Die Stabilisierung des latenten Raums für die autoregressive Modellierung von Bildern: Eine einheitliche Perspektive

Latentbasierte generative Modelle für Bilder, wie z. B. Latent Diffusion Models (LDMs) und Mask Image Models (MIMs), haben bemerkenswerte Erfolge bei der Generierung von Bildern erzielt. Diese Modelle verwenden typischerweise rekonstruktive Autoencoder wie VQGAN oder VAE, um Pixel in einen kompakteren latenten Raum zu kodieren und die Datenverteilung in diesem latenten Raum zu lernen, anstatt direkt aus den Pixeln. Diese Praxis wirft jedoch eine entscheidende Frage auf: Ist dies wirklich die optimale Vorgehensweise?

Ausgangspunkt unserer Untersuchung ist eine interessante Beobachtung: Obwohl sie sich denselben latenten Raum teilen, bleiben autoregressive Modelle bei der Bildgenerierung deutlich hinter LDMs und MIMs zurück. Diese Feststellung steht in krassem Gegensatz zum Bereich der natürlichen Sprachverarbeitung (NLP), in dem das autoregressive Modell GPT eine dominierende Stellung einnimmt. Um diese Diskrepanz zu beheben, führen wir eine einheitliche Sichtweise auf die Beziehung zwischen latentem Raum und generativen Modellen ein, wobei die Stabilität des latenten Raums bei der generativen Modellierung von Bildern im Vordergrund steht. Darüber hinaus schlagen wir einen einfachen, aber effektiven diskreten Bild-Tokenizer vor, um den latenten Raum für die generative Modellierung von Bildern zu stabilisieren.

Die Herausforderung der Bildgenerierung

Die Generierung von Bildern ist eine komplexe Aufgabe, die die Modellierung hochdimensionaler und strukturell komplexer Daten erfordert. Herkömmliche autoregressive Modelle, die Pixel für Pixel generieren, haben oft mit Problemen wie langsamer Generierung und der Schwierigkeit zu kämpfen, globale Zusammenhänge in Bildern zu erfassen.

Latentbasierte Modelle wie LDMs und MIMs haben diese Herausforderungen teilweise durch das Lernen einer latentem Repräsentation von Bildern überwunden. Der latente Raum ermöglicht es diesen Modellen, Bilder effizienter zu generieren und gleichzeitig komplexe Merkmale zu erfassen.

Die Bedeutung der Stabilität im latenten Raum

Unsere Forschung unterstreicht die Bedeutung der Stabilität im latenten Raum für die effektive autoregressive Modellierung von Bildern. Ein stabiler latenter Raum bedeutet, dass kleine Änderungen in der latentem Repräsentation zu kleinen und vorhersehbaren Änderungen im generierten Bild führen. Diese Stabilität ist entscheidend, damit autoregressive Modelle die Datenverteilung im latenten Raum effektiv lernen und kohärente Bilder generieren können.

DiGIT: Ein diskreter Bild-Tokenizer

Um die Stabilität des latenten Raums zu verbessern, stellen wir DiGIT (Discrete Image Tokenizer) vor, einen neuen diskreten Bild-Tokenizer, der auf dem Prinzip des Clustering basiert. DiGIT gruppiert ähnliche Bildmerkmale im latenten Raum und repräsentiert sie durch eindeutige Token. Diese Tokenisierung stabilisiert den latenten Raum, indem sie die Auswirkungen kleiner Variationen in den Bildmerkmalen reduziert.

Vorteile von DiGIT

Unsere experimentellen Ergebnisse zeigen, dass DiGIT sowohl das Bildverständnis als auch die Bildgenerierung mit dem Prinzip der "Next Token Prediction" verbessert, das für GPT-Modelle einfach, für andere generative Modelle aber eine Herausforderung darstellt.

Zu den Vorteilen von DiGIT gehören:

- Verbesserte Stabilität des latenten Raums - Effizientere und genauere Bildgenerierung - Möglichkeit, größere und komplexere Bilder zu generieren - Bessere Skalierbarkeit auf größere Modelle und Datensätze

Fazit

Unsere Arbeit zeigt das Potenzial einer optimierten latentem Repräsentation und der Integration von diskreter Tokenisierung für die Weiterentwicklung generativer Modelle für Bilder auf. DiGIT ebnet den Weg für leistungsstärkere und effizientere autoregressive Modelle, die in der Lage sind, qualitativ hochwertige Bilder zu generieren und unser Verständnis von Bilddaten zu verbessern.

Bibliographie

- https://arxiv.org/abs/2410.12490 - https://github.com/DAMO-NLP-SG/DiGIT - https://huggingface.co/papers - https://proceedings.neurips.cc/paper_files/paper/2023/file/5e8023f07625374c6fdf3aa08bb38e0e-Paper-Conference.pdf - https://arxiv.org/html/2409.11340v1 - https://opus4.kobv.de/opus4-haw/files/3916/2306.00637.pdf - https://walt-video-diffusion.github.io/assets/W.A.L.T.pdf - http://proceedings.mlr.press/v33/park14.pdf - https://openaccess.thecvf.com/content/CVPR2024/papers/Guo_Smooth_Diffusion_Crafting_Smooth_Latent_Spaces_in_Diffusion_Models_CVPR_2024_paper.pdf - https://github.com/wangkai930418/awesome-diffusion-categorized