2025年Next Token Prediction范式会统一多模态吗？

介绍一下最近和来自北大，北航，港大，国科大等学校的同学以及阿里, Microsoft, Humanify等研究机构呕心沥血的综述工作《Next Token Prediction Towards Multimodal Intelligence: A Comprehensive Survey》

** 完整论文: https://arxiv.org/abs/2412.18619**

** Github: https://github.com/LMM101/Awesome-Multimodal-Next-Token-Prediction**

## 简介

过去一两年时间里，多模态（Multimodal）领域涌现了大量基于Next Token Prediction（NTP）的模型，以下简称为MMNTP，这些模型在多模态理解与生成任务上取得了显著的进展。以图片模态举例，有以LLaVA, QwenVL为代表的图片理解模型，也有以Unified-IO系列，Chameleon，VAR为代表的基于离散Token的图片生成模型以及融合NTP和Diffusion架构的Transfusion，MAR等模型。音频部分则有Moshi为代表的基于NTP的音频理解和生成模型。

本文采用全新的自下而上视角，从NTP范式的构建出发，全面探讨了以下几个核心方面：

- 多模态的Tokenization技术

- MMNTP模型架构设计

- 训练方法与推理策略

- 性能评测体系

- 现存挑战与未来方向

综述的完整目录如下：

## 多模态的Tokenization

我们认为多模态的Tokenization是MMNTP的基石和最重要的部分，它将各种模态的信息（如图像、视频和音频片段）分解为最小的单元序列（Token），以便Transformer结构为基础的NTP模型学习。Tokenization方法可以分为离散（Discrete Tokenization）和连续（Continuous Tokenization）两种。离散标记化通过量化将原始信息映射到有限的离散空间，而连续标记化则不涉及量化，保留了数据的连续性质。下面的图给出了两种方式的示意图。

### Tokenizer训练方法

本节针对图片，视频，音频领域的Tokenization训练方法进行了详细的梳理和比较。首先总结了几种常见的训练方法，例如对比学习，自编码器等，以及这些方法在不同模态上的应用与针对不同模态特点的改进，并按照不同的训练方法归纳整理了不同类型的Tokenizers,如下表所示：

我们以表示能力（representation）和重建能力（reconstruction）为基点，重点讨论了Tokenizers在训练时存在的挑战，例如离散型编码器存在的编码表塌陷，信息损失的问题以及一些改进措施例如FSQ，LFQ等方案，以及以CLIP为代表的连续型编码器中主要存在的语义对齐，编码效率，以及对于不同模态的数据，大家提出了哪些针对性的改进措施。

## MMNTP模型

如上图所示，我们将MMNTP模型进一步分为两类，组合式（Compositional）和统一（Unified）式。组合模型依赖于强大的外部编码器例如CLIP和解码器例如SD3来理解和生成多模态信息，而统一模型则使用轻量级的编码器和解码器例如VQVAE，将大部分理解和生成任务交给骨干模型。本文对这两种模型结构进行了详细讨论，并比较了它们的优缺点。

对于不同的多模态任务来说，MMNTP模型可以以一种统一的方式处理不同任务，区别之处在于不同任务的输入输出不同。上图以图片模态为例子，列出来了同一个MMNTP模型结构如何进行图片理解例如VQA，图片生成，以及基于文字指令的图片编辑任务。只需要替换输入输出的组合形式，同一个模型架构就可以完成不同的任务，这体现了MMNTP模型在多模态任务上的统一性。本文针对图片，视频，音频模态的MMNTP模型进行了详细的讨论，并根据结构类型进行了梳理，如下表所示。

## 训练范式

### 训练任务的类型

一旦将不同模态的内容转化为序列化的标Tokens，就可以使用统一的骨MMNTP模型来训练，以解决各种理解和生成任务。本文将训练任务按照生成的Token类型不同分为两类，离散Token预测和连续Token预测。二者的区别在于预测的token是离散的还是连续的，这会对应不同的训练任务，以及特殊的输出头的结构。例如多模态理解任务往往以语言作为输出，则需要使用语言模型头作为输出头，进行离散Token预测。如果将Diffusion模型和NTP模型结合，则需要使用Diffusion模型头作为输出头，进行连续Token预测。

### 训练阶段

和语言模型类似，MMNTP模型的训练也可以分为三个阶段，如上图所示，分别是模态对齐预训练，指令微调和偏好学习。这里的预训练阶段，通常指的是在多模态数据-文本对数据上进行预训练，以将不同模态的信息对齐到语言空间。指令微调阶段是针对不同的下游任务，例如理解和生成类任务，用标注好的数据进行训练。偏好学习在MMNTP模型中的研究刚刚起步，主要将模型的输出和人类的偏好进行对齐。本文详细这三个阶段的相关研究工作，并根据任务类型进行了归纳整理。

### 测试时的Prompt工程

Prompt工程是提升LLM模型效果的重要手段，在MMNTP模型中，借助了LLM继基座模型的能力，Prompt工程同样重要。本文对MMNTP模型中的Prompt工程进行了详细的讨论，如上图所示，分为多模态的上下文学习（Multimodal In-Context Learning）和多模态思维链（Multimodal Chain-of-Thought）两种方法。

如上图所示，多模态的上下文学习指的是在输入中加入多模态任务的例子，以帮助模型更好地理解任务。多模态思维链则是指在输入中加入一些思维链的提示，例如“感知”，“推理过程”等，以促使模型更好地进行多模态推理。我们将这些方法进行整理，如下表所示。

## 训练数据集与性能评测

在综述中，我们还对MMNTP模型的训练数据集进行了详细的讨论，包括数据集的构建，数据集的规模，以及数据集的多样性。同时，我们也比较了NTP模型和非NTP模型在多模态任务上的表现，如上图所示，在大规模理解任务例如VQAv2，MMMU上，NTP模型表现全面优于非NTP模型。在生成任务评测数据例如Imagenet，GenEval，我们观察到NTP模型在和纯Diffusion取得了不相上下的效果，甚至在某些任务上表现更好，这展示了NTP模型在统一不同多模态任务上的潜力。

## 存在的挑战

本文提出了四个目前尚未解决的挑战，主要源于MMNTP训练范式。这些挑战包括：

1. 如何更好地利用无监督的多模态数据来扩展MMNTP模型

2. 克服多模态干扰并增强协同作用

3. 提高MMNTP模型的训练和推理效率

4. 将MMNTP作为更广阔任务的通用接口。

这些挑战的解决对于MMNTP范式实现多模态智能的发展至关重要。

## 小结

本文从NTP范式的视角出发，全面梳理了多模态领域的最新进展。从Tokenization到模型架构，从训练范式到性能评测，我们希望这份工作能为研究者们提供一个清晰的研究全景图。

在2025年，随着MMNTP技术的不断发展，我们期待看到更多创新性的工作能够突破现有的挑战，推动多模态智能向前发展。