图神经网络+多模态：视频动作分割的轻量高效新解法

一、引言  

在智能监控、自动驾驶、人机交互等领域，准确理解视频中的动作序列至关重要。然而，传统方法依赖复杂的视觉模型，计算成本高且难以捕捉长时依赖。近期，一项名为 Semantic2Graph 的研究通过图神经网络（GNN）和多模态特征融合，在视频动作分割任务中取得了显著突破，甚至超越现有最优模型！

二、传统方法的痛点  

传统视频动作分割模型（如3D-CNN、Transformer）通常需要堆叠深层网络或引入注意力机制来提取时空特征。这些方法虽然有效，但存在两大问题：  

1. 计算成本高：长视频处理需要大量计算资源。  

2. 长时依赖建模难：相邻帧的关系容易捕捉，但跨越多帧的语义关联（如“切菜”与“装盘”）难以建模。  

而 Semantic2Graph 另辟蹊径，将视频转化为图结构，用“节点分类”替代传统序列建模，大幅降低了计算复杂度。

三、Semantic2Graph的核心创新  

1. 视频变图：三类边捕捉精细关系  

- 时间边（Temporal Edges）：连接相邻帧节点，保留时间顺序。  

- 语义边（Semantic Edges）：根据动作标签的相似性，跨帧连接相同或不同动作的节点。例如，所有“切菜”帧通过语义边直接关联，无需逐帧传递信息。  

- 自循环边（Self-Loop）：保留节点自身特征，防止信息丢失。  

2. 多模态特征融合：视觉+结构+语义  

- 视觉特征：通过I3D模型提取RGB和光流信息。  

- 结构特征：利用Node2Vec编码节点邻域关系。  

- 语义特征：基于文本提示（如“切菜”扩展为“人类正在切菜的视频”），通过CLIP模型生成语义嵌入。  

三类特征拼接后输入GNN，实现高效融合。  

四、实验结果：全面超越SOTA  

在 GTEA 和 50Salads 两个经典数据集上，Semantic2Graph的表现亮眼：  

- 准确率（Acc）：GTEA达89.8%，50Salads达88.6%，比主流模型（如ASFormer、Bridge-Prompt）提升约10%。  

- 计算效率：模型参数量仅0.27M，推理速度达0.98ms/帧，比传统视觉模型快20%以上。  

五、实际应用与未来展望  

- 智能监控：实时识别异常动作（如跌倒、打架）。  

- 自动驾驶：精准理解行人意图，提升决策安全性。  

- 人机交互：让机器人更自然地模仿人类动作序列。  

未来，研究团队计划将Semantic2Graph扩展至动作验证、子图提取等任务，并探索动态图构建以适应复杂场景。

六、结语  

Semantic2Graph通过“以图代序”的创新思路，为视频理解提供了轻量高效的解决方案。随着多模态技术与图神经网络的深度结合，AI对动态世界的感知能力将迈上新台阶。  

论文链接

https://arxiv.org/pdf/2503.19589