视频生成控制提升几十倍，新一代轻量级ControlNeXt火了，贾佳亚团队正挑战Scaling Law

　　最近，又一款国产 AI 神器吸引了众网友和圈内研究人员的关注!它就是全新的图像和视频生成控制工具 —— ControlNeXt，由思谋科技创始人、港科大讲座教授贾佳亚团队开发。

　　从命名来看，ControlNeXt 「致敬」了斯坦福大学研究团队在2023年2月提出的 ControlNet，通过引入一些额外的控制信号，让预训练的图像扩散模型(如 Stable Diffusion)根据预设的条件调整和优化，实现线稿生成全彩图，还能做语义分割、边缘检测、人体姿势识别。

　　如果说 ControlNet 开启了大模型多样化玩法的先河，那么 ControlNeXt 在生成速度、精准控制和用户友好性等方面迎来全方位优化。重要的是，ControlNeXt 只用不到 ControlNet10% 的训练参数，可以称得上是下一代「小钢炮版」ControlNet 了。

　　截至目前，ControlNeXt 兼容了多款 Stable Diffusion 家族图像生成模型(包括 SD1.5、SDXL、SD3)，以及视频生成模型 SVD。并且，ControlNeXt 对这些模型都做到即插即用，无需额外配置便能轻松玩转各种控制指令，便捷性拉满。该项目的 GitHub 星标已达1.1k。

　　实战效果究竟如何?下面一波 ControlNeXt 的 Demo 示例会给我们答案。

　　ControlNeXt 支持 Canny(边缘)条件控制，在 SDXL 中，通过提取下图(最左)输入图像的 Canny 边缘，输出不同风格的图像。

　　当然，更复杂的画面轮廓和控制线条也能轻松搞定。

　　ControlNeXt 还支持掩模(mask)和景深(depth)条件控制，下图分别为 SD1.5中掩模与景深可控生成效果，很有一笔成画的味道。

　　同样在 SD1.5中，ControlNeXt 支持姿势(pose)条件控制，并且无需训练即可无缝集成各种 LoRA 权重。配合使用人体姿势控制与 LoRA，在保持动作相同的前提下，多样风格的人物呼之欲出，比如战士(Warrior)、原神(Genshin)、国画(Chinese Painting)和动画(Animation)。

　　使用 ControlNeXt 后，SD3支持了超分辨率(SR)，让模糊图像「变身」超高清画质。

　　在视频生成模型 SVD 中，ControlNeXt 实现了对人体姿势动作的整体控制，尤其连手指动作的模仿都非常精准。

　　不夸张的说，在视觉条件生成这块，ControlNeXt 成为了更全能的「选手」。它的亮眼视效折服了网友，甚至有人认为「ControlNeXt 是游戏改变者，在可控图像和视频生成方面表现出色，可以想象未来社区会拿它做更多二创工作。」

　　而 ControlNeXt 体验全方位提升的背后，离不开贾佳亚团队在轻量级条件控制模块设计、控制注入位置和方式的选择、交叉归一化技术的使用等多个方面的独到思路。

　　正是有了这些创新，才带来了 ControlNeXt 训练参数、计算开销和内存占用的全面「瘦身」，以及模型训练收敛和推理层面的「提速」。

　　架构创新

　　让 ControlNeXt 更轻、更快、更强

　　在剖析 ControlNeXt 有哪些创新之前，我们先来了解一下当前可控生成方法的不足，这样更能看到贾佳亚团队在架构上「有的放矢」的优化。

　　以 ControlNet、T2I-Adapter 等典型方法为例，它们通过添加并行分支或适配器来处理和注入额外条件。接下来与去噪主分支并行处理辅助控制以提取细粒度特征，利用零卷积和交叉注意力来整合条件控制并指导去噪过程。

　　这些操作往往会带来计算成本和训练开销的显著增加，甚至导致 GPU 内存增加一倍，还需要引入大量新的训练参数。尤其针对视频生成模型，需要重复处理每个单独帧，挑战更大。

　　贾佳亚团队首先要做的便是架构层面的剪枝。他们认为，预训练的大型生成模型已经足够强大，无需引入大量额外参数来实现控制生成能力。ControlNeXt 移除 ControlNet 中庞大的控制分支（control branch），改而使用由多个 ResNet 块组成的轻量级卷积模块。

　　ControlNeXt 整体训练流程

　　该模块的规模比预训练模型小得多，用于从控制条件中提取景深、人体姿势骨骼、边缘图等特征表示，并与去噪特征对齐。过程中更多依赖模型本身来处理控制信号，在训练期间冻结大部分预训练模块，并有选择性地优化模型的一小部分可学习参数，最大程度降低训练过程中可能出现的遗忘风险。

　　从结果来看，在适配 SD、SDXL、SVD 等预训练模型时，ControlNeXt 的训练参数量通常不及 ControlNet 的10%，计算开销和内存占用大大降低。ControlNeXt 在 SD1.5、SDXL 和 SVD 中的可学习参数量分别为3000万、1.08亿和5500万，相较于 ControlNet 有了数量级减少(3.61亿、12.51亿和6.82亿)。

　　同时轻量级模块的引入使得 ControlNeXt 在推理阶段不会出现明显的延迟，因而生成速度会更快。如下图所示，在 SD1.5、SDXL 和 SVD 模型中，ControlNeXt 的推理时间更短，相较于 ControlNet 更具效率优势。

　　另一方面，ControlNeXt 在控制条件的注入层面做了创新。他们观察到，在大多数可控生成任务中，条件控制的形式往往很简单或与去噪特征保持高度一致，因而没有必要在去噪网络的每一层重复注入控制信息。

　　贾佳亚团队选择在网络中间层聚合并对齐条件控制特征与去噪特征，这里用到了关键的交叉归一化（Cross Normalization）技术。该技术让 ControlNeXt 不用像传统方法那样利用零初始化来引入额外学习参数，还解决了初始化阶段的训练不稳定性和收敛速度慢等问题。

　　得益于交叉归一化，ControlNeXt 的训练速度得到提升，并在训练初期也能确保生成控制的有效性，降低对网络权重初始化的敏感度。从下图可以看到，ControlNeXt 实现了更快的训练收敛和数据拟合，只需要400步左右便开始收敛。相比之下，ControlNet 则需要走完十倍甚至几十倍的训练步数。

　　可以说，ControlNeXt 很好解决了以往可控生成方法存在的较高计算成本、GPU 内存占用和推理时延，用更少参数、更低成本实现了与以往方法相当甚至更好的控制效果和泛化性能。

　　而跳出此次研究本身，ControlNeXt 也是过去两年贾佳亚团队努力方向的写照，他们致力于拿少参数、少算力来深挖大模型潜能。这显然与当前大模型领域的「摩尔定律」Scaling Law 走的是不同的路，后者通常凭借大参数、大数据和大算力来提升模型性能。

　　不盲跟 Scaling Law

　　走出不一样的大模型之路

　　当前，Scaling Law 仍然在发挥着作用，通过「加码」参数、数据和算力来增效是大多数圈内玩家的主流做法，OpenAI 的 GPT 系列模型是其中的典型代表，对大模型领域产生了深远的影响。

　　随之而来的是更高的训练成本、更多的数据和计算资源，这些不会对财力雄厚的大厂们造成太多压力。但对那些预算相对不足的科研机构和个人开发者而言，挑战很大，尤其是当下 GPU 显卡还越来越贵。

　　其实，拼 Scaling Law 并不是模型提效的唯一途径，从长期看也有局限性。很多业内人士认为，随着时间推移，当模型参数规模达到一定程度时，性能提升速度可能会放缓。同时高质量训练数据的持续获取也是亟需解决的一大难题。

　　今年6月，普林斯顿大学计算机科学系教授 Arvind Narayanan 等二人在他们的文章《AI scaling myths》中表示 AI 行业正经历模型规模下行的压力，过去一年大部分开发工作落在了小模型上，比如 Anthropic 的 Claude3.5Sonnet、谷歌的 Gemini1.5Pro，甚至 OpenAI 也推出了 GPT-4o mini，参数规模虽小、性能同样强大且更便宜。

　　贾佳亚团队秉持类似理念，没有选择无限堆数据、参数和算力的传统做法。2024世界机器人大会上，贾佳亚在接受采访时谈到了 Scaling Law，他表示在自己团队的研究中不会对它进行明确的定义，使用1万张卡训练出来的模型或系统不一定就比5000张卡训练出的更好。

　　贾佳亚认为应该更多地在模型算法层面进行创新，在工程层面最大程度地提高 GPU 显卡的利用率、降低功耗，力求用更少的计算量达到同样的效果。

　　同时关注偏垂类的行业和场景，通过持续的技术迭代，把算力等资源投入集中在一点，将某个领域的模型做得更精、更专，而不像其他玩家那样耗巨资开发超大规模通用大模型。

　　小算力也能出大成果

　　包括 ControlNeXt 在内，不盲从 Scaling Law 的思路已经在贾佳亚团队过去两年的系列成果中得到了充分验证，覆盖了多模态大模型、超长文本扩展技术和视觉语言模型等多个研究方向。

　　2023年8月，贾佳亚团队提出 LISA，解锁多模态大模型「推理分割」能力。LISA 只需要在8张24GB 显存的3090显卡上进行10000次迭代训练，即可完成70亿参数模型的训练。

　　结果表明，LISA 在训练中仅使用不包含复杂推理的分割数据，就能在推理分割任务上展现出优异的零样本泛化能力，并在使用额外的推理分割数据微调后让分割效果更上一个台阶。

　　LISA 效果展示

　　LISA 的成功只是少算力探索的牛刀小试，贾佳亚团队在2023年10月提出了超长文本扩展技术 LongLoRA，在单台8x A100设备上，LongLoRA 将 LLaMA27B 从4k 上下文扩展到100k， LLaMA270B 扩展到32k。LongLoRA 还被接收为 ICLR2024Oral。

　　在喂给 LongLoRA 加持的 Llama2-13B 超长篇幅的科幻巨著《三体》后，它可以为你详细总结「史强对整个人类社会的重要性」。

　　该团队还于2023年12月提出 LLaMA-VID，旨在解决视觉语言模型在处理长视频时因视觉 token 过多导致的计算负担，通过将视频中每一帧图像的 token 数压缩到了2个，实现了单图之外短视频甚至3小时时长电影的输入处理。

　　LLaMA-VID 被 ECCV2024接收。此外，贾佳亚团队还提供了 LLaMA-VID 试用版本，由单个3090GPU 实现，支持30分钟的视频处理。感兴趣的小伙伴可以尝试一下。

　　今年4月，贾佳亚团队又提出了 Mini-Gemini，从高清图像精确理解、高质量数据集、结合图像推理与生成三个层面挖掘视觉语言模型的潜力。

　　为了增强视觉 token，Mini-Gemini 利用额外的视觉编码器来做高分辨率优化。同时仅使用2-3M 数据，便实现了对图像理解、推理和生成的统一流程。实验结果表明，Mini-Gemini 在各种 Zero-shot 的榜单上毫不逊色各大厂用大量数据堆出来的模型。

　　在延续谷歌 Gemini 识别图片内容并给出建议的能力基础上，Mini-Gemini 还能生成一只对应的毛绒小熊

　　对于开源社区最大的好消息是，Mini-Gemini 的代码、模型和数据全部开源，让开发者们体验「GPT-4+ Dall-E3」的强大组合。贾佳亚透露，Mini-Gemini 第二个版本即将到来，届时将接入语音模块。

　　得益于开源以及算力需求相对低的特性，贾佳亚团队的项目在 GitHub 上受到了开发者的广泛喜爱，LISA、LongLoRA 和 Mini-Gemini 的星标数分别达到了1.7k、2.6k 和3.1k。

　　从 LISA 到最新提出的 ControlNeXt，贾佳亚团队走稳了少参数、小算力突破这条路。由于计算资源投入不大，这些模型也更容易实现商业化应用落地。

　　可以预见，未来在持续技术创新的驱动下，我们将看到更多「小而弥坚」的大模型成果出现。