【文献阅读】A Comprehensive Review of Multimodal Large Language Models

一、回顾

MLLMs 在语言、图像、视频和音频处理等 多模态任务中表现出色。这些模型通过整合多模态信息来增强多模态任务的有效性。

在自然语言处理(NLP)任务中,如文本生成机器翻译 ,MLLMs 利用图像、视频和音频提供上下文支持,提升生成文本的准确性和表达性 。这些模型还在情感分析对话系统 中表现优异,通过整合多模态信息提高理解和生成能力

在视觉任务中,MLLMs 显著提升了任务理解、分析和生成能力 。通过整合文本描述和图像指令,MLLMs 能够更准确地完成图像分类目标检测图像注释等 任务。例如,GPT-4V 和 Gemini 等 MLLMs 将图像内容与自然语言描述结合,生成更加生动和精确的注释结果。这些模型还在图像生成 方面取得了进展,从文本描述生成图像或实现跨模态图像风格迁移,从而拓宽了这一领域的可能性。同时,由于视频处理的复杂性,这一领域也面临着独特的挑战。然而,MLLMs 的出现推动了语言模型在这一领域的能力发展。像 NExT-GPT 和 Sora 等模型在多模态视频生成 方面取得了开创性的进展,通过学习多模态数据生成更加丰富和真实的视频内容。此外,VideoChat 和 Video-LLaVA 等智能视频理解技术的进步显著增强了视频内容的分析和处理能力。这些发展为虚拟现实、视频游戏和教育应用中的用户体验带来了更好的前景。

在音频任务中,MLLMs 为音频处理任务带来了新的技术变革。传统的音频处理通常依赖于单一模态信号处理方法,如语音识别或音频分类 ,这在处理复杂的多模态数据时具有局限性。MLLMs 通过结合大语言模型(LLMs)与文本和视觉信息,更好地理解和生成与音频相关的内容。例如,在语音生成 任务中,MLLMs 可以利用文本和视觉信息生成更自然且与上下文相关的语音输出。在音频理解 任务中,这些模型通过结合视觉线索和文本描述,更准确地执行情感识别音频分类音频事件检测 。此外,MLLMs 在跨模态音频文本翻译音频配乐生成多模态情感分析等任务中表现出强大的潜力。这些技术进步不仅提高了音频处理的有效性,还扩展了其在智能家居、虚拟助手、影视制作等现实应用中的场景。

二、MLLM 的基本概念和主要架构

1、定义和基本概念

MLLMs 的核心原理在于不同模态的整合与交互,这显著提高了模型的有效性。这种多模态方法不仅增强了对单一数据类型的理解,还促进了它们之间的更细致的交互,从而扩大了 AI 应用的范围和精度。

2、多模态大语言模型的主要组件

可以分为三个主要组件:多模态输入编码器、特征融合机制和多模态输出解码器。

A、流程实例:

融合多模态特征时,通常不用从头开始训练新模型,而是利用现有的预训练大型模型。虽然预训练的 LLMs主要设计用于处理文本输入,但可通过多种技术将这些模型调整为处理多模态数据。

MLLM在不同领域的表现及其优缺点

三、对比分析MLLM

1. 图像任务

2、视频理解

主流融合方法包括简单的线性层和注意力机制(如QFormer),但也引入了更高的计算开销。一些最新的模型,如LLaVA-NeXT-Video和 Video-LLaMA-2 ,尝试引入更先进的多模态融合模块,如自注意力和交叉注意力。
MLLMs应用于实际场景仍面临诸多挑战:

  1. 大规模视频数据集的标注质量差异较大,这可能引入噪声并影响模型性能;
  2. 当前的MLLMs参数量级达到数十亿,导致推理速度较慢,难以满足实时应用的要求;
  3. 现有的MLLMs对视频中的干扰因素(如光照变化、遮挡和模糊)敏感;
  4. 缺乏可解释性

3、视频生成

常见的融合方法包括简单的线性层(如Vitron )和注意力机制(如LWM的Transformer)。
挑战:

  1. 训练和推理过程需要大量资源,通常需要数百个高端GPU ,这限制了模型的可访问性和实用性;
  2. 在生成视频的质量和多样性方面,特别是视觉一致性、时间一致性和细节描绘方面,仍有改进的空间。

4、音频任务

当前主流的融合方法包括简单的线性层(如PandaGPT和NeXT-GPT中使用的)和注意力机制(如Video-LLaMA和BuboGPT的QFormer结构中使用的)。与线性层相比,注意力机制可以捕捉更复杂的跨模态交互,但也会带来更高的计算成本。
挑战:

在嘈杂环境或不同口音下,它们的性能可能显著下降。

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