arxiv.org·2026/10/20
StreamAhead面向实时流视频问答中“预计算越多查询延迟越低但易累积处理滞后,延迟计算维持速率却增加查询开销”的权衡,提出自适应预计算:将视频切为固定时长且相互独立的片段,各段可停留在帧加检索键、视觉特征或KV缓存等不同表示级别,查询时只检索相关段并按需补全至KV级、按时序重组,离线剖析各段升级成本,在线调度片段计算与查询并发,跨CPU/GPU流水线执行并用CPU存储与GPU缓存分层放置。在OVO-Bench与StreamingBench上用Qwen-VL模型与ReKV、StreamingVLM、OASIS对比,精度与先进方法接近;作者报告较SOTA方法最高降10.4×TTFT,可在30 FPS下P95 TTFT<0.5秒、57 FPS下<2秒,刷新速率与TTFT的Pareto前沿。局限是片段独立编码缺乏跨段注意力、TailRepair只增加有限交互,且仅单GPU评估、离线剖面假设负载稳定。
为什么重要 把流式视频 QA 里预处理量与查询延迟的矛盾,转化为可调度的分级预计算问题;对视频、多模态推理服务以及 CPU-GPU 异构调度都有直接的工程参考价值。适合 做视频或多模态推理服务、推理调度与异构资源优化的工程师
使用视觉-语言模型的实时流式视频问答必须以低延迟回答随时到达的查询,同时维持应用所需的视频处理速率。现有系统在视频到达时为整个视频构建键值(KV)缓存,尽管查询通常只使用前面少数几帧作为证据。这凸显了一个根本性的权衡:在视频到达时执行更多计算会减少查询时计算,但可能增加处理延迟;而推迟计算可以提高视频处理速率,但需要对检索到的内容进行额外的查询时计算。
我们提出 StreamAhead,一种算法-系统协同设计,通过自适应预计算利用这一权衡:动态控制在查询到达前为每个视频片段完成多少计算。StreamAhead 独立编码视频片段,并让每个片段停留在不同表示级别,从低成本的视觉特征到高成本的 KV 缓存;当查询到达时,仅对检索到的片段完成 KV 缓存构建。StreamAhead 离线分析将片段推进到每个表示级别的成本。
其运行时利用这些分析结果,在查询执行的同时调度片段计算,并在异构 CPU 和 GPU 资源上流水线化执行,同时维持所需的视频处理速率。StreamAhead 实现了与最先进方法竞争的准确率,time-to-first-token(TTFT)最多降低 10.4 倍,并且与最先进流式系统相比 TTFT 最多降低 5.9 倍。
它能在 P95 TTFT 小于 0.5 秒的情况下维持 30 FPS,并在 P95 TTFT 小于 2 秒的情况下最高维持 57 FPS。据我们所知,StreamAhead 是第一个具有竞争准确率的实时流式视频问答系统,在视频处理速率和 TTFT 之间建立了新的帕累托前沿。
Real-time streaming video question answering with vision-language models must answer queries that arrive at any time with low latency while sustaining the video-processing rate required by the application.
Existing systems construct key-value (KV) caches for the entire video as it arrives, although a query typically uses only a few of the preceding frames as evidence.
This highlights a fundamental trade-off: performing more computation as video arrives reduces query-time computation but can increase processing lag, whereas deferring computation can increase the video-processing rate but requires additional query-time computation for retrieved content.
We present StreamAhead, an algorithm-system co-design that exploits this trade-off through adaptive precomputation: dynamically controlling how much computation to complete for each video segment before a query arrives.
StreamAhead encodes video segments independently and lets each remain at a different representation level, from inexpensive visual features to costly KV caches, completing KV caches only for the retrieved segments when a query arrives.
StreamAhead profiles offline the cost of advancing a segment to each representation level.
Its runtime uses these profiles to schedule segment computation concurrently with query execution, pipelining it across heterogeneous CPU and GPU resources while maintaining the required video-processing rate.
StreamAhead achieves accuracy competitive with state-of-the-art methods with up to 10.4x lower time-to-first-token (TTFT), and up to 5.9x lower TTFT than state-of-the-art streaming systems.
It sustains 30 FPS with P95 TTFT under 0.5 s, and up to 57 FPS with P95 TTFT under 2 s.
To our knowledge, StreamAhead is the first real-time streaming video QA system with competitive accuracy, setting a new Pareto frontier between video-processing rate and TTFT.



| 对比项 | 之前 / 基线 | 现在 / 本方案 | |
|---|---|---|---|
| TTFT | SOTA 方法 | 最高降低 10.4×官方宣称 | |
| TTFT | SOTA 流式系统 | 最高降低 5.9×官方宣称 | |
| 30 FPS 下 P95 TTFT | SOTA 流式系统(原文未给值) | <0.5 s57 FPS 时 <2 s |
EVIDENCE / METHODS
要点
现有流式视频 QA 在视频到达时即为整段构建 KV cache,但一次查询通常只用少数前序帧作证据。
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