首先《QVHIGHLIGHTS: Detecting Moments and Highlights in Videos via Natural Language Queries》这篇论文是要解决什么问题,总共是两个任务,第一个任务叫做Moment Retrieval,下面简称MR,也就是时刻定位,这个和是TSGV的任务描述较为接近,都是给出一个query然后模型去预测moment的边界,第二个任务叫做Highlight Detection,下面简称HD,也就是高光检测,也就是对符合用户查询的高光clips打一个五级saliency分数,从Very Bad到Very Good。如下图:

在以往的研究中存在如下问题,首先MR研究和HD研究是分开的,没有放在一个数据集上完成;不少数据集中moments都位于视频开头,数据集存在时序偏见;对于MR任务来说,用户给出一个query,最后得到的moment只有一个,但也许一个视频中存在间隔着的但是都符合query的moments;对于HD任务,highlights不会随着query改变而改变。为了解决这些问题,作者搭建了一个数据集QVHighlights,这个数据集同时支持MR和HD任务,时序偏见不明显,而且标注了五级saliency分数。同时作者受到DETR启发,设计了Moment-DETR模型,这是一个端到端的transformer encoder-decoder架构,他将MR视为集合预测问题,这样的话就消除了以往需要人工的预处理步骤比如proposal generation,以及后处理步骤non-maximum suppression。


从上面两张图中也可以印证作者所讲的,作者设计的数据集上面同时支持两项任务,而且moments分布比较均匀,没有出现集中在视频前面的情况。作者还讲了数据集的具体构建细节,这个不是重点就略过了。

上图是Moment-DETR的整体架构:transformer encoder的输入是投影后的视频特征和查询文本特征的拼接。每个encoder层有多头自注意力层和前馈神经网络FFN,也有positional encodings用于时序建模。然后decoder也是由一叠T层的transformer decoder layers构成的,每个decoder层包含多头自注意力层、cross-attention layer和FFN。decoder的输入叫做moment queries,其实就是N个候选槽位,这些槽位之间会互相分工,输出候选的预测结果向量。最后预测头预测结果,对于encoder的输出向量,使用一个线性层直接就可以得到显著性分数(因为经过encoder的操作每一个clip和query已经互相了解彼此,也知道互相的关联,可以直接根据每个clip的encoder表示直接预测它的显著性分数);对于decoder的输出向量,也就是moment queries的表示,通过一个三层FFN得到预测结果的center和width;最后模仿DETR的做法使用一个带softmax的线性层预测类别标签(表明是否存在),对于一个预测moment,如果它与某个ground truth匹配,我们将其赋为foreground label,否则赋为background label。
损失函数的设计:

公式(1)是用来做配对的,如果某个预测moment认为自己是foreground的概率高并且它与真实moment位置误差小,那它就更加匹配这个真实的moment。

公式(2)衡量当前预测moment与真实moment的差异,L1损失主要关注于center与width,IoU损失主要关注于重叠程度。

公式(3)是显著性分数的损失函数,它要求高saliency clip分数高于低saliency clip分数,真实moment内的clip分数高于moment外的clip分数。

公式(4)把三类loss函数加起来,就得到最终的损失函数了。
这一套端到端的transformer架构有大量的参数,往往需要更大的数据集,所以作者就采用了ASR captions进行预训练,这个数据集胜在量大,无需人工标注,只需要用字幕信息作为query就行,当然它的缺点就是字幕不一定和视频内容对得上,而且没有像QVHighlights一样进行了精心设计,所以和下游任务不能完美对上,但是用作预训练能提升模型性能。

上面这个是性能对比图,比如说R1@0.5,就是看top1预测的IoU有没有达到0.5,如果达到了就算预测正确。R1@0.7类似。mAP@0.5,AP指的是Precision-Recall曲线下面的面积,这个指标意味着对所有预测结果的AP求平均,如果IoU大于0.5就算预测正确,mAP@0.7同理。然后HIT@1意味着只选最高分的clip有没有命中Very Good。可以看到没有预训练的Moment-DETR还算不上性能全面超越之前模型,但是预训练过后各方面指标提升很多,除了HIT@1,都已达到最好,而且HIT@1指标是有局限性的,它单单表示最显著的clip,整体的highlights排序是否好。
最后作者做了一些实验来测试自己的设计。消融实验证明saliency loss不仅与HD相关还与MR相关,L1和gIoU和MR相关,但和HD不明显相关,如下图。

然后还说明了模型的不同预测槽位分化出了不同的分工,对于预测片段的长短和位置都各有偏好,如下图,靠左就是偏向预测开头,往上就是偏向预测更长。

最后作者展示了预测的结果与真实情况对比,以及在不同类型的视频下模型的性能对比,如下图。

