近年来，出于计算机视觉目的，将图像传输到远程服务器的传输急剧增加。在许多应用程序（例如监视）中，图像主要是用于自动分析的，并且很少被人类看到。在这种情况下，使用传统的压缩在比特率方面效率低下，这可能是由于关注基于人类的失真指标。因此，重要的是创建特定的图像编码方法，以供人类和机器联合使用。创建这种编解码器的机器侧的一种方法是在深神经网络中执行某些中间层执行机器任务的功能匹配。在这项工作中，我们探讨了用于培训人类和机器可学习的编解码器时所使用的层选择的效果。我们证明，使用数据处理不平等，从速率延伸的意义上讲，更深层的匹配特征是可取的。接下来，我们通过重新培训现有的可扩展人机编码模型来从经验上确认我们的发现。在我们的实验中，我们显示了这种可扩展模型的人类和机器方面的权衡，并讨论了在这方面使用更深层进行训练的好处。

视频内容不仅是人类观看的，而且越来越多地被机器观看。例如，机器学习模型分析监视视频，以进行安全性和流量监控，通过YouTube视频搜索不适当的内容，等等。在本文中，我们提出了一个可扩展的视频编码框架，该框架通过其基础层bitstream和人类视觉通过其增强层的bitstream来支持机器视觉（特别是对象检测）。所提出的框架包括基于常规神经网络（DNN）的视频编码的组件。结果表明，与最先进的视频编解码器相比，在对象检测中，提议的框架可节省13-19％的位，同时在人类视觉任务上保持竞争力。

当涉及数码相机中的图像压缩时，传统上是在压缩之前执行的。但是，在某些应用中，可能需要进行图像噪声来证明图像的可信度，例如法院证据和图像取证。这意味着除干净的图像本身外，还需要编码噪声本身。在本文中，我们提出了一个基于学习的图像压缩框架，在该框架中共同执行图像denoising和压缩。图像编解码器的潜在空间以可扩展的方式组织，以便可以从潜在空间的子集（基础层）中解码清洁图像，而嘈杂的图像则以较高的速率从完整的潜在空间解码。使用潜在空间的子集作为剥落图像，可以以较低的速率进行deno。除了提供嘈杂的输入图像的可扩展表示外，用压缩共同执行deno，这是直观的意义，因为噪声很难压缩；因此，可压缩性是可能有助于区分信号的标准之一。将提出的编解码器与已建立的压缩和降解基准进行了比较，并且与最先进的编解码器和最先进的Denoiser的级联组合相比，实验显示了大量的比特率节省。

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。

迄今为止，通信系统主要旨在可靠地交流位序列。这种方法提供了有效的工程设计，这些设计对消息的含义或消息交换所旨在实现的目标不可知。但是，下一代系统可以通过将消息语义和沟通目标折叠到其设计中来丰富。此外，可以使这些系统了解进行交流交流的环境，从而为新颖的设计见解提供途径。本教程总结了迄今为止的努力，从早期改编，语义意识和以任务为导向的通信开始，涵盖了基础，算法和潜在的实现。重点是利用信息理论提供基础的方法，以及学习在语义和任务感知通信中的重要作用。

视频编码技术已不断改进，以更高的分辨率以更高的压缩比。但是，最先进的视频编码标准（例如H.265/HEVC和多功能视频编码）仍在设计中，该假设将被人类观看。随着深度神经网络在解决计算机视觉任务方面的巨大进步和成熟，越来越多的视频通过无人参与的深度神经网络直接分析。当计算机视觉应用程序使用压缩视频时，这种传统的视频编码标准设计并不是最佳的。尽管人类视觉系统对具有高对比度的内容一直敏感，但像素对计算机视觉算法的影响是由特定的计算机视觉任务驱动的。在本文中，我们探索并总结了计算机视觉任务的视频编码和新兴视频编码标准，机器的视频编码。

诸如智能手机和自治车辆的移动设备越来越依赖深神经网络（DNN）来执行复杂的推理任务，例如图像分类和语音识别等。但是，在移动设备上连续执行整个DNN可以快速消耗其电池。虽然任务卸载到云/边缘服务器可能会降低移动设备的计算负担，但信道质量，网络和边缘服务器负载中的不稳定模式可能导致任务执行的显着延迟。最近，已经提出了基于分割计算（SC）的方法，其中DNN被分成在移动设备上和边缘服务器上执行的头部和尾模型。最终，这可能会降低带宽使用以及能量消耗。另一种叫做早期退出（EE）的方法，列车模型在架构中呈现多个“退出”，每个都提供越来越高的目标准确性。因此，可以根据当前条件或应用需求进行准确性和延迟之间的权衡。在本文中，我们通过呈现最相关方法的比较，对SC和EE策略进行全面的综合调查。我们通过提供一系列引人注目的研究挑战来结束论文。

视觉信号压缩是一个长期存在的问题。通过深度学习的最近进步，令人兴奋的进展已经推动。尽管压缩性能更好，但现有的端到端压缩算法仍然以速率失真优化而设计更好的信号质量。在本文中，我们表明，网络架构的设计和优化可以进一步改善压缩机器视觉。我们为机器视觉的端到端压缩的编码器提出了一种反转的瓶颈结构，这特别考虑了语义信息的有效表示。此外，我们通过将分析精度纳入优化过程来追求优化的能力，并且通过以迭代方式进一步探索具有广义速率准确优化的最优性。我们使用对象检测作为展示用于机器视觉的端到端压缩，并且广泛的实验表明，该方案在分析性能方面实现了显着的BD速率。此外，由于信号电平重建，还对其他机器视觉任务的强大泛化能力表明了该方案的承诺。

可扩展的编码，可以适应通道带宽变化，在当今复杂的网络环境中表现良好。然而，现有的可扩展压缩方法面临两个挑战：降低压缩性能和可扩展性不足。在本文中，我们提出了第一所学习的细粒度可扩展图像压缩模型（DeepFGS）来克服上述两个缺点。具体地，我们介绍一个特征分离骨干，将图像信息划分为基本和可伸缩的功能，然后通过信息重新排列策略通过通道重新分配特征通道。以这种方式，我们可以通过一次通过编码来生成连续可扩展的比特流。此外，我们重复使用解码器以降低DeepFGS的参数和计算复杂性。实验表明，我们的DeePFGS优于PSNR和MS-SSIM度量中的所有基于学习的可伸缩图像压缩模型和传统可伸缩图像编解码器。据我们所知，我们的DeePFGS是对学习的细粒度可扩展编码的首次探索，与基于学习的方法相比，实现了最优质的可扩展性。

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。

By optimizing the rate-distortion-realism trade-off, generative compression approaches produce detailed, realistic images, even at low bit rates, instead of the blurry reconstructions produced by rate-distortion optimized models. However, previous methods do not explicitly control how much detail is synthesized, which results in a common criticism of these methods: users might be worried that a misleading reconstruction far from the input image is generated. In this work, we alleviate these concerns by training a decoder that can bridge the two regimes and navigate the distortion-realism trade-off. From a single compressed representation, the receiver can decide to either reconstruct a low mean squared error reconstruction that is close to the input, a realistic reconstruction with high perceptual quality, or anything in between. With our method, we set a new state-of-the-art in distortion-realism, pushing the frontier of achievable distortion-realism pairs, i.e., our method achieves better distortions at high realism and better realism at low distortion than ever before.

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。

速率 - 失真（R-D）函数，信息理论中的关键数量，其特征在于，通过任何压缩算法，通过任何压缩算法将数据源可以压缩到保真标准的基本限制。随着研究人员推动了不断提高的压缩性能，建立给定数据源的R-D功能不仅具有科学的兴趣，而且还在可能的空间上揭示了改善压缩算法的可能性。以前的解决此问题依赖于数据源上的分布假设（Gibson，2017）或仅应用于离散数据。相比之下，本文使得第一次尝试播放常规（不一定是离散的）源仅需要i.i.d的算法的算法。数据样本。我们估计高斯和高尺寸香蕉形源的R-D三明治界，以及GaN生成的图像。我们在自然图像上的R-D上限表示在各种比特率的PSNR中提高最先进的图像压缩方法的性能的空间。

最近的作品表明，现代机器学习技术可以为长期存在的联合源通道编码（JSCC）问题提供另一种方法。非常有希望的初始结果，优于使用单独的源代码和通道代码的流行数字方案，已被证明用于使用深神经网络（DNNS）的无线图像和视频传输。但是，此类方案的端到端培训需要可区分的通道输入表示。因此，先前的工作假设可以通过通道传输任何复杂值。这可以防止在硬件或协议只能接收数字星座规定的某些频道输入集的情况下应用这些代码。本文中，我们建议使用有限通道输入字母的端到端优化的JSCC解决方案DeepJSCC-Q。我们表明，DEEPJSCC-Q可以实现与允许任何复杂的有价值通道输入的先前作品相似的性能，尤其是在可用的高调制订单时，并且在调制顺序增加的情况下，性能渐近接近无约束通道输入的情况。重要的是，DEEPJSCC-Q保留了不可预测的渠道条件下图像质量的优雅降级，这是在频道迅速变化的移动系统中部署的理想属性。

最近，越来越多的图像被压缩并发送到用于机器分析任务的后端设备〜（\ textIt {e.g。，}对象检测），而不是纯粹由人类观察。但是，大多数传统图像编解码器旨在最大程度地减少人类视觉系统的失真，而无需考虑机器视觉系统的需求增加。在这项工作中，我们为机器视觉任务提出了一种预处理增强的图像压缩方法，以应对这一挑战。我们的框架不是依靠学习的图像编解码器进行端到端优化，而是基于传统的非差异编解码器，这意味着它是标准兼容的，并且可以轻松地部署在实际应用中。具体而言，我们在编码器之前提出了一个神经预处理模块，以维护下游任务的有用语义信息，并抑制无关信息以节省比特率。此外，我们的神经预处理模块是量化自适应的，可用于不同的压缩比。更重要的是，要通过下游机器视觉任务共同优化预处理模块，我们在后传播阶段介绍了传统非差异编解码器的代理网络。我们通过评估具有不同骨干网络的两个代表性下游任务的压缩方法来提供广泛的实验。实验结果表明，我们的方法通过节省约20％的比特率来实现编码比特率和下游机器视觉任务的性能之间的更好权衡。

我们描述了一种新型有损压缩方法，称为DIFFC，该方法基于无条件扩散生成模型。与依靠转换编码和量化来限制传输信息的现代压缩方案不同，DIFFC依赖于高斯噪声损坏的像素的有效通信。我们实施了概念证明，并发现尽管缺乏编码器变换，但它的工作原理表现出色，超过了Imagenet 64x64上最先进的生成压缩方法。 DIFFC仅使用单个模型在任意比特率上编码和DENOISE损坏的像素。该方法进一步提供了对渐进编码的支持，即从部分位流进行解码。我们执行速率分析，以更深入地了解其性能，为多元高斯数据以及一般分布的初始结果提供分析结果。此外，我们表明，基于流动的重建可以比祖先采样在高比特率上获得3 dB的增长。

Along with the springing up of semantics-empowered communication (SemCom) researches, it is now witnessing an unprecedentedly growing interest towards a wide range of aspects (e.g., theories, applications, metrics and implementations) in both academia and industry. In this work, we primarily aim to provide a comprehensive survey on both the background and research taxonomy, as well as a detailed technical tutorial. Specifically, we start by reviewing the literature and answering the "what" and "why" questions in semantic transmissions. Afterwards, we present corresponding ecosystems, including theories, metrics, datasets and toolkits, on top of which the taxonomy for research directions is presented. Furthermore, we propose to categorize the critical enabling techniques by explicit and implicit reasoning-based methods, and elaborate on how they evolve and contribute to modern content \& channel semantics-empowered communications. Besides reviewing and summarizing the latest efforts in SemCom, we discuss the relations with other communication levels (e.g., reliable and goal-oriented communications) from a holistic and unified viewpoint. Subsequently, in order to facilitate the future developments and industrial applications, we also highlight advanced practical techniques for boosting semantic accuracy, robustness, and large-scale scalability, just to mention a few. Finally, we discuss the technical challenges that shed light on future research opportunities.

我们提出了一种用于在仅在解码器处作为侧面信息可用时压缩图像的新型神经网络（DNN）架构。该问题在信息理论中称为分布式源编码（DSC）。特别地，我们考虑一对立体图像，其由于视野的重叠场而通常彼此具有高相关，并且假设要压缩和发送该对的一个图像，而另一个图像仅在解码器。在所提出的架构中，编码器将输入图像映射到潜像，量化潜在表示，并使用熵编码压缩它。训练解码器以仅使用后者使用后者提取输入图像和相关图像之间的公共信息。接收的潜在表示和本地生成的公共信息通过解码器网络来获得增强的输入图像的增强重建。公共信息提供了ReceIver上相关信息的简洁表示。我们训练并展示所提出的方法对立体声图像对的拟议方法的有效性。我们的结果表明，该建筑的架构能够利用仅解码器的侧面信息，并且在使用解码器侧信息的情况下优于立体图像压缩的先前工作。

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.

我们提出了一种与变压器的端到端图像压缩和分析模型，针对基于云的图像分类应用程序。代替将现有的变换器的图像分类模型直接放置在图像编解码器之后，我们的目的是重新设计视觉变换器（VIV）模型，以从压缩特征执行图像分类，并促进来自变压器的长期信息的图像压缩。具体而言，我们首先用由卷积神经网络建模的轻量级图像编码器更换vit模型的涂抹杆（即图像分裂和嵌入）。由图像编码器产生的压缩特征被注入卷积电感偏压，并被馈送到变压器，用于绕过图像重建。同时，我们提出了一种特征聚合模块，使压缩特征熔断具有变压器的所选中间特征，并将聚合特征馈送到用于图像重建的解卷积神经网络。聚合特征可以从变压器的自我关注机构获得长期信息，并提高压缩性能。速率 - 失真准确度优化问题最终通过两步培训策略解决。实验结果证明了所提出的模型在图像压缩和分类任务中的有效性。