A fundamental question in designing lossy data compression schemes is how well one can do in comparison with the rate-distortion function, which describes the known theoretical limits of lossy compression. Motivated by the empirical success of deep neural network (DNN) compressors on large, real-world data, we investigate methods to estimate the rate-distortion function on such data, which would allow comparison of DNN compressors with optimality. While one could use the empirical distribution of the data and apply the Blahut-Arimoto algorithm, this approach presents several computational challenges and inaccuracies when the datasets are large and high-dimensional, such as the case of modern image datasets. Instead, we re-formulate the rate-distortion objective, and solve the resulting functional optimization problem using neural networks. We apply the resulting rate-distortion estimator, called NERD, on popular image datasets, and provide evidence that NERD can accurately estimate the rate-distortion function. Using our estimate, we show that the rate-distortion achievable by DNN compressors are within several bits of the rate-distortion function for real-world datasets. Additionally, NERD provides access to the rate-distortion achieving channel, as well as samples from its output marginal. Therefore, using recent results in reverse channel coding, we describe how NERD can be used to construct an operational one-shot lossy compression scheme with guarantees on the achievable rate and distortion. Experimental results demonstrate competitive performance with DNN compressors.


翻译:在构建有损数据压缩方案时,一个基本问题在于与描述有损压缩已知理论极限的率失真函数相比较,能达到多高的性能。受深度神经网络压缩器在大型真实世界数据上取得经验成功的启发,我们研究了在此类数据上估计率失真函数的方法,这将有助于将深度神经网络压缩器与最优性进行比较。虽然可以使用数据的经验分布并应用Blahut-Arimoto算法,但当数据集规模大且维度高时(例如现代图像数据集),该方法面临计算挑战且精度不足。为此,我们重新表述了率失真目标,并利用神经网络求解由此产生的函数优化问题。我们将所得到的率失真估计器命名为NERD,并在常见图像数据集上进行应用,提供了NERD能准确估计率失真函数的证据。利用我们的估计,我们证明深度神经网络压缩器所能达到的率失真与实际数据集的率失真函数仅相差数个比特。此外,NERD还能获取达到率失真的信道及其输出边缘分布样本。因此,利用反向信道编码的最新成果,我们描述了如何利用NERD构造一个在可达速率和失真方面有保证的操作型单次有损压缩方案。实验结果表明,该方案与深度神经网络压缩器相比具有竞争力。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
神经常微分方程教程,50页ppt,A brief tutorial on Neural ODEs
专知会员服务
74+阅读 · 2020年8月2日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【推荐】GAN架构入门综述(资源汇总)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月3日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
VIP会员
最新内容
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
3+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
4+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
10+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
8+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
战略前沿人工智能的再思考(中文)
专知会员服务
8+阅读 · 5月29日
《量化地基防空系统间接效应的博弈论方法》
专知会员服务
6+阅读 · 5月29日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【推荐】GAN架构入门综述(资源汇总)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月3日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员