Despite the recent visually-pleasing results achieved, the massive computational cost has been a long-standing flaw for diffusion probabilistic models (DPMs), which, in turn, greatly limits their applications on resource-limited platforms. Prior methods towards efficient DPM, however, have largely focused on accelerating the testing yet overlooked their huge complexity and sizes. In this paper, we make a dedicated attempt to lighten DPM while striving to preserve its favourable performance. We start by training a small-sized latent diffusion model (LDM) from scratch, but observe a significant fidelity drop in the synthetic images. Through a thorough assessment, we find that DPM is intrinsically biased against high-frequency generation, and learns to recover different frequency components at different time-steps. These properties make compact networks unable to represent frequency dynamics with accurate high-frequency estimation. Towards this end, we introduce a customized design for slim DPM, which we term as Spectral Diffusion (SD), for light-weight image synthesis. SD incorporates wavelet gating in its architecture to enable frequency dynamic feature extraction at every reverse steps, and conducts spectrum-aware distillation to promote high-frequency recovery by inverse weighting the objective based on spectrum magni tudes. Experimental results demonstrate that, SD achieves 8-18x computational complexity reduction as compared to the latent diffusion models on a series of conditional and unconditional image generation tasks while retaining competitive image fidelity.

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}.

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。

我们介绍了文本到图像生成的矢量量化扩散（VQ-扩散）模型。该方法基于矢量量化变分性AutoEncoder（VQ-VAE），其潜像通过最近开发的去噪扩散概率（DDPM）的条件变体为基础。我们发现这种潜在空间方法非常适合于图像到图像生成任务，因为它不仅消除了具有现有方法的单向偏差，还允许我们结合掩模和更换的扩散策略，以避免积累错误，这是现有方法的严重问题。我们的实验表明，与具有类似数量的参数数量的传统自回归（AR）模型相比，VQ扩散产生明显更好的文本到图像生成结果。与以前的基于GAN的文本到图像方法相比，我们的VQ扩散可以通过大边缘处理更复杂的场景并提高合成的图像质量。最后，我们表明我们的方法中的图像生成计算可以通过Reparameter化进行高效。利用传统的AR方法，文本到图像生成时间随输出图像分辨率线性增加，因此即使对于正常尺寸图像也是相当耗时的。 VQ-扩散使我们能够在质量和速度之间实现更好的权衡。我们的实验表明，具有Reparameterization的VQ扩散模型比传统的AR方法快15倍，同时实现更好的图像质量。

Score-based diffusion models have captured widespread attention and funded fast progress of recent vision generative tasks. In this paper, we focus on diffusion model backbone which has been much neglected before. We systematically explore vision Transformers as diffusion learners for various generative tasks. With our improvements the performance of vanilla ViT-based backbone (IU-ViT) is boosted to be on par with traditional U-Net-based methods. We further provide a hypothesis on the implication of disentangling the generative backbone as an encoder-decoder structure and show proof-of-concept experiments verifying the effectiveness of a stronger encoder for generative tasks with ASymmetriC ENcoder Decoder (ASCEND). Our improvements achieve competitive results on CIFAR-10, CelebA, LSUN, CUB Bird and large-resolution text-to-image tasks. To the best of our knowledge, we are the first to successfully train a single diffusion model on text-to-image task beyond 64x64 resolution. We hope this will motivate people to rethink the modeling choices and the training pipelines for diffusion-based generative models.

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。

利用深度学习的最新进展，文本到图像生成模型目前具有吸引公众关注的优点。其中两个模型Dall-E 2和Imagen已经证明，可以从图像的简单文本描述中生成高度逼真的图像。基于一种称为扩散模型的新型图像生成方法，文本对图像模型可以生产许多不同类型的高分辨率图像，其中人类想象力是唯一的极限。但是，这些模型需要大量的计算资源来训练，并处理从互联网收集的大量数据集。此外，代码库和模型均未发布。因此，它可以防止AI社区尝试这些尖端模型，从而使其结果复制变得复杂，即使不是不可能。在本文中，我们的目标是首先回顾这些模型使用的不同方法和技术，然后提出我们自己的文本模型模型实施。高度基于DALL-E 2，我们引入了一些轻微的修改，以应对所引起的高计算成本。因此，我们有机会进行实验，以了解这些模型的能力，尤其是在低资源制度中。特别是，我们提供了比Dall-e 2的作者（包括消融研究）更深入的分析。此外，扩散模型使用所谓的指导方法来帮助生成过程。我们引入了一种新的指导方法，该方法可以与其他指导方法一起使用，以提高图像质量。最后，我们的模型产生的图像质量相当好，而不必维持最先进的文本对图像模型的重大培训成本。

扩散模型（DMS）显示出高质量图像合成的巨大潜力。但是，当涉及到具有复杂场景的图像时，如何正确描述图像全局结构和对象细节仍然是一项具有挑战性的任务。在本文中，我们提出了弗里多（Frido），这是一种特征金字塔扩散模型，该模型执行了图像合成的多尺度粗到1个降解过程。我们的模型将输入图像分解为依赖比例的矢量量化特征，然后是用于产生图像输出的粗到细门。在上述多尺度表示阶段，可以进一步利用文本，场景图或图像布局等其他输入条件。因此，还可以将弗里多应用于条件或跨模式图像合成。我们对各种无条件和有条件的图像生成任务进行了广泛的实验，从文本到图像综合，布局到图像，场景环形图像到标签形象。更具体地说，我们在五个基准测试中获得了最先进的FID分数，即可可和开阔图像的布局到图像，可可和视觉基因组的场景环形图像以及可可的标签对图像图像。 。代码可在https://github.com/davidhalladay/frido上找到。

降级扩散概率模型（DDPM）最近在许多生成任务中都取得了领先的性能。但是，继承的迭代采样过程成本阻碍了他们的应用程序到文本到语音部署。通过有关扩散模型参数化的初步研究，我们发现以前基于梯度的TTS模型需要数百或数千个迭代以保证高样本质量，这对加速采样带来了挑战。在这项工作中，我们提出了Prodiff的建议，以用于高质量文本到语音的渐进快速扩散模型。与以前的估计数据密度梯度的工作不同，Prodiff通过直接预测清洁数据来避免在加速采样时避免明显的质量降解来参数化denoising模型。为了通过减少扩散迭代来应对模型收敛挑战，Prodiff通过知识蒸馏减少目标位点的数据差异。具体而言，Denoising模型使用N-Step DDIM教师的生成的MEL光谱图作为训练目标，并将行为提炼成具有N/2步的新模型。因此，它允许TTS模型做出尖锐的预测，并通过数量级进一步减少采样时间。我们的评估表明，Prodiff仅需要两次迭代即可合成高保真性MEL光谱图，同时使用数百个步骤保持样本质量和多样性与最先进的模型竞争。 Prodiff在单个NVIDIA 2080TI GPU上的采样速度比实时快24倍，这使得扩散模型实际上是第一次适用于文本到语音综合部署。我们广泛的消融研究表明，Prodiff中的每种设计都是有效的，我们进一步表明，Prodiff可以轻松扩展到多扬声器设置。音频样本可在\ url {https://prodiff.github.io/。}上找到

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.

Large-scale diffusion-based generative models have led to breakthroughs in text-conditioned high-resolution image synthesis. Starting from random noise, such text-to-image diffusion models gradually synthesize images in an iterative fashion while conditioning on text prompts. We find that their synthesis behavior qualitatively changes throughout this process: Early in sampling, generation strongly relies on the text prompt to generate text-aligned content, while later, the text conditioning is almost entirely ignored. This suggests that sharing model parameters throughout the entire generation process may not be ideal. Therefore, in contrast to existing works, we propose to train an ensemble of text-to-image diffusion models specialized for different synthesis stages. To maintain training efficiency, we initially train a single model, which is then split into specialized models that are trained for the specific stages of the iterative generation process. Our ensemble of diffusion models, called eDiff-I, results in improved text alignment while maintaining the same inference computation cost and preserving high visual quality, outperforming previous large-scale text-to-image diffusion models on the standard benchmark. In addition, we train our model to exploit a variety of embeddings for conditioning, including the T5 text, CLIP text, and CLIP image embeddings. We show that these different embeddings lead to different behaviors. Notably, the CLIP image embedding allows an intuitive way of transferring the style of a reference image to the target text-to-image output. Lastly, we show a technique that enables eDiff-I's "paint-with-words" capability. A user can select the word in the input text and paint it in a canvas to control the output, which is very handy for crafting the desired image in mind. The project page is available at https://deepimagination.cc/eDiff-I/

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。

基于分数的生成模型（SGM）最近已成为一类有希望的生成模型。关键思想是通过将高斯的噪音和梯度添加到高斯样品中，直到收敛到目标分布（又称扩散采样）来产生高质量的图像。但是，为了确保采样和发电质量中收敛的稳定性，此顺序抽样过程必须采用较小的步长和许多采样迭代（例如，2000年）。已经提出了几种加速方法，重点是低分辨率生成。在这项工作中，我们考虑使用SGM的高分辨率一代加速，这是一个更具挑战性，更重要的问题。从理论上讲，我们证明了这种缓慢的收敛弊端主要是由于目标分布的无知。此外，我们通过利用空间和频域中的结构先验来介绍一种新的目标分布意识采样（TDAS）方法。关于CIFAR-10，Celeba，LSUN和FFHQ数据集的广泛实验，验证了TDA可以始终加速最先进的SGM，尤其是在更具挑战性的高分辨率（1024x1024）图像生成任务上，最多可以维持18.4 x合成质量。随着采样迭代的较少，TDA仍然可以生成高质量的图像。相比之下，现有的方法会大大降解甚至完全失败

可控图像合成模型允许根据文本指令或来自示例图像的指导创建不同的图像。最近，已经显示出去噪扩散概率模型比现有方法产生更现实的图像，并且已在无条件和类条件设置中成功展示。我们探索细粒度，连续控制该模型类，并引入了一种新颖的统一框架，用于语义扩散指导，允许语言或图像指导，或两者。使用图像文本或图像匹配分数的梯度将指导注入预训练的无条件扩散模型中。我们探讨基于剪辑的文本指导，以及以统一形式的基于内容和类型的图像指导。我们的文本引导综合方法可以应用于没有相关文本注释的数据集。我们对FFHQ和LSUN数据集进行实验，并显示出细粒度的文本引导图像合成的结果，与样式或内容示例图像相关的图像的合成，以及具有文本和图像引导的示例。

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。

Classifier-free guided diffusion models have recently been shown to be highly effective at high-resolution image generation, and they have been widely used in large-scale diffusion frameworks including DALLE-2, Stable Diffusion and Imagen. However, a downside of classifier-free guided diffusion models is that they are computationally expensive at inference time since they require evaluating two diffusion models, a class-conditional model and an unconditional model, tens to hundreds of times. To deal with this limitation, we propose an approach to distilling classifier-free guided diffusion models into models that are fast to sample from: Given a pre-trained classifier-free guided model, we first learn a single model to match the output of the combined conditional and unconditional models, and then we progressively distill that model to a diffusion model that requires much fewer sampling steps. For standard diffusion models trained on the pixel-space, our approach is able to generate images visually comparable to that of the original model using as few as 4 sampling steps on ImageNet 64x64 and CIFAR-10, achieving FID/IS scores comparable to that of the original model while being up to 256 times faster to sample from. For diffusion models trained on the latent-space (e.g., Stable Diffusion), our approach is able to generate high-fidelity images using as few as 1 to 4 denoising steps, accelerating inference by at least 10-fold compared to existing methods on ImageNet 256x256 and LAION datasets. We further demonstrate the effectiveness of our approach on text-guided image editing and inpainting, where our distilled model is able to generate high-quality results using as few as 2-4 denoising steps.

Conditional diffusion probabilistic models can model the distribution of natural images and can generate diverse and realistic samples based on given conditions. However, oftentimes their results can be unrealistic with observable color shifts and textures. We believe that this issue results from the divergence between the probabilistic distribution learned by the model and the distribution of natural images. The delicate conditions gradually enlarge the divergence during each sampling timestep. To address this issue, we introduce a new method that brings the predicted samples to the training data manifold using a pretrained unconditional diffusion model. The unconditional model acts as a regularizer and reduces the divergence introduced by the conditional model at each sampling step. We perform comprehensive experiments to demonstrate the effectiveness of our approach on super-resolution, colorization, turbulence removal, and image-deraining tasks. The improvements obtained by our method suggest that the priors can be incorporated as a general plugin for improving conditional diffusion models.

关于文本到图像生成的研究在产生多样化和照片现实的图像方面取得了重大进展，这是由在大规模图像文本数据上训练的扩散和自动回归模型驱动的。尽管最先进的模型可以产生共同实体的高质量图像，但它们通常很难产生不常见的实体的图像，例如“ chortai（dog）”或“ picarones（食物）”。为了解决此问题，我们介绍了检索型的文本对图像生成器（Re-Imagen），这是一种生成模型，它使用检索到的信息来产生高保真和忠实的图像，即使对于稀有或看不见的实体也是如此。给定文本提示，重新构造访问外部多模式知识库以检索相关（图像，文本）对，并将它们用作引用来生成图像。通过此检索步骤，重新构造的知识是对上述实体的高级语义和低级视觉细节的了解，从而提高了其在产生实体视觉外观的准确性。我们在包含（图像，文本，检索）的构造数据集上训练Re-Imagen，以教导该模型在文本提示和检索上扎根。此外，我们制定了一种新的抽样策略，以使文本和检索条件的无分类指南交流，以平衡文本和检索对齐。 Re-Imagen在两个图像生成基准上获得了新的SOTA FID结果，例如Coco（IE，FID = 5.25）和Wikiimage（即FID = 5.82），而无需微调。为了进一步评估该模型的功能，我们介绍了EntityDrawBench，这是一种新的基准测试，可评估从多个视觉域的各种实体的图像生成，从频繁到稀有。人类对EntityDrawBench的评估表明，Re-Imagen与照片现实主义中最好的先前模型相同，但具有明显的忠诚，尤其是在较不频繁的实体上。

深度学习表现出巨大的生成任务潜力。生成模型是可以根据某些隐含参数随机生成观测值的模型类。最近，扩散模型由于其发电能力而成为一类生成模型。如今，已经取得了巨大的成就。除了计算机视觉，语音产生，生物信息学和自然语言处理外，还需要在该领域探索更多应用。但是，扩散模型具有缓慢生成过程的自然缺点，从而导致许多增强的作品。该调查总结了扩散模型的领域。我们首先说明了两项具有里程碑意义的作品的主要问题-DDPM和DSM。然后，我们提供各种高级技术，以加快扩散模型 - 训练时间表，无训练采样，混合模型以及得分和扩散统一。关于现有模型，我们还根据特定的NFE提供了FID得分的基准和NLL。此外，引入了带有扩散模型的应用程序，包括计算机视觉，序列建模，音频和科学AI。最后，该领域以及局限性和进一步的方向都进行了摘要。

denoisis扩散概率模型（DDPM）能够通过引入独立的噪声吸引分类器来在每次deosoing过程的时间步骤中提供条件梯度指导，从而使有条件的图像从先前的噪声到真实数据。但是，由于分类器能够轻松地区分不完全生成的图像仅具有高级结构的能力，因此梯度是一种类信息指导，倾向于尽早消失，导致从条件生成过程中崩溃到无条件过程。为了解决这个问题，我们从两个角度提出了两种简单但有效的方法。对于抽样程序，我们将预测分布的熵作为指导消失水平的度量，并提出一种熵感知的缩放方法，以适应性地恢复条件语义指导。每个生成样品的％。对于训练阶段，我们提出了熵吸引的优化目标，以减轻噪音数据的过度自信预测。在Imagenet1000 256x256中，我们提出的采样方案和训练有素的分类器（预训练的条件和无条件的DDPM模型可以实现10.89％（4.59至4.59至4.09））和43.5％（12至6.78）FID改善。