Delayed Bidirectional Alignment via Disentangled Audio Semantics for Audio-Visual Segmentation

TL;DR

DDAVS通过音频语义解耦和延迟双向对齐实现音视频分割,在AVS-Objects和VPO基准上表现优异。

cs.CV 🔴 高级 2025-12-23 13 次浏览
Jingqi Tian Yiheng Du Haoji Zhang Yuji Wang Isaac Ning Lee Xulong Bai Tianrui Zhu Jingxuan Niu Yansong Tang
音视频分割 多模态学习 语义解耦 对比学习 跨模态对齐

核心发现

方法论

DDAVS框架通过音频语义解耦和延迟双向对齐实现音视频分割。首先,使用可学习查询从音频中提取语义,并通过音频原型记忆库进行锚定。然后,通过对比学习优化语义的可辨识性和鲁棒性。最后,引入延迟模态交互的双重交叉注意力机制,增强多模态对齐的鲁棒性。

关键结果

  • 在AVS-Objects基准上,DDAVS在单源、多源和多类多实例场景中均实现了最先进的性能,J & F指标分别为92.4%、76.0%和52.9%。
  • 在VPO基准上,DDAVS在多源和多源多实例场景中分别超越现有方法1.81%和3.54%的J & F指标。
  • 消融实验表明,音频查询模块和对比优化模块显著提高了模型的鲁棒性和可辨识性。

研究意义

DDAVS通过解决多源纠缠和音视频错位问题,推动了音视频分割领域的发展。其创新的双向对齐机制和对比学习策略为多模态学习提供了新的思路,具有广泛的学术和工业应用潜力。

技术贡献

DDAVS引入了基于音频语义解耦的延迟双向对齐机制,与现有单向对齐方法相比,显著提高了多模态对齐的精度和鲁棒性。此外,通过对比学习增强了音频语义的可辨识性,提供了新的工程实现可能。

新颖性

DDAVS首次结合音频语义解耦和延迟双向对齐,解决了多源纠缠和音视频错位问题。与现有方法相比,其创新在于引入了音频原型记忆库和对比学习策略。

局限性

  • 在处理极端复杂的多源场景时,模型可能会出现性能下降,因为音频语义的解耦和对齐仍然具有挑战性。
  • 模型对音频输入的质量较为敏感,低质量音频可能影响分割效果。

未来方向

未来研究可以探索更高效的音频语义解耦方法,并在更大规模的多模态数据集上验证模型的泛化能力。此外,结合其他模态信息如文本,可能进一步提升分割性能。

AI 总览摘要

音视频分割是一个复杂的多模态学习问题,现有方法在多源纠缠和音视频错位方面存在不足。DDAVS通过音频语义解耦和延迟双向对齐,显著提升了分割性能。其核心技术包括使用音频原型记忆库进行语义锚定和对比学习优化语义的可辨识性。实验结果表明,DDAVS在AVS-Objects和VPO基准上均取得了最先进的性能,特别是在复杂多源场景中表现突出。这一研究不仅推动了音视频分割领域的发展,也为多模态学习提供了新的思路。然而,模型在处理极端复杂场景时仍有改进空间,未来研究可以探索更高效的解耦方法和更广泛的应用场景。

深度分析

研究背景

音视频分割旨在通过整合听觉和视觉线索,在像素级别定位发声物体。传统方法在多源纠缠和音视频错位方面存在不足,导致对显著物体的偏向。近年来,研究者们尝试通过语义解耦和多模态对齐来解决这些问题,但现有方法在处理复杂场景时仍然面临挑战。

核心问题

现有音视频分割方法在多源场景中难以精确分离个体声源,且音视频错位问题导致跨模态对应困难。尤其是在小或远距离声源和屏幕外声源的情况下,现有方法难以提供足够的视觉锚点,导致虚假激活或错误抑制。

核心创新

DDAVS通过音频语义解耦和延迟双向对齐解决了多源纠缠和音视频错位问题。其创新之处在于使用音频原型记忆库进行语义锚定,并通过对比学习增强语义的可辨识性。此外,延迟双向对齐机制提高了多模态对齐的鲁棒性。

方法详解

  • �� 使用可学习查询从音频中提取语义,并通过音频原型记忆库进行锚定。• 通过对比学习优化语义的可辨识性和鲁棒性。• 引入延迟模态交互的双重交叉注意力机制,增强多模态对齐的鲁棒性。

实验设计

实验在AVS-Objects和VPO基准上进行,评估了单源、多源和多类多实例场景下的分割性能。使用Jaccard指数和F-score作为评估指标,消融实验验证了各模块的有效性。

结果分析

在AVS-Objects基准上,DDAVS在单源、多源和多类多实例场景中均实现了最先进的性能,J & F指标分别为92.4%、76.0%和52.9%。在VPO基准上,DDAVS在多源和多源多实例场景中分别超越现有方法1.81%和3.54%的J & F指标。

应用场景

DDAVS可用于视频编辑、自动驾驶和智能监控等场景,帮助识别和分割发声物体。其对多源纠缠和音视频错位问题的解决,使其在复杂场景中具有广泛应用潜力。

局限与展望

模型在处理极端复杂的多源场景时,性能可能下降。此外,对音频输入的质量较为敏感,低质量音频可能影响分割效果。未来研究可以探索更高效的解耦方法和更广泛的应用场景。

通俗解读 非专业人士也能看懂

想象一个厨房,厨房里有各种声音:炒菜声、切菜声和水声。DDAVS就像一个聪明的助手,能够识别每种声音的来源,并将其与相应的厨房设备关联起来。通过这种方式,即使有多个声音同时发生,它也能准确地告诉你每种声音来自哪里,就像在一个嘈杂的厨房里,能够准确地指出每个声音的来源。

简单解释 像给14岁少年讲一样

想象你在玩一个游戏,游戏里有很多角色在说话和做动作。DDAVS就像一个超级智能的助手,能够帮你识别每个角色的声音,并告诉你他们在做什么。即使有很多角色同时说话,它也能准确地分辨出每个角色的声音,就像在一个热闹的派对上,能够听清每个人在说什么。

术语表

音频语义解耦

将音频信号分解为多个独立的语义成分,以便更好地进行音视频对齐。

在DDAVS中用于提取和锚定音频语义。

延迟双向对齐

一种在较深层次进行的双向跨模态对齐机制,旨在提高对齐的精度和鲁棒性。

用于增强音视频对齐的鲁棒性。

对比学习

一种通过拉近正样本和推远负样本来增强特征可辨识性的学习策略。

用于优化音频语义的可辨识性。

音频原型记忆库

一个用于存储和锚定音频语义的全局原型库,提供稳定的语义锚点。

在DDAVS中用于语义锚定。

Jaccard指数

用于评估分割结果与真实标签之间重叠程度的指标。

在实验中用于评估分割性能。

开放问题 这项研究留下的未解疑问

  • 1 如何在极端复杂的多源场景中保持高性能是一个开放问题,需要更高效的语义解耦和对齐方法。
  • 2 低质量音频对分割效果的影响仍需进一步研究,以提高模型的鲁棒性。

应用场景

近期应用

视频编辑

帮助视频编辑软件自动识别和分割发声物体,提高编辑效率。

智能监控

在监控系统中识别和跟踪发声物体,提升安全性和监控效果。

远期愿景

自动驾驶

在自动驾驶系统中识别和分割环境中的发声物体,提高驾驶安全性和智能化水平。

原文摘要

Audio-Visual Segmentation (AVS) aims to localize sound-producing objects at the pixel level by integrating auditory and visual cues. However, existing methods often struggle with multi-source entanglement and audio-visual misalignment, leading to a dominance bias toward acoustically or visually salient objects (i.e., louder or larger ones) at the expense of subtler or co-occurring sources. To address these challenges, we propose DDAVS: Delayed Bidirectional Alignment via Disentangled Audio Semantics for Audio-Visual Segmentation. To mitigate multi-source entanglement, DDAVS employs learnable queries to extract audio semantics and anchor them within a structured semantic space derived from an audio prototype memory bank. This process is further optimized through contrastive learning to enhance discriminability and robustness. To alleviate audio-visual misalignment, DDAVS introduces dual cross attention with delayed modality interaction, improving the robustness of multimodal alignment. Extensive experiments on the AVS-Objects and VPO benchmarks demonstrate that DDAVS achieves state-of-the-art performance across single-source, multi-source, and multi-class multi-instance scenarios. These results validate the effectiveness and generalization ability of our framework under challenging real-world audio-visual segmentation conditions. Project page: https://trilarflagz.github.io/DDAVS-page/

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