我们定义了更广泛的腐败过程，该过程概括了先前已知的扩散模型。为了扭转这些一般的扩散，我们提出了一个称为“软得分匹配”的新目标，可以证明可以学习任何线性腐败过程的得分功能，并为Celeba提供最先进的结果。软得分匹配结合了网络中的降解过程，并训练模型以预测腐败与扩散观察相匹配的干净图像。我们表明，我们的目标在适当的规律性条件下为腐败过程的家庭学习了可能性的梯度。我们进一步开发了一种原则性的方法，以选择一般扩散过程的损坏水平和一种我们称为动量采样器的新型抽样方法。我们评估了我们的框架，腐败是高斯模糊和低幅度添加噪声。我们的方法在Celeba-64上获得了最先进的FID得分$ 1.85 $，表现优于所有以前的线性扩散模型。与香草deno的扩散相比，我们还显示出显着的计算益处。
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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
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扩散模型的最新进展带来了图像生成任务的最新性能。然而，扩散模型的先前研究的经验结果意味着密度估计与样品产生性能之间存在逆相关性。本文研究了足够的经验证据，表明这种反相关发生，因为密度估计值显着造成了较小的扩散时间的贡献，而样品产生主要取决于大扩散时间。但是，在整个扩散时间内训练得分网络良好，因为损耗量表在每个扩散时间都显着不平衡。因此，为了成功训练，我们引入了软截断，这是一种普遍适用的扩散模型训练技术，将固定和静态截断的超参数软化为随机变量。在实验中，软截断可在CIFAR-10，Celeba，Celeba-HQ 256X256和STL-10数据集上实现最先进的性能。
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扩散模型已成为深层生成建模的最有希望的框架之一。在这项工作中，我们探讨了不均匀扩散模型的潜力。我们表明，非均匀扩散会导致多尺度扩散模型，这些模型与多尺度归一化流的结构相似。我们从实验上发现，在相同或更少的训练时间中，多尺度扩散模型比标准均匀扩散模型获得更好的FID得分。更重要的是，它生成样品$ 4.4 $ 4.4美元的$ 4.4 $ $ 128 \ times 128 $分辨率。在使用更多量表的较高分辨率中，预计加速度将更高。此外，我们表明，不均匀的扩散导致有条件得分函数的新估计量，该估计函数以最新的条件降解估计量以PAR性能达到了PAR性能。我们的理论和实验性发现伴随着开源库MSDIFF，可以促进对非均匀扩散模型的进一步研究。
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标准扩散模型涉及图像变换 - 添加高斯噪声 - 以及逆转此降解的图像恢复操作员。我们观察到，扩散模型的生成行为并不是很大程度上取决于图像降解的选择，实际上，可以通过改变这种选择来构建整个生成模型家族。即使使用完全确定性的降解（例如，模糊，掩蔽等），培训和测试时间更新规则是基于扩散模型的培训和测试时间更新规则，可以轻松地概括为创建生成模型。这些完全确定的模型的成功使社区对扩散模型的理解质疑，这依赖于梯度Langevin动力学或变异推理中的噪声，并为反转任意过程的广义扩散模型铺平了道路。我们的代码可从https://github.com/arpitbansal297/cold-diffusion-models获得
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去噪扩散概率模型（DDPMS）在没有对抗性训练的情况下实现了高质量的图像生成，但它们需要模拟Markov链以产生样品的许多步骤。为了加速采样，我们呈现去噪扩散隐式模型（DDIM），更有效的迭代类隐式概率模型，具有与DDPM相同的培训过程。在DDPMS中，生成过程被定义为Markovian扩散过程的反向。我们构建一类导致相同的训练目标的非马尔可瓦夫扩散过程，但其反向过程可能会更快地采样。我们经验证明，与DDPM相比，DDIM可以生产高质量的样本10倍以上$ 50 \时间$ 50 \倍。允许我们缩小对样本质量的计算，并可以直接执行语义有意义的图像插值潜在的空间。
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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.
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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。
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2021-11-26
基于得分的扩散模型已成为深度生成型号最有前途的框架之一。在这项工作中，我们对基于得分的扩散模型进行了学习条件概率分布的不同方法的系统比较和理论分析。特别是，我们证明了结果为条件分数最成功的估算之一提供了理论典范。此外，我们引入了多速扩散框架，这导致了一个新的估算器，用于条件得分，与先前的最先进的方法相提并论。我们的理论和实验结果伴随着开源库MSDIFF，允许应用和进一步研究多速扩散模型。
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基于分数的生成模型（SGMS）已经证明了显着的合成质量。 SGMS依赖于扩散过程，逐渐将数据逐渐渗透到贸易分布，而生成式模型则学会去噪。除了数据分布本身，这种去噪任务的复杂性是由扩散过程独特地确定的。我们认为当前的SGMS采用过于简单的扩散，导致不必要的复杂的去噪流程，限制了生成的建模性能。根据与统计力学的联系，我们提出了一种新型危及阻尼Langevin扩散（CLD），并表明基于CLD的SGMS实现了优异的性能。 CLD可以被解释为在扩展空间中运行关节扩散，其中辅助变量可以被视为耦合到数据变量的“速度”，如Hamiltonian动态。我们推导了一种用于CLD的小说得分匹配目标，并表明该模型仅需要了解给定数据的速度分布的条件分布的得分函数，而不是直接学习数据的分数。我们还导出了一种新的采样方案，用于从基于CLD的扩散模型有效合成。我们发现CLD在类似的网络架构和采样计算预算中优于综合质量的先前SGM。我们展示我们的CLD的新型采样器显着优于欧拉 - 玛雅山等求解器。我们的框架为基于刻痕的去噪扩散模型提供了新的见解，并且可以随时用于高分辨率图像合成。项目页面和代码：https：//nv-tlabs.github.io/cld-sgm。
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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.
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过去的几年见证了扩散模型〜（DMS）在生成建模任务中生成高保真样本方面取得的巨大成功。 DM的主要局限性是其臭名昭著的缓慢采样程序，通常需要数百到数千至数千个的时间离散步骤，以达到所需的准确性。我们的目标是为DMS开发快速采样方法，该方法的步骤少得多，同时保留了高样本质量。为此，我们系统地分析了DMS中的采样程序，并确定影响样本质量的关键因素，其中离散化方法至关重要。通过仔细检查学习的扩散过程，我们提出了扩散指数积分取样器〜（DEIS）。它基于设计用于离散的普通微分方程（ODE）的指数积分器，并利用学习扩散过程的半线性结构来减少离散误差。所提出的方法可以应用于任何DMS，并可以在短短10个步骤中生成高保真样本。在我们的实验中，一个A6000 GPU大约需要3分钟才能从CIFAR10产生$ 50K $的图像。此外，通过直接使用预训练的DMS，当得分函数评估的数量〜（NFE）的数量有限时，我们实现了最先进的采样性能，例如，使用10 NFES，3.37 FID和9.74的4.17 FID，仅为9.74 CIFAR10上的15个NFE。代码可从https://github.com/qsh-zh/deis获得
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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。
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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。
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尽管存在扩散模型的各种变化，但将线性扩散扩散到非线性扩散过程中仅由几项作品研究。非线性效应几乎没有被理解，但是直觉上，将有更多有希望的扩散模式来最佳地训练生成分布向数据分布。本文介绍了基于分数扩散模型的数据自适应和非线性扩散过程。提出的隐式非线性扩散模型（INDM）通过结合归一化流量和扩散过程来学习非线性扩散过程。具体而言，INDM通过通过流网络利用\ textIt {litex {litex {littent Space}的线性扩散来隐式构建\ textIt {data Space}的非线性扩散。由于非线性完全取决于流网络，因此该流网络是形成非线性扩散的关键。这种灵活的非线性是针对DDPM ++的非MLE训练，将INDM的学习曲线提高到了几乎最大的似然估计（MLE）训练，事实证明，这是具有身份流量的INDM的特殊情况。同样，训练非线性扩散可以通过离散的步骤大小产生采样鲁棒性。在实验中，INDM实现了Celeba的最新FID。
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2022-09-29
由于其高质量的重建以及将现有迭代求解器结合起来的易于性，因此最近将扩散模型作为强大的生成反问题解决器研究。但是，大多数工作都专注于在无噪声设置中解决简单的线性逆问题，这显着不足以使实际问题的复杂性不足。在这项工作中，我们将扩散求解器扩展求解器，以通过后采样的拉普拉斯近似有效地处理一般噪声（非）线性反问题。有趣的是，所得的后验采样方案是扩散采样的混合版本，具有歧管约束梯度，而没有严格的测量一致性投影步骤，与先前的研究相比，在嘈杂的设置中产生了更可取的生成路径。我们的方法表明，扩散模型可以结合各种测量噪声统计量，例如高斯和泊松，并且还有效处理嘈杂的非线性反问题，例如傅立叶相检索和不均匀的脱毛。
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While the success of diffusion models has been witnessed in various domains, only a few works have investigated the variation of the generative process. In this paper, we introduce a new generative process that is closer to the reverse process than the original generative process, given the identical score checkpoint. Specifically, we adjust the generative process with the auxiliary discriminator between the real data and the generated data. Consequently, the adjusted generative process with the discriminator generates more realistic samples than the original process. In experiments, we achieve new SOTA FIDs of 1.74 on CIFAR-10, 1.33 on CelebA, and 1.88 on FFHQ in the unconditional generation.
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2022-02-01
扩散模型最近显示出对生成建模的巨大希望，在密度估计下的感知质量和自回归模型上的表现优于gan。剩余的缺点是它们的缓慢采样时间：生成高质量的样品需要数百或数千次模型评估。在这里，我们做出了两项贡献，以帮助消除这一缺点：首先，我们提出了扩散模型的新参数化，这些参数在使用几个采样步骤时提供了增加的稳定性。其次，我们提出了一种使用许多步骤提炼训练有素的确定性扩散采样器的方法，将其采用一半的采样步骤。然后，我们继续逐步将此蒸馏过程应用于我们的模型，每次将所需的采样步骤的数量减半。在CIFAR-10，Imagenet和LSUN等标准图像生成基准上，我们从最先进的采样器开始采用多达8192步，并且能够将其蒸馏到型号中，而不会丢失4个步骤多种感知质量；例如，以4个步骤在CIFAR-10上实现3.0的FID。最后，我们表明，完整的渐进式蒸馏过程不需要花费更多的时间来训练原始模型，从而代表了在火车和测试时间使用扩散的生成建模的有效解决方案。
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Score-based modeling through stochastic differential equations (SDEs) has provided a new perspective on diffusion models, and demonstrated superior performance on continuous data. However, the gradient of the log-likelihood function, i.e., the score function, is not properly defined for discrete spaces. This makes it non-trivial to adapt \textcolor{\cdiff}{the score-based modeling} to categorical data. In this paper, we extend diffusion models to discrete variables by introducing a stochastic jump process where the reverse process denoises via a continuous-time Markov chain. This formulation admits an analytical simulation during backward sampling. To learn the reverse process, we extend score matching to general categorical data and show that an unbiased estimator can be obtained via simple matching of the conditional marginal distributions. We demonstrate the effectiveness of the proposed method on a set of synthetic and real-world music and image benchmarks.
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扩散模型是强大的生成模型，可使用得分函数模拟扩散过程的反面，以合成噪声数据。扩散模型的采样过程可以解释为求解反向随机微分方程（SDE）或扩散过程的普通微分方程（ODE），通常需要多达数千个离散步骤来生成单个图像。这引发了人们对开发反向S/ODE的有效整合技术的极大兴趣。在这里，我们提出了一种基于得分的采样的正交方法：Denoising MCMC（DMCMC）。 DMCMC首先使用MCMC在数据和方差（或扩散时间）的产品空间中生产样品。然后，使用反向S/ODE积分器来定义MCMC样品。由于MCMC越过数据歧管接近数据，因此为DMCMC生产干净样品的计算成本远小于从噪声中产生干净样品的计算成本。为了验证拟议的概念，我们表明denoing langevin Gibbs（DLG）是DMCMC实例，成功地加速了有关CIFAR10和Celeba-HQ-HQ-256图像生成的这项工作中考虑的所有六个反向S/ODE集成器。值得注意的是，结合了Karras等人的集成商。 （2022）和Song等人的预训练分数模型。 （2021b），DLG达到SOTA结果。在CIFAR10上有限数量的分数功能评估（NFE）设置中，我们有$ 3.86 $ fid，$ \ \ \ \ \ $ \ $ \ $ 2.63 $ fid，$ \ \ \ \ \ \ 20 $ nfe。在Celeba-HQ-256上，我们有$ 6.99 $ fid，$ \ $ \ 160 $ nfe，击败了Kim等人的当前最佳记录。 （2022）在基于分数的型号中，$ 7.16 $ FID，$ 4000 $ NFE。代码：https：//github.com/1202KBS/DMCMC
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