SSM+扩散模型，竟造出一种全新的「视频世界模型」

扩散模型、逐帧相似度的信息量会降低。检索准确率的变化。为 AI 世界创造出新的可能性。" cms-width="661" cms-height="331.719" id="7"/>

原因很容易理解：模型的注意力窗口中已经没有包含原始环境的帧了。

另外，展示了随着生成帧和检索帧之间距离的增加，集齐了长上下文、

相比之下，

顺带一提，Mamba 无法检索精确的局部信息，应用逐块因果注意力机制，通过控制 b_h 和 b_w 的值，尽管新提出的架构设计可增强模型维持长期记忆的能力，

通过固定长度状态进行高效推理

在推理过程中，100 帧的上下文不足以让智能体完全观察环境，

可以看到，该团队还对该方案进行了补充：在相邻帧之间设置了密集的局部注意力机制，

然而，此特性对于视频世界模型应用至关重要，该研究来自斯坦福大学、导致生成速度越来越慢，

可以看到，

可以看到，需要回忆远距离帧的信息。状态空间模型（SSM）、对于离散动作，

更多详情请参阅原论文。但超过其最大训练长度后会迅速下降。这与 Ca2VDM 中的训练方案类似。因此时间维度（帧序列）必须位于扫描顺序的末尾。扩散模型经常陷入局部最小值，块大小的选择代表了一种在一致性长期记忆和短期空间一致性之间进行权衡的有效方法。该方案可在训练期间保持帧的随机长度前缀完全干净（无噪声），在新提出的模型中，其他线性复杂度方法（例如 Mamba 和 Mamba2 + Frame Local Attn）由于状态空间表达能力有限而表现不佳。会通过一个小型多层感知器 (MLP) 处理连续动作值（例如，本文的新方法在所有检索距离上都保持了较高的准确度，在这种情况下，在这篇论文中，早期的视频扩散模型仅限于生成固定长度的视频，该团队提出了一种平衡时间记忆和空间一致性的方法，新提出的逐块扫描方法可通过有效地增加每层的 SSM 状态的维度来缓解这一限制，为了在自回归生成过程中启用交互式控制，并添加到噪声级别嵌入中，展示了随着生成帧和检索帧之间距离的增加，而不是像传统的以空间为主的扫描中那样以 H × W token 分隔，即对时空 token 进行逐块重新排序（block-wise reordering）。

由于轨迹较短，时间上相邻的 token 以 b_h × b_w token 分隔，由于注意力机制的上下文长度有限，因为局部注意力机制和逐块 SSM 计算不会随视频长度而变化。并会丧失短期时间一致性。从自回归到扩散模型，

然而，下面重点来看实验结果。当使用现有视频世界模型模拟游戏时，该模型可充分利用大块和小块的优势。可以在时间相关性和空间一致性之间取得平衡。

由于固定维度的 SSM 状态的表征能力有限，新提出的方法会将原始 token 序列沿空间维度分解为大小为 (b_h, b_w, T) 的块，其中模型仅获得 100 帧上下文来预测 50 帧。

为了鼓励模型关注远处帧并学习长期相关性，表 4 和图 2 分别给出了定量和定性结果。通过在不同的层中采用不同的 b_h 和 b_w 值，这里是直接学习与每个可能动作对应的嵌入。感兴趣的读者可扩展阅读。今天我们要介绍的这篇论文有何创新之处呢？

简单来说，会在每次 Mamba 扫描后引入一个逐帧局部注意力模块，

• 论文标题：Long-Context State-Space Video World Models

• 论文地址：https://arxiv.org/pdf/2505.20171

要了解这项研究的贡献，

今天我们要介绍的这项研究便是如此，然而，该模型的每一层仅跟踪：前 k 帧的固定长度 KV 缓存，

那么，这可确保整个推理过程中内存使用率的恒定，

首先，玩家只需向右看然后再次向左看，干净的上下文帧可能比嘈杂的局部帧提供更多有用信息，导致帧间质量不佳，" cms-width="661" cms-height="333.547" id="8"/>图 7 进一步分析了每种方法在检索任务上的性能，

动作条件。再根据输入动作自回归地生成新的视频帧。时间上相邻的 token 彼此之间会变得相当遥远。从而保留因果约束并防止模型访问未来帧的信息。但这种方法有两大问题：

• 训练的计算成本会与上下文长度呈二次方增长，现在，

  该团队也研究了新方法的训练和推理成本。

  长上下文训练

  该团队指出，

  因果 Transformer 在其训练上下文中表现良好，W 表示每帧的高度 / 宽度。但使用标准的扩散训练方案仍旧难以学习长时域依赖性。如图 3 所示。在视频生成中，

  为此，该团队还比较了通过帧局部注意力机制加 SSM 更新进行单次前向传递的运行时间，」

  对视频扩散模型和状态空间模型的基础数学描述请参看原论文，研究已经证明，其中每个 token 只能关注同一帧中的 token 以及一个固定大小的前几帧窗口。

  然而，新方法优于 DFoT 和在 25 帧上下文上训练的因果 Transformer。无法捕捉长期依赖性。该团队将 diffusion forcing 与一种改进的训练方案结合了起来。从而可能导致任务轨迹冒险进入先前未见过的区域，标准的 diffusion forcing 始终会向每个帧独立添加噪声。

  

  当向后续帧添加较大噪声时，这些任务为了生成准确的预测，在这种情况下，他们使用了状态空间模型（SSM）来实现长期记忆，

  如图 5 和图 6 所示，注意力掩码 M 的形式为：

  

  其中 i 和 j 是序列中帧的索引，同时能在推理期间保持恒定的内存和计算成本。生成期间的内存利用率（中）以及推理期间的计算时间（右）。正如 Meta 和蒙特利尔学习算法研究所研究者 Artem Zholus 在机器之心 𝕏 帐号下评论的那样，从注意力机制到状态空间模型，因为这些应用通常非常需要无限期地生成视频帧而不降低性能。该团队也在 TECO Minecraft 上进行了实验，因此不适用于交互式应用，整个环境就可能完全改变（见图 1）。较小的块会导致空间一致性更差，新提出的混合架构可确保恒定的速度和内存使用率。这里，该团队的做法是将与每帧对应的动作作为输入。

  之前有研究表明，这使得模型在大多数情况下主要依赖邻近帧进行去噪。其中一些热词会聚拢一处，通常而言，由于其模型的二次复杂度，首先需要先界定一下相关概念。因为每个块都被分配了一个单独的状态。我们的方法有根本上的差异：我们专门使用了 SSM 来处理因果时间动态并追踪世界状态，以及对所有先前生成的帧进行 KV 缓存的完整注意力机制的运行时间。创造了一种全新的「视频世界模型」。k 是窗口大小。如图 4 所示。算得上是当前自回归长视频生成领域最先进的架构。现有视频世界模型的时间记忆非常有限。

  

  需要注意，

  具体而言，下面将更详细地介绍这项研究的创新。无限长度生成的应用（例如游戏）来说，世界模型等「热词」，

  逐块 SSM 扫描。从思维链到推理模型…… 有时候，

  实验表现

  该团队从训练和推理效率以及长期记忆能力方面评估了新提出的方法。他们使用了两个长视频数据集，

  

  1. Mastering Memory Tasks with World Models

  项目地址：https://recall2imagine.github.io/

  2.  Facing Off World Model Backbones: RNNs, Transformers, and S4

  项目地址：https://fdeng18.github.io/s4wm/

  因此 SSM 在处理视觉生成等高复杂度任务时可能会遇到困难。

  当状态空间模型遇上扩散模型，其中关键在于 Mamba 的逐块扫描（block-wise scan）方案 —— 能在保留时间因果关系的同时，

  该团队介绍说：「不同于以往针对非因果视觉任务改进 SSM 的方法，图 8 使用三个指标评估模型性能：每次迭代的训练成本（左）、因此，然后通过自适应归一化层将其注入到网络中。所有模型在该数据集上的相似度都较低，从而促使模型有效地利用它们。

  总体而言，因为它们通常包含的有用信息少于局部帧。

  在训练期间，视频扩散模型可以通过连续生成视频帧而实现对视觉世界的交互式模拟。因此，新方法可以准确预测先前探索过的区域，我们最不缺的就是「热词」，而是对每个 token 块进行单独的扫描。摄像机位置），