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DeepSeek文生图模型Janus-Pro论文解读 —— 多模态AI的革命？

news 来源：原创 2025/5/19 12:49:28

介绍

整个AI行业仍在适应最近发布的、震惊人工智能领域的 DeepSeek-R1。1月28日除夕当天的凌晨，DeepSeek 又发布了另一款出色的开源模型 Janus-Pro。这一次，它是一款能与其他顶级多模态模型相媲美的多模态人工智能模型。

在本文中，我们将解读 DeepSeek 的 Janus-Pro 背后的研究论文《JanusPro：通过数据和模型扩展实现统一的多模态理解与生成》。为了理解这篇论文，我们还需要解读 DeepSeek 之前的一篇论文，该论文介绍了 Janus 模型的早期版本，题为《JanusFlow：协调自回归和整流流以实现统一的多模态理解和生成》。阅读本文无需提前了解 Janus 的原始论文。新论文是在之前论文的基础上撰写的，我们将在本文中对两篇论文进行解读。

Janus-Pro paper title and authors

Paper title and authors of the paper preceding Janus-Pro

统一的多模态理解和生成

这两个模型都讨论了统一的多模态理解和生成，所以在深入研究 Janus 模型的方法细节之前，让我们先了解一下它的含义。
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图像理解任务

大语言模型（LLMs）在许多任务中都展现出了卓越的能力。在此基础上，诸如 LLaVA 之类的多模态大语言模型应运而生。借助多模态大语言模型，我们可以向模型同时输入文本提示和图像。在上面的例子中，我们向模型提问 “我的猫在做什么？” 并附上一张猫的图片。然后，模型就能理解文本提示和图像，并告诉我们猫在试图抓鱼。

这种方法在图像理解任务中已被证明非常有效，模型可以帮助回答关于输入图像的各种问题。下面我们可以看到 Janus-Pro 论文中一个图像理解任务的示例。向 Janus 展示一张蛋糕的图片，并询问其背景故事。Janus 准确识别出蛋糕的主题是《猫和老鼠》，并讲述了相关背景故事。该模型不仅理解了图像，还利用其基础大语言模型，借助大语言模型中嵌入的通用知识，提供了图像范围之外的信息。
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图像生成任务

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图像生成模型通常基于扩散模型架构或其衍生架构。知名的模型包括 Stable Diffusion、DALL-E 3 等，这些模型在该领域已展现出卓越的能力。这些模型可以接受诸如 “一只可爱的猫” 这样的文本提示，并生成高质量的图像。

统一模型的优势

我们已经有了在图像理解和图像生成方面能力出色的模型。然而，将这些任务整合到一个模型中有显著的优势。例如，当我们的应用程序需要同时执行这两种任务时，使用一个统一的模型就无需加载不同模型的权重。

我们今天要解读的 Janus 模型在单一架构中统一处理这两种任务。虽然 Janus 不是第一个尝试实现这种整合的模型，但在回顾其架构时，我们将探究是什么方法让 Janus 更成功。下图表示Janus对图像理解和图像生成任务的统一处理架构。
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Janus 和 Janus-Pro 架构

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原始 Janus 模型和 Janus-Pro 背后的架构相似，我们可以通过论文中的上图来了解。模型的核心是一个自回归 Transformer，它是一个大语言模型。

Janus-Pro 主要设计原则

Janus 架构的主要设计原则是将多模态理解和生成的视觉编码解耦。这是通过为每种任务类型使用不同的编码器来实现的。其他统一处理多模态理解和生成的模型通常使用单个图像编码器。然而，由于每种任务类型所需的编码不同，这种方法往往会受到任务干扰，而 Janus 避免了这一问题。

Janus-Pro 图像编码器

在图像理解任务中，Janus 使用 SigLIP 对图像进行编码。SigLIP 是 OpenAI 的 CLIP 模型的改进版本，它从图像中提取语义表示，适用于理解任务。这些表示被线性映射到 LLM 的输入空间。

在图像生成方面，Janus 使用来自 LlamaGen（一种自回归图像生成模型）的现有编码器。这是一个矢量量化（VQ）分词器（tokenizer），它将图像转换为 ID 列表，每个 ID 都与一个预定义的矢量相关联。这些矢量通过一个经过训练的模块映射到 LLM 的输入空间。

大语言模型处理与输出

文本和图像嵌入被连接起来，形成大语言模型的输入序列。图像理解任务的文本输出是使用大语言模型内置的预测头生成的。对于图像生成，在大语言模型上添加另一个头，用于处理其最后一个隐藏状态。

整流流

下图表示逐步消除图片里的噪声。
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图像生成是使用整流流方法（rectified flow method）进行的。在本文中我们不会深入探讨整流流，但为了让大家有直观的理解，可以想想扩散模型的工作原理：从一张噪声图像开始，逐渐去除图像中的噪声，直到得到一张清晰的猫的图像。整流流试图找到捷径，以一种显著减少获得清晰图像所需步骤的方式来降低噪声。

Janus-Pro 训练过程

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上图描述了训练过程，它取自原始 Janus 论文，我们将解释 Janus-Pro 与之不同的地方。Janus 和 Janus-Pro 都分三个阶段进行训练。

阶段 1—— 适配

第一阶段的目的是使新模块能够与预训练组件正常协同工作。为此，大语言模型和图像编码器的权重被冻结，只训练新引入的组件。这些组件是将编码后的图像映射到 LLM 输入空间的部分以及图像生成头。在这个阶段，模型在 ImageNet 数据集上进行训练，根据图像类别生成图像。在这一阶段，Janus-Pro 在 ImageNet 上的训练步骤有所增加。

阶段 2—— 统一预训练

在这个阶段，我们继续训练新模块，但现在我们也训练大语言模型及其内置的文本预测头，以便它能更好地处理多模态嵌入序列。这个阶段包含的样本类型有多模态理解、图像生成和纯文本数据。Janus-Pro 与 Janus 相比，在这个阶段不再使用 ImageNet 数据集。在 Janus-Pro 的训练中，直接使用文本到图像的数据，而在原始 Janus 模型中，这个阶段从 ImageNet 数据开始，并逐渐增加文本到图像数据的比例。

值得一提的是，在训练过程中，图像编码器的表示与图像生成的潜在输出对齐，以增强生成过程中的语义连贯性。

阶段 3—— 监督微调

第三阶段是在指令调优数据上进行监督微调，这些数据包括对话和高质量的文本到图像样本。在这个阶段，图像理解编码器也会进行训练，Janus 和 Janus-Pro 在这个过程中没有变化。

与 Janus 相比，Janus-Pro 的其他主要变化是在训练中使用的数据量增加，以及模型规模扩大。在模型规模方面，大语言模型的参数从 15 亿增加到了 70 亿。

Janus-Pro 结果

理解与生成对比

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在上图中，我们可以看到 Janus-Pro 与其他强大模型的性能对比。左侧图表展示了多模态理解的结果，其中 x 轴表示模型的规模，y 轴表示多个基准测试的平均准确率。令人印象深刻的是，Janus-Pro-7B 优于其他顶级模型，如 LLaVA。更令人惊叹的是，这是通过一个统一模型实现的，而 LLaVA 模型并非统一模型。Janus-Pro 也显著优于之前的统一模型，并且在规模几乎只有 TokenFlow-XL 一半的情况下，略微超越了这款统一模型。

右侧图表展示了在两个基准测试中的文本生成图像结果。Janus-Pro 优于顶级的仅图像生成模型，如 DALL-E 3 和 SD3-Medium。它还超越了之前统一模型在图像生成方面的最先进结果，不过该结果未在本图表中显示。

Janus 与 Janus-Pro 图像生成质量对比

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参考文献

Github: Janus-Series: Unified Multimodal Understanding and Generation Models
Janus: Decoupling Visual Encoding for Unified Multimodal Understanding and Generation
JanusFlow: Harmonizing Autoregression and Rectified Flow for Unified Multimodal Understanding and Generation
Janus-Pro: Unified Multimodal Understanding and Generation with Data and Model Scaling

介绍

统一的多模态理解和生成

图像理解任务

图像生成任务

统一模型的优势

Janus 和 Janus-Pro 架构

Janus-Pro 主要设计原则

Janus-Pro 图像编码器

大语言模型处理与输出

整流流

Janus-Pro 训练过程

阶段 1—— 适配

阶段 2—— 统一预训练

阶段 3—— 监督微调

Janus-Pro 结果

理解与生成对比

Janus 与 Janus-Pro 图像生成质量对比

参考文献

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