Cross-modal retrieval в мультимодальных системах

Термин глоссария

Cross-modal retrieval


Cross-modal retrieval — поиск данных одной модальности по запросу из другой за счёт приведения всех модальностей к общему пространству эмбеддингов.

Определение

Cross-modal retrieval — это метод поиска, при котором запрос и данные представлены в разных модальностях (например, текст → изображение, изображение → видео, аудио → текст), но система умеет сравнивать их благодаря единому латентному пространству признаков. Модели обучаются так, чтобы данные разных типов, относящиеся к одному объекту или событию, располагались близко друг к другу в этом пространстве.

Задача является фундаментом мультимодальных моделей (CLIP, ALIGN, Florence) и используется как компонент в Video-LLM, мультимодальных ассистентах и retrieval-усиленных генеративных системах.

Как работает

Работа cross-modal retrieval состоит из нескольких основных этапов.

1. Модальные энкодеры

Для каждой модальности используется отдельный энкодер:

  • Изображение: CNN/ViT;
  • Видео: 3D CNN, TimeSformer, VideoMAE;
  • Текст: Transformer/LLM encoder;
  • Аудио: mel-encoder, wav2vec-like модели;

Каждый энкодер преобразует данные в вектор фиксированного размера.

2. Совместное латентное пространство

Цель — выровнять эмбеддинги так, чтобы соответствующие друг другу модальности были близки.

  • Contrastive learning — основной механизм (InfoNCE, CLIP loss), где позитивные пары приближаются, негативные удаляются.
  • Projection heads — небольшие MLP-трансформации для приведения эмбеддингов к одной размерности.
  • Normalization — обычно L2-нормировка для косинусной близости.

3. Поисковая часть

После обучения:

  • текстовый запрос сравнивается с базой изображений;
  • изображение сравнивается с библиотекой видео;
  • аудио может быть сопоставлено с текстовыми описаниями.

Сравнение выполняется через косинусную близость или dot-product.

4. Расширенные варианты

  • Cross-modal retrieval with reasoning — LLM помогает формировать уточнённые эмбеддинги.
  • Multi-hop retrieval — запрос → текст → изображение → видео.
  • Temporal-aware retrieval — поиск по коротким сегментам видео.

Где применяется

  • Поиск изображений по тексту (T2I retrieval).
  • Поиск видео по тексту.
  • Поиск фреймов в видео по изображению.
  • Аудио-видео поиск.
  • Retrieval-усиление генеративных моделей.
  • Системы рекомендаций.
  • Каталогизация больших мультимодальных датасетов.

Практические примеры использования

CLIP и его наследники обучаются на сотнях миллионов пар текст–изображение. Такие модели обеспечивают сильное выравнивание между модальностями и позволяют находить изображения по сложным запросам. VideoCLIP, ALIGN, Florence, BLIP2 используют расширенные схемы для видео и последовательностей.

В Video-LLM retrieval применяется для поиска релевантных фрагментов видео. В генеративных моделях — для улучшения качества генерации через поиск подходящих примеров. В компаниях с большими медиабазами cross-modal retrieval используется для каталогизации и контент-аналитики.

Ключевые свойства

  • Единое векторное пространство для разных модальностей.
  • Contrastive learning как основной метод обучения.
  • Высокая масштабируемость для больших датасетов.
  • Универсальность: текст, изображение, аудио, видео.
  • Оптимизация под быстрый поиск (ANN).

Проблемы и ограничения

  • Неполное выравнивание для сложных сцен.
  • Проблемы с редкими концептами и доменами.
  • Трудность поиска в длинных видео.
  • Зависимость от качества данных в каждой модальности.
  • Влияние доминантных модальностей (overfitting к тексту/изображению).

Преимущества и ограничения

  • Плюс: быстрый и универсальный мультимодальный поиск.
  • Минус: ошибки выравнивания приводят к неправильным результатам.

Связанные термины

  • Contrastive learning
  • Joint embedding space
  • CLIP
  • Video retrieval
  • Multimodal learning

Категория термина

Мультимодальность