擴(kuò)散生成模型的發(fā)展改變了實(shí)時視頻直播的內(nèi)容創(chuàng)作，一些基于圖片擴(kuò)散模型的 AI 直播系統(tǒng)如 StreamDiffusion 和 StreamV2V 以其方便可控和快速響應(yīng)的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。但是這些基于圖片擴(kuò)散模型的方法時間一致性較差，而視頻擴(kuò)散模型生成過程中的前后幀依賴關(guān)系提供了極佳的時間一致性。

最近的一些自回歸視頻生成研究能夠促使視頻生成的吞吐量接近「實(shí)時」 的目標(biāo)，這使得在流式直播中應(yīng)用這些模型成為可能。

然而，一個被忽視的問題尚未得到解答：吞吐量達(dá)到「實(shí)時」表現(xiàn)但忽略延遲的系統(tǒng)，能直接用于實(shí)時交互生成嗎？

近日，一項(xiàng)已經(jīng)被計算機(jī)系統(tǒng)頂級會議 MLSys 2026 接收的工作 StreamDiffusionV2，對這一問題進(jìn)行了詳細(xì)討論并給出了解決方案。來自德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校等機(jī)構(gòu)的研究者組成的團(tuán)隊(duì)提出了一種無需訓(xùn)練、面向交互式直播的流式視頻生成系統(tǒng)。該系統(tǒng)可在多種類型 GPU 上穩(wěn)定運(yùn)行，同時實(shí)現(xiàn)低延遲與高質(zhì)量生成。

StreamDiffusionV2 已全面開源，對個人用戶部署友好，在未應(yīng)用 TensorRT 或量化的情況下，能夠在僅配備雙卡 RTX 4090 的設(shè)備上穩(wěn)定 16 FPS 實(shí)時推理。其在 H100 上首幀延遲低于 0.5 秒，并在 4 卡設(shè)備上穩(wěn)定實(shí)現(xiàn) 14B 模型 58.28 FPS、1.3B 模型 64.52 FPS 的吞吐量。

• 論文鏈接：https://arxiv.org/abs/2511.07399
• 項(xiàng)目主頁：https://streamdiffusionv2.github.io/
• 代碼鏈接：https://github.com/chenfengxu714/StreamDiffusionV2

圖 1 有限長度的批量視頻生成 vs. 該研究提出的流式低延遲的無限長度視頻生成

挑戰(zhàn)：實(shí)時交互式生成的系統(tǒng)性瓶頸

最近，以 CausVid 和 Self-Forcing 等為代表的自回歸視頻生成模型（Auto-regressive Video Generation），在一定程度上維持了生成質(zhì)量的同時極大地加快了推理速度。

盡管這些方法亦能在離線模式下進(jìn)行視頻到視頻（Video-to-video）生成，但其推理范式仍然難以直接適配實(shí)時直播場景。通過分析，研究團(tuán)隊(duì)指出當(dāng)前方法面臨以下挑戰(zhàn)：

圖 2 Baseline 視頻生成模型在 V2V 任務(wù)中的缺陷

1. 實(shí)時 SLO 無法滿足：現(xiàn)有視頻擴(kuò)散模型主要面向離線生成優(yōu)化，雖然提升了整體吞吐量，卻顯著拉高了首幀延遲，且難以滿足直播場景對每一幀嚴(yán)格時限和低抖動的服務(wù)級目標(biāo)（SLO）。
2. 長時間生成中的時序漂移：主流視頻擴(kuò)散系統(tǒng)在持續(xù)運(yùn)行的直播場景中，內(nèi)容分布與用戶輸入會不斷變化，加劇了自回歸視頻生成模型的誤差累積，導(dǎo)致生成過程中出現(xiàn)風(fēng)格漂移和時間一致性退化。
3. 高速動作下的畫面撕裂：現(xiàn)有模型多基于慢動作或平穩(wěn)運(yùn)動數(shù)據(jù)訓(xùn)練，在面對快速鏡頭切換或劇烈運(yùn)動時表現(xiàn)受限，生成中發(fā)生模糊、重影和動作撕裂等問題。
4. 難以實(shí)現(xiàn)多 GPU 擴(kuò)展：現(xiàn)有的序列并行帶來大量通信開銷抵消了計算的加速。在以單幀延遲為主導(dǎo)的實(shí)時負(fù)載下，無法擴(kuò)展到多 GPU 并行推理。

綜上所述，這些挑戰(zhàn)表明，實(shí)時視頻擴(kuò)散無法僅依賴離線生成范式的延伸，而亟需一種從系統(tǒng)層面重新設(shè)計、以實(shí)時約束為核心目標(biāo)的推理架構(gòu)。

深入分析：內(nèi)存帶寬約束導(dǎo)致的性能受限

為了對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行加速優(yōu)化，文章深入分析了當(dāng)前推理系統(tǒng)所處的性能瓶頸模式（Performance Regime）：

圖 3 上圖：Roofline 模型分析不同批次大小和并行模式下的系統(tǒng)性能瓶頸；下圖：不同并行方式下的通信開銷。

先前雙向注意力 DiT 主要受計算能力限制，而在自回歸視頻生成中，尤其是低延遲的單幀 latent 參數(shù)下，因?yàn)樾枰虞d長序列的 KV Cache，卻只對當(dāng)前輸入進(jìn)行計算，使得內(nèi)存訪問開銷超過計算開銷，系統(tǒng)性能由內(nèi)存帶寬而非算力主導(dǎo)。

通過 Nsight Systems 等性能分析工具對實(shí)際推理過程中的內(nèi)存帶寬利用率、計算資源使用情況氣泡時間進(jìn)行分析，并結(jié)合理論計算量與內(nèi)存訪問量估計，團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了當(dāng)前系統(tǒng)確實(shí)處于內(nèi)存帶寬受限（Memory-bound）的性能瓶頸狀態(tài)。

進(jìn)一步地，序列并行（Sequence Parallelism）方法（如 Deepspeed-Ulysses 和 Ring-Attention）在推理中需要在每個 DiT Block 執(zhí)行一次跨設(shè)備通信，從而引入了顯著的通信開銷。通信過程本質(zhì)上也屬于數(shù)據(jù)搬運(yùn)操作，與內(nèi)存訪問共同加劇了系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸開銷。

上述發(fā)現(xiàn)促使作者從優(yōu)化內(nèi)存 - 計算平衡并降低并行推理通信開銷入手，構(gòu)建全新的流式視頻生成系統(tǒng)。

方法：算法與系統(tǒng)層面的聯(lián)合優(yōu)化

綜合前面對現(xiàn)有挑戰(zhàn)和性能瓶頸的分析，研究團(tuán)隊(duì)從算法和系統(tǒng)兩方面給出了解決方案。

圖 4 系統(tǒng)的整體流程圖

算法層面：為了緩解長視頻生成下自回歸模型的誤差累計和風(fēng)格漂移的問題，文章引入 Sink-tokens 和動作感知的加噪機(jī)制，具體的方法如下：

1. Sink-token 和滾動 KV Cache：早期生成的幀受誤差累計的影響小，故將其 KV 保持在 KV Cache 中作為 Sink-token 指導(dǎo)后續(xù)的生成。同時后續(xù)的 KV Cache 滾動更新，以實(shí)現(xiàn)無限長流式生成；
2. 動作感知的動態(tài)加噪機(jī)制：根據(jù)相鄰幀之間的 L2 距離估計視頻的運(yùn)動強(qiáng)度，并自適應(yīng)調(diào)整加噪比例。在運(yùn)動劇烈時降低噪音以保留運(yùn)動一致性，在運(yùn)動較弱時提高噪音以提升生成質(zhì)量。

圖 5 動作程度估計和動態(tài)噪音策略示例

系統(tǒng)層面：在內(nèi)存帶寬受限情境下提升吞吐量，StreamDiffusionV2 采用了流水線化批量去噪策略，再將其擴(kuò)展至模型網(wǎng)絡(luò)層的流水線并行，并加入了其他輔助的高效推理設(shè)計，具體內(nèi)容如下：

1. SLO 感知的流水線化的批量去噪（Batch Denoising）：采用流水線化批量去噪，將不同噪音程度的幀組成流水線并行處理，使得每次 DiT 推理都得到去噪完全的幀；同時使用 SLO 感知的 profiling 動態(tài)確定批處理規(guī)模和調(diào)度參數(shù)；
2. 模型網(wǎng)絡(luò)層的流水線并行（Pipeline Parallelism）：將 DiT 的多 GPU 流水線并行推理結(jié)合分片批量去噪，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的逐幀生成；利用異步通信使計算和通信重合，并引入 DiT 層調(diào)度器平衡不同設(shè)備開銷，以緩解流水線氣泡，提升系統(tǒng)整體吞吐量。

圖 6 批量去噪和流水線并行示意圖

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視頻 1 并行推理示例動畫

通過這樣的協(xié)同設(shè)計，StreamDiffusionV2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高效、穩(wěn)定的流式生成，并通過 Cache 機(jī)制來保證時間一致性和生成質(zhì)量。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

StreamDiffusionV2 論文實(shí)現(xiàn)了低延遲和高吞吐的平衡，具體效果如何，一圖勝千言！

圖 7 不同設(shè)置下吞吐量結(jié)果，1.3B 模型，H100 和 4090 顯卡

圖 8 不同設(shè)置下吞吐量結(jié)果，14B 模型，H100 顯卡

圖 9 上圖：第一幀時間對比，體現(xiàn)了 StreamDiffusionV2 的低延遲優(yōu)勢；下圖：系統(tǒng)端到端延遲統(tǒng)計分布圖，StreamDiffusionV2 有著緊密分布，低抖動，并達(dá)到亞秒級實(shí)時應(yīng)用要求。

與此同時，該系統(tǒng)同時也在實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的高質(zhì)量生成，擁有良好的時間一致性，并對復(fù)雜 prompt 有著更好的適應(yīng)。

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視頻 2 Video-to-video 生成結(jié)果對比。從左至右，從上到下，分別為原視頻、StreamDiffusion、CausVid，以及 StreamDiffusionV2。

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視頻 3 實(shí)際場景交互式生成應(yīng)用實(shí)例

總結(jié)與展望

StreamDiffusionV2 彌合了離線視頻擴(kuò)散與實(shí)時直播之間長期存在的系統(tǒng)鴻溝。使高質(zhì)量生成式直播首次具備工程可行性。

圖 10 上圖：計算設(shè)備的計算能力和內(nèi)存帶寬變化趨勢，內(nèi)存帶寬的增長速度更慢；下圖：自回歸視頻生成模型，計算和內(nèi)存操作開銷比例隨輸入幀序列長度的變化趨勢。

進(jìn)一步地，這一工作順應(yīng)了硬件與算法發(fā)展的長期趨勢。由于 GPU 計算能力增長速度明顯超過顯存帶寬，自回歸推理正處于內(nèi)存訪問約束區(qū)域；與此同時，視頻生成算法不斷采用更高壓縮率與更結(jié)構(gòu)化的表示方式，也進(jìn)一步加劇了推理階段的內(nèi)存訪問壓力。

在這樣的演進(jìn)背景下，圍繞內(nèi)存訪問與實(shí)時約束進(jìn)行系統(tǒng)級調(diào)度設(shè)計，將成為生成式服務(wù)的關(guān)鍵能力。

StreamDiffusionV2 提供的不僅是一套可運(yùn)行的系統(tǒng)方案，更是一種面向未來實(shí)時生成場景的設(shè)計思路。

隨著生成模型持續(xù)擴(kuò)展規(guī)模與應(yīng)用場景，這種以 SLO 為核心、以系統(tǒng)協(xié)同為驅(qū)動的流式推理架構(gòu)，有望成為下一階段生成式直播基礎(chǔ)設(shè)施的重要方向。

作者介紹

本文作者來自德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校、加州大學(xué)伯克利分校、Nunchaku AI、斯坦福大學(xué)、獨(dú)立研究者、First Intelligent、麻省理工學(xué)院以及 Shizuku AI。

該工作的主要研究由德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校團(tuán)隊(duì)完成，第一作者為博士生馮天瑞，通訊作者為助理教授徐晨豐。