ERNIE-ViLG 2.0：百度文心一言文本生成图像模型

1 简介

本文根据百度2023年3月的《ERNIE-ViLG 2.0: Improving Text-to-Image Diffusion Model with Knowledge-Enhanced Mixture-of-Denoising-Experts》翻译总结的。

ERNIE-ViLG 2.0是一个大规模中文-图像扩散模型，百度论文中说该模型是中文该领域内第一个。主要有下面两个改进：

1. 融合了细粒度的文本知识、图片关键元素知识；比如文本中增加了词性描述，如动词、名词、形容词，图片上增加了物体识别预处理。
2. 在不同的去噪步骤（生成步骤），利用了不同的去噪专家（expert）。每个步骤采用了不同的U-Net。

在过去几年，文本-图片扩散模型，例如LDM , GLIDE , DALL-E 2 , Imagen 在生成图片的文本相关性和图片逼真度方面取得了显著的进展。但存在如下两个问题：

1. 在每一个去噪（生成）步骤的学习过程，所有文本（与图片区域交互的）、所有图片区域对目标函数是相同的贡献，没有进行区分。
2. 当打开整个去噪过程，不同去噪步骤的要求应该是不同的。但目前主要采用同一个U-Net于所有步骤，即在不同的去噪步骤采用了相同的训练参数。

ERNIE-ViLG 2.0的两个改进就是针对上面两个问题。

实验结果显示，ERNIE-ViLG 2.0效果好于DALL-E 2 和Stable Diffusion 。ERNIE-ViLG 2.0有24B参数（240亿），训练该模型用了320个 Tesla A100 GPUs，训练了18天，普通人玩不起啊。

ERNIE-ViLG 2.0的两个改进主要可以看下图1.虚线（预处理过程）部分，2.混合降噪专家模型。

2 相关工作

1）前几年生成对抗模型较火；2）接着受transformer影响，文本-图片的序列到序列模型出现，如

ERNIE-ViLG , DALL-E ,Cogview , Make-A-Scene , and Parti 。3）最近，扩散模型流行，如LDM , DALL-E 2 , and Imagen。

3 基础知识

 

4 DDPM回顾

1. 扩散过程：对初始数据图像数据x不断增加高斯噪声，在T步后转换成一个各向同性的高斯分布。公式如下：

 

2. 去噪过程：是扩散过程的逆过程。通过迭代t=T....1步，将高斯噪声转回。公式如下：

 

3. 目标函数：

 

• 4.预测：

• 5.跨模关注层（cross modal attention）：

 

5 ERNIE-ViLG知识增强--文本

1. 我们采用现成的词性工具提取输入文本的词性，增加到输入序列中。如文章最开始的模型图中的a表示“灰色的”是形容词，n表示“猫”是名词。
2. 在注意力层，增加这些词性的权重。从而修改上面的公式7为如下：

6 ERNIE-ViLG知识增强--图形

指文章最开始的模型图中的“物体检测”，如我们识别出来的“猫”、“狗”。我们对训练样本的50%增加物体检测。我们修改目标函数（公式3），使其对物体检测对应的区域增加权重，进而提高模型对这些物体的生成的聚焦。修改后目标函数如下：

对于我们图片识别出来的“碗”，如果不在输入的文本里，我们会添加到文本里。这样会使文本表达更加准确的输入信息。

7 混合降噪专家Mixture-of-Denoising-Experts

 在相同块中的步骤是采用相同的网络参数；不同块采用不同的U-Net网络参数，但其中文本编码是共用的。公式如下：

8 实验

A 实施细节

ERNIE-ViLG 2.0的参数量为24B，包括1.3B的文本编码器，和10个2.2B的混合降噪专家（U-Net）。

训练数据包括1.70亿对图片-文本数据。对于英文的文本，我们采用百度翻译api直接翻译成中文。

B实验结果

1. ERNIE-ViLG 2.0模型在MS-COCO数据集上最好。

1. 人为评估，也是ERNIE-ViLG 2.0效果好于DALL-E 2 和Stable Diffusion。

1. 下面左图说明我们的知识增强起了作用（最后一行）。右图是逐渐增加混合降噪专家的数量，在10的时候效果最好，没有继续增加是因为算力有限的原因。

9 生成的图片