Video Generation
Sora、Hunyuan-Video、Kling、Wan、Movie Gen 与视频生成训练/推理机制。
已把 Sora 2、Veo 3.1、Runway Gen-4/4.5 与音频/可控编辑/产品可用性融入原文 TL;DR、时间线、当前 SoTA 表和参考清单。
§0 TL;DR Cheat Sheet
💡 7 句话搞定 Video Generation — 2024-2026 视频生成大爆发。一页吃下面试高频要点(详见后文 §1–§11 推导)。
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范式:主流视频生成 = 3D Causal VAE 压缩 + Latent DiT 扩散 / Flow Matching。Sora(2024-02)首次把 Transformer 推到 60s + 高分辨率;Hunyuan-Video / Wan 2.x / Mochi-1 / CogVideoX / Movie Gen / Kling / Veo 2-3.1 / Runway Gen-4/4.5 / Sora 2 都是这一架构家族或产品路线的变体。
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3D Causal VAE:把 视频压成 latent(典型空间下采样 、时间下采样 )。因果 (causal) 关键:当前帧 latent 不能看未来帧——使训练好的 VAE 同时支持图像()与视频()、并允许后续帧流式 / 自回归生成。
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Spacetime Patches (Sora):把视频 latent 切成 的 3D patch 当 token;像 ViT 但增加了时间维。支持变分辨率 / 变时长 / 变长宽比:直接把不同 shape 的 patch 序列打包到一个 batch(用 mask 区分),无需 resize 到固定尺寸。
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时空 Attention 三大变体:(a) Factorized 2+1D(Latte / OpenSora / AnimateDiff):先 spatial-only,再 temporal-only,复杂度 ;(b) Full 3D(Sora / Hunyuan-Video / Mochi):所有 token 互相 attend,复杂度 ,最贵但效果最好;(c) Window / 稀疏 ST(Wan 2.x / CogVideoX 部分块):滑窗 3D,折中。
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MM-DiT for Video (Hunyuan-Video / Mochi):text token 与 video token 同序列做 self-attention(不再用 cross-attn),两个 stream 各自的 QKV 投影 + AdaLN 调制;条件信息在 token-level 直接交互——Hunyuan/Mochi/Wan 把 SD3 image MM-DiT 思路扩展到视频。
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Image-to-Video (I2V):主流三招——(i) First-frame concat:把 ref image 编码后沿 channel 拼到 latent;(ii) Cross-attention 注入:ref image token 作 K/V;(iii) AnimateDiff 风格:冻结 T2I 主干,只插入 temporal module。SVD / DynamiCrafter / I2VGen-XL / Wan-I2V 是代表。
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长视频 + 音频 + 可控编辑 是 2026 产品主线:keyframe + interpolation / hierarchical / autoregressive chunks 仍是长视频基础;Sora 2 / Veo 3.1 / Movie Gen 把同步音频或原生音频纳入能力;Runway Gen-4/4.5 强调 reference consistency 和创作控制。评测:VBench 仍常用,但产品可用性还要看 API 是否开放、是否有音频、是否支持 I2V/编辑、多镜头一致性和商用限制。
⚠️ Caveat — 本文中 model-specific 数字(参数量、压缩比、attention 类型)均依据各模型公开 paper / tech report;具体训练 hyperparam 与最终架构以原文为准。
§1 直觉与全景
1.1 为什么视频比图像难
记 视频,pixel 数随 线性增长,token 数(patchify 后)也线性增长。Attention 复杂度二次于 token 数——这意味着在原 pixel 空间做 full 3D attention 对 已经爆炸。所以视频生成的核心工程问题是:
- 压缩:3D VAE 在空间 + 时间双维度压缩 token 数(典型 )
- 架构:在 latent 上跑 attention(spatiotemporal patterns 是设计点)
- 生成范式:DDPM / Rectified Flow / FM(v-prediction 主流;SD3-style)
1.2 2024-2026 时间线(按发布顺序)
| 时间 | 模型 | 出品 | 关键贡献 |
|---|---|---|---|
| 2023-07 → ICLR'24 | AnimateDiff | Guo et al. | T2I 主干 + plug-in motion module,开源 I2V/T2V 鼻祖 |
| 2023-11 | SVD | Stability | I2V 开源 baseline;SD2.1 + temporal layers |
| 2024-01 | Latte | Ma et al. | 早期 DiT-Video;factorized spatial+temporal |
| 2024-02 | Sora | OpenAI | DiT + spacetime patches + 大规模 caption;闭源 |
| 2024-05 | Veo | Google DeepMind | 闭源 1080p / 1 分钟 |
| 2024-06 | Kling | Kuaishou | 国产闭源,时长 2 分钟 |
| 2024-08 | CogVideoX (arXiv) | Zhipu/THU | 开源 2B/5B;Expert Transformer + 3D VAE |
| 2024-10 | Movie Gen | Meta | 30B;视频 + 音频联合;DiT + FM |
| 2024-10 | Mochi-1 | Genmo | 10B 开源;AsymmDiT 非对称 MM-DiT |
| 2024-11 | LTX-Video | Lightricks | 实时(2B);强压缩 VAE + DiT |
| 2024-12 | Hunyuan-Video | Tencent | 13B 开源 SoTA;3D Causal VAE + MM-DiT + prompt rewriter |
| 2024-12 | Veo 2 | 4K / 2 分钟 | |
| 2025-02 | Wan 2.1 | Alibaba (Team Wan) | 14B 开源;T2V + I2V 双模 |
| 2025-07 | Wan 2.2 | Alibaba | 升级版;MoE expert + 更长时序 |
| 2025 | Runway Gen-4 | Runway | reference-driven consistency,角色/场景一致性和创作控制 |
| 2025-2026 | Sora 2 | OpenAI | 同步音频、物理一致性和 steerability;开发者文档标注 Videos API / Sora 2 video generation models deprecated,计划 2026-09-24 shutdown |
| 2025-2026 | Veo 3.1 | Google DeepMind | Gemini API 主推视频模型,原生音频、720p/1080p/4K 规格和 cinematic control |
| 2026 | Runway Gen-4.5 | Runway | 继续强化视觉保真、运动质量、reference control 与 production workflow |
| 2024-2025 | OpenSora / OpenSora-Plan | HPC-AI / PKU | 全开源训练栈复刻 Sora pipeline |
⚠️ 闭源 vs 开源 — Sora / Veo / Kling / Movie Gen 没放 weights,所有架构细节基于官方 technical report;面试时不要把内部 ablation 当真硬数字,要主动说 "according to their report"。
1.3 整体 pipeline(共性骨架)
Text --T5/CLIP/MLLM--> text tokens [B, L_t, D]
Video --3D Causal VAE--> latent z₁ [B, C, t, h, w] --patchify (p_t×p_h×p_w)--> tokens [B, N_v, D]
│
Latent DiT / MM-DiT
(full 3D / factorized 2+1D / window ST attention)
│ Train: regress v_θ(τ, z_τ, text) -> z₁ - z₀ (RF)
↓
sampled z₁ --3D Causal VAE Decoder--> Generated video [B, 3, T, H, W]
§2 3D Causal VAE — 视频压缩的基石
2.1 形式化
VAE encoder 与 decoder :
下采样率 (时间)、(空间)。Hunyuan-Video / CogVideoX / Wan 用 ,LTX-Video 极限 token 压缩。
潜空间维度 一般 (Hunyuan)或 (OpenSora);越大保留信息越多,但 latent prior 离 越远,diffusion 收敛越慢。
2.2 为什么必须 "Causal" — 三个关键收益
✅ 3D Causal VAE 三大优势
-
Image / video 同构:当 (单帧)时,causal 3D conv 退化为 2D conv(kernel 在时间维只看历史,但历史为空 → 等价于无时间维)。Encoder 既能压视频也能压图像,图像与视频可以共享同一 latent 空间——这是 Hunyuan-Video / Wan 同时支持 I2V/T2V 的前提。
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流式 / 自回归推理:因果保证当前帧 latent 只依赖历史帧,长视频可分 chunk 处理,无需一次性 decode 全部 帧;与 LLM 的 KV cache 同源思路。
-
训练数据 utilization:图像 + 视频混合训练时,图像可视作 视频;标准 3D VAE 在时间维 kernel 中心要看未来,不能这么做。
2.3 Causal Conv3d 的实现
标准 3D conv 在时间维做 zero padding 时左右各 pad (symmetric),这会让 output[t] 依赖 input[t-1], input[t], input[t+1]——泄露未来。
Causal 3D conv = 把 padding 全堆到时间左侧(过去方向),右侧(未来)不 pad:
即 output 在时间 只看 这一段历史。空间维仍 symmetric padding(图像问题,无方向)。
⚠️ 下采样的 causal 化 — 时间 stride > 1 的下采样层(如 )要保证窗口对齐。常见做法:让 stride 在时间维只看历史窗
[t-1, t],输出t' = t//2。Hunyuan-Video / Mochi 在 paper 里都画了这一层。
2.4 损失函数(与图像 VAE 同骨架)
视频 VAE 还需要 temporal consistency loss(如相邻帧重建差异 + 光流约束)防闪烁。Hunyuan-Video 用 GAN(PatchGAN 在 spatiotemporal patch 上)+ 3D 感知损失。
2.5 代码:Causal Conv3d 与编码器骨架
import math import torch import torch.nn as nn import torch.nn.functional as F class CausalConv3d(nn.Module): """ 时间维度因果 conv3d. 输入 [B, C_in, T, H, W] -> 输出 [B, C_out, T, H, W](stride=1 时形状不变). 时间 kernel 大小 k_t -> 左侧 pad (k_t-1),右侧不 pad;空间维 symmetric pad. """ def __init__(self, in_ch, out_ch, kernel=(3, 3, 3), stride=(1, 1, 1), dilation=(1, 1, 1)): super().__init__() k_t, k_h, k_w = kernel d_t, d_h, d_w = dilation # 时间维 causal padding(全部堆到左侧) self.t_pad_left = (k_t - 1) * d_t # 空间维 symmetric padding self.h_pad = ((k_h - 1) * d_h) // 2 self.w_pad = ((k_w - 1) * d_w) // 2 # 注意 nn.Conv3d 自带 padding 是 symmetric, 这里手动 pad + 关闭 conv 自带 pad self.conv = nn.Conv3d(in_ch, out_ch, kernel_size=kernel, stride=stride, dilation=dilation, padding=0) def forward(self, x): # x: [B, C, T, H, W] # F.pad order: (W_left, W_right, H_left, H_right, T_left, T_right) x = F.pad(x, (self.w_pad, self.w_pad, self.h_pad, self.h_pad, self.t_pad_left, 0)) # 时间右侧不 pad => 不看未来 return self.conv(x) class CausalResBlock3D(nn.Module): def __init__(self, ch, groups=8): super().__init__() self.norm1 = nn.GroupNorm(groups, ch) self.conv1 = CausalConv3d(ch, ch, kernel=(3, 3, 3)) self.norm2 = nn.GroupNorm(groups, ch) self.conv2 = CausalConv3d(ch, ch, kernel=(3, 3, 3)) def forward(self, x): h = self.conv1(F.silu(self.norm1(x))) h = self.conv2(F.silu(self.norm2(h))) return x + h class CausalVAEEncoder(nn.Module): """ 教学版 3D Causal VAE encoder. 实际 Hunyuan / CogVideoX 用更深的 stack + GAN 判别器. Downsample 用 stride=(2,2,2) 的 CausalConv3d (时间维仍 causal). """ def __init__(self, in_ch=3, base_ch=64, z_ch=16, num_levels=3, blocks_per_level=2): super().__init__() self.in_proj = CausalConv3d(in_ch, base_ch, kernel=(3, 3, 3)) levels, ch = [], base_ch for _ in range(num_levels): blocks = [CausalResBlock3D(ch) for _ in range(blocks_per_level)] blocks.append(CausalConv3d(ch, ch * 2, kernel=(3, 3, 3), stride=(2, 2, 2))) levels.append(nn.Sequential(*blocks)) ch *= 2 self.levels = nn.ModuleList(levels) self.norm_out = nn.GroupNorm(8, ch) self.head = CausalConv3d(ch, 2 * z_ch, kernel=(1, 1, 1)) # mu + logvar def forward(self, x): # 期望 T, H, W 能整除 2^num_levels h = self.in_proj(x) for lvl in self.levels: h = lvl(h) h = F.silu(self.norm_out(h)) return self.head(h).chunk(2, dim=1) # (mu, logvar) @staticmethod def reparameterize(mu, logvar): return mu + torch.exp(0.5 * logvar) * torch.randn_like(mu)
💡 首帧 / chunk boundary 处理(面试加分) — 因果 pad 让首帧时间维"看 0"——VAE 训练时随机扔掉时间起点的 帧损失贡献,或者用 anchor padding(首帧复制填充)。Hunyuan-Video 在 paper 里讨论了 chunk-by-chunk 编码时 boundary frame 的一致性问题,工程上常通过 chunked overlapping 解决。
§3 Spacetime Patches (Sora 视角)
3.1 一句话
像 ViT 把图像切 patch 当 token,Sora 把 视频 latent 切 的 3D patch 当 token。 个 token 喂给 Transformer。
公式上把一段 latent 重排:
3.2 为什么 patch 化(而非每 voxel 一个 token)
- token 数缩减: 倍降低 ,attention 二次成本大幅下降。
- 局部归纳偏置:每个 patch 内是固定 mlp 投影,类似 conv 的局部融合。
- 支持变形:不同分辨率 / 时长直接产生不同 ,模型在 Transformer 内对 不敏感。
3.3 Variable resolution / duration / aspect ratio(Sora 关键贡献)
Sora 不把每段视频 resize 到固定尺寸(如 )。它把不同 的视频都切成 patch 序列,用 packing(不同样本混到同一 batch 用 segment mask 分离)训练。
实现要点:
- 位置编码用相对 / 解耦 :space 用 RoPE-2D,time 用 RoPE-1D;不绑死最大长度。
- Attention mask:同一 batch 内不同 sample 的 token 之间 mask 掉。
- target aspect ratio token:作为额外条件让模型知道当前生成的是 16:9 还是 9:16。
这一招让 Sora 可以训 / 生成任意比例的视频;后续 Wan-2.x、Hunyuan-Video 都借鉴。
3.4 代码:Spacetime patchify / unpatchify
class SpacetimePatchify(nn.Module): """ 把 video latent [B, C, t, h, w] 切成 3D patch token [B, N, D]. p_t/p_h/p_w 必须能整除 t/h/w(输入时保证). """ def __init__(self, in_ch, patch=(2, 2, 2), embed_dim=1024): super().__init__() self.p_t, self.p_h, self.p_w = patch self.proj = nn.Conv3d( in_ch, embed_dim, kernel_size=(self.p_t, self.p_h, self.p_w), stride=(self.p_t, self.p_h, self.p_w), ) def forward(self, z): # z: [B, C, t, h, w] x = self.proj(z) # [B, D, t/p_t, h/p_h, w/p_w] B, D, tt, hh, ww = x.shape N = tt * hh * ww x = x.flatten(2).transpose(1, 2) # [B, N, D] return x, (tt, hh, ww) class SpacetimeUnpatchify(nn.Module): """ Patchify 的逆操作: [B, N, D] + shape -> [B, C_out, t, h, w] """ def __init__(self, embed_dim, out_ch, patch=(2, 2, 2)): super().__init__() self.p_t, self.p_h, self.p_w = patch self.out_ch = out_ch # 每个 token 解码回 (out_ch * p_t * p_h * p_w) 维 voxel block self.proj = nn.Linear(embed_dim, out_ch * self.p_t * self.p_h * self.p_w) def forward(self, x, grid): # x: [B, N, D], grid = (tt, hh, ww) B, N, D = x.shape tt, hh, ww = grid assert N == tt * hh * ww y = self.proj(x) # [B, N, out_ch * p_t * p_h * p_w] y = y.view(B, tt, hh, ww, self.out_ch, self.p_t, self.p_h, self.p_w) # 把 patch 内坐标拼回原始空间:(tt, p_t) -> T, (hh, p_h) -> H, ... y = y.permute(0, 4, 1, 5, 2, 6, 3, 7).contiguous() return y.view(B, self.out_ch, tt * self.p_t, hh * self.p_h, ww * self.p_w)
⚠️ patch 大小如何选 — 通常 1-2(时间维已被 VAE 压过 4x,不能再压太多), 通常 2。开源模型常用 (Mochi-1 / Hunyuan-Video,配合 4×8×8 latent VAE)。Sora 未公开实现细节,只描述了 "spacetime patches" 概念。
§4 Spatiotemporal Attention 三大变体
4.1 复杂度对比(核心面试题)
定义 (每帧 token 数),(时间 token 数),。
| 类型 | 公式形式 | Time | Score memory (vanilla) | 用在哪 |
|---|---|---|---|---|
| Factorized 2+1D | Latte, OpenSora, AnimateDiff | |||
| Full 3D ST | Hunyuan-Video, Mochi, (Sora 推测) | |||
| 2+1D + 周期 full | 大部分块 2+1D, 少量块 full | 介于两者 | 介于两者 | OpenSora-Plan, CogVideoX |
| Window 3D / 稀疏 | 局部 3D window | ( = window) | 部分工程实践 |
💡 核心对比 — Full 3D 是 spacetime token 全交互,表达力最强;Factorized 是先空间后时间两次 attn,强假设 space ⊗ time 可分,但成本低 量级倍。Sora 官方未披露具体 attention 类型,社区基于其 "spacetime patches" 描述普遍推测是 full 3D / 大序列统一 attention(Hunyuan-Video / Mochi 已采用此设计)。
4.2 Factorized 2+1D Attention(Latte / OpenSora)
Input [B, T_t, S, D]
│
│ rearrange -> [B*T_t, S, D]
↓
SpatialAttn (每帧内 self-attention) → [B*T_t, S, D]
│
│ rearrange -> [B*S, T_t, D]
↓
TempAttn (跨帧 self-attention) → [B*S, T_t, D]
│
│ rearrange -> [B, T_t, S, D]
↓
FFN
强假设:每帧的 spatial relations 与跨帧的 temporal relations 可分离。这是简化但工程上非常好用——多数情况下视频里相邻帧大体相似(temporal "光流" 信息可用 1D attn 抓到),帧内 patch 关系类似图像。
4.3 Full 3D Spatiotemporal Attention(Sora / Hunyuan / Mochi)
直接把 个 token 串成一维序列,标准 self-attention:
复杂度 。 在长视频下大:例如 720p × 5s × 24fps 经 VAE 后 latent shape 约为 ,再做 (1,2,2) patchify 得 token,。所以工程上必须用 FlashAttention v2/v3 + Tensor Parallelism + Sequence Parallelism。
4.4 RoPE-3D(位置编码)
视频 token 需要同时编码 (time, height, width) 三维位置。做法 1(解耦):把 维向量切三段,分别对 (t, h, w) 做 RoPE。做法 2(共享):每段都 stack 三种频率的旋转(Hunyuan-Video)。
CogVideoX 用 3D RoPE:把 维 query/key 切成三段 (disjoint subspace),三段分别用 (t, h, w) 对应的频率做 1D RoPE 后 concat:
实操即三段独立 1D RoPE 拼接(block-diagonal 旋转),自然得到相对时空位置编码。
4.5 代码:Factorized 2+1D 实现
class AxisAttention(nn.Module): """ 沿一个指定轴 (spatial 'S' 或 temporal 'T') 做 self-attention. 输入 [B, T, S, D] -> 输出 [B, T, S, D]. """ def __init__(self, dim, heads, head_dim, axis="S", causal=False): super().__init__() assert axis in ("S", "T") self.heads, self.head_dim, self.axis, self.causal = heads, head_dim, axis, causal self.qkv = nn.Linear(dim, 3 * heads * head_dim, bias=False) self.out = nn.Linear(heads * head_dim, dim, bias=False) def forward(self, x): B, T, S, D = x.shape if self.axis == "S": x_ = x.reshape(B * T, S, D); L_seq = S; merge_batch = T else: # "T": 把 spatial 维 collapse 进 batch, 时间维当 seq x_ = x.permute(0, 2, 1, 3).reshape(B * S, T, D); L_seq = T; merge_batch = S qkv = self.qkv(x_).reshape(-1, L_seq, 3, self.heads, self.head_dim) q, k, v = (t.transpose(1, 2) for t in qkv.unbind(dim=2)) # [B', H, L, d_k] # PyTorch SDPA 自动选 FlashAttention v2/v3 out = F.scaled_dot_product_attention(q, k, v, is_causal=self.causal) out = out.transpose(1, 2).reshape(-1, L_seq, self.heads * self.head_dim) out = self.out(out) if self.axis == "S": return out.reshape(B, T, S, D) else: return out.reshape(B, S, T, D).permute(0, 2, 1, 3) class Factorized2plus1DBlock(nn.Module): """ Latte-style: SpatialAttn -> TempAttn -> FFN. """ def __init__(self, dim, heads, head_dim, mlp_ratio=4.0): super().__init__() self.norm1 = nn.LayerNorm(dim); self.spatial = AxisAttention(dim, heads, head_dim, "S") self.norm2 = nn.LayerNorm(dim); self.temporal = AxisAttention(dim, heads, head_dim, "T") self.norm3 = nn.LayerNorm(dim) hidden = int(dim * mlp_ratio) self.mlp = nn.Sequential(nn.Linear(dim, hidden), nn.GELU(), nn.Linear(hidden, dim)) def forward(self, x): x = x + self.spatial(self.norm1(x)) x = x + self.temporal(self.norm2(x)) x = x + self.mlp(self.norm3(x)) return x
4.6 代码:Full 3D Spatiotemporal Attention(with FlashAttention via SDPA)
class Full3DSpatiotemporalAttention(nn.Module): """ 把 [B, T, S, D] 当作 [B, N, D] 做 self-attention(N = T*S). 使用 PyTorch SDPA, 底层在 H100/A100 上会自动调度 FlashAttention v2/v3. 与 MM-DiT 结合时, text/video token 直接 concat 到这一序列做 attention(见 §5.4). """ def __init__(self, dim, heads, head_dim): super().__init__() self.heads = heads self.head_dim = head_dim self.qkv = nn.Linear(dim, 3 * heads * head_dim, bias=False) self.out = nn.Linear(heads * head_dim, dim, bias=False) def forward(self, x, attn_bias=None): # x: [B, N, D] (调用前先把 T*S flatten) B, N, D = x.shape qkv = self.qkv(x).reshape(B, N, 3, self.heads, self.head_dim) q, k, v = qkv.unbind(dim=2) # [B, N, H, d_k] q, k, v = (t.transpose(1, 2) for t in (q, k, v)) # [B, H, N, d_k] out = F.scaled_dot_product_attention(q, k, v, attn_mask=attn_bias) out = out.transpose(1, 2).reshape(B, N, -1) return self.out(out)
§5 MM-DiT for Video(Hunyuan-Video / Mochi-1 思路)
5.1 从 SD3 MM-DiT 推广到视频
SD3 (Esser et al. 2024) 引入 MM-DiT:把 text token 和 image token concat 到同一序列做 self-attention,两个 stream 各自有独立的 QKV / FFN / AdaLN 参数,但 attention 是同一矩阵:
视频化 = 把 image stream 换成 video stream(spacetime token),text stream 不变。
5.2 Hunyuan-Video 的 dual-stream → single-stream 设计
Hunyuan-Video tech report 把 DiT 分成两段:
- Dual-stream blocks(前 N 层):text token 与 video token 在 attention 共享,但 FFN / AdaLN 独立——让两个模态先各自精炼表示。
- Single-stream blocks(后 M 层):text token 和 video token 完全 share weight,相当于普通 Transformer 处理统一序列。
这与 Mochi-1 的 AsymmDiT 类似(Mochi 让 video stream 比 text stream 宽 4 倍参数,因为视频信息远多于文本)。
5.3 文本编码器(一览)
| 模型 | Text encoder | 备注 |
|---|---|---|
| Hunyuan-Video | CLIP-L + MLLM (LLaVA 风) | MLLM 提供长 prompt + 物体关系 |
| Mochi-1 | T5-XXL | 与 SD3 同 |
| Wan 2.1 / 2.2 | UMT5 (multilingual) | 支持中英双语 |
| CogVideoX | T5-XXL | — |
| Sora | 未公开 | OpenAI 报告只提到使用 re-captioning 流程 |
💡 prompt rewriter(Hunyuan-Video / Sora 报告) — 训练数据 caption 通常长且细致,用户 short prompt 与训练分布有 gap。Sora 官方报告提到训练前对视频做 dense re-captioning;Hunyuan-Video 在推理时用 LLM 改写短 prompt 成 dense caption 再喂模型。面试常问"为什么需要 prompt rewriter"——答:训练/推理 caption 分布对齐 + 用户原 prompt 太短。
5.4 代码:MM-DiT video block
class MMDiTVideoBlock(nn.Module): """ Dual-stream MM-DiT block (Hunyuan-Video / Mochi-1 / SD3 style). Text token 与 video token 共享 self-attention 矩阵, 但 QKV / FFN / AdaLN 各自参数. """ def __init__(self, dim, heads, head_dim, mlp_ratio=4.0): super().__init__() self.heads = heads self.head_dim = head_dim self.scale = 1.0 / math.sqrt(head_dim) # 各自的 QKV self.qkv_text = nn.Linear(dim, 3 * heads * head_dim, bias=False) self.qkv_vid = nn.Linear(dim, 3 * heads * head_dim, bias=False) self.out_text = nn.Linear(heads * head_dim, dim, bias=False) self.out_vid = nn.Linear(heads * head_dim, dim, bias=False) # 各自的 FFN hidden = int(dim * mlp_ratio) self.mlp_text = nn.Sequential(nn.Linear(dim, hidden), nn.GELU(), nn.Linear(hidden, dim)) self.mlp_vid = nn.Sequential(nn.Linear(dim, hidden), nn.GELU(), nn.Linear(hidden, dim)) # 各自的 AdaLN(由 timestep + pooled text condition 调制) self.norm_text = nn.LayerNorm(dim, elementwise_affine=False) self.norm_vid = nn.LayerNorm(dim, elementwise_affine=False) self.norm_ff_text = nn.LayerNorm(dim, elementwise_affine=False) self.norm_ff_vid = nn.LayerNorm(dim, elementwise_affine=False) self.cond_text = nn.Linear(dim, 6 * dim) self.cond_vid = nn.Linear(dim, 6 * dim) @staticmethod def _modulate(x, shift, scale): return x * (1 + scale.unsqueeze(1)) + shift.unsqueeze(1) def _proj_qkv(self, x, qkv_mod): B, L, _ = x.shape qkv = qkv_mod(x).reshape(B, L, 3, self.heads, self.head_dim) q, k, v = qkv.unbind(dim=2) # [B, L, H, d_k] return q.transpose(1, 2), k.transpose(1, 2), v.transpose(1, 2) # [B, H, L, d_k] def forward(self, text, vid, cond): """ text: [B, L_t, D] vid: [B, N_v, D] cond: [B, D] (timestep emb + pooled text) """ # Modulation params st_a, sc_t_a, gt_a, st_m, sc_t_m, gt_m = self.cond_text(F.silu(cond)).chunk(6, dim=-1) sv_a, sc_v_a, gv_a, sv_m, sc_v_m, gv_m = self.cond_vid(F.silu(cond)).chunk(6, dim=-1) # Pre-norm + modulate (各 stream 独立) t = self._modulate(self.norm_text(text), st_a, sc_t_a) v_ = self._modulate(self.norm_vid(vid), sv_a, sc_v_a) # 各 stream 的 QKV (独立参数) qt, kt, vt = self._proj_qkv(t, self.qkv_text) qv, kv, vv = self._proj_qkv(v_, self.qkv_vid) # Concat 两 stream 沿 seq 维一起 self-attention q = torch.cat([qt, qv], dim=2) # [B, H, L_t + N_v, d_k] k = torch.cat([kt, kv], dim=2) v = torch.cat([vt, vv], dim=2) out = F.scaled_dot_product_attention(q, k, v) # [B, H, L_t + N_v, d_k] L_t = text.shape[1] out_t, out_v = out[:, :, :L_t], out[:, :, L_t:] out_t = out_t.transpose(1, 2).reshape(*text.shape[:2], -1) out_v = out_v.transpose(1, 2).reshape(*vid.shape[:2], -1) # Out projection (各 stream) text = text + gt_a.unsqueeze(1) * self.out_text(out_t) vid = vid + gv_a.unsqueeze(1) * self.out_vid(out_v) # FFN (各 stream) text = text + gt_m.unsqueeze(1) * self.mlp_text( self._modulate(self.norm_ff_text(text), st_m, sc_t_m)) vid = vid + gv_m.unsqueeze(1) * self.mlp_vid( self._modulate(self.norm_ff_vid(vid), sv_m, sc_v_m)) return text, vid
5.5 训练目标
主流 = v-prediction 或 rectified flow vector(与 SD3 一致)。给定 video latent 、噪声 、随机 (logit-normal 分布更常用):
其中 是 text condition(+ optional 图像 / 视频条件)。Hunyuan-Video / Mochi / Wan 都用 RF(与 image 端 SD3 同 paradigm);Sora 未公开但社区推测也是 RF / v-pred 家族。
§6 Image-to-Video (I2V) — 主流三种条件注入
6.1 First-Frame Channel Concat(最简、最常用)
把参考图 编码成 latent (VAE 在 下退化为 2D 编码),沿 latent 时间维 (不是原始帧 )做 zero-padded broadcast,并和 noisy latent 沿 channel 维拼接:
其中 若 是参考位(一般为 ),其余位为 0; 是同 shape 的 mask channel(参考位为 1,待生成位为 0)。模型第一层 conv 的 in_channels 从 改成 。
优点:实现简单,与 T2V 主干完全兼容;改一层 conv 就行。缺点:参考信息混在 channel 里,模型要靠 conv 自己提取;远距离帧的引导能力弱。
SVD (Stable Video Diffusion, Blattmann 2023) / DynamiCrafter / I2VGen-XL 都用这套。
6.2 Cross-Attention 注入(细粒度控制)
把 patchify 成 token,作为额外 K/V 注入到 video stream 的 attention:
或更复杂——为 ref image 增加独立 cross-attention 层。AnimateDiff 风格的 LoRA tuning 也基本用这条路。
6.3 AnimateDiff 风格 plug-in motion module
✅ AnimateDiff (Guo et al. arXiv 2023-07, ICLR 2024) — 冻结一个 T2I (Stable Diffusion),只插入并训练 temporal motion module(temporal self-attention),就把 T2I 变 T2V。优势:复用 T2I 生态(LoRA / ControlNet);劣势:质量受 base T2I 限制。Motion module 通常插在每个 spatial block 后:
[B,T,C,H,W] -> rearrange [B*H*W, T, C] -> temporal self-attn -> back。
6.4 代码:first-frame concat I2V
class FirstFrameI2VAdapter(nn.Module): """ 把 ref image latent 沿时间 broadcast + 沿 channel concat 到 noisy latent. 用法: 替换 DiT 的 patchify 输入投影, in_ch 从 C 改为 (2C + 1). """ def __init__(self, latent_ch=16, embed_dim=1024, patch=(1, 2, 2)): super().__init__() self.patch = patch # +1 是 mask channel self.proj = nn.Conv3d( in_channels=2 * latent_ch + 1, out_channels=embed_dim, kernel_size=patch, stride=patch, ) def forward(self, noisy_latent, ref_latent, ref_mask): """ noisy_latent: [B, C, t, h, w] - 加噪 latent ref_latent: [B, C, t, h, w] - 参考帧 latent (待生成位为 0) ref_mask: [B, 1, t, h, w] - 1 = 该位置 (在 t 维) 是参考帧, 0 = 待生成 """ x = torch.cat([noisy_latent, ref_latent, ref_mask], dim=1) # [B, 2C+1, t, h, w] x = self.proj(x) # [B, D, t', h', w'] B, D, tt, hh, ww = x.shape return x.flatten(2).transpose(1, 2), (tt, hh, ww) # [B, N, D]
💡 build ref_latent + mask 的伪代码 — 给定 video latent
z_full和参考帧索引ref_indices(如[0]表示 first-frame I2V),把z_full[:, :, idx]拷贝到ref_latent同位置、其余位 0,并在ref_mask对应位置赋 1。具体实现见 §A.2video_gen_forward内部。
6.5 训练时的"noise-only on未来帧" trick
I2V 训练时给参考帧 latent 不加噪(或加极小噪声),待生成帧加正常 噪声。loss 只在待生成帧位置计算。这点在 SVD / Hunyuan-Video I2V variant 中都有提到。
§7 长视频生成(开放问题)
7.1 三大主流路线
| 路线 | 方法 | 代表 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| Keyframe + interpolation | 先生成 个关键帧(远距),再每段插值出中间帧 | NUWA-XL, Movie Gen 部分 pipeline | 关键帧 transition 可能不自然 |
| Hierarchical (coarse → fine) | 先生成 low-fps 低分辨率版本,再 cascade 超分 + 帧插 | Phenaki, Imagen Video, Sora 部分 | 多阶段累积误差 |
| Autoregressive chunks | 每次生成 帧 chunk,下一 chunk 以前 chunk 末尾为条件 | Mochi-1 部分模式, StreamingT2V | 误差累积 → drift, "loop" |
7.2 Sora 的 "duration as condition"
Sora 把 video duration 当成 conditioning(不是固定 ),训练时把不同时长视频都见过;推理时给定目标时长,生成对应长度 patch 序列。这在公开 report 中只是简短提到。
7.3 Autoregressive Video Generation 兼容性(Causal VAE 派上用场)
由于 3D Causal VAE encoder 不看未来,自然支持 chunk-wise 自回归:encoder 可以一段一段处理。但 DiT 部分要做到自回归还需在 token 维度也加 causal——这是研究方向("VAR for Video" 等)。Hunyuan-Video / Wan 现版本仍是 non-AR diffusion。
7.4 简单的 chunk 自回归伪代码
@torch.no_grad() def chunk_autoregressive(rf_sample_fn, vae, text, num_chunks, chunk_t_lat=4, overlap=1, latent_shape=(16, 60, 90)): """ Chunk-wise 自回归生成长视频伪代码框架. rf_sample_fn(z_init, text, ref_full, ref_mask) -> z_out ——使用 §A.3 的 video_gen_sample 风格, 但接受外部 z_init 与 ref clamp. latent_shape = (C, h_lat, w_lat); 每段 latent 时间长度 = chunk_t_lat. """ chunks = [] ref_latent = None C, hl, wl = latent_shape device = next(vae.parameters()).device for c in range(num_chunks): # 初始 noise z_init = torch.randn(1, C, chunk_t_lat, hl, wl, device=device) # 上一段末尾 overlap 帧当 ref if ref_latent is not None: z_init[:, :, :overlap] = ref_latent[:, :, -overlap:] ref_full = torch.zeros_like(z_init) ref_full[:, :, :overlap] = ref_latent[:, :, -overlap:] ref_mask = torch.zeros(1, 1, chunk_t_lat, hl, wl, device=device) ref_mask[:, :, :overlap] = 1.0 else: ref_full, ref_mask = None, None z = rf_sample_fn(z_init, text, ref_full, ref_mask) # [1, C, chunk_t_lat, h, w] chunks.append(z) ref_latent = z # 拼接 chunks(去重 overlap), VAE decode z_full = torch.cat([chunks[0]] + [c[:, :, overlap:] for c in chunks[1:]], dim=2) return vae.decoder(z_full)
⚠️ drift 问题 — 即使有 overlap,AR 模式下后期 chunk 容易出现内容 drift(人物消失、色调变化)。Movie Gen / Hunyuan 采用全局 attention 一次生成短视频(5-10s)+ 后处理超分时长 trick 而非纯 AR。
§8 控制 / 编辑 / 角色一致性(简表)
| 任务 | 代表方法 | 注入手段 |
|---|---|---|
| Camera 控制 | MotionCtrl (Wang et al. 2023) | CMCM: 相机轨迹 序列 → temporal embedding |
| Object trajectory 控制 | MotionCtrl OMCM 模块 | 2D 轨迹点 → spatial heatmap 当 condition |
| 人物动画 | AnimateAnyone (Hu et al. CVPR 2024) | ReferenceNet (sibling SD 主干) + Pose Guider (OpenPose/DWPose) + temporal layers |
| 角色一致 | IP-Adapter / DreamBooth-style | ID embedding 经 cross-attn 注入 |
| 局部编辑 | Mask-guided generation | 角色 mask + ref image 一同注入 |
§9 评测:VBench / FVD / CLIPSim-V
✅ VBench (Huang et al. CVPR 2024) — 现 SoTA 标准 — 16 个细粒度维度,分两大类。
- Video Quality (7 维):Subject Consistency, Background Consistency, Temporal Flickering, Motion Smoothness, Dynamic Degree, Aesthetic Quality, Imaging Quality
- Video-Condition Consistency (9 维):Object Class, Multiple Objects, Human Action, Color, Spatial Relationship, Scene, Appearance Style, Temporal Style, Overall Consistency
每维有定制 prompt 集 + 自动评测器(GroundingDINO / DOVER / RAFT / CLIP 等),最后给加权综合分。Hunyuan-Video / Mochi / Movie Gen / Sora 等都在 VBench 上自报或被独立测。
FVD (Unterthiner et al. 2018) — FID 推广到视频。生成 / 真实视频分别过一个预训练 video classifier(I3D / VideoMAE / S3D)拿中间层 feature,计算两组分布的 Fréchet 距离:
低 FVD = 生成分布更接近真实;缺点:依赖 classifier domain,不反映 text-video alignment。
CLIPSim-V — 每帧取 CLIP image embedding 与 prompt CLIP text embedding 计算余弦:。评 text-video 对齐,但忽略时序连贯。
实务:Hunyuan-Video tech report 同时报 VBench + 人评(user study 1-5 likert);Sora / Veo demos 只给定性可视化。面试碰到"你怎么评测"——说 VBench + 人评 + 在 UCF-101 / MSR-VTT 上算 FVD。
§10 复杂度与显存
10.1 Token 数与 attention cost
| 视频规格 | VAE 下采样 | VAE 后 latent shape | Patchify (1,2,2) 后 N | Full-3D Attn |
|---|---|---|---|---|
| (2s, 8fps) | ||||
| (2s, 24fps, latent ) | ||||
| (5s, 24fps, latent ) |
很快爆。面试常问 "长视频/高分辨率 attention 瓶颈"——答: 二次成本 + FlashAttention 也减不了 token 数本质;解法是 factorized / window / cascaded 多阶段。
10.2 显存与 FLOPs 要点
- Score 矩阵显存:vanilla 是 ;FlashAttention 降到 activation
- KV cache:纯 diffusion 无 AR step,训练时无 KV cache 概念;activation checkpointing + ZeRO-3 是必备
- 3D Causal VAE 推理:可分 chunk,显存
- 训练 FLOPs:13B 模型 per-batch attention FLOPs ≈ × layers(B = batch size);Hunyuan-Video 全模型 ≈ 几百到上千 PFLOP / sample 量级,用数千 H100 数月级别训出
§11 与其他生成模型的关系
11.1 Image diffusion vs Video diffusion
| 维度 | Image (SD3 / SDXL / FLUX) | Video (Hunyuan / Mochi / Wan) |
|---|---|---|
| VAE | 2D VAE, | 3D Causal VAE, |
| Token 数 | (1024² @ 16²) | |
| Attention | Self + Cross | ST (factorized / full 3D) + Cross/MM-DiT |
| 训练 token 量 | 数十亿 image-text pair | 数千万 video-text pair(视频数据稀缺) |
| 评测 | FID, CLIPScore | VBench, FVD, CLIPSim-V |
| 主要难点 | 美学 / prompt 跟随 | 时序一致性 / 物理合理性 / 长时长 |
11.2 Video LLM vs Video Generation vs AR Video
- Video LLM (VideoChat / Video-LLaVA / NaVit):输入视频,输出文本(理解方向);CLIP/ViViT/VideoMAE feature + LLM
- Diffusion Video Gen(本文主线):质量高,长视频靠 chunk / hierarchical
- AR Video (Cosmos-Predict, VAR-Video 系列):视频 token 化 (VQ-VAE / FSQ) + LM 风格生成。优势:天然 streaming + 长视频;劣势:质量目前不如 diffusion
- Unified (Show-o / Emu3 等 2025 苗头):同时理解 + 生成;视频版本尚未爆发
- 2024-2025 SoTA 仍以 diffusion 占主流
§12 25 高频面试题
按难度分 3 档:L1 必会(任何 MLE 岗)、L2 进阶(research-oriented)、L3 顶级 lab(diffusion / video specialist)。每题点开看答案要点 + 易踩坑。
L1 必会题(基础 — 任何视频生成相关岗)
Q1. 当下主流视频生成模型的整体 pipeline 是什么?
- 3D Causal VAE 把视频从 压到 latent
- Latent DiT / MM-DiT 在 latent 空间做扩散 / flow matching
- Text encoder(T5 / CLIP / MLLM)提供 condition
- VAE Decoder 把 latent decode 回视频
- 推理用 ODE/SDE sampler(Euler / Heun / DDIM)从噪声积分到数据
只说 "diffusion + UNet",忘了 latent / 3D / VAE 三件套;或说 pixel-space 跑 attention(早就不可行)。
Q2. 3D Causal VAE 的 "Causal" 是什么意思?为什么必须 causal?
- 时间维度 conv padding 全堆到左侧(过去),右侧不 pad,不让 current frame 看未来
- 三大收益:(1) 图像和视频可共享 latent 空间( 时退化成 2D,图像也能进 encoder),便于 image+video 联合训练;(2) 流式 / 自回归推理,长视频可 chunk-wise 处理;(3) 训练时 image 视为 视频,数据利用率高
- Hunyuan-Video / Wan / Mochi / CogVideoX 都用 causal 3D VAE
说 "causal 就是 mask 掉未来"——这是表面,关键是为什么有那 3 个工程收益。
Q3. Sora 的 "spacetime patches" 解决了什么问题?
- 把视频 latent 切 3D patch ,每个 patch 是一个 token
- 支持变 resolution / 变 duration / 变 aspect ratio——不同 shape 视频直接打包到同 batch(用 attention mask 分离)
- 类似 ViT 但加了时间维;解耦了网络结构与具体输入形状
只说"切 patch",没说核心收益(变形状训练 / 推理)。
Q4. Factorized 2+1D attention 和 Full 3D attention 的复杂度差多少?
- 记每帧 token 数 、时间 token 数 、总 token 数
- Factorized 2+1D:spatial + temporal
- Full 3D:
- Full 3D 比 Factorized 多 倍
- 但 Full 3D 表达力更强(允许 spatial + temporal 联合 pattern)
只比 Full 3D 不算时间项;或忽略两者本质差是"是否假设 space ⊗ time 可分"。
Q5. MM-DiT for video 是怎么注入文本的?
- Text token 和 video token 拼接到同一序列做 self-attention
- 每个 stream 各自的 QKV / FFN / AdaLN 参数(dual-stream),但 attention 矩阵共享
- 对比传统 cross-attention(Q from video, KV from text):MM-DiT 让两个模态在 token 级别对等交互
- Hunyuan-Video / Mochi 用此架构(video 端);SD3 (Esser et al. 2024) 是 image 端的原始 MM-DiT
说 video 主干 + cross-attn from text——这是 SDXL 风格,MM-DiT 已替代它。
Q6. I2V (Image-to-Video) 最简单的实现是怎样的?
- 参考图 编码为 latent
- 沿时间维 broadcast,沿 channel 维与 noisy latent 拼接:input channel 从 改成 (加一个 mask channel 标注哪些帧是 ref)
- 模型其他部分不变;改 patchify 第一层 conv
- 训练时参考帧不加噪 / 加极小噪,loss 只在待生成帧上算
只说"再喂一张图",没说 concat 在哪 / mask 怎么处理。
Q7. AnimateDiff 的核心思路?
- 冻结一个 T2I 模型(Stable Diffusion)
- 插入 + 仅训 temporal motion module(temporal self-attention),插在每个 spatial block 后
- 优势:直接复用所有 T2I 生态(LoRA, ControlNet, custom checkpoint)
- 劣势:质量受限于 base T2I 模型;难做长视频
说"用 transformer 替换 UNet"——错,AnimateDiff 是 plug-in,不替换主干。
Q8. VBench 评测什么?与 FVD 有什么区别?
- VBench (Huang CVPR 2024):16 个细粒度维度(如 Subject Consistency, Motion Smoothness, Object Class, Color, ...),每维用专门 detector / classifier 评分;现 SoTA 视频生成标准
- FVD (Unterthiner 2018):FID 推广到视频;用 I3D / VideoMAE feature 算两组分布的 Fréchet 距离;单一数字
- VBench 更解释性强,能定位哪个维度差;FVD 单一但黑盒
- 实务:两者一起报 + 人评
只听过 FVD 不知道 VBench——2024 后这是大缺口。
Q9. Sora / Hunyuan-Video / Mochi-1 / Kling 哪些开源?
- 开源:Hunyuan-Video (13B, 2024-12), Mochi-1 (10B, 2024-10), CogVideoX (2B/5B, arXiv 2024-08), OpenSora / OpenSora-Plan, LTX-Video (2B, 2024-11), Wan 2.1/2.2 (14B, 2025), SVD (2023-11)
- 闭源:Sora (2024-02), Veo / Veo 2 (Google), Kling (Kuaishou 2024-06), Movie Gen (Meta, 30B)
- 国内开源主力:Hunyuan / Wan / CogVideoX
只记得 Sora 和 SVD——闭源开源都得知道时间线。
Q10. Text encoder 选择:T5 vs CLIP vs MLLM?
- CLIP-L / G:与图像 latent 对齐好(image-text 联合训练),短文本工作得好,但长 prompt 跟随差
- T5-XXL:sequence-to-sequence 模型,长 prompt 跟随更好;SD3 / Mochi / CogVideoX 都用
- MLLM(LLaVA-like):理解 prompt 内物体关系强;Hunyuan-Video 用 CLIP-L + MLLM 双编码器
- 工程上长 prompt 推理时还会用 prompt rewriter(LLM 改写)补齐 train/test caption 分布差
只说 CLIP——2024 后基本被 T5 / MLLM 替代或并用。
L2 进阶题(research-oriented / 中级岗)
Q11. 推导一下 3D Causal VAE 在 $T{=}1$ 时为什么能"行为上"等价于 2D conv?
- Causal 3D conv 在时间维 kernel size ,左 pad ,右 pad 0;stride=1。
- 输入 shape ( 单帧);经左 pad 后,时间维长度变为 ,前 个时间位是 padding 0,最后 1 个是真实 frame。
- Output 时间长度 = (用 conv 输出长度公式 ,其中 、、、)。所以只产生一个时间位输出。
- 设时间维权重序列 ,对该唯一输出位的计算是 。但只有 对应真实 frame,其余 是 padding 0——只有 这一片时间权重对输出有贡献。
- 结论: 时整个 causal 3D conv 退化为一个有效的 2D conv(kernel = );其余时间片权重对 image batch "看不到"任何真实输入,相当于在 image path 上不被激活。
工程上:训练时 image 用 batch 走 "2D conv 子集" 路径,无需额外 2D head;这是 Hunyuan-Video / Mochi / CogVideoX 等同时训 image + video 的前提。
把"等价于 2D conv"当成权重物理合并——其实是 padding-0 让其他 time slice 权重对 image 输入不起作用。
Q12. Full 3D attention 与 factorized 2+1D 的表达力差异?(L2/L3 之间)
- Factorized:先 把空间 token 互相 attend (在每帧内),再 在时间维做 attention
- 假设:时空交互是 separable——任意两个时空位置 与 的关系,可以分解为"先 在 "再" 在 "两步
- Full 3D 不假设可分:任意两 token 直接 attention;可学斜向时空 pattern(如 diagonal motion)
- 数学上:factorized 是 full 3D 的一个严格子集(参数化受限)
- 实测:full 3D 在 fast motion / 复杂时空 pattern 上更好
只说"full 3D 更准确",不知具体能学到的 pattern 多在哪里(diagonal / non-separable motion)。
Q13. 为什么 video VAE 主流停在 $\downarrow 4{\sim}8 \times 8 \times 8$ 范围?
- 体素级压缩比 (), latent channel 后净比约
- 更激进(如 LTX-Video 报告的 总压缩)→ token 数变少但重建质量下降(细节 / 锐度损失)
- DiT 主干 attention ,所以激进压缩工程友好;但 lost detail 难以恢复
- 时间下采样 是经验上 motion 平滑性可接受的上限——更高时间压缩在快动作场景会出抖动
- 各家具体配置不同:CogVideoX 用 ;Hunyuan-Video 用 ;Mochi-1 在时间维更激进(约 ,见 Mochi blog);LTX-Video 走极端高压缩 + 实时
- 即使主架构相同,VAE 选择仍是 active design choice
把所有模型都归到 同一档——Mochi-1 / LTX-Video 走的是更激进时间压缩。
Q14. logit-normal $t$ 采样在 video FM 训练中为什么有用?
- SD3 (Esser 2024) 发现 不最优:中间区域 的 noise/signal ratio 最难学
- 改成 ,让 集中在 0.5 附近
- 视频中也观察到同样现象(Hunyuan / Mochi 都默认 logit-normal)
- 直觉:远离 和 时模型需要在 mixed noise/signal 上学,正是 hardest 区域
说"loss 加权"——logit-normal 不是 loss reweighting 而是改 采样分布。
Q15. RoPE-3D 怎么编码 (time, height, width)?
- 把 维 query/key 切成 3 段 (disjoint subspace),每段对应 (t, h, w)
- 每段用 1D RoPE(频率 类似 Transformer)
- 结果是 block-diagonal 旋转 concat:
- 对每个 head 独立做;attention 后自然得到相对时空位置信息
- CogVideoX / Hunyuan-Video 都用类似方案
把它当成 absolute embedding——RoPE 本质是相对位置编码。
Q16. Stable Video Diffusion (SVD) 与 AnimateDiff 的区别?
- SVD (Blattmann 2023):finetune 整个 SD2.1 UNet,加 temporal layers;I2V 主,14 帧 / 25 帧两版;新模型整体训练
- AnimateDiff (Guo 2024 ICLR):冻结 SD-T2I,只训 plug-in temporal motion module;T2V 主
- SVD 质量更好但失去 SD T2I 生态;AnimateDiff 牺牲质量换 plug-and-play
- 都是 2023 的早期方法,2024 被 DiT-based 大模型超越
只说"两者都是 video diffusion"——区别是 finetune vs plug-in。
Q17. DiT 用 AdaLN 与 cross-attn 的对比?为什么 DiT-Video 也偏好 AdaLN?
- AdaLN(DiT 默认):把 condition pool 成单向量 ,预测 LayerNorm 的 scale + shift + gate
- Cross-attn:condition token 作 K/V, video token 作 Q
- AdaLN 简单 / 计算少 / 训练稳;但全局 condition——每 token 看到同一个 modulation
- Cross-attn 允许 token-level 选择性看 condition;token 多时贵
- MM-DiT(SD3 / Hunyuan / Mochi)实际把两者结合:MM 部分 share attention,AdaLN 调制 norm
- 单纯 video DiT 用 AdaLN 起家是 Latte / OpenSora 思路;后续被 MM-DiT 取代
把 AdaLN 当过时——MM-DiT 仍内嵌 AdaLN modulation。
Q18. CFG 在视频生成里的特殊点?
- 与 image 完全同公式:
- 每帧都做 CFG,所以两倍 forward 成本 T 帧
- guidance scale 通常 5-7.5(与 SDXL / SD3 接近)
- 视频中过大 容易导致帧间闪烁 / 颜色饱和 —— 比图像更敏感
- 部分实现用 temporal-aware CFG(不同时间步 / 不同帧用不同 )
说 "CFG 在视频里和图像一样"——通常对,但闪烁更敏感是 video specific。
Q19. Hunyuan-Video 的 dual-stream → single-stream 设计是什么?
- Dual-stream blocks(前段 layers):text token + video token 共享 attention 矩阵,但 QKV / FFN / AdaLN 各 stream 独立——让两个模态先精炼自己的表征
- Single-stream blocks(后段 layers):完全 share 参数,相当于 unified Transformer
- 直觉:早期需要保留模态特异性(text 是 sequential,video 是 spatiotemporal),后期可以统一处理
- Mochi 的 AsymmDiT 类似思路但更激进——video stream 比 text stream 宽 4 倍
只说"都是 self-attn 同序列"——遗漏了 stream-specific 参数 / 早晚不同的 design。
Q20. Mochi-1 的 AsymmDiT (asymmetric MM-DiT) 是什么?
- 两个 stream(text / video)的 hidden dim 不一样:video 比 text 宽 4 倍(如 video / text )
- 直觉:视频信息量远超文本,应分配更多参数给 video stream
- Attention 时 text 和 video 投影到共同 head dim,做 self-attention
- FFN 各 stream 独立,按各自宽度
- 比标准 MM-DiT 用更少 text-side 参数,省显存又不损质量
把 "asymmetric" 当成两个 stream 不交互——错,它们仍同 attention。
L3 顶级 lab 题(深度 — diffusion / video specialist)
Q21. 3D Causal VAE vs 标准 3D VAE:除了 streaming,还有什么本质差别?(必考)
- 标准 3D VAE:时间 kernel center 对齐,需 symmetric padding,output[t] 依赖 input[t-\lfloor k_t/2 \rfloor \ldots t+\lfloor k_t/2 \rfloor]——看了未来
- 3D Causal VAE:时间 kernel 因果对齐,左侧 pad ,右侧不 pad,output[t] 只依赖 input[t-k_t+1 \ldots t]
本质差别:
- Streaming / 自回归推理:causal 允许 chunk-wise encoding,每来一段视频立即编码;标准 VAE 要等完整 clip 才能算(kernel center 需未来帧)
- 图像视频同空间:两者 时其实都能"退化到 2D"(zero pad 让其他时间片不起作用),但 causal 设计是"过去全见 + 未来全 0",与训练时大 的子集行为一致;symmetric pad 在 时让 kernel 左右各看 个 padding,行为与训练时 的 boundary 行为不同——一致性更差
- 训练 + inference 一致性:causal VAE 训练(完整 clip)与推理(AR chunk)共用一套 padding 规则;标准 3D VAE 在 AR chunk 推理时缺右侧未来 frame,需要特殊 pad
- 与 AR video 兼容:causal 是 AR video 生成 (VAR-Video / Cosmos) 的必要前提
- 训练数据 utilization:image-only batch 在 causal VAE encoder 里行为与训练时一致;标准 3D VAE 需要 dummy symmetric padding,与正常训练分布有 gap
💡 加分:解释 causal VAE 的 downsample 层怎么做(time stride 2 时仍保 causal);解释训练 batch 里 image + video 混合的 implementation 细节。
只说"causal 是 mask 未来"——这是必要不充分;要展开"为何这件事让生态闭环(image + video 同 stack, AR 兼容, streaming)"。
Q22. 用 spacetime patches 处理任意 resolution / duration / aspect ratio 的工程实现?
- Patchify token 数 随输入 shape 变;Transformer 对 不敏感(self-attn 是 set-like)
- RoPE-3D:相对位置编码,不与最大长度绑定;任意 三元组都可旋转
- Packing:一 batch 内 mixed shape sample concat 到同 seq + segment attention mask(同 sample 内可见、跨 sample 屏蔽)+ pad 到 max length
- Aspect ratio / duration 作为 condition:额外 token / scalar 经 AdaLN 注入,让模型学不同比例的合理构图
- Sora 首次 production 化;社区复刻见 OpenSora-Plan / OpenSora 1.2+
只说"transformer 不挑长度"——要展开 packing + segment mask + RoPE-3D + aspect ratio condition 这一整套工程组件。
Q23. Factorized 2+1D vs Full 3D attention 复杂度对比的精确公式 + 何时选哪个?
- 记每帧 spatial token ,时间 token ,总 token
- Factorized 2+1D:
- Spatial attn (每帧内独立):
- Temporal attn (每空间位置内独立):
- 合计
- Full 3D:
- 比值 = full / factorized = ,等于 量级
- (720p latent)、(5s)时:full 比 factorized 贵 (被 主导)
何时选哪个:
- 算力充足 + 高质量目标:Full 3D(Sora / Hunyuan / Mochi)
- 预算受限 / 快速迭代:Factorized 2+1D(Latte / OpenSora / AnimateDiff)
- 质量与速度折中:大部分块 factorized + 几块 full 3D(OpenSora-Plan 思路)
- 显存敏感时 factorized + recompute 是更经济选择
只给定性回答"full 更贵"——L3 题要给精确公式 + 工程选择 trade-off。
Q24. 长视频 (>30s) 现阶段最 promising 的路线是什么?为什么 chunk AR 容易 drift?
- Drift 数学解释:每 chunk 从 采样, 本身是模型生成(非真实数据),多步条件后误差累积(类似 RNN exposure bias)
- 缓解:overlap + clamp 已知部分;多帧 ref(不只末尾 1 帧);global learned motif token
- 更 promising 路线:
- Hierarchical:先生 low-fps keyframe,再 temporal super-resolution 插中间帧
- Long-context full attention:直接长视频 + sparse / sliding / hierarchical 控制成本
- Diffusion Forcing 等 hybrid
- Sora 公开 demo 60s 内部细节未披露;Movie Gen 多阶段 keyframe + interp + super-res
只说"AR drift"——要给具体 drift 数学解释 + 当前 SoTA 应对。
Q25. Hunyuan-Video / Mochi-1 / Wan 都用 Rectified Flow,比 DDPM ε-pred 强在哪?
- Target 平稳:RF 的 给定 后是常数,跨 量级变化比 -pred 小
- 少步采样:path 是直线(理想),少步 ODE 误差小;Reflow 后 1-4 步可生成
- Loss conditioning 自然:不像 DDPM 需 SNR / VLB / EDM-preconditioning 等显式 reweighting
- 与 SD3 共享 stack:image / video 同一套 recipe(v-pred + logit-normal )
- DDPM ε-pred 需 noise schedule 设计 + 不同 处 target 尺度差大,训练 reweighting 复杂;RF 更"一招吃遍"
只说"RF 路径更直"——要展开训练目标 / 数值稳定性 / sampler 兼容多角度。
§A 附录:完整 from-scratch 视频生成模型骨架
A.1 总体类图
VideoGenModel
├── encoder: CausalVAEEncoder (3D Causal VAE)
├── decoder: CausalVAEDecoder
├── text_encoder: T5Encoder / MLLM (frozen)
├── patchify: SpacetimePatchify (3D patch -> token)
├── unpatchify: SpacetimeUnpatchify
├── time_embed: SinusoidalTimeEmbed (timestep τ)
├── transformer:
│ ├── MMDiTVideoBlock × N_dual (dual-stream)
│ └── SingleStreamBlock × N_sing (single-stream)
└── i2v_adapter: FirstFrameI2VAdapter (optional, for I2V mode)
A.2 训练 forward + A.3 Euler RF sampler
def run_dit(model, z, text, tau, ref_full=None, ref_mask=None): """ DiT forward: noisy latent z -> predicted vector field. """ if ref_full is None: tokens, grid = model.patchify(z) else: tokens, grid = model.i2v_adapter(z, ref_full, ref_mask) text_tok = model.text_encoder(text) cond = model.time_embed(tau) + text_tok.mean(dim=1) # [B, D] for blk in model.transformer.dual_stream: text_tok, tokens = blk(text_tok, tokens, cond) for blk in model.transformer.single_stream: cat = torch.cat([text_tok, tokens], dim=1) cat = blk(cat, cond) text_tok, tokens = cat[:, :text_tok.size(1)], cat[:, text_tok.size(1):] return model.unpatchify(tokens, grid) # [B, C, t, h, w] def video_gen_forward(model, video_clean, text, ref_image=None): """ RF v-prediction MSE loss. video_clean: [B,3,T,H,W]; ref_image: optional [B,3,H,W]. """ B = video_clean.size(0); device = video_clean.device mu, logvar = model.encoder(video_clean) z1 = model.encoder.reparameterize(mu, logvar) z0 = torch.randn_like(z1) tau = torch.sigmoid(torch.randn(B, device=device)) # SD3 logit-normal tau_b = tau.view(-1, 1, 1, 1, 1) z_tau = (1 - tau_b) * z0 + tau_b * z1 u_target = z1 - z0 ref_full, ref_mask = None, None if ref_image is not None: mu_r, _ = model.encoder(ref_image.unsqueeze(2)) # 走 T=1 path ref_full = torch.zeros_like(z1); ref_full[:, :, :1] = mu_r ref_mask = torch.zeros(B, 1, *z1.shape[2:], device=device); ref_mask[:, :, :1] = 1.0 # I2V trick: 参考帧保持 clean (不加噪), 训练分布与推理一致 ref_mask_C = ref_mask.expand_as(z_tau).bool() z_tau = torch.where(ref_mask_C, z1, z_tau) v_pred = run_dit(model, z_tau, text, tau, ref_full, ref_mask) # I2V: 只对待生成帧算 loss if ref_mask is not None: gen = (1 - ref_mask).expand_as(v_pred) return ((v_pred - u_target).pow(2) * gen).sum() / gen.sum().clamp(min=1.0) return F.mse_loss(v_pred, u_target) @torch.no_grad() def video_gen_sample(model, text, t_lat=12, h_lat=90, w_lat=160, steps=50, ref_image=None, guidance_scale=6.0, C=16): """ 端到端推理: t_lat/h_lat/w_lat 直接指定 latent 形状(避开 T/4 整除陷阱). """ device = next(model.parameters()).device z = torch.randn(1, C, t_lat, h_lat, w_lat, device=device) ref_full, ref_mask = None, None if ref_image is not None: mu_r, _ = model.encoder(ref_image.unsqueeze(2)) ref_full = torch.zeros_like(z); ref_full[:, :, :1] = mu_r ref_mask = torch.zeros(1, 1, t_lat, h_lat, w_lat, device=device); ref_mask[:, :, :1] = 1.0 # 推理初始即把参考帧位 clamp 到 clean latent (与训练一致), 不然首步 DiT 看到的是 noise z = torch.where(ref_mask.bool().expand_as(z), ref_full, z) taus = torch.linspace(0, 1, steps + 1, device=device) for i in range(steps): tau_i = taus[i].expand(1) v_cond = run_dit(model, z, text, tau_i, ref_full, ref_mask) v_uncond = run_dit(model, z, [""], tau_i, ref_full, ref_mask) v = v_uncond + guidance_scale * (v_cond - v_uncond) z = z + (taus[i + 1] - taus[i]) * v if ref_mask is not None: # I2V: 每步后 clamp 参考帧 z = torch.where(ref_mask.bool().expand_as(z), ref_full, z) return model.decoder(z)
✅ Sanity checks 视频生成模型常做的 —
- Reconstruction-only:先 VAE encode 后 decode,PSNR / SSIM / LPIPS 看是否能复原原视频
- Random latent decode:从 采 latent decode,看 VAE 是否退化(应该出"自然 looking" 但语义不一定连贯的视频)
- Class / prompt overfit:单一 prompt 训练 1000 步看模型能不能 memorize
- VBench 局部维度:训练中段先评 Subject Consistency / Motion Smoothness 看时序是否稳定
- CFG sweep:scale = 0/1/3/6/10 看影响(过高会饱和 / 闪烁)
A.4 当前 SoTA 一览
| 维度 | 当前 SoTA | 备注 |
|---|---|---|
| 开源最强 T2V | Hunyuan-Video 13B | 2024-12,质量逼近闭源 |
| 开源 I2V | Wan 2.2 I2V / Hunyuan-Video I2V | 中文 prompt 友好 |
| 闭源最强 | Veo 3.1 / Runway Gen-4.5 / Sora 2 | Sora 2 API 已标注 deprecated,选型要看长期可用性 |
| 实时 | LTX-Video 2B | RTX 4090 实时 |
| 视频 + 音频 | Veo 3.1 / Sora 2 / Movie Gen | 原生或同步音频成为产品级核心能力 |
| 控制类 | Runway Gen-4/4.5 / MotionCtrl / AnimateAnyone | reference consistency、人物 / 相机控制、多镜头一致性 |
Video Generation Quick Reference · 主要参考:Sora technical report (OpenAI 2024), OpenAI Sora 2 / video generation API docs (2026 deprecation note), Google Veo 3.1 Gemini API / DeepMind docs, Runway Gen-4 / Gen-4.5 research pages, Hunyuan-Video tech report (Tencent 2024), Mochi-1 blog (Genmo 2024), CogVideoX (Yang et al. arXiv 2024-08 → ICLR 2025), Wan tech report (Team Wan / Ang Wang et al. arXiv 2025), Movie Gen tech report (Meta 2024), VBench (Huang et al. CVPR 2024), AnimateDiff (Guo et al. arXiv 2023-07 → ICLR 2024), SVD (Blattmann et al. arXiv 2023-11), Latte (Ma et al. arXiv 2024-01 → TMLR 2025), MotionCtrl (Wang et al. 2023 → SIGGRAPH 2024), AnimateAnyone (Hu et al. CVPR 2024), SD3 (Esser et al. ICML 2024)