【Arxiv 大模型最新进展】LLaVA-Mini：压缩至一个视觉token，高效计算与实时响应的多模态大模型

【Arxiv 大模型最新进展】LLaVA-Mini：压缩至一个视觉token，高效计算与实时响应的多模态大模型

LLaVA-Mini: Efficient Image and Video Large Multimodal Models with One Vision Token

Shaolei Zhang, Qingkai Fang等

中国科学院智能信息处理重点实验室， 中国科学院计算技术研究所等

本文提出了LLaVA-Mini，通过对多模态大模型注意力矩阵的逐层分析，发现视觉token主要在模型的前几层被利用，基于这一发现，文章引入了模态预融合技术，将视觉信息提前融入文本token，将输入LLM主干的视觉token压缩至一个token。

研究内容

多模态大模型的视觉token压缩

研究动机

现有方法表现不佳：现有方法依赖于预定义规则来减少视觉编码器输出的token数量，或专注于LLM主干小型化，或者其他方法，仍会导致视觉信息的大量丢失。

技术动机

多模态大模型是如何理解视觉token的？

通过提出这一疑问，本文对模型进行逐层分析，发现视觉token主要在模型的前几层被利用，随着层级的加深，关注视觉token的注意力急剧减少。

解决方案

基于上面的发现——视觉token在模型的浅层中对融合视觉信息至关重要，LLaVA-Mini在LLM主干网络之前引入了一个模态预融合模块，将视觉信息提前融合到文本token中。下面分别介绍LLaVA-Mini的两个重要模块，视觉token压缩模块和模态预融合模块

视觉token压缩模块

LLaVA-Mini 引入了$C\times C$可学习的压缩查询 $Q_v$。这些查询通过交叉注意力与所有视觉token $H_v$进行交互，选择性地提取重要的视觉信息，生成$C\times C$压缩的视觉token ${\hat{H}}_v\in {\mathbb{R}}^{C_2\times d_h}$。为了在压缩过程中保留图像的空间信息，我们对可学习查询和原始视觉token引入了2D正弦位置编码。

模态预融合模块

模态预融合模块$f(\cdot )$由 $N_{\text{fusion}}$ 个Transformer块组成，每个Transformer块与LLM骨干网络共享相同的结构和超参数。视觉token $H_v$和文本token $H_q$被连接并输入到预融合模块中，然后提取与文本相关的视觉信息作为融合token，表示为：

$${\hat{H}}_q=f(\text{Concat}(H_v,H_q))[-l_q:]$$

其中${\hat{H}}_q\in {\mathbb{R}}^{l_q\times d_h}$是包含相关视觉信息的文本表示的融合token。

最终，压缩后的视觉token ${\hat{H}}_v$和融合token ${\hat{H}}_q$（共$C_2+l_q$个token）一起输入到LLM中，以生成响应。

实验结果

本文在图像和视频理解任务上评估LLaVA-Mini，为了公平比较，采用与LLaVA-v1.5相同的配置。分为两个配置LLaVA-Mini-HD-压缩至64个token，LLaVA-Mini-压缩为一个token。实验在11个图像基准和7个视频基准上进行，实验结果分别如下：

综上，本文推出了LLaVA-Mini，结合模态预融合模块高效压缩视觉token。LLaVA-Mini在图像和视频理解方面表现出色，同时在计算效率、推理延迟和内存使用方面具有优势。

• 查看 Arxiv 原文请点击"阅读原文"[https://arxiv.org/abs/2410.10630v1]
• 更多大模型学习资料，详见浙江大学LLMs Github仓库:
  https://github.com/ZJU-LLMs/Foundations-of-LLMs
• 本文编辑：胡中豪，毛玉仁