【ソニー社内講演】拡散モデルと基盤モデル(2023年研究動向)
Summary
TLDRThe speaker from Sony Research introduces the relationship between diffusion models and foundation models in AI, focusing on recent trends in 2023. They discuss how diffusion models, used for generating images from text, can be enhanced by foundation models like GPT. The presentation covers four main topics: using foundation models to improve diffusion model performance, incorporating diffusion models into AI agents like chatbots, efficient fine-tuning methods for foundation models, and multimodal data generation across different domains like images, text, and audio. Examples include systems like DALL-E 3 for detailed text-to-image generation and Visual Chat GPT for image manipulation through natural language. The talk concludes with an exploration of unified and composable approaches to multimodal data generation, highlighting the flexibility and efficiency of these advanced AI techniques.
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Outlines
📚 Introduction to Diffusion and Foundation Models
The speaker from Sony Research introduces the topic of diffusion models and foundation models, highlighting their interrelation and recent research trends. Diffusion models, a type of generative model often used for text-to-image generation like Stable Diffusion or DALL-E 3, are explained as systems that generate high-fidelity images by reversing the diffusion process. Foundation models, such as GPT, are versatile models trained on diverse data and can be applied to various tasks. The talk will cover trends in 2023 regarding the use of foundation models to enhance diffusion models' performance and the concept of diffusion models as foundation models, capable of solving diverse tasks without fine-tuning. The speaker also briefly explains how diffusion models work, starting from pure noise and gradually removing noise to create clear images using deep neural networks.
🤖 Enhancing Diffusion Models with Foundation Models
The speaker discusses techniques to enhance the performance of diffusion models by actively utilizing foundation models. One simple method involves using a foundation model as a text encoder to efficiently extract semantic information from text. An example given is the DALL-E 3 system, which specializes in generating detailed images based on text prompts. It uses a large language model to upscale vague text prompts into detailed descriptions, which are then used to guide the diffusion model in creating images. The importance of learning from detailed descriptions to faithfully generate images is emphasized, contrasting with previous models trained on noisy image-caption pairs from the internet.
🖼️ Integrating Diffusion Models into AI Agents
The presentation introduces Visual Chat GPT, a system that integrates diffusion models into AI agents, allowing for tasks like image editing and answering questions about images using natural language. The system works by calling upon various visual foundation models as needed, based on prompts that define the modules' names, usage, and input/output specifications. However, the system has limitations, such as the number of visual foundation models that can be called is restricted by the prompt book, and it is not optimized for cross-modal generation. Recent proposals include search-based approaches to overcome prompt length limitations and parameter-efficient fine-tuning to specialize in cross-modal generation.
🎨 Efficient Fine-Tuning and Multimodal Data Generation
The speaker presents methods for efficient and effective fine-tuning of diffusion models as foundation models, mentioning ControlNet, LOLA, and AnimateDiff as popular techniques in 2023. These methods involve fixing the original text-to-image model and adding small new modules that are fine-tuned for specific tasks, such as pose or style transfer, or generating animations. The strategies allow for maximizing the performance of pre-trained models while applying them to new tasks. Additionally, multimodal data generation using diffusion models is explored, with approaches like learning a large unified multimodal diffusion model or a composer approach that collaborates single-modal diffusion models to generate coherent multimodal data. The composer approach is highlighted for its flexibility in combining different modalities and generating coherent results.
Mindmap
Keywords
💡Diffusion Models
💡Foundation Models
💡Stable Diffusion
💡DALL-E 3
💡AI Agents
💡Fine-tuning
💡Control Nets
💡Multimodal Data Generation
💡Composer Approach
💡Cross-Modal Generation
💡LLM (Large Language Models)
Highlights
Introduction to diffusion models and foundation models, their relationship, and recent research trends.
Diffusion models as a type of generative model, particularly for text-to-image generation like Stable Diffusion and DALL-E 3.
Foundation models as versatile models trained on diverse data and applicable to various tasks, such as GPT.
Improving diffusion model performance by using foundation models to understand human instructions.
Diffusion models can solve diverse tasks without fine-tuning or prompting, showcased as foundation models.
Trends in 2023 for using foundation models more actively and integrating diffusion models into AI agents like chatbots.
Proposals for efficient and effective foundation tuning methods that have become widely used.
Introduction to multimodal data generation models that create data spanning across images, audio, and text.
Explanation of diffusion models based on the diffusion process, which involves gradually adding and then removing noise to generate data.
Utilizing deep neural networks to estimate and remove noise at each stage of the diffusion process.
Controlling the type of image generated through text by attaching an encoder module to extract meaning from text.
Integrating foundation models to efficiently extract meaning from text for improved performance in diffusion models.
The DALI-3 system, specialized in generating detailed images from broad text descriptions using foundation models.
Visual Chat GPT, a system that allows image editing and questions about images through natural language.
Limitations of Visual Chat GPT regarding the number of visual foundation models it can call upon and its lack of cross-modal optimization.
Proposals for parameter-efficient fine-tuning and specialized systems for cross-modal generation.
Techniques like ControlNet, LOLA, and Animating Diffusion for efficient fine-tuning and generation of specific objects or styles.
Strategies for multimodal diffusion models that generate coherent data across modalities like text, images, and audio.
Approaches like Composer for collaborative single-modal diffusion models to achieve multimodal data generation.
Examples of multimodal data generation, such as generating video and audio based on text input.
The flexibility of Composer to freely determine input and output modalities for multimodal data generation.
Summary of the presented topics and trends in foundation models and diffusion models for AI.
Transcripts
はいソニーリサーチの石井です今日は
ディフュージョンモデルズwithor
asファンデーションモデルズということ
で拡散モデルと基盤モデルの関わりについ
て最初の研究動向をご紹介していきたいと
思いますよろしくお願いし
ますさて今回の話の中心の拡散モデルです
けれどもこれは生成モデルの一種で最近
最もよく使われているのはテキストからの
画像生成かなという風に思います
ステーブルディフュージョンですとか最近
話題のダリ3とたシステムというのは後ろ
で拡散モデルが動くことによってこのよう
な高精細な画像の生成を実現してい
ますまた画像以外の分野においても音の
生成ですとかロボティックスにおける
モーションプランニングなどにも使われる
例が最近では見られるようになりまし
た一方ファウンデーションモデル基盤
モデルというのは生成モデルに限らず多様
なデータで学習されたモデルであって様々
なタスクに使うことができるような
インフラのようなモデルのことを基盤
モデルという風に呼ぶことがあります短な
例ですとGPTなどがえファンデーション
モデルの一種であるという風に言われる
ことが多いかと思い
ますで今回の講演なんですけれども実は
同じタイトルで昨年もえっと講演を行い
ましたその時の講演の内容はえっと
YouTubeの方でご覧いただけ
ますでその時の講演ではまず
ディフュージョンモデルwith
ファンデーションモデルということで
ファンデーションモデルを使うことによっ
てえっと拡散モデルの性能を底上げできる
ということをご紹介しましたもう少し具体
的に言うと人間からのインストラクション
を理解する力というのを基盤モデルを使う
ことによってえっと底上げできるという
ことについてご紹介しまし
たでもう1つご紹介したのが
ディフュージョンモデルas
ファンデーションモデルということで拡散
モデルというのは実はファイン
チューニングを行ったりあるいはフンチニ
を行わなくても多様なタスクを解くことが
できるということについてご紹介しまし
たこれを受けて今回の講演内容なんです
けれどもwithとasに分けるという
部分は同じで2023年にどのような
トレンドだったかということについてご
紹介していきたいと思い
ますまずはwithファウンデーション
モデルについては従来の延長としてさらに
積極的に基盤モデルを活用していこうと
いう動きがありました
さらにAIエージェントいわゆるチャット
GPTなどのようなエージェントに拡散
モデルを組み込んでいこうえ生成のツール
として組み込んでいこうというような流れ
がありまし
た一方asファンデーションモデルの方に
ついてはえ効率的効果的なファン
チューニングを行う方法についていくつか
提案があり非常に広く用いられるように
なりまし
たまたマルチモーダルのデータ生成という
ことで画像生成だけではなく画像と音
あるいは画像とテキストなどのように複数
のモデルにまたがるようなデータを同時に
生成しようというモデルについていくつか
提案がありまし
た今回はこれらの4つの話題について簡単
にご紹介していきたいと思いますよろしく
お願いし
ますまず各話題に移る前に簡単に拡散
モデルについておさえをりたいと思います
拡散モデルというのは拡散過程に基づく
データ生成を行うモデルになります拡散
過程というのは画像が入ってくるとま少し
ずつえノイズを乗っけていって最終的に
ピアラノイズに崩壊していくというこの
ような過程のことを拡散過程という風に
呼び
ますで拡散モデルはこの過程を逆にたどる
ことによってデータを生成しようという
ことを考えますつまりピュアなノイズから
始まって少しずつノイズを取り除いていく
ことによって最終的に綺麗な画像を得よう
というようなことを行い
ますこの各段階の少しのノイズの除去と
いう部分で機械学習つまりデープ
ニューラルネットを使ってえっとこの
ノイズ状況を実現するとそういったモデル
になってい
ますでこの1つ分のえっとノイズ状況の
処理を少し詳しく書いたものがこちらに
なり
ますまたくさんノイズの乗ったデーターが
入ってくるとまずデープニューラルネット
を使ってここに載っているノイズを推定し
てあげ
ますそのその後えっとこれをま引き簡単に
は引き算することによってま少しノイズを
取り除いたデータというものを作り出し
ますでこの処理を繰り返すことによって
最終的には綺麗な画像を得るというような
モデルになってい
ますでえっとこのままだと最初のノイズに
よってえっとどのような画像が生成される
のか全く検討がつかないわけですけれども
テキストからの画像生成のようにテキスト
でどのような画像が生成されるかを制御し
たいという場合にはこのようなモジュール
をくっつけますつまりテキストから
テキストの意味情報を抽出するような
エンコーダーと呼ばれるものを用意して
あげて抽出した意味情報をノイズ
エスティメートに渡してあげ
ますそうするとこのノイズエスティメート
は例えばこの例ですと猫なんだなという
情報を知りながらノイズを除去できるので
えこのテキストに沿ったえっとノイズ除去
つまり画像生成を行うことができるになる
というそういった仕組みになってい
ますはいということでまずは基盤モデルを
積極的に活用することによって拡散モデル
の性能を底上げしようという技術について
ご紹介し
ますこの図は先ほど出したテキストからの
画像整水で使われているモデルと全く同じ
図ですけれども基盤モデルを活用する最も
単純な方法というのはこのテキスト
エンコーダーの部分に使うというのが
えっと最も単純な方法になりますここに
おいてえっとテキストから学習された基盤
モデルあるいはテキストと画像から学習さ
れた基盤モデルを使うことによって非常に
効率よく意味情報を取り出すことができる
ということを実現でき
ますでこれはえっと2022年以前にも
あったわけですけどもこれをさらに積極的
に活用してもっと効率的に効果的にえっと
性能を底上げできないかということが行わ
れてき
ます
まそのような方策を取ったものの1つが
このダリー3と呼ばれるシステムになり
ます実はダリ3というのは非常に詳細に
書かれたプロンプとテキストに沿って画像
を生成することに特化したモデルになって
い
ますなんですがえっとユーザーが書く
インプットのテキストというのは必ずしも
非常に詳しいというものではないのでこの
詳しくないテキストから非常に詳しい
テキストへの翻訳アップリングの部分を
えっと基盤モデルラージランゲージモデル
ですね大規模の言語モデルを使うことに
よって実現しようというのがダリ3の
システムになってい
ますえっとフロを書いたものがこちらで
まずインプットのテキストがあるとこれの
アップサンプルですね詳細な記述を行った
テキストへの変換をllmが行ってさらに
ここからの意味の情報の抽出というのを
テキストエンコーダーこちらも基盤モデル
を使って行います最終的にこれを使って
ディフュージョンモデルで画像を生成する
とそういったような流れになってい
ますでそもそもなぜダリー3が非常に詳細
な記述のテキストに特化したモデルになっ
てるかという話なんですけどこのような
詳細な記述で学習したモデルというのは実
はとテキストにま忠実に沿った画像生成
するという能力を学習するために非常に
重要であるというのがこのダリ3に受ける
ポイントになり
ますどういうことかと言うとま今までは
このような画像からのテキストからの画像
生成のモデルというのはえっと
インターネットでスクレープされた
イメージキャプションを使って行うことが
普でしたなんですけどえっとこのようなジ
キャプションというのは非常にまノイジー
だったり非常に不正格だったものが多くて
このようなえっと画像とテキストのペアで
えっとテキストからの画像生成を学習して
しまうとまここがま要するに嘘ばっかりな
のでこれをあんまり真面目に聞いたモデル
というのが学習されずにこのテキストに
忠実に沿ったモデルを学習するというのが
非常に難しいという問題がありまし
た一方でダリ3というのはえっとこのよう
なテキストはえっと学習ではあまりもちい
ずに非常に詳細な記述を行ったテキストを
代わりに使って学習を行ってい
ますでこれによってえっとこのような詳細
が記述に忠実にそうようなえっとテキスト
からの画像生成までを実現できるという
ような方法になってい
ますまその代わりにえっとこのような術で
変換するLMがま水論時に必要になると
いったモデルになってい
ますはいでは次の話題としてAIエンジン
に組み込まれたえ方をご紹介し
ますでここで紹介するのはビジュアル
チャットGPTと呼ばれるシステムになり
ますでえっとどんなことができるかと言う
とまチャットGPTみたいな感じなんです
けどまビジュアルと名前のついている通り
ま画像を渡したりまこの画像の編集という
のを自然言語でえっと行うことができたり
あるいはこの画像に関する質問オトをま
自然言語で実現できるとまそういったよう
な題よになってい
ますでえっとどうやって実現してるかと言
とあのまチャットGPTがここにいるわけ
なんですけどえっとこれだけではなくて
えっとここでビジュアルファンデーション
モデルと呼ばれている例えば画像を生成
するステーブルディフュージョンですとか
はえっと物体の形質を行うディテクション
とよったモデルというのを別用意しておき
ますでえっとチャットGPTはえっとこの
場合に応じてこのこれらのビジュアル
ファンデーションモデルを呼び出すことに
よってえっとこれらのタスクを実現してい
ますで当然どのように呼び出すかというの
が問題になるんですけもこの呼び出し方の
情報を全部プロンプトに書いておこうと
いうようなエッ方策を取っています具体的
に言うとえっとプロンプトにはですねこの
モジュールの名前や使い方あるいは
インプットアウトプットの定義などを
えっと書いておきますでこれをずらっと
並べたものをプロンプトに書いておいて
えっとそれ通りにえっと呼び出して
くださいという風にチャットGPTにお
願いしておくと必要な時にえっとこの
ビジュアルファウンデーションモデルが
呼び出されるというような仕組みになって
い
ますでこれ非常に面白いえっとシステムな
んですけどま大きく2つリミテーションが
存在しますで1つはえっと呼び出せる
えっとビジュアルファンデーションモデル
の数というのがプロンプト帳で制限されて
しまいますまこれはあのプロンプトに書い
てあると書という工作を取っている限り
どうしても避けられないえっと
リミテーションになりますそこでえっと
さらに最近では検索ベースのアプローチと
いうのがえっと提案されてえとプロンプト
の長さに制限を受けないような方法という
のが提案されてきてい
ますえっともう1つのリミテーションとし
てはクロスモーダルな生成にえっと最適化
されたシステムにはなってないということ
があげられます今回あのビジアえっと
チャットGPTが各モデルを適呼び出すと
いう方法になっていて特にこのクロス
モーダルな水勢に対して最適化を行った
ようなシステムにはなっていませんなん
ですがこちらもえっとさらに最近ではま
パラメーター効率的なファイン
チューニングというものをえっと使って
このようなクロスモーダルな生成に特化し
たま先ほどのようなシステムというものを
提案してあげましょうというものがえっと
出てきたりしてい
ますはいということでえっとwith
ファンデーションモデルの話はえっと以上
で次はasファンデーションモデルという
ことで拡散モデルを基盤モデルとして使う
という話についてご紹介し
ますまずはえっと効率的効果的にファイン
チューニングを行う方法についてご紹介し
ますでえっとテキストからの画像生成の
モデルというのを効率的に適用しようと
イチにしようという方法についてと
2023年で最もよく聞いた手法というの
はこの3つなんじゃないかなという風に
思いますコントロールネットというのは
このようなポーズからの画像生成ですとか
新しい条件からの画像生成というのを
ファインチュンで効率的に学習しようと
いう方法になっていますでえっとローラと
いうのは特定のオブジェクトや特定の
スタイルというものをえっと効率的に学習
できるというモデルになってますでさらに
アニメートディフというのはまこのように
がと
特定のオブジェクトや特定のスタイルを
学習したモデルを使ってさらに動画を生成
しようというモデルになっていますでこれ
らの方法というのはま非常に広くえっと
使われるようになったんですけど実
はと共通した戦略を取った方法になってい
ますでどのような戦略かというとえっと
オリジナルのTテキストからの画像生成
モデルですねいわゆるステーブル
ディフュージョンみたいなモデルというの
はえっと基本的にはフィックスしますフチ
これをそのままンチするのではなくてこれ
はえっとフィックスしていてこれとは別に
新しくつけた小さいモジュールという方
だけをえっとファンチンするというような
方法になってい
ますどういうことかと言うと例えば
コントロールネットの例なんですけどこの
点線の部分は先ほどえっとちょっと前に
出したテキストからの画像セフで使われ
てるモデルの図とえっとほぼそのままの図
になっていますでこの部分に関しては
えっとコントロールネットではファイン
チューニングを行いませんで一方でこの
ピンク色のモジュールというのを新しく
つけてあげますでこのモジュールは何をし
てるかと言うとえっとこの例で言うと
ポーズ情報を受け取ってノイズエスティー
たーに情報を渡すというようなモジュール
になっていますでこのモジュールの部分
だけをコントロールネットではファイン
チーンを行い
ますでこのような戦略を取ることによって
ま学習済みのテキストからの画像生成の
モデルというのの性能を最大限に生かし
ながら新しいえっとタスクへの適用を行う
ことができるというような戦略になってい
ますでえっとこのような戦略がえっと
コントロールネットだけではなくローラー
やアニメートディフでもま同様の戦略を
取ってえっとこのようなメリットを受け
てるというような方法になってい
ますでは最後にマルチモーダルデータ生成
についてご紹介し
ますでえっとマルチモーダルデータに
対するする拡散モデルなんですけれどもま
例えばテキストが与えられた時にこれに
沿ったビデオ動画とえっと音を両方生成し
たいというのがえっとマルチモーダルな
データ生成になり
ますでえっと当然各モーダルに対して
えっと拡散モデルというのを用意すること
はできるので例えばテキストから動画生成
モデルで動画を生成しえっと音生成モデル
で音を生成することによって両方生成する
ということは可能ですなんですけど当然
これえっと独立に生成を行っているので
この2つがなんというか噛み合ってるか
どうかということは保証できませんつまり
このパンダがちゃんとむしゃむしゃした音
がこっちに入ってるかあるいはこのビデオ
に入ってないようなえっと変な音がこちら
でと生成されてないかということについて
は強く保証することができませ
んなのでえっとアプローチとしてはえっと
2つ考えられますで1つは最初に書いた
ようにその大きなマルチモーダル拡散
モデルというものを学習するというのが
えっと考えられますこれユニファイドの
アプローチという風にここでは読んでいて
ま非常に単純なアプローチなんですけども
非常に大きな拡散モデルというのを最初
から学習しなきゃいけないということで
非常にえっとコストの高いえっと
アプローチになっていますで一方でもう1
つコンポーザーのアプローチというものは
考えられてシングルモーダルの拡散モデル
を用意しておいてこの2つがま噛み合った
えっとデータを生成するようにと
コラボレーションを行う機構をつけて
あげるというようなアプローチになってい
ますでこちらのアプローチですとま各
モーダルの拡散モデルの性能というも最大
限に生かすことはできるんですけどこの
コラボレーションの気候というのをうまく
考えてあげる必要があり
ますでえっとこれ左から右まで色んな
えっと手法が提案されていてここではあの
大きく3つあげたんですけどえっと今回は
ちょっと時間の関係上このコーディについ
てえっとどんなことができるかということ
についてだけご紹介し
ますで先ほど述べた通りコーデっていうの
はコポーザブルのアプローチを取っている
ので各モーダルに対して拡3モデルが定義
されていてそれをうまくコラボレーション
させることによってマルチモーダルな
データ生成を行ってい
ますでえっとコーディの面白いところは
入力となるモーダルと出力となるモーダル
というのをと水論時に自由に決めることが
ができます例えばこの例で言うとえっと
画像と音から別の音を作るですとかと音
からテキストを生成するですとか画像と
えっとテキストと音を使って動画を生成
するみたいえっと自由に組み合わせること
ができ
ますでえっとこれ生成してみた例の結果な
んです
けどまこのような感じです
ね
はいということでまうまくマルチモーダル
のデータ生成はできてるということが
分かるかなと思い
ますはいということでえっと今回も
withファンデーションモデルとas
ファンデーションモデルに分けてご紹介し
ましたで今回はこの4つのトピックに分け
様々な技術についてご紹介しましたはい
以上になりますありがとうございまし
た
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