【Datawhale组队学习：Sora原理与技术实战】训练一个 sora 模型的准备工作，video caption 和算力评估

训练 Sora 模型

在 Sora 的技术报告中，Sora 使用视频压缩网络将各种大小的视频压缩为潜在空间中的时空 patches sequence，然后使用 Diffusion Transformer 进行去噪，最后解码生成视频。

Open-Sora 在下图中总结了 Sora 可能使用的训练流程。

训练链路：

数据准备

开源数据集：

VideoInstruct-100K：

VideoInstruct100K 是使用人工辅助和半自动注释技术生成的高质量视频对话数据集。数据集中的问题答案与以下内容相关：

视频摘要
基于描述的问题答案（探索空间、时间、关系和推理概念）
创意/生成性问题解答

链接：https://modelscope.cn/datasets/AI-ModelScope/VideoInstruct-100K

panda-70m：

Panda-70M 是一个包含 70M 高质量视频字幕对的大规模数据集。该存储库分为三个部分：

数据集数据加载包括列出 Panda-70M 数据的 csv 文件以及下载数据集的代码。
分割包括将长视频分割成多个语义一致的短片的代码。
字幕包括在 Panda-70M 上训练的拟议视频字幕模型。

链接：https://modelscope.cn/datasets/AI-ModelScope/panda-70m

Youku-mPLUG:

Youku-mPLUG 预训练数据集挖掘自优酷站内海量的优质短视频内容

包含千万级别约 36TB 的视频、文本数据。
其中视频均为覆盖 10 ～ 120 秒的 UGC 短视频内容，文本为视频对应的描述标题，长度 5 ～ 30 不等。
该数据集抽取时品类均衡，内容共包含 45 个大类。

链接：https://modelscope.cn/datasets/modelscope/Youku-AliceMind

MSR-VTT：

MSR-VTT（Microsoft Research Video to Text）是一个开放域视频字幕的大规模数据集。

由 20 个类别的 10,000 个视频片段组成，每个视频片段由 Amazon Mechanical Turks 标注了 20 个英文句子。
所有标题中约有 29,000 个独特单词。
标准分割使用 6,513 个 split 用于训练，497 个 split 用于验证，2,990 个 split 用于测试。

链接：https://modelscope.cn/datasets/AI-ModelScope/msr-vtt

Shot2Story：

视频文本基准和用于多镜头视频理解的可扩展代码。包含 20k 视频的详细长摘要和 80k 视频镜头的镜头字幕。

链接：https://modelscope.cn/datasets/AI-ModelScope/Shot2Story

InternVid：

InternVid 是一个以视频为中心的大规模多模态数据集，可以学习强大且可转移的视频文本表示，以实现多模态理解和生成。 InternVid 数据集包含超过 700 万个视频，持续近 76 万小时，产生 2.34 亿个视频剪辑，并附有总共 4.1B 个单词的详细描述。

链接：https://modelscope.cn/datasets/AI-ModelScope/InternVid

webvid-10M：

大型文本视频数据集，包含从素材网站抓取的1000 万个视频文本对。

链接：https://modelscope.cn/datasets/AI-ModelScope/webvid-10M

数据预处理

目前主流 LLM 框架缺乏针对 video 数据统一便捷的管理和处理能力，且多模态数据处理标准方案缺失

Huggingface-Datasets 官方认为 video 比 image 更棘手，暂未支持
相关 video 库对该场景过于庞杂或简单
FFmpeg：150w 行+源码，大量底层细节
pytorchvideo：主要支持加载和少量单 video 模态的tensor transform（翻转、扰动、采样等）
SORA 官方仅模糊提及使用了 DALLE3 来生成 caption，细粒度的"caption --> spacetime patch"建模比较关键
从 SORA 模型效果看，数据需要有变化的时长、分辨率和宽高比

Data-Juicer扩展了对多模态数据的支持，已实现上百个专用的视频、图像、音频、文本等多模态数据处理算子及工具，帮助用户分析、清洗及生成大规模高质量数据。

支持视频数据的高性能 IO 和处理
支持并行化数据加载：lazy load with pyAV and ffmpeg；多模态数据路径签名
并行化算子处理：支持单机多核；GPU 调用；Ray 多机分布式
[WIP] 分布式调度优化；分布式存储优化
基础算子（细粒度模态间匹配及生成）
基础算子（视频时空维度）

基础算子（细粒度模态间匹配及生成）

进阶算子（视频内容）

DJ-SORA 数据菜谱及数据集

DJ-SORA 数据验证及模型训练

开源链接：https://github.com/alibaba/data-juicer/docs/DJ_SORA_ZH.md

模型选型和训练

视频 VQVAE

VideoGPT 使用 VQ-VAE，通过采用 3D 卷积和轴向自注意力来学习原始视频的下采样离散潜在表示。然后使用一个简单的类似 GPT 的架构，使用时空位置编码对离散潜在变量进行自回归建模。用于 BAIR Robot 数据集上的视频生成，并从 UCF-101 和 Tumbler GIF 生成高保真自然图像数据集（TGIF）。

https://github.com/wilson1yan/VideoGPT/

Diffusion Transformer

普遍认为 Diffusion Transformer 模型是 Sora 的技术基础，通过结合 diffusion model 和 transformer，从而达到可以 scale up model 来提升图像生成质量的效果。我们总结了三个目前开源的 Diffusion Transformer 研究如下，并总结了最佳实践，可以在魔搭社区的免费算力上运行和测试。

UViT：All are Worth Words: A ViT Backbone for Diffusion Models

论文链接：https://arxiv.org/abs/2209.12152

代码库链接：https://github.com/baofff/U-ViT

模型链接：https://modelscope.cn/models/thu-ml/imagenet256_uvit_huge

DiT：Scalable Diffusion Models with Transformers

论文链接：https://arxiv.org/abs/2212.09748

代码库链接：https://github.com/facebookresearch/DiT

模型链接：https://modelscope.cn/models/AI-ModelScope/DiT-XL-2-256x256/summary

SiT：Exploring Flow and Diffusion-based Generative Models with Scalable Interpolant Transformers (SiT)

论文链接：https://arxiv.org/pdf/2401.08740.pdf

代码库链接：https://github.com/willisma/SiT

模型链接：https://modelscope.cn/models/AI-ModelScope/SiT-XL-2-256

总结

U-ViT是一种简单且通用的基于 ViT 的扩散概率模型的主干网络，U-ViT 把所有输入，包括图片、时间、条件都当作 token 输入，并且引入了long skip connection。U-ViT 在无条件生成、类别条件生成以及文到图生成上均取得了可比或者优于 CNN 的结果。为未来扩散模型中骨干网络研究提供见解，并有利于大规模跨模态数据集的生成建模。

DiT同样的提出了使用 ViT 代替 U-Net 的思想，不同的是 DiT 中没有引入 long skip connection 也依然取得了杰出的效果。推测原因可能有：

DiT 出色的Adaptive layer norm以及零初始化的设计能够有效提升生成质量；
DiT 在建模特征空间表现良好，但在建模像素空间表现欠缺，可能在用扩散概率模型建模像素空间分布时 long skip connection 是至关重要的；
即使在建模特征空间上，DiT 没有 long skip connection 也能取得很好的效果，但 long skip connection 在加速收敛方面也起着关键的作用。

而近期推出的可扩展插值变压器 (SiT)，是建立在 DiT 基础上的生成模型系列。 **插值框架，**相比标准的 diffusion 模型允许以更灵活的方式连接两个 distributions，使得对影响生成的各种设计选择的模块化研究成为可能。SiT 在 ImageNet 256x256 基准上模型大小和效果超过了 DiT 和 UViT，SiT 实现了 2.06 的 FID-50K 分数。

Video-caption

OpenAI 训练了一个具备高度描述性的视频标题生成（Video Captioning）模型，使用这个模型为所有的视频训练数据生成了高质量文本标题，再将视频和高质量标题作为视频文本对进行训练。通过这样的高质量的训练数据，保障了文本（prompt）和视频数据之间高度的 align。通过近期的讨论和资料，我们推测 Video Captioning 模型是由多模态大语言模型 VLM（如**GPT4V 模型）**微调出来的。开发者也可以通过视频抽帧+开源 VLM 生成描述+LLM 总结描述的方式，生成较好的视频描述。下面是一些开源的多模态模型：

零一万物 VL 模型（Yi-VL-34B）

代码库链接：https://github.com/01-ai/Yi/tree/main/VL

模型链接：https://modelscope.cn/models/01ai/Yi-VL-34B/

通义千问 VL 模型（Qwen-VL-Chat）

论文链接：https://arxiv.org/abs/2308.12966

代码库链接：https://github.com/QwenLM/Qwen-VL

模型链接：https://modelscope.cn/models/qwen/Qwen-VL-Chat

浦语·灵笔 2-视觉问答-7B（internlm-xcomposer2-vl-7b）

代码库链接：https://github.com/InternLM/InternLM-XComposer

模型链接：https://modelscope.cn/models/Shanghai_AI_Laboratory/internlm-xcomposer2-vl-7b/summary

CogVLM 模型：

技术报告：https://zhipu-ai.feishu.cn/wiki/LXQIwqo1OiIVTykMh9Lc3w1Fn7g