扩散概率模型已被证明在几个竞争性图像综合基准上产生最先进的结果，但缺乏低维，可解释的潜在空间，并且在一代中慢慢。另一方面，变形AutoEncoders（VAES）通常可以访问低维潜空间，但表现出差的样品质量。尽管最近的进步，VAE通常需要潜在代码的高维层次结构来产生高质量样本。我们呈现DiffUsevae，一种新的生成框架，它在扩散模型框架内集成了VAE，并利用这一点以设计用于扩散模型的新型条件参数化。我们表明所得模型可以在采样效率方面提高无条件扩散模型，同时还配备了具有低维VAE的扩散模型推断潜码。此外，我们表明所提出的模型可以产生高分辨率样本，并展示与标准基准上的最先进模型相当的合成质量。最后，我们表明所提出的方法可用于可控制的图像合成，并且还展示了图像超分辨率和去噪等下游任务的开箱即用功能。为了重现性，我们的源代码将公开可用于\ url {https://github.com/kpandey008/diffusevae}。

DeNoising扩散模型代表了计算机视觉中最新的主题，在生成建模领域表现出了显着的结果。扩散模型是一个基于两个阶段的深层生成模型，一个正向扩散阶段和反向扩散阶段。在正向扩散阶段，通过添加高斯噪声，输入数据在几个步骤中逐渐受到干扰。在反向阶段，模型的任务是通过学习逐步逆转扩散过程来恢复原始输入数据。尽管已知的计算负担，即由于采样过程中涉及的步骤数量，扩散模型对生成样品的质量和多样性得到了广泛赞赏。在这项调查中，我们对视觉中应用的denoising扩散模型的文章进行了全面综述，包括该领域的理论和实际贡献。首先，我们识别并介绍了三个通用扩散建模框架，这些框架基于扩散概率模型，噪声调节得分网络和随机微分方程。我们进一步讨论了扩散模型与其他深层生成模型之间的关系，包括变异自动编码器，生成对抗网络，基于能量的模型，自回归模型和正常流量。然后，我们介绍了计算机视觉中应用的扩散模型的多角度分类。最后，我们说明了扩散模型的当前局限性，并设想了一些有趣的未来研究方向。

扩散概率模型（DPMS）在竞争对手GANS的图像生成中取得了显着的质量。但与GAN不同，DPMS使用一组缺乏语义含义的一组潜在变量，并且不能作为其他任务的有用表示。本文探讨了使用DPMS进行表示学习的可能性，并寻求通过自动编码提取输入图像的有意义和可解码的表示。我们的主要思想是使用可学习的编码器来发现高级语义，以及DPM作为用于建模剩余随机变化的解码器。我们的方法可以将任何图像编码为两部分潜在的代码，其中第一部分是语义有意义和线性的，第二部分捕获随机细节，允许接近精确的重建。这种功能使当前箔基于GaN的方法的挑战性应用，例如实际图像上的属性操作。我们还表明，这两级编码可提高去噪效率，自然地涉及各种下游任务，包括几次射击条件采样。

We present high quality image synthesis results using diffusion probabilistic models, a class of latent variable models inspired by considerations from nonequilibrium thermodynamics. Our best results are obtained by training on a weighted variational bound designed according to a novel connection between diffusion probabilistic models and denoising score matching with Langevin dynamics, and our models naturally admit a progressive lossy decompression scheme that can be interpreted as a generalization of autoregressive decoding. On the unconditional CIFAR10 dataset, we obtain an Inception score of 9.46 and a state-of-the-art FID score of 3.17. On 256x256 LSUN, we obtain sample quality similar to ProgressiveGAN. Our implementation is available at https://github.com/hojonathanho/diffusion.

过去十年已经开发了各种各样的深度生成模型。然而，这些模型通常同时努力解决三个关键要求，包括：高样本质量，模式覆盖和快速采样。我们称之为这些要求所征收的挑战是生成的学习Trielemma，因为现有模型经常为他人交易其中一些。特别是，去噪扩散模型表明了令人印象深刻的样本质量和多样性，但它们昂贵的采样尚未允许它们在许多现实世界应用中应用。在本文中，我们认为这些模型中的缓慢采样基本上归因于去噪步骤中的高斯假设，这些假设仅针对小型尺寸的尺寸。为了使得具有大步骤的去噪，从而减少去噪步骤的总数，我们建议使用复杂的多模态分布来模拟去噪分布。我们引入了去噪扩散生成的对抗网络（去噪扩散GANS），其使用多模式条件GaN模拟每个去噪步骤。通过广泛的评估，我们表明去噪扩散GAN获得原始扩散模型的样本质量和多样性，而在CIFAR-10数据集中是2000 $ \时代。与传统的GAN相比，我们的模型表现出更好的模式覆盖和样本多样性。据我们所知，去噪扩散GaN是第一模型，可在扩散模型中降低采样成本，以便允许它们廉价地应用于现实世界应用。项目页面和代码：https://nvlabs.github.io/denoising-diffusion-gan

扩散概率模型采用前向马尔可夫扩散链逐渐将数据映射到噪声分布，学习如何通过推断一个反向马尔可夫扩散链来生成数据以颠倒正向扩散过程。为了实现竞争性数据生成性能，他们需要一条长长的扩散链，这使它们在培训中不仅在培训中而且发电。为了显着提高计算效率，我们建议通过废除将数据扩散到随机噪声的要求来截断正向扩散链。因此，我们从隐式生成分布而不是随机噪声启动逆扩散链，并通过将其与截断的正向扩散链损坏的数据的分布相匹配来学习其参数。实验结果表明，就发电性能和所需的逆扩散步骤的数量而言，我们的截短扩散概率模型对未截断的概率模型提供了一致的改进。

We show that diffusion models can achieve image sample quality superior to the current state-of-the-art generative models. We achieve this on unconditional image synthesis by finding a better architecture through a series of ablations. For conditional image synthesis, we further improve sample quality with classifier guidance: a simple, compute-efficient method for trading off diversity for fidelity using gradients from a classifier. We achieve an FID of 2.97 on ImageNet 128×128, 4.59 on ImageNet 256×256, and 7.72 on ImageNet 512×512, and we match BigGAN-deep even with as few as 25 forward passes per sample, all while maintaining better coverage of the distribution. Finally, we find that classifier guidance combines well with upsampling diffusion models, further improving FID to 3.94 on ImageNet 256×256 and 3.85 on ImageNet 512×512. We release our code at https://github.com/openai/guided-diffusion.

通过将图像形成过程分解成逐个申请的去噪自身额，扩散模型（DMS）实现了最先进的合成导致图像数据和超越。另外，它们的配方允许引导机构来控制图像生成过程而不会再刷新。然而，由于这些模型通常在像素空间中直接操作，因此强大的DMS的优化通常消耗数百个GPU天，并且由于顺序评估，推理是昂贵的。为了在保留其质量和灵活性的同时启用有限计算资源的DM培训，我们将它们应用于强大的佩带自动化器的潜在空间。与以前的工作相比，这种代表上的培训扩散模型允许第一次达到复杂性降低和细节保存之间的近乎最佳点，极大地提高了视觉保真度。通过将跨关注层引入模型架构中，我们将扩散模型转化为强大而柔性的发电机，以进行诸如文本或边界盒和高分辨率合成的通用调节输入，以卷积方式变得可以实现。我们的潜在扩散模型（LDMS）实现了一种新的技术状态，可在各种任务中进行图像修复和高竞争性能，包括无条件图像生成，语义场景合成和超级分辨率，同时与基于像素的DMS相比显着降低计算要求。代码可在https://github.com/compvis/lattent-diffusion获得。

作为生成部件作为自回归模型的向量量化变形式自动化器（VQ-VAE）的集成在图像生成上产生了高质量的结果。但是，自回归模型将严格遵循采样阶段的逐步扫描顺序。这导致现有的VQ系列模型几乎不会逃避缺乏全球信息的陷阱。连续域中的去噪扩散概率模型（DDPM）显示了捕获全局背景的能力，同时产生高质量图像。在离散状态空间中，一些作品已经证明了执行文本生成和低分辨率图像生成的可能性。我们认为，在VQ-VAE的富含内容的离散视觉码本的帮助下，离散扩散模型还可以利用全局上下文产生高保真图像，这补偿了沿像素空间的经典自回归模型的缺陷。同时，离散VAE与扩散模型的集成解决了传统的自回归模型的缺点是超大的，以及在生成图像时需要在采样过程中的过度时间的扩散模型。结果发现所生成的图像的质量严重依赖于离散的视觉码本。广泛的实验表明，所提出的矢量量化离散扩散模型（VQ-DDM）能够实现与低复杂性的顶层方法的相当性能。它还展示了在没有额外培训的图像修复任务方面与自回归模型量化的其他矢量突出的优势。

在连续时间域上表示为随机微分方程的基于扩散的方法最近已证明是一种非对抗性生成模型。培训此类模型依赖于denoising得分匹配，可以将其视为多尺度的Denoising自动编码器。在这里，我们扩大了Denoising分数匹配框架，以实现表示无监督信号的表示。 GAN和VAE通过将潜在代码直接转换为数据样本来学习表示形式。相比之下，引入的基于扩散的表示学习依赖于Denoisising分数匹配目标的新公式，因此编码了DeNoising所需的信息。我们说明了这种差异如何允许对表示中编码的细节级别进行手动控制。使用相同的方法，我们建议学习无限维度的潜在代码，该代码可在半监督图像分类中改善最先进的模型。我们还将扩散评分匹配的学术表示表示与自动编码器等其他方法的质量进行比较，并通过其在下游任务上的性能进行对比训练的系统。

我们表明，级联扩散模型能够在类条件的想象生成基准上生成高保真图像，而无需辅助图像分类器的任何帮助来提高样品质量。级联的扩散模型包括多个扩散模型的流水线，其产生越来越多的分辨率，以最低分辨率的标准扩散模型开始，然后是一个或多个超分辨率扩散模型，其连续上追随图像并添加更高的分辨率细节。我们发现级联管道的样本质量至关重要的是调节增强，我们提出的数据增强较低分辨率调节输入到超级分辨率模型的方法。我们的实验表明，调节增强防止在级联模型中采样过程中的复合误差，帮助我们在256×256分辨率下，在128x128和4.88，优于63.02的分类精度分数，培训级联管道。 ％（TOP-1）和84.06％（TOP-5）在256x256，优于VQ-VAE-2。

Denoising diffusion probabilistic models (DDPM) are a class of generative models which have recently been shown to produce excellent samples. We show that with a few simple modifications, DDPMs can also achieve competitive loglikelihoods while maintaining high sample quality. Additionally, we find that learning variances of the reverse diffusion process allows sampling with an order of magnitude fewer forward passes with a negligible difference in sample quality, which is important for the practical deployment of these models. We additionally use precision and recall to compare how well DDPMs and GANs cover the target distribution. Finally, we show that the sample quality and likelihood of these models scale smoothly with model capacity and training compute, making them easily scalable. We release our code at https://github.com/ openai/improved-diffusion.

Diffusion Probabilistic Models (DPMs) have shown a powerful capacity of generating high-quality image samples. Recently, diffusion autoencoders (Diff-AE) have been proposed to explore DPMs for representation learning via autoencoding. Their key idea is to jointly train an encoder for discovering meaningful representations from images and a conditional DPM as the decoder for reconstructing images. Considering that training DPMs from scratch will take a long time and there have existed numerous pre-trained DPMs, we propose \textbf{P}re-trained \textbf{D}PM \textbf{A}uto\textbf{E}ncoding (\textbf{PDAE}), a general method to adapt existing pre-trained DPMs to the decoders for image reconstruction, with better training efficiency and performance than Diff-AE. Specifically, we find that the reason that pre-trained DPMs fail to reconstruct an image from its latent variables is due to the information loss of forward process, which causes a gap between their predicted posterior mean and the true one. From this perspective, the classifier-guided sampling method can be explained as computing an extra mean shift to fill the gap, reconstructing the lost class information in samples. These imply that the gap corresponds to the lost information of the image, and we can reconstruct the image by filling the gap. Drawing inspiration from this, we employ a trainable model to predict a mean shift according to encoded representation and train it to fill as much gap as possible, in this way, the encoder is forced to learn as much information as possible from images to help the filling. By reusing a part of network of pre-trained DPMs and redesigning the weighting scheme of diffusion loss, PDAE can learn meaningful representations from images efficiently. Extensive experiments demonstrate the effectiveness, efficiency and flexibility of PDAE.

基于能量的模型（EBMS）最近成功地代表了少量图像的复杂分布。然而，对它们的抽样需要昂贵的马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）迭代在高维像素空间中缓慢混合。与EBMS不同，变形AutoEncoders（VAES）快速生成样本，并配备潜在的空间，使得数据歧管的快速遍历。然而，VAE倾向于将高概率密度分配到实际数据分布之外的数据空间中的区域，并且经常在产生清晰图像时失败。在本文中，我们提出了VAE的一个共生组成和ebm的vaebm，提供了两个世界的eBM。 VAEBM使用最先进的VAE捕获数据分布的整体模式结构，它依赖于其EBM组件，以明确地从模型中排除非数据样区域并优化图像样本。此外，VAEBM中的VAE组件允许我们通过在VAE的潜空间中重新处理它们来加速MCMC更新。我们的实验结果表明，VAEBM在几个基准图像数据集上以大量边距开辟了最先进的VAES和EBMS。它可以产生高于256 $ \倍的高质量图像，使用短MCMC链。我们还证明了VAEBM提供了完整的模式覆盖范围，并在分配外检测中表现良好。源代码可在https://github.com/nvlabs/vaebm上获得

基于分数的生成模型（SGMS）最近在样品质量和分配覆盖范围内表现出令人印象深刻的结果。但是，它们通常直接应用于数据空间，并且通常需要数千个网络评估来采样。在这里，我们提出了基于潜在的分数的生成模型（LSGM），这是一种在潜在空间中培训SGM的新方法，依赖于变分性AutoEncoder框架。从数据移动到潜伏空间允许我们培训更具表现力的生成模型，将SGMS应用于非连续数据，并在较小的空间中学习更顺畅的SGM，导致更少的网络评估和更快的采样。要以可扩展且稳定的方式启用培训LSGMS端到端，我们（i）我们（i）引入了适合于LSGM设置的新分数匹配目标，（ii）提出了一个新颖的分数函数参数化，允许SGM专注于关于简单正常的目标分布的不匹配，（III）分析了多种技术，用于减少训练目标的方差。 LSGM在CIFAR-10上获得最先进的FID分数为2.10，优先表现出此数据集的所有现有生成结果。在Celeba-HQ-256上，LSGM在样品质量上与先前的SGMS相同，同时以两个数量级的采样时间表现出来。在模拟二进制图像中，LSGM在二值化omniglot数据集上实现了最先进的可能性。我们的项目页面和代码可以在https://nvlabs.github.io/lsgm找到。

Diffusion models are rising as a powerful solution for high-fidelity image generation, which exceeds GANs in quality in many circumstances. However, their slow training and inference speed is a huge bottleneck, blocking them from being used in real-time applications. A recent DiffusionGAN method significantly decreases the models' running time by reducing the number of sampling steps from thousands to several, but their speeds still largely lag behind the GAN counterparts. This paper aims to reduce the speed gap by proposing a novel wavelet-based diffusion structure. We extract low-and-high frequency components from both image and feature levels via wavelet decomposition and adaptively handle these components for faster processing while maintaining good generation quality. Furthermore, we propose to use a reconstruction term, which effectively boosts the model training convergence. Experimental results on CelebA-HQ, CIFAR-10, LSUN-Church, and STL-10 datasets prove our solution is a stepping-stone to offering real-time and high-fidelity diffusion models. Our code and pre-trained checkpoints will be available at \url{https://github.com/VinAIResearch/WaveDiff.git}.

矢量量化变量自动编码器（VQ-VAE）是基于数据的离散潜在表示的生成模型，其中输入映射到有限的学习嵌入式集合。要生成新样品，必须对离散状态进行自动介绍的先验分布。分别地。这一先验通常非常复杂，并导致生成缓慢。在这项工作中，我们提出了一个新模型，以同时训练先验和编码器/解码器网络。我们在连续编码的向量和非信息性先验分布之间建立扩散桥。然后将潜在离散状态作为这些连续向量的随机函数。我们表明，我们的模型与迷你imagenet和Cifar数据集的自动回归先验具有竞争力，并且在优化和采样方面都有效。我们的框架还扩展了标准VQ-VAE，并可以启用端到端培训。

自由格式介绍是在任意二进制掩码指定的区域中向图像中添加新内容的任务。大多数现有方法训练了一定的面具分布，这将其概括能力限制为看不见的掩模类型。此外，通过像素和知觉损失的训练通常会导致对缺失区域的简单质地扩展，而不是语义上有意义的一代。在这项工作中，我们提出重新启动：基于deno的扩散概率模型（DDPM）的内部介入方法，甚至适用于极端掩模。我们采用预定的无条件DDPM作为生成先验。为了调节生成过程，我们仅通过使用给定的图像信息对未掩盖的区域进行采样来改变反向扩散迭代。由于该技术不会修改或调节原始DDPM网络本身，因此该模型可为任何填充形式产生高质量和不同的输出图像。我们使用标准面具和极端口罩验证面部和通用图像的方法。重新粉刷优于最先进的自动回归，而GAN的方法至少在六个面具分布中进行了五个。 github存储库：git.io/repaint

In this work, we propose DiffWave, a versatile diffusion probabilistic model for conditional and unconditional waveform generation. The model is non-autoregressive, and converts the white noise signal into structured waveform through a Markov chain with a constant number of steps at synthesis. It is efficiently trained by optimizing a variant of variational bound on the data likelihood. DiffWave produces high-fidelity audio in different waveform generation tasks, including neural vocoding conditioned on mel spectrogram, class-conditional generation, and unconditional generation. We demonstrate that DiffWave matches a strong WaveNet vocoder in terms of speech quality (MOS: 4.44 versus 4.43), while synthesizing orders of magnitude faster. In particular, it significantly outperforms autoregressive and GAN-based waveform models in the challenging unconditional generation task in terms of audio quality and sample diversity from various automatic and human evaluations. 1 * Contributed to the work during an internship at Baidu Research, USA. 1 Audio samples are in: https://diffwave-demo.github.io/

标准扩散模型涉及图像变换 - 添加高斯噪声 - 以及逆转此降解的图像恢复操作员。我们观察到，扩散模型的生成行为并不是很大程度上取决于图像降解的选择，实际上，可以通过改变这种选择来构建整个生成模型家族。即使使用完全确定性的降解（例如，模糊，掩蔽等），培训和测试时间更新规则是基于扩散模型的培训和测试时间更新规则，可以轻松地概括为创建生成模型。这些完全确定的模型的成功使社区对扩散模型的理解质疑，这依赖于梯度Langevin动力学或变异推理中的噪声，并为反转任意过程的广义扩散模型铺平了道路。我们的代码可从https://github.com/arpitbansal297/cold-diffusion-models获得