多模态大模型原来这么简单？多模态大模型(MM-LLMs)核心架构详解：从理论到实践，看完我简直醍醐灌顶！

最新推荐文章于 2025-12-20 19:32:34 发布

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前言

多模态大模型作为当下科研的热点之一，其应用和发展正受到广泛关注。多模态大模型是指能够处理和理解来自多种模式或类型数据的模型，这些模式包括文本、图像、声音等。

通过整合这些不同类型的数据，模型能够提供更为丰富和精确的信息处理能力，从而在多种实际应用中展现出强大的效能，例如自然语言处理、计算机视觉、情感分析和复杂场景理解等领域，本文将用两千字来帮助大家对多模态大模型（MM-LLMs）建立一个全面的认知。

1. 什么是多模态 Multimodality

多模态（Multimodality）是指集成和处理两种或两种以上不同类型的信息或数据的方法和技术。在机器学习和人工智能领域，多模态涉及的数据类型通常包括但不限于文本、图像、视频、音频和传感器数据。多模态系统的目的是利用来自多种模态的信息来提高任务的性能，提供更丰富的用户体验，或者获得更全面的数据分析结果。

2. Multimodal Large Language Models 为什么仍称为Language Models？

多模态大型语言模型（Multimodal Large Language Models，简称 MLLMs）是在大型语言模型（LLMs）基础上进行能力拓展的一类模型，它结合了语言处理能力和对非语言模态（如视觉、音频等）的理解与生成能力。MLLMs 可同时接收和输出文本、图片、语音等多种形式的信息，实现更自然和多样化的交互方式。

这些模型的核心在于，能够将多种模态中的信息进行有效融合，完成复杂的理解或生成任务。例如，模型能够阅读一幅图像并用文字进行精准描述，或依据文字生成符合语义的图像。这种跨模态能力让其在自动驾驶、智能问答、推荐系统、教育等领域展现出巨大的潜力。

从结构上看，MLLMs 包含以下几个主要模块：

模态编码器：用于提取不同模态的特征表示；
输入投影器：将不同模态的特征映射到共享的表示空间；
大型语言模型：处理文本相关的推理与生成；
输出投影器：将语言模型的输出转换为目标模态的特征；
模态生成器：生成对应模态的输出内容；

可以发现，语言模型仍处在架构的核心位置，其它模态模块是在其基础上构建的扩展部分。这种扩展是通过将不同模态的数据统一映射到语言模型可理解的语义空间中来实现的。下面我们逐个介绍这些组件的具体功能。

3. Modality Encoder 模态编码器

模态编码器是多模态模型体系中的关键模块之一，其职责是将不同类型的输入数据转化为统一的特征表示，使后续模型模块能够理解并处理这些数据。这个模块的功能相当于一个“翻译中介”，负责将各类输入形式（如图像、音频、文本、视频等）转换成机器可读的中间语义表示。

常用的模态编码器有：

模态编码器：如 NFNet、ViT、CLIP ViT 等，这些模型将视觉信息转换为向量形式，供后续模型使用；

输入投影器：如 Whisper、CLAP 等，通常通过傅里叶变换或 MFCC 特征等手段将声音信号转换为频域特征；
大型语言模型：同时处理图像内容与时序变化，它们既提取每帧图像的视觉特征，也建模帧之间的时序关系，代表模型有 ViViT、VideoPrism 等；

模态编码器的表现直接决定了多模态系统在跨模态理解和生成任务中的整体效果，因此该模块的设计至关重要。

4. Input Projector 输入投影器

输入投影器在多模态大模型中起着将不同模态的表示统一到共享语义空间的关键作用。虽然模态编码器已经将各类输入数据转换成特征，但这些特征往往位于不同的空间，彼此之间缺乏兼容性。

输入投影器的工作原理，是将这些来自图像、音频、文本等模态的特征，通过特定的映射方式（例如线性层、多层感知器 MLP、交叉注意力等），统一投影到一个通用的表示空间中，使得后续语言模型能够统一处理这些信息。

该模块对于模型能否实现高效的跨模态信息融合有着直接影响，它在多模态问答、图像文字生成等应用中发挥着关键作用。

5. Output Projector 输出投影器

输出投影器主要负责将语言模型生成的输出内容，转换为其他模态生成模块能够理解的形式。由于大型语言模型的输出一般为自然语言 token，但实际生成图像、视频或音频内容时，需要的输入往往是特定的向量表示，因此输出投影器承担了模态间的桥接任务。

在实际实现中，输出投影器通常会使用 Tiny Transformer、MLP 等结构，将语言模型的输出结果映射为目标模态生成器所需的输入特征。

例如在 NExT-GPT 架构中，存在专门用于图像、音频、视频的输出投影器模块，支持“指令对齐”生成能力。通过这些输出桥梁，模型可以根据语言模型的输出自由转换成不同模态的生成任务，提升多模态生成的统一性与准确性。

6. Modality Generator 模态生成器

模态生成器是多模态大模型中实现内容输出的模块，负责根据语言模型的指令和输出特征，生成所需模态的最终结果，如图像、音频或视频。

根据目标模态的不同，常用的生成器包括：

图像生成器：如 Stable Diffusion，能够从文本或向量生成高质量图片；
视频生成器：如 Zeroscope，专门生成动态影像序列；
音频生成器：如 AudioLDM，用于生成语音、音乐等音频信号；

在多模态大模型中，模态生成器是实现模态转换和内容生成的关键技术，它使得模型能够灵活地处理和生成多种类型的数据，为用户提供更加丰富和自然的交互体验。

最后

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