Autoencoder-based image compression with target bitrate constraint

Abstract

A compressão de imagens baseada em aprendizado tem se tornado uma alternativa promissora às técnicas tradicionais de codificação. Os codecs neurais evoluíram rapidamente, superando muitas vezes os métodos clássicos. Abordagens como autoencoders variacionais e redes neurais recorrentes têm demonstrado eficiência na otimização do equilíbrio entre taxa de compressão e qualidade da imagem. O controle de taxa é uma necessidade em várias aplicações de codificação de imagens. No entanto, alcançar esse controle de forma consistente e com impacto mínimo na qualidade da imagem ainda é um desafio. Geralmente, codecs com perdas precisam de vários modelos treinados para diferentes níveis de qualidade. Apesar de avanços para tornar os modelos mais flexíveis, permitindo múltiplos pontos de taxa-distorção, o problema de controle de taxa consistente — onde um único modelo entrega a taxa desejada para qualquer imagem — é pouco explorado. Neste trabalho, propomos uma solução eficiente para realizar controle de taxa em um único modelo baseado em aprendizado. Nossa abordagem modifica a função de perda do autoencoder durante o treinamento. Além disso, inspirados pela área de aprendizado por reforço, adicionamos uma estratégia temporal-adaptativa, que incorpora ajustes dinâmicos ao longo do tempo, tornando o treinamento mais robusto. Os resultados em bases de dados como Kodak e JPEG AI mostram que nossos modelos atingem controle de taxa com perdas mínimas nas métricas Índice Estrutural de Similaridade (SSIM, do inglês Structural Similarity Index) e Índice Estrutural de Similaridade Multi-Escala (MS-SSIM, do inglês Multi-Scale Structural Similarity Index). Observamos uma leve redução na Razão Pico-Sinal-Ruído (PSNR, do inglês Peak Signal-to-Noise Ratio) em comparação com modelos variacionais tradicionais que otimizam como perda a função de taxa-distorção.