基于世界模型因果推断的图像压缩方法
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北京市科技计划课题(Z251100008425023); 鹏城实验室交叉前沿研究项目(PCL2025QYB013)


Causal Inference-driven Image Compression via World Models
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    摘要:

    图像压缩的目标是在有限码率约束下尽可能保留图像信息.现有方法或将图像视为像素的组合进行率失真优化,或借助生成模型先验合成感知质量良好的图像,但均未对图像内部因果关联结构进行显式建模,导致图像内部丰富的因果信息未能被有效利用.本文提出一种基于世界模型因果推断的图像压缩方法,将自然图像建模为具有严密因果结构约束的世界场景切片,将承载场景因果关联结构的关键区域定义为因果锚点,即场景的世界基元,并从信息论视角分析将码率优先分配给因果锚点的理论最优性,证明世界模型的预测能力越强,向因果锚点倾斜分配码率所带来的压缩增益越显著.基于此,本文设计了以世界模型为推理引擎的编解码框架:编码端通过链式推理定位因果锚点,构建非均匀码率分配策略;解码端以因果锚点为起点,借助世界模型的因果推理能力完成高质量场景重建.实验结果表明,本方法在极低码率区间的各项指标上显著优于现有方法.

    Abstract:

    Image compression fundamentally seeks to maximize information preservation under limited bitrate constraints. Existing methods either treat images as collections of pixels for rate-distortion optimization, or leverage generative model priors to synthesize perceptually pleasing reconstructions, yet neither explicitly models the causal dependency structure underlying image regions, leaving rich intra-image causal information unexploited. This paper proposes a world-model-driven image compression framework that models natural images as structured slices of the physical world governed by causal constraints. We define causal anchors — the primitive world elements encoding the scene's causal dependency structure — and provide an information-theoretic justification for prioritizing bitrate allocation toward these anchors, proving that stronger world model predictive capacity yields greater compression gains from anchor-biased rate allocation. The encoder performs hierarchical causal decomposition via chain-of-thought reasoning to precisely localize causal anchors and construct a non-uniform rate allocation mask; the decoder takes causal anchors as the logical seed and leverages the world model's causal inference capability to perform chain-based scene reassembly for high-fidelity reconstruction. Experiments demonstrate that the proposed method substantially outperforms existing approaches across all metrics at ultra-low bitrates.

    参考文献
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引用本文

匡浩玮,杨文瀚,郭宗明,刘家瑛.基于世界模型因果推断的图像压缩方法.软件学报,2027,38(5):

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  • 收稿日期:2026-04-27
  • 最后修改日期:2026-06-18
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  • 在线发布日期: 2026-09-14
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