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wzjs 2025/7/20 0:36:34

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h-space对比损失（DC）的设计细节

目标：确保视频的所有帧在语义上保持一致（例如，同一视频中的不同帧应描述相同的主体和场景，避免物体突变或语义漂移）。

1. h-space的定义

h-space 是U-Net最深层的特征空间（bottleneck feature），已有研究表明它包含高层语义信息（如物体类别、场景结构），且对噪声步长（timestep）不敏感。
论文假设：同一视频的所有帧在h-space中应彼此接近，而不同视频的帧应远离。

2. 损失函数设计（Decoupled Contrastive Loss）

采用解耦对比损失（Decoupled Contrastive Loss, DC），具体步骤如下：

正负样本构建：
- 正样本对：从同一视频中随机采样两帧，提取它们的h-space特征（记为 ( $\mathbf{h}^{(1)}, \mathbf{h}^{(2)}$ )）。
- 负样本队列：维护一个队列 ( Q )，存储其他视频的h-space特征作为负样本（动态更新）。
特征投影：
- 通过一个轻量级投影头 $g_\theta$ )（训练后丢弃），将h-space特征映射到低维空间：
  $[\mathbf{z} = g_\theta(\mathbf{h})$ ]
- 目的是增强特征的判别性（类似SimCLR）。
损失计算：
- 对正样本对 $(\mathbf{z}^{(1)}, \mathbf{z}^{(2)})$ )，最小化它们的距离；对负样本 $\mathbf{z}^{(q)} \in Q$ )，最大化距离。
- 公式：
  $[L_{\text{DC}} = -\frac{\langle \mathbf{z}^{(1)}, \mathbf{z}^{(2)} \rangle}{\tau} + \log \sum_{q \in Q} \exp\left(\frac{\langle \mathbf{z}^{(1)}, \mathbf{z}^{(q)} \rangle}{\tau}\right)$ ]
  其中 $\tau=0.1$ ) 是温度系数， $\langle \cdot, \cdot \rangle$ ) 表示余弦相似度。

3. 关键设计动机

解耦对比损失：相比传统对比损失（如InfoNCE），DC损失分离了正负样本的计算，缓解了负样本数量对梯度的影响，提升训练稳定性。
非连续帧采样：正样本不限于相邻帧，因为h-space主要编码语义（而非运动细节），允许更大的时间跨度采样。

4. 实际效果

通过约束h-space的一致性，模型能生成语义连贯的视频（如物体身份、场景布局稳定）。
结合其他损失（如TRS损失），共同解决时间一致性问题。

伪代码示例

# 假设 h1, h2 是同一视频的两帧特征，queue 是负样本队列  
z1, z2 = projection_head(h1), projection_head(h2)  # 投影到低维空间  
pos_sim = torch.cosine_similarity(z1, z2, dim=-1)  # 正样本相似度  
neg_sims = torch.mm(z1, queue.t()) / temperature    # 负样本相似度  
loss = -pos_sim + torch.logsumexp(neg_sims, dim=-1)