minutes), and story (hours) -- all within the same video content. This within-content multi-timescale questioning design enables direct comparison of model performance across timescales on identical videos. ScaleLong features 269 long videos (avg.\ 86\,min) from 5 main categories and 36 sub-categories, with 4--8 carefully designed questions, including at least one question for each timescale. Evaluating 23 MLLMs reveals a U-shaped performance curve, with higher accuracy at the shortest and longest timescales and a dip at intermediate levels. Furthermore, ablation studies show that increased visual token capacity consistently enhances reasoning across all timescales. ScaleLong offers a fine-grained, multi-timescale benchmark for advancing MLLM capabilities in long-video understanding. The code and dataset are available https://github.com/multimodal-art-projection/ScaleLong.

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