我们呈现了基于纯变压器的视频分类模型，在图像分类中最近的近期成功进行了借鉴。我们的模型从输入视频中提取了时空令牌，然后由一系列变压器层编码。为了处理视频中遇到的令牌的长序列，我们提出了我们模型的几种有效的变体，它们将输入的空间和时间维构建。虽然已知基于变换器的模型只有在可用的大型训练数据集时才有效，但我们展示了我们如何在训练期间有效地规范模型，并利用预先训练的图像模型能够在相对小的数据集上训练。我们进行彻底的消融研究，并在包括动力学400和600，史诗厨房，东西的多个视频分类基准上实现最先进的结果，其中 - 基于深度3D卷积网络的现有方法表现出优先的方法。为了促进进一步的研究，我们在https://github.com/google-research/scenic/tree/main/scenic/projects/vivit发布代码
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视频理解需要在多种时空分辨率下推理 - 从短的细粒度动作到更长的持续时间。虽然变压器架构最近提出了最先进的，但它们没有明确建模不同的时空分辨率。为此，我们为视频识别（MTV）提供了多视图变压器。我们的模型由单独的编码器组成，表示输入视频的不同视图，以横向连接，以跨视图熔断信息。我们对我们的模型提供了彻底的消融研究，并表明MTV在一系列模型尺寸范围内的准确性和计算成本方面始终如一地表现优于单视对应力。此外，我们在五个标准数据集上实现最先进的结果，并通过大规模预制来进一步提高。我们将释放代码和备用检查点。
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We present a simple approach which can turn a ViT encoder into an efficient video model, which can seamlessly work with both image and video inputs. By sparsely sampling the inputs, the model is able to do training and inference from both inputs. The model is easily scalable and can be adapted to large-scale pre-trained ViTs without requiring full finetuning. The model achieves SOTA results and the code will be open-sourced.
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本文介绍了一种基于纯变压器的方法，称为视频动作识别的多模态视频变压器（MM-VIT）。与仅利用解码的RGB帧的其他方案不同，MM-VIT专门在压缩视频域中进行操作，并利用所有容易获得的模式，即I帧，运动向量，残差和音频波形。为了处理从多种方式提取的大量时空令牌，我们开发了几种可扩展的模型变体，它们将自我关注分解在空间，时间和模态尺寸上。此外，为了进一步探索丰富的模态互动及其效果，我们开发并比较了可以无缝集成到变压器构建块中的三种不同的交叉模态注意力机制。关于三个公共行动识别基准的广泛实验（UCF-101，某事-V2，Kinetics-600）证明了MM-VIT以效率和准确性的最先进的视频变压器，并且表现更好或同样地表现出对于具有计算重型光学流的最先进的CNN对应物。
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Humans perceive the world by concurrently processing and fusing high-dimensional inputs from multiple modalities such as vision and audio. Machine perception models, in stark contrast, are typically modality-specific and optimised for unimodal benchmarks, and hence late-stage fusion of final representations or predictions from each modality (`late-fusion') is still a dominant paradigm for multimodal video classification. Instead, we introduce a novel transformer based architecture that uses `fusion bottlenecks' for modality fusion at multiple layers. Compared to traditional pairwise self-attention, our model forces information between different modalities to pass through a small number of bottleneck latents, requiring the model to collate and condense the most relevant information in each modality and only share what is necessary. We find that such a strategy improves fusion performance, at the same time reducing computational cost. We conduct thorough ablation studies, and achieve state-of-the-art results on multiple audio-visual classification benchmarks including Audioset, Epic-Kitchens and VGGSound. All code and models will be released.
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We present Multiscale Vision Transformers (MViT) for video and image recognition, by connecting the seminal idea of multiscale feature hierarchies with transformer models. Multiscale Transformers have several channel-resolution scale stages. Starting from the input resolution and a small channel dimension, the stages hierarchically expand the channel capacity while reducing the spatial resolution. This creates a multiscale pyramid of features with early layers operating at high spatial resolution to model simple low-level visual information, and deeper layers at spatially coarse, but complex, high-dimensional features. We evaluate this fundamental architectural prior for modeling the dense nature of visual signals for a variety of video recognition tasks where it outperforms concurrent vision transformers that rely on large scale external pre-training and are 5-10× more costly in computation and parameters. We further remove the temporal dimension and apply our model for image classification where it outperforms prior work on vision transformers. Code is available at: https: //github.com/facebookresearch/SlowFast.
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视觉变压器正在成为解决计算机视觉问题的强大工具。最近的技术还证明了超出图像域之外的变压器来解决许多与视频相关的任务的功效。其中，由于其广泛的应用，人类的行动识别是从研究界受到特别关注。本文提供了对动作识别的视觉变压器技术的首次全面调查。我们朝着这个方向分析并总结了现有文献和新兴文献，同时突出了适应变形金刚以进行动作识别的流行趋势。由于其专业应用，我们将这些方法统称为``动作变压器''。我们的文献综述根据其架构，方式和预期目标为动作变压器提供了适当的分类法。在动作变压器的背景下，我们探讨了编码时空数据，降低维度降低，框架贴片和时空立方体构造以及各种表示方法的技术。我们还研究了变压器层中时空注意的优化，以处理更长的序列，通常通过减少单个注意操作中的令牌数量。此外，我们还研究了不同的网络学习策略，例如自我监督和零局学习，以及它们对基于变压器的行动识别的相关损失。这项调查还总结了在具有动作变压器重要基准的评估度量评分方面取得的进步。最后，它提供了有关该研究方向的挑战，前景和未来途径的讨论。
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虽然变形金机对视频识别任务的巨大潜力具有较强的捕获远程依赖性的强大能力，但它们经常遭受通过对视频中大量3D令牌的自我关注操作引起的高计算成本。在本文中，我们提出了一种新的变压器架构，称为双重格式，可以有效且有效地对视频识别进行时空关注。具体而言，我们的Dualformer将完全时空注意力分层到双级级联级别，即首先在附近的3D令牌之间学习细粒度的本地时空交互，然后捕获查询令牌之间的粗粒度全局依赖关系。粗粒度全球金字塔背景。不同于在本地窗口内应用时空分解或限制关注计算以提高效率的现有方法，我们本地 - 全球分层策略可以很好地捕获短期和远程时空依赖项，同时大大减少了钥匙和值的数量在注意计算提高效率。实验结果表明，对抗现有方法的五个视频基准的经济优势。特别是，Dualformer在动态-400/600上设置了新的最先进的82.9％/ 85.2％，大约1000g推理拖鞋，比具有相似性能的现有方法至少3.2倍。
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在本文中，我们介绍了一种新颖的视觉表示学习，它依赖于少数自适应地学习令牌，并且适用于图像和视频理解任务。而不是依靠手工设计的分割策略来获得视觉令牌并处理大量密集采样的补丁进行关注，我们的方法学会在视觉数据中挖掘重要令牌。这导致有效且有效地找到一些重要的视觉令牌，并且可以在这些令牌之间进行成像注意，在更长的视频的时间范围内，或图像中的空间内容。我们的实验表现出对图像和视频识别任务的几个具有挑战性的基准的强烈性能。重要的是，由于我们的令牌适应性，我们在显着减少的计算金额下实现竞争结果。在计算上更有效的同时，我们获得了对想象成的最先进结果的可比结果。我们在多个视频数据集中建立新的最先进的，包括动力学-400，动力学-600，Charades和Avid。代码可在：https://github.com/google-research/scenic/tree/main/scenic/projects/token_learner
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We present a convolution-free approach to video classification built exclusively on self-attention over space and time. Our method, named "TimeSformer," adapts the standard Transformer architecture to video by enabling spatiotemporal feature learning directly from a sequence of framelevel patches. Our experimental study compares different self-attention schemes and suggests that "divided attention," where temporal attention and spatial attention are separately applied within each block, leads to the best video classification accuracy among the design choices considered. Despite the radically new design, TimeSformer achieves state-of-the-art results on several action recognition benchmarks, including the best reported accuracy on Kinetics-400 and Kinetics-600. Finally, compared to 3D convolutional networks, our model is faster to train, it can achieve dramatically higher test efficiency (at a small drop in accuracy), and it can also be applied to much longer video clips (over one minute long). Code and models are available at: https://github.com/ facebookresearch/TimeSformer.
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While today's video recognition systems parse snapshots or short clips accurately, they cannot connect the dots and reason across a longer range of time yet. Most existing video architectures can only process <5 seconds of a video without hitting the computation or memory bottlenecks. In this paper, we propose a new strategy to overcome this challenge. Instead of trying to process more frames at once like most existing methods, we propose to process videos in an online fashion and cache "memory" at each iteration. Through the memory, the model can reference prior context for long-term modeling, with only a marginal cost. Based on this idea, we build MeMViT, a Memory-augmented Multiscale Vision Transformer, that has a temporal support 30x longer than existing models with only 4.5% more compute; traditional methods need >3,000% more compute to do the same. On a wide range of settings, the increased temporal support enabled by MeMViT brings large gains in recognition accuracy consistently. MeMViT obtains state-of-the-art results on the AVA, EPIC-Kitchens-100 action classification, and action anticipation datasets. Code and models are available at https://github.com/facebookresearch/memvit.
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我们可以训练一个能够处理多个模态和数据集的单个变压器模型，同时分享几乎所有的学习参数？我们呈现Polyvit，一种培训的模型，在图像，音频和视频上接受了讲述这个问题。通过在单一的方式上培训不同的任务，我们能够提高每个任务的准确性，并在5个标准视频和音频分类数据集中实现最先进的结果。多种模式和任务上的共同训练Polyvit会导致一个更具参数效率的模型，并学习遍历多个域的表示。此外，我们展示了实施的共同培训和实用，因为我们不需要调整数据集的每个组合的超级参数，但可以简单地调整来自标准的单一任务培训。
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动作检测的任务旨在在每个动作实例中同时推论动作类别和终点的本地化。尽管Vision Transformers推动了视频理解的最新进展，但由于在长时间的视频剪辑中，设计有效的架构以进行动作检测是不平凡的。为此，我们提出了一个有效的层次时空时空金字塔变压器（STPT）进行动作检测，这是基于以下事实：变压器中早期的自我注意力层仍然集中在局部模式上。具体而言，我们建议在早期阶段使用本地窗口注意来编码丰富的局部时空时空表示，同时应用全局注意模块以捕获后期的长期时空依赖性。通过这种方式，我们的STPT可以用冗余的大大减少来编码区域和依赖性，从而在准确性和效率之间进行有希望的权衡。例如，仅使用RGB输入，提议的STPT在Thumos14上获得了53.6％的地图，超过10％的I3D+AFSD RGB模型超过10％，并且对使用其他流量的额外流动功能的表现较少，该流量具有31％的GFLOPS ，它是一个有效，有效的端到端变压器框架，用于操作检测。
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最近，视力变压器已被证明在多个视力任务中广泛使用基于卷积的方法（CNN）具有竞争力。与CNN相比，变压器的限制性偏差较小。但是，在图像分类设置中，这种灵活性在样本效率方面取决于变压器需要成像尺度训练。这个概念已转移到视频中，其中尚未在低标记或半监视设置中探索用于视频分类的变压器。我们的工作从经验上探讨了视频分类的低数据制度，发现与CNN相比，变形金刚在低标记的视频设置中表现出色。我们专门评估了两个对比的视频数据集（Kinetics-400和Somethingsomething-v2）的视频视觉变压器，并进行彻底的分析和消融研究，以使用视频变压器体系结构的主要特征来解释这一观察结果。我们甚至表明，仅使用标记的数据，变形金刚显着优于复杂的半监督CNN方法，这些方法也利用了大规模未标记的数据。我们的实验告知我们的建议，即半监督的学习视频工作应该考虑将来使用视频变压器。
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Transformer models have shown great success handling long-range interactions, making them a promising tool for modeling video. However they lack inductive biases and scale quadratically with input length. These limitations are further exacerbated when dealing with the high dimensionality introduced with the temporal dimension. While there are surveys analyzing the advances of Transformers for vision, none focus on an in-depth analysis of video-specific designs. In this survey we analyze main contributions and trends of works leveraging Transformers to model video. Specifically, we delve into how videos are handled as input-level first. Then, we study the architectural changes made to deal with video more efficiently, reduce redundancy, re-introduce useful inductive biases, and capture long-term temporal dynamics. In addition we provide an overview of different training regimes and explore effective self-supervised learning strategies for video. Finally, we conduct a performance comparison on the most common benchmark for Video Transformers (i.e., action classification), finding them to outperform 3D ConvNets even with less computational complexity.
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视频变压器在主要视频识别基准上取得了令人印象深刻的结果，但它们遭受了高计算成本。在本文中，我们呈现Stts，一个令牌选择框架，动态地在输入视频样本上调节的时间和空间尺寸的几个信息令牌。具体而言，我们将令牌选择作为一个排名问题，估计每个令牌通过轻量级选择网络的重要性，并且只有顶级分数的人将用于下游评估。在时间维度中，我们将最相关的帧保持对识别作用类别的帧，而在空间维度中，我们确定特征映射中最辨别的区域，而不会影响大多数视频变换器中以分层方式使用的空间上下文。由于令牌选择的决定是不可差异的，因此我们采用了一个扰动最大的可分辨率Top-K运算符，用于最终培训。我们对动力学-400进行广泛的实验，最近推出的视频变压器骨架MVIT。我们的框架实现了类似的结果，同时需要计算20％。我们还表明我们的方法与其他变压器架构兼容。
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本文解决了有效的视频识别问题。在这一领域，视频变压器最近在效率（Top-1精度与Flops）频谱中占据了主导地位。同时，在图像域中进行了一些尝试，这些尝试挑战了变压器体系结构中自我发挥操作的必要性，主张使用更简单的方法来进行令牌混合。但是，对于视频识别的情况，尚无结果，在这种情况下，自我发项操作员对效率的影响（与图像的情况相比）明显更高。为了解决这一差距，在本文中，我们做出以下贡献：（a）我们基于移位操作员，构成的仿射偏移块构建了一个高效\＆精确的无注意块，专门为尽可能近的近似而设计变压器层的MHSA块中的操作。基于我们的仿射转移块，我们构建了我们的仿射转移变压器，并表明它已经超过了所有现有的基于移位/MLP的架构进行Imagenet分类。 （b）我们将公式扩展到视频域中，以构建视频播客变压器（vast），这是第一个纯粹无注意的基于偏移的视频变压器。 （c）我们表明，对于最流行的动作识别基准，对于具有低计算和内存足迹的模型的情况，大量的最新变压器在最流行的动作识别基准上表现出色。代码将可用。
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While the Transformer architecture has become the de-facto standard for natural language processing tasks, its applications to computer vision remain limited. In vision, attention is either applied in conjunction with convolutional networks, or used to replace certain components of convolutional networks while keeping their overall structure in place. We show that this reliance on CNNs is not necessary and a pure transformer applied directly to sequences of image patches can perform very well on image classification tasks. When pre-trained on large amounts of data and transferred to multiple mid-sized or small image recognition benchmarks (ImageNet, CIFAR-100, VTAB, etc.), Vision Transformer (ViT) attains excellent results compared to state-of-the-art convolutional networks while requiring substantially fewer computational resources to train. 1
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基于变压器的方法最近在基于2D图像的视力任务上取得了巨大进步。但是，对于基于3D视频的任务，例如动作识别，直接将时空变压器应用于视频数据将带来沉重的计算和记忆负担，因为斑块的数量大大增加以及自我注意计算的二次复杂性。如何对视频数据的3D自我注意力进行有效地建模，这对于变压器来说是一个巨大的挑战。在本文中，我们提出了一种时间贴片移动（TPS）方法，用于在变压器中有效的3D自发明建模，以进行基于视频的动作识别。 TPS在时间尺寸中以特定的镶嵌图模式移动斑块的一部分，从而将香草的空间自我发项操作转换为时空的一部分，几乎没有额外的成本。结果，我们可以使用几乎相同的计算和记忆成本来计算3D自我注意力。 TPS是一个插件模块，可以插入现有的2D变压器模型中，以增强时空特征学习。提出的方法可以通过最先进的V1和V1，潜水-48和Kinetics400实现竞争性能，同时在计算和内存成本方面效率更高。 TPS的源代码可在https://github.com/martinxm/tps上找到。
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自2020年推出以来，Vision Transformers（VIT）一直在稳步打破许多视觉任务的记录，通常被描述为``全部'''替换Convnet。而且对于嵌入式设备不友好。此外，最近的研究表明，标准的转话如果经过重新设计和培训，可以在准确性和可伸缩性方面与VIT竞争。在本文中，我们采用Convnet的现代化结构来设计一种新的骨干，以采取行动，以采取行动特别是我们的主要目标是为工业产品部署服务，例如仅支持标准操作的FPGA董事会。因此，我们的网络仅由2D卷积组成，而无需使用任何3D卷积，远程注意插件或变压器块。在接受较少的时期（5x-10x）训练时，我们的骨干线超过了（2+1）D和3D卷积的方法，并获得可比的结果s在两个基准数据集上具有vit。
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