虽然昼夜投影（ERP）是存储全向图像（也称为360度图像）的方便形式，但它既不是等区别也不是共形的，因此与随后的视觉通信不友好。在图像压缩的背景下，ERP将过度采样和变形和靠近杆子的东西，使得感知上最佳的比特分配难以实现。在传统的360度图像压缩中，引入了诸如区域明智的包装和平铺表示的技术以减轻过采样问题，实现有限的成功。在本文中，我们首次尝试学习用于全向图像压缩的深度神经网络之一。我们首先描述参数伪压花表示作为常见的伪变性地图突起的概括。提出了一种计算上易贪婪的方法，以确定关于速率失真性能的新型代理目标的假阴压表示的（子） - 优化配置。然后，我们提出了假阴压卷曲的360度图像压缩。在参数表示的合理约束下，可以通过标准卷积与所谓的假阴压填充有效地实现假阴压卷积。为了展示我们想法的可行性，我们实现了一个端到端的360度图像压缩系统，由学习的假阴短表示，分析变换，非均匀量化器，合成变换和熵模型组成。实验结果为19,790美元$ 9,790 $全向图像表明，我们的方法始终如一的比竞争方法达到更好的速率失真性能。此外，对于所有比特率的所有图像，我们的方法的视觉质量显着提高。

Image compression is a fundamental research field and many well-known compression standards have been developed for many decades. Recently, learned compression methods exhibit a fast development trend with promising results. However, there is still a performance gap between learned compression algorithms and reigning compression standards, especially in terms of widely used PSNR metric. In this paper, we explore the remaining redundancy of recent learned compression algorithms. We have found accurate entropy models for rate estimation largely affect the optimization of network parameters and thus affect the rate-distortion performance. Therefore, in this paper, we propose to use discretized Gaussian Mixture Likelihoods to parameterize the distributions of latent codes, which can achieve a more accurate and flexible entropy model. Besides, we take advantage of recent attention modules and incorporate them into network architecture to enhance the performance. Experimental results demonstrate our proposed method achieves a state-of-the-art performance compared to existing learned compression methods on both Kodak and high-resolution datasets. To our knowledge our approach is the first work to achieve comparable performance with latest compression standard Versatile Video Coding (VVC) regarding PSNR. More importantly, our approach generates more visually pleasant results when optimized by MS-SSIM. The project page is at https://github.com/ZhengxueCheng/ Learned-Image-Compression-with-GMM-and-Attention.

最新的2D图像压缩方案依赖于卷积神经网络（CNN）的力量。尽管CNN为2D图像压缩提供了有希望的观点，但将此类模型扩展到全向图像并不简单。首先，全向图像具有特定的空间和统计特性，这些特性无法通过当前CNN模型完全捕获。其次，在球体上，基本的数学操作组成了CNN体系结构，例如翻译和采样。在本文中，我们研究了全向图像的表示模型的学习，并建议使用球体的HealPix均匀采样的属性来重新定义用于全向图像的深度学习模型中使用的数学工具。特别是，我们：i）提出了在球体上进行新的卷积操作的定义，以保持经典2D卷积的高表现力和低复杂性； ii）适应标准的CNN技术，例如步幅，迭代聚集和像素改组到球形结构域；然后iii）将我们的新框架应用于全向图像压缩的任务。我们的实验表明，与应用于等应角图像的类似学习模型相比，我们提出的球形溶液可带来更好的压缩增益，可以节省比特率的13.7％。同样，与基于图形卷积网络的学习模型相比，我们的解决方案支持更具表现力的过滤器，这些过滤器可以保留高频并提供压缩图像的更好的感知质量。这样的结果证明了拟议框架的效率，该框架为其他全向视觉任务任务打开了新的研究场所，以在球体歧管上有效实施。

Recent models for learned image compression are based on autoencoders, learning approximately invertible mappings from pixels to a quantized latent representation. These are combined with an entropy model, a prior on the latent representation that can be used with standard arithmetic coding algorithms to yield a compressed bitstream. Recently, hierarchical entropy models have been introduced as a way to exploit more structure in the latents than simple fully factorized priors, improving compression performance while maintaining end-to-end optimization. Inspired by the success of autoregressive priors in probabilistic generative models, we examine autoregressive, hierarchical, as well as combined priors as alternatives, weighing their costs and benefits in the context of image compression. While it is well known that autoregressive models come with a significant computational penalty, we find that in terms of compression performance, autoregressive and hierarchical priors are complementary and, together, exploit the probabilistic structure in the latents better than all previous learned models. The combined model yields state-of-the-art rate-distortion performance, providing a 15.8% average reduction in file size over the previous state-of-the-art method based on deep learning, which corresponds to a 59.8% size reduction over JPEG, more than 35% reduction compared to WebP and JPEG2000, and bitstreams 8.4% smaller than BPG, the current state-of-the-art image codec. To the best of our knowledge, our model is the first learning-based method to outperform BPG on both PSNR and MS-SSIM distortion metrics.32nd Conference on Neural Information Processing Systems (NIPS 2018),

上下文自适应熵模型的应用显着提高了速率 - 渗透率（R-D）的性能，在该表现中，超级培训和自回归模型被共同利用来有效捕获潜在表示的空间冗余。但是，潜在表示仍然包含一些空间相关性。此外，这些基于上下文自适应熵模型的方法在解码过程中无法通过并行计算设备，例如FPGA或GPU。为了减轻这些局限性，我们提出了一个学识渊博的多分辨率图像压缩框架，该框架利用了最近开发的八度卷积，以将潜在表示形式分配到高分辨率（HR）和低分辨率（LR）部分，类似于小波变换，这进一步改善了R-D性能。为了加快解码的速度，我们的方案不使用上下文自适应熵模型。取而代之的是，我们利用一个额外的超层，包括超级编码器和超级解码器，以进一步删除潜在表示的空间冗余。此外，将跨分辨率参数估计（CRPE）引入提出的框架中，以增强信息流并进一步改善速率延伸性能。提出了对总损耗函数提出的其他信息损失，以调整LR部分对最终位流的贡献。实验结果表明，与最先进的学术图像压缩方法相比，我们的方法分别将解码时间减少了约73.35％和93.44％，R-D性能仍然优于H.266/VVC（4：4：：4：： 2：0）以及对PSNR和MS-SSIM指标的一些基于学习的方法。

在近期深度图像压缩神经网络中，熵模型在估计深度图像编码的先前分配时起着重要作用。现有方法将HydupRior与熵估计功能中的本地上下文组合。由于没有全球愿景，这大大限制了他们的表现。在这项工作中，我们提出了一种新的全局参考模型，用于图像压缩，以有效地利用本地和全局上下文信息，导致增强的压缩率。所提出的方法扫描解码的潜伏，然后找到最相关的潜伏，以帮助分布估计当前潜伏。这项工作的副产品是一种平均转换GDN模块的创新，进一步提高了性能。实验结果表明，所提出的模型优于行业中大多数最先进方法的速率变形性能。

学习的视频压缩最近成为开发高级视频压缩技术的重要研究主题，其中运动补偿被认为是最具挑战性的问题之一。在本文中，我们通过异质变形补偿策略（HDCVC）提出了一个学识渊博的视频压缩框架，以解决由单尺度可变形的特征域中单尺可变形核引起的不稳定压缩性能的问题。更具体地说，所提出的算法提取物从两个相邻框架中提取的算法提取物特征来估算估计内容自适应的异质变形（Hetdeform）内核偏移量，而不是利用光流或单尺内核变形对齐。然后，我们将参考特征转换为HetDeform卷积以完成运动补偿。此外，我们设计了一个空间 - 邻化的分裂归一化（SNCDN），以实现更有效的数据高斯化结合了广义分裂的归一化。此外，我们提出了一个多框架增强的重建模块，用于利用上下文和时间信息以提高质量。实验结果表明，HDCVC比最近最新学习的视频压缩方法取得了优越的性能。

We describe an end-to-end trainable model for image compression based on variational autoencoders. The model incorporates a hyperprior to effectively capture spatial dependencies in the latent representation. This hyperprior relates to side information, a concept universal to virtually all modern image codecs, but largely unexplored in image compression using artificial neural networks (ANNs). Unlike existing autoencoder compression methods, our model trains a complex prior jointly with the underlying autoencoder. We demonstrate that this model leads to state-of-the-art image compression when measuring visual quality using the popular MS-SSIM index, and yields rate-distortion performance surpassing published ANN-based methods when evaluated using a more traditional metric based on squared error (PSNR). Furthermore, we provide a qualitative comparison of models trained for different distortion metrics.

最近，基于深度学习的图像压缩已取得了显着的进步，并且在主观度量和更具挑战性的客观指标中，与最新的传统方法H.266/vvc相比，取得了更好的评分（R-D）性能。但是，一个主要问题是，许多领先的学识渊博的方案无法保持绩效和复杂性之间的良好权衡。在本文中，我们提出了一个效率和有效的图像编码框架，该框架的复杂性比最高的状态具有相似的R-D性能。首先，我们开发了改进的多尺度残差块（MSRB），该块可以扩展容纳长石，并且更容易获得全球信息。它可以进一步捕获和减少潜在表示的空间相关性。其次，引入了更高级的重要性图网络，以自适应地分配位置到图像的不同区域。第三，我们应用2D定量后flter（PQF）来减少视频编码中样本自适应偏移量（SAO）flter的动机。此外，我们认为编码器和解码器的复杂性对图像压缩性能有不同的影响。基于这一观察结果，我们设计了一个不对称范式，其中编码器采用三个阶段的MSRB来提高学习能力，而解码器只需要一个srb的一个阶段就可以产生令人满意的重建，从而在不牺牲性能的情况下降低了解码的复杂性。实验结果表明，与最先进的方法相比，所提出方法的编码和解码时间速度约为17倍，而R-D性能仅在Kodak和Tecnick数据集中降低了1％，而R-D性能仅少于1％。它仍然比H.266/VVC（4：4：4）和其他基于学习的方法更好。我们的源代码可在https://github.com/fengyurenpingsheng上公开获得。

In recent years, neural image compression (NIC) algorithms have shown powerful coding performance. However, most of them are not adaptive to the image content. Although several content adaptive methods have been proposed by updating the encoder-side components, the adaptability of both latents and the decoder is not well exploited. In this work, we propose a new NIC framework that improves the content adaptability on both latents and the decoder. Specifically, to remove redundancy in the latents, our content adaptive channel dropping (CACD) method automatically selects the optimal quality levels for the latents spatially and drops the redundant channels. Additionally, we propose the content adaptive feature transformation (CAFT) method to improve decoder-side content adaptability by extracting the characteristic information of the image content, which is then used to transform the features in the decoder side. Experimental results demonstrate that our proposed methods with the encoder-side updating algorithm achieve the state-of-the-art performance.

在本文中，我们提出了一类新的高效的深源通道编码方法，可以在非线性变换下的源分布下，可以在名称非线性变换源通道编码（NTSCC）下收集。在所考虑的模型中，发射器首先了解非线性分析变换以将源数据映射到潜伏空间中，然后通过深关节源通道编码将潜在的表示发送到接收器。我们的模型在有效提取源语义特征并提供源通道编码的侧面信息之前，我们的模型包括强度。与现有的传统深度联合源通道编码方法不同，所提出的NTSCC基本上学习源潜像和熵模型，作为先前的潜在表示。因此，开发了新的自适应速率传输和高辅助辅助编解码器改进机制以升级深关节源通道编码。整个系统设计被制定为优化问题，其目标是最小化建立感知质量指标下的端到端传输率失真性能。在简单的示例源和测试图像源上，我们发现所提出的NTSCC传输方法通常优于使用标准的深关节源通道编码和基于经典分离的数字传输的模拟传输。值得注意的是，由于其剧烈的内容感知能力，所提出的NTSCC方法可能会支持未来的语义通信。

最近的工作表明，变异自动编码器（VAE）与速率失真理论之间有着密切的理论联系。由此激发，我们从生成建模的角度考虑了有损图像压缩的问题。从最初是为数据（图像）分布建模设计的Resnet VAE开始，我们使用量化意识的后验和先验重新设计其潜在变量模型，从而实现易于量化和熵编码的图像压缩。除了改进的神经网络块外，我们还提出了一类强大而有效的有损图像编码器类别，超过了自然图像（有损）压缩的先前方法。我们的模型以粗略的方式压缩图像，并支持并行编码和解码，从而在GPU上快速执行。

熵建模是高性能图像压缩算法的关键组件。自回旋上下文建模的最新发展有助于基于学习的方法超越了经典的方法。但是，由于潜在空间中的空间通道依赖性以及上下文适应性的次优实现，这些模型的性能可以进一步提高。受到变压器的自适应特性的启发，我们提出了一个基于变压器的上下文模型，名为ContextFormer，该模型将事实上的标准注意机制推广到时空通道的注意力。我们用上下文形式替换了现代压缩框架的上下文模型，并在广泛使用的柯达，Clic2020和Tecnick Image数据集上进行测试。我们的实验结果表明，与标准多功能视频编码（VVC）测试模型（VTM）16.2相比，提出的模型可节省多达11％的利率，并且在PSNR和MS-SSIM方面优于各种基于学习的模型。

对于神经视频编解码器，设计有效的熵模型至关重要但又具有挑战性，该模型可以准确预测量化潜在表示的概率分布。但是，大多数现有的视频编解码器直接使用图像编解码器的现成的熵模型来编码残差或运动，并且不会完全利用视频中的时空特性。为此，本文提出了一个强大的熵模型，该模型有效地捕获了空间和时间依赖性。特别是，我们介绍了潜在的先验，这些先验利用了潜在表示之间的相关性来挤压时间冗余。同时，提出了双重空间先验，以平行友好的方式降低空间冗余。此外，我们的熵模型也是通用的。除了估计概率分布外，我们的熵模型还在空间通道上生成量化步骤。这种内容自适应的量化机制不仅有助于我们的编解码器在单个模型中实现平滑的速率调整，而且还通过动态位分配来改善最终速率延伸性能。实验结果表明，与H.266（VTM）相比，使用最高的压缩率配置，我们的神经编解码器在提出的熵模型中，我们的神经编解码器可以在UVG数据集上节省18.2％的比特率。它在神经视频编解码器的开发中是一个新的里程碑。这些代码在https://github.com/microsoft/dcvc上。

最近的工作表明，学习的图像压缩策略可以倾销标准的手工制作压缩算法，这些压缩算法已经开发了几十年的速率 - 失真折衷的研究。随着计算机视觉的不断增长的应用，来自可压缩表示的高质量图像重建通常是次要目标。压缩，可确保计算机视觉任务等高精度，例如图像分割，分类和检测，因此具有跨各种设置的显着影响的可能性。在这项工作中，我们开发了一个框架，它产生适合人类感知和机器感知的压缩格式。我们表明可以了解到表示，同时优化核心视觉任务的压缩和性能。我们的方法允许直接从压缩表示培训模型，并且这种方法会产生新任务和低拍学习设置的性能。我们呈现出与标准高质量JPG相比细分和检测性能提高的结果，但是在每像素的比特方面，表示表示的表示性比率为4至10倍。此外，与天真的压缩方法不同，在比标准JEPG的十倍小的级别，我们格式培训的分段和检测模型仅在性能下遭受轻微的降级。

Most semantic communication systems leverage deep learning models to provide end-to-end transmission performance surpassing the established source and channel coding approaches. While, so far, research has mainly focused on architecture and model improvements, but such a model trained over a full dataset and ergodic channel responses is unlikely to be optimal for every test instance. Due to limitations on the model capacity and imperfect optimization and generalization, such learned models will be suboptimal especially when the testing data distribution or channel response is different from that in the training phase, as is likely to be the case in practice. To tackle this, in this paper, we propose a novel semantic communication paradigm by leveraging the deep learning model's overfitting property. Our model can for instance be updated after deployment, which can further lead to substantial gains in terms of the transmission rate-distortion (RD) performance. This new system is named adaptive semantic communication (ASC). In our ASC system, the ingredients of wireless transmitted stream include both the semantic representations of source data and the adapted decoder model parameters. Specifically, we take the overfitting concept to the extreme, proposing a series of ingenious methods to adapt the semantic codec or representations to an individual data or channel state instance. The whole ASC system design is formulated as an optimization problem whose goal is to minimize the loss function that is a tripartite tradeoff among the data rate, model rate, and distortion terms. The experiments (including user study) verify the effectiveness and efficiency of our ASC system. Notably, the substantial gain of our overfitted coding paradigm can catalyze semantic communication upgrading to a new era.

对于许多技术领域的专业用户，例如医学，遥感，精密工程和科学研究，无损和近乎无情的图像压缩至关重要。但是，尽管在基于学习的图像压缩方面的研究兴趣迅速增长，但没有发表的方法提供无损和近乎无情的模式。在本文中，我们提出了一个统一而强大的深层损失加上残留（DLPR）编码框架，以实现无损和近乎无情的图像压缩。在无损模式下，DLPR编码系统首先执行有损压缩，然后执行残差的无损编码。我们在VAE的方法中解决了关节损失和残留压缩问题，并添加残差的自回归上下文模型以增强无损压缩性能。在近乎荒谬的模式下，我们量化了原始残差以满足给定的$ \ ell_ \ infty $错误绑定，并提出了可扩展的近乎无情的压缩方案，该方案适用于可变$ \ ell_ \ infty $ bunds而不是训练多个网络。为了加快DLPR编码，我们通过新颖的编码环境设计提高了算法并行化的程度，并以自适应残留间隔加速熵编码。实验结果表明，DLPR编码系统以竞争性的编码速度实现了最先进的无损和近乎无效的图像压缩性能。

由于智能手机摄像机中配备了相对较小的传感器，通常在当今捕获的图像中通常存在高噪声，在这种情况下，噪声带来了有损图像压缩算法的额外挑战。如果没有能力分辨图像细节和噪声之间的差异，一般图像压缩方法分配了其他位，以在压缩过程中明确存储不需要的图像噪声，并在减压期间恢复不愉快的嘈杂图像。基于观察结果，我们优化图像压缩算法是噪声吸引的，因为关节降解和压缩以解决位不当分配问题。关键是要通过消除压缩过程中的不希望的噪声来将原始噪声图像转换为无噪声的位，以后将其作为干净的图像解压缩。具体而言，我们提出了一种新型的两分支，重量分担的架构，并具有插件功能Denoisers，以允许在几乎没有计算成本的情况下简单有效地实现目标。实验结果表明，我们的方法对合成数据集和现实数据集的现有基线方法有了显着改进。我们的源代码可从https://github.com/felixcheng97/denoisecompression获得。

相互预测是实现现代视频编码标准高压效率的关键技术之一。在编码之前，需要将360度视频映射到2D图像平面，以便使用现有的视频编码标准进行压缩。但是，当将球形数据映射到2D图像平面上时不可避免地发生扭曲，但是，损害了经典的中间预测技术的性能。在本文中，我们为360度视频提出了一种运动平面自适应相互预测技术（MPA），该视频考虑了360度视频的球形特征。基于视频的已知投影格式，MPA允许对3D空间中的不同运动平面执行相互预测，而不必在理论上任意映射 - 2D图像表示。我们进一步推导了运动平面自适应运动矢量预测技术（MPA-MVP），该技术允许在不同的运动平面和运动模型之间转换运动信息。我们建议将MPA与MPA-MVP一起集成到最新的H.266/VVC视频编码标准中，根据PSNR，Bjontegaard Delta速率节省了1.72％，峰值为3.97％，为1.56％，峰值为3.97％。基于WS-PSNR的峰值为3.40％，而VTM-14.2平均水平为基础。

最近，学到的图像压缩方法优于传统手工制作的方法，包括BPG。该成功的关键之一是学习的熵模型，该模型估计了量化潜在表示的概率分布。与其他视觉任务一样，最近学习的熵模型基于卷积神经网络（CNN）。但是，CNN由于局部连接性的性质而在建模长期依赖性方面有限制，这在图像压缩中可能是一个重要的瓶颈，其中降低空间冗余是一个关键点。为了克服这个问题，我们提出了一个名为Informand Transformer（Informer）的新型熵模型，该模型使用注意机制以内容依赖性方式利用全球和局部信息。我们的实验表明，告密者可以提高利率 - 对柯达和Tecnick数据集的最先进方法的延伸性能，而没有二次计算复杂性问题。我们的源代码可在https://github.com/naver-ai/informer上获得。