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如果只看名字,很容易把下面这串缩写理解成一条不断升级的版本链:

AE → VAE → VQ-VAE → FSQ → ?

但这条线实际上混合了三件不同的事:

  1. 自编码器如何组织潜空间
  2. 潜变量是连续的还是离散的
  3. 离散化时使用什么量化器

因此,FSQ 后面并不存在一个公认的、唯一的“下一代”。更准确的理解是:从 VQ-VAE 开始,技术路线逐渐分叉成了可学习码本、固定隐式码本、球面量化、残差量化、格点量化,以及重新连续化等多个方向。

先说结论:


一张图看懂这条技术脉络

Autoencoder
│
├── 连续潜空间
│   │
│   ├── AE
│   │    └── 确定性压缩与重建
│   │
│   └── VAE
│        ├── 概率潜变量
│        ├── KL 正则与可采样潜空间
│        └── 连续 Tokenizer / SoftVQ
│
└── 离散潜空间
    │
    └── VQ-VAE
         ├── VQGAN:感知损失与对抗训练
         ├── RQ-VAE / RVQ:多级残差量化
         ├── SimVQ:保留可学习码本,但改善码本优化
         │
         └── 无显式可学习码本
              ├── FSQ:多值标量量化
              │    └── RFSQ:多级残差 FSQ
              │
              ├── LFQ:逐维二值量化
              │
              └── BSQ:球面上的二值量化
                   ├── QLIP:加入语言语义对齐
                   └── Spherical Lattice Quantization
                        └── Leech lattice 等更优格点

这里最重要的认识是:

AE、VAE 描述的是潜变量模型;VQ、FSQ、LFQ、BSQ 描述的主要是量化方式。

FSQ 并不是把整个 VQ-VAE 架构推倒重来,而是把其中最麻烦的 Vector Quantization 模块换成了更简单的标量量化器。


1. AE:先学会压缩,再学会重建

最基本的 Autoencoder 由编码器和解码器组成:

\[z = E_\phi(x), \qquad \hat{x} = D_\theta(z)\]

训练目标通常只是最小化重建误差:

\[\mathcal{L}_{AE} = d(x, \hat{x})\]

其中,$d$ 可以是均方误差、交叉熵、感知损失,或者多种重建损失的组合。

AE 的优点很直接:

但普通 AE 的潜空间通常没有明确的几何约束。两个样本在潜空间中相邻,并不保证它们之间的插值仍然对应合理数据;从某个随机位置采样,也不一定能解码出有效样本。

因此,AE 更像一个非线性压缩器,还不是一个结构良好的生成模型。


2. VAE:把潜空间变成可采样的概率空间

Variational Autoencoder 不再让编码器只输出一个确定向量,而是输出近似后验分布的参数:

\[q_\phi(z \mid x) = \mathcal{N} \left( \mu_\phi(x), \operatorname{diag}\left(\sigma_\phi^2(x)\right) \right)\]

通过重参数化技巧进行采样:

\[z = \mu_\phi(x) + \sigma_\phi(x) \odot \epsilon, \qquad \epsilon \sim \mathcal{N}(0, I)\]

其典型目标可以写成:

\[\mathcal{L}_{VAE} = \underbrace{ \mathbb{E}_{q_\phi(z \mid x)} [-\log p_\theta(x \mid z)] }_{\text{重建项}} + \beta \underbrace{ D_{\mathrm{KL}} \left( q_\phi(z \mid x) \Vert p(z) \right) }_{\text{潜空间正则}}\]

VAE 的关键贡献不是“重建得更清楚”,而是让潜空间具有更规则的概率结构:

代价是,分布正则会与精确重建发生冲突。KL 权重过强时,模型可能忽略潜变量,出现 posterior collapse;在像素级生成中,结果也常比普通 AE 更平滑、更模糊。1


3. VQ-VAE:把连续潜变量变成离散 Token

VQ-VAE 把连续潜表示映射到一个可学习码本:

\[\mathcal{E} = \left\{ e_1, e_2, \ldots, e_K \right\}, \qquad e_j \in \mathbb{R}^{d}\]

编码器得到连续表示 $z_e(x)$ 后,在码本中寻找最近的向量:

\[k^* = \arg\min_j \left\| z_e(x) - e_j \right\|_2^2\]

量化结果为:

\[z_q(x) = e_{k^*}\]

这样,每个空间位置不再对应任意实数向量,而是对应一个整数编号 $k^*$。图像、音频或视频因此可以被转换成一串离散 Token,再交给 Transformer、PixelCNN 或其他先验模型学习。2

这一变化非常重要:

连续特征图
    ↓
离散 Token 序列
    ↓
像语言模型一样建模

VQ-VAE 也绕开了传统 VAE 中常见的 posterior collapse:潜变量必须通过离散码传递,强大的解码器不能轻易把它完全忽略。

VQ-VAE 的代价

VQ-VAE 的核心问题都集中在可学习码本上:

后来出现的 VQGAN、RQ-VAE 等方法,并没有抛弃 VQ,而是分别增强了感知质量和多级量化能力。3 4


4. FSQ:不是学习一个码本,而是定义一个坐标网格

Finite Scalar Quantization 的思路非常朴素:

  1. 先把编码器输出投影到较低维度;
  2. 每个维度独立量化;
  3. 每个维度只能取有限个固定值;
  4. 所有维度取值的笛卡尔积,就是隐式码本。

假设第 $i$ 个维度有 $L_i$ 个可选值,那么总码本大小为:

\[|\mathcal{C}| = \prod_{i=1}^{d} L_i\]

例如:

维度数 d = 3
每维取值数 = [5, 5, 4]

隐式码本大小 = 5 × 5 × 4 = 100

FSQ 并不存储一个 $100 \times d$ 的可学习码本矩阵。它只定义三个标量轴上的有限取值,然后把三维组合编码成一个 Token ID。

可以把它理解成:

VQ:从一张可学习的词典中找最近单词
FSQ:把坐标分别四舍五入,再组合成单词编号

FSQ 为什么有效

FSQ 用一个结构化、固定的隐式码本,直接避开了传统 VQ 最麻烦的部分:

FSQ 论文在图像生成、深度估计、着色和全景分割等任务中展示了与 VQ 方案相当的性能,同时显著简化了训练流程。5

但 FSQ 也不是没有代价。它的量化点位于轴对齐的笛卡尔网格上,几何结构由各坐标轴独立决定。当真实潜变量分布具有强相关性、球面结构或更复杂的局部几何时,这种规则网格未必是最有效的空间划分。


5. AE → VAE → VQ-VAE → FSQ,究竟每一步改变了什么?

方法 潜变量 核心机制 主要收益 主要问题
AE 连续、确定性 编码后直接重建 简单、重建稳定 潜空间不规则,难以采样
VAE 连续、概率性 近似后验 + KL 正则 潜空间可采样、可插值 重建与正则冲突,可能 posterior collapse
VQ-VAE 离散 可学习向量码本 + 最近邻 得到可供语言模型建模的 Token 码本坍塌、死码、训练复杂
FSQ 离散 逐维有限标量量化 无显式码本、结构简单、训练稳定 轴对齐网格的表达效率有限

因此,这条路径不是单纯的“模型越来越强”,而是研究重点不断变化:

AE:怎样压缩?
VAE:怎样让潜空间可采样?
VQ-VAE:怎样得到离散 Token?
FSQ:怎样不用麻烦的可学习码本,也能得到离散 Token?

6. FSQ 下面是什么?

6.1 LFQ:与 FSQ 同期出现的二值路线

Lookup-Free Quantization(LFQ)在 MAGVIT-v2 中被系统化使用。它同样不维护传统的显式码本,而是把每个潜变量维度量化为两个状态。若有 $d$ 个二值维度,隐式词表大小就是:

\[|\mathcal{C}| = 2^d\]

LFQ 与 FSQ 的共同点是:

差别在于:

方法 每维状态数 典型结构
FSQ 多值 小维度、多级标量
LFQ 二值 多个 bit 组合成大词表

时间上,FSQ 在 2023 年 9 月公开,采用 LFQ 的 MAGVIT-v2 在 2023 年 10 月公开。二者应当视为几乎同期的平行探索,而不是严格的前后代关系。MAGVIT-v2 还通过熵相关的正则项促进 Token 使用,并展示了统一图像与视频 Tokenizer 的能力。6


6.2 BSQ:从轴对齐量化走向球面几何

Binary Spherical Quantization(BSQ)先把低维潜表示投影或归一化到超球面,再进行二值量化。一个直观写法是:

\[q(z) = \frac{\operatorname{sign}(z)}{\sqrt{d}}\]

量化后的点不再只是普通超立方体顶点,而是落在单位超球面上的二值方向。

与 FSQ 相比,BSQ 的变化不只是“每维改成二值”,更重要的是它显式引入了球面几何

FSQ:轴对齐的多值网格
LFQ:超立方体上的二值顶点
BSQ:归一化到超球面的二值码

BSQ 仍然没有显式可学习码本,同时支持很大的隐式词表。原论文将其用于统一的图像与视频 Tokenizer,并报告了良好的重建、生成和压缩性能。7

如果一定要给“FSQ 下一步”找一个最直观的名字,BSQ 是很合理的候选:

FSQ 解决码本学习问题;BSQ 进一步追问固定量化点应该具有怎样的几何结构。

不过它仍然不是 FSQ 的官方继任者,两者更像是在不同结构假设下设计的非参数量化器。


6.3 RFSQ:把 FSQ 扩展到多级残差量化

单层量化器必须一次性完成全部近似。为了提高码率—失真表现,可以像 Residual Vector Quantization 一样逐层量化残差:

\[r_0 = z\] \[q_t = Q_t(r_{t-1}), \qquad r_t = r_{t-1} - q_t\]

最终:

\[\hat{z} = \sum_{t=1}^{T} q_t\]

但直接堆叠 FSQ 会遇到一个问题:随着层数增加,残差幅度越来越小,后续量化层无法充分使用自己的离散范围。

Robust Residual Finite Scalar Quantization(RFSQ)通过可学习缩放或可逆归一化,缓解 residual magnitude decay,让多阶段 FSQ 真正发挥作用。8

因此,在神经压缩、音频 Codec 或可变码率场景中,一条更贴近工程需求的路线是:

VQ-VAE
  → RVQ / RQ-VAE
  → FSQ
  → Residual FSQ / RFSQ

这条线关注的不是量化点几何,而是如何用多个离散层逐步逼近连续信号


6.4 球面格点量化:从二值超立方体走向更优空间填充

BSQ 的码点本质上仍来自二值超立方体,只是经过球面归一化。进一步的问题是:

二值顶点是否是球面上最均匀、最高效的码点排列?

Spherical Leech Quantization 从 lattice coding 的角度统一解释非参数量化,并尝试使用更高效的格点结构。其核心候选之一是 24 维 Leech lattice:

\[\Lambda_{24}\]

Leech lattice 以高对称性和高密度球堆积著名。相关工作报告称,基于该格点的球面量化在图像重建、压缩和自回归生成中优于 BSQ,同时可以简化部分训练设计。9

从几何角度,可以把这条路线概括成:

FSQ
轴对齐矩形格点
    ↓
LFQ / BSQ
二值超立方体与球面码
    ↓
Spherical Lattice Quantization
寻找更均匀、更高效的球面格点

这可能是 FSQ、LFQ、BSQ 之后最值得关注的理论方向之一:研究重点不再只是“是否需要学习码本”,而是转向固定码本应当具有什么几何结构

需要注意,RFSQ 和 Spherical Leech Quantization 在本文写作时仍属于较新的研究工作,不能简单等同于已经形成共识的行业标准。


7. 另一条路线:不放弃可学习码本

FSQ 的基本判断是:既然可学习码本带来了坍塌和训练复杂度,不如直接去掉它。

但另一派工作认为,问题并不在“码本可学习”本身,而在于传统 VQ 的优化方式。

SimVQ:用共享线性空间更新整个码本

普通 VQ 中,一次前向传播只会直接更新被选中的少数 code。SimVQ 通过一个共享线性变换重新参数化码本,让所有 code 共享同一个可学习潜在基底。

这样,即使某个 code 当前没有被选中,它所在的整体线性空间仍能随着共享变换得到更新。SimVQ 在图像和音频实验中展示了改善表示坍塌与码本利用率的效果。10

这条路线可以写成:

VQ-VAE
  → 更稳定的码本更新
  → SimVQ / 共享参数化 / 动态码本

它与 FSQ 不是上下代,而是两种不同哲学:

FSQ:去掉码本,消灭问题来源
SimVQ:保留码本,修复优化机制

8. 离散化也不一定是终点:SoftVQ 与连续 Tokenizer

视觉生成模型使用离散 Token 的一个重要原因,是可以直接借用语言模型的自回归建模能力。

但 Diffusion Transformer、Flow Matching 等模型并不要求输入一定是整数 Token。对于这些生成器,连续、平滑、完全可微的潜变量可能更合适。

SoftVQ-VAE 不再强制选择唯一 code,而是使用软类别后验,对多个 codeword 进行加权组合。得到的 Token 保留码本结构,但本身仍是连续向量。该方法强调以较少的一维连续 Token 表示图像,并提升基于去噪模型的训练与推理效率。11

这形成了一个很有意思的“钟摆”:

VAE
连续潜变量
    ↓
VQ-VAE
硬离散 Token
    ↓
FSQ / LFQ / BSQ
结构化硬离散 Token
    ↓
SoftVQ
带码本结构的连续 Token

这不是回到原点,而是因为下游生成器发生了变化:

下游模型 更自然的潜变量
自回归 Transformer / LLM 离散 Token
Masked Token Model 离散 Token
Diffusion Transformer 连续潜变量通常更自然
Flow Matching 连续、平滑潜空间
神经压缩 / Codec 离散或分层离散码

9. 前沿正在从“量化器”转向“Tokenizer 系统设计”

到 2025—2026 年,仅仅问“VQ、FSQ 还是 BSQ”已经不够。一个优秀 Tokenizer 还需要同时回答下面几个问题。

9.1 压缩率与重建质量

Token 数量越少,后续 Transformer 的计算成本越低;但压缩过度会损失纹理与局部结构。

这是典型的 rate–distortion 权衡:

\[\min \quad D(x, \hat{x}) + \lambda R\]

其中 $D$ 表示失真,$R$ 表示码率或 Token 成本。

9.2 Token 是否具有语义

只优化像素重建,得到的 Token 可能很擅长保存纹理,却不一定适合理解、检索和推理。

QLIP 在基于 BSQ 的自编码器上同时加入重建目标与语言—图像对齐目标,使同一套视觉 Token 同时服务于多模态理解和图像生成。12

这反映了 Tokenizer 目标的变化:

过去:把图像还原出来就够了
现在:Token 还要能被多模态模型理解

9.3 图像、视频和音频是否能共享接口

统一 Tokenizer 希望用相近的结构处理不同长度、不同维度的信号。MAGVIT-v2 和 BSQ 等工作都把图像与视频统一建模视为重要目标。6 7

9.4 Tokenizer 是否适配下游生成器

一个在重建指标上最好的 Tokenizer,不一定能带来最好的生成结果。

真正需要联合考虑的是:

编码器
+ 量化器
+ 解码器
+ 先验模型
+ 训练目标
+ 采样方式

因此,未来的“下一代”很可能不是某个孤立的新量化公式,而是一套针对特定生成范式联合优化的 Tokenizer 系统。


10. 实际项目应该怎么选?

场景 更值得优先尝试的路线 原因
想快速替换传统 VQ,减少训练技巧 FSQ 简单、无显式码本、容易复现
需要超大离散词表,服务 AR 图像生成 LFQ / BSQ 二值组合天然支持大词表
图像与视频统一 Tokenizer LFQ / BSQ 系路线 已有统一视觉建模实践
神经压缩、音频 Codec、可变码率 RVQ / RQ-VAE / RFSQ 多阶段残差码更自然
希望保留可学习语义原型 VQ / SimVQ codeword 本身可以承载可学习结构
使用 Diffusion / Flow 作为生成器 连续 VAE / SoftVQ 连续潜空间更匹配去噪与流模型
同时做视觉理解与生成 语义对齐 Tokenizer,如 QLIP 重建 Token 与语言语义联合训练
研究更优非参数量化几何 球面格点量化 直接优化码点空间填充效率

一个实用原则是:

不要先问“最新方法是什么”,而要先问“下游模型需要什么形式的潜变量”。


11. 时间线:这条路径并不是直线

时间 方法 关键变化
2013 VAE 用变分推断构造可采样的连续潜空间
2017 VQ-VAE 使用可学习向量码本获得离散表示
2020 VQGAN 用感知与对抗目标增强高分辨率重建
2022 RQ-VAE 使用多级残差量化缩短空间 Token 序列
2023-09 FSQ 用低维有限标量量化替代传统 VQ
2023-10 MAGVIT-v2 / LFQ 用 lookup-free 二值量化构造大词表
2024-06 BSQ 将二值量化放到超球面几何中
2024-11 SimVQ 重新参数化可学习码本,改善表示坍塌
2024-12 SoftVQ-VAE 用软码本组合构造连续 Token
2025-02 QLIP 将视觉重建与语言语义对齐结合
2025-08 RFSQ 解决多级 FSQ 的残差幅度衰减
2025-12 Spherical Leech Quantization 用更优球面格点改进非参数量化

时间线也进一步说明:FSQ 之后不是一条单线升级,而是多个问题被同时展开。


12. 最值得记住的版本

如果只想记住一条主线,可以写成:

AE
→ VAE:让连续潜空间可采样
→ VQ-VAE:把潜空间变成离散 Token
→ FSQ:去掉显式可学习码本
→ BSQ:把固定量化点放到球面上
→ Lattice Quantization:寻找更优的量化几何

但如果要准确描述整个研究领域,更合理的图是:

                          ┌→ SimVQ:修复可学习码本
                          │
VQ-VAE → VQGAN / RQ-VAE ──┼→ FSQ → RFSQ
                          │
                          ├→ LFQ
                          │
                          └→ BSQ → 球面格点量化

VAE / VQ-VAE ───────────────→ SoftVQ / 连续 Tokenizer

BSQ / 离散 Tokenizer ───────→ QLIP / 语义对齐 Tokenizer

小结

从 AE 到 FSQ,真正发生的变化可以概括为四步:

  1. AE 学习压缩与重建;
  2. VAE 给连续潜空间加入概率结构;
  3. VQ-VAE 把潜变量离散化,使视觉、音频和视频可以像语言一样被 Token 模型处理;
  4. FSQ 用规则的隐式码本替代可学习向量码本,显著简化离散化训练。

而 FSQ 之后,研究分成了几条路线:

所以,“FSQ 下面是什么”的最准确回答不是某个单独缩写,而是:

从“是否使用可学习码本”,继续走向“量化点具有什么几何结构、是否需要分层、是否应保持连续,以及 Token 是否具有语义”的系统性竞争。


参考文献


  1. Diederik P. Kingma, Max Welling. Auto-Encoding Variational Bayes, 2013. 

  2. Aaron van den Oord, Oriol Vinyals, Koray Kavukcuoglu. Neural Discrete Representation Learning, 2017. 

  3. Patrick Esser, Robin Rombach, Björn Ommer. Taming Transformers for High-Resolution Image Synthesis, 2020. 

  4. Doyup Lee et al. Autoregressive Image Generation using Residual Quantization, 2022. 

  5. Fabian Mentzer, David Minnen, Eirikur Agustsson, Michael Tschannen. Finite Scalar Quantization: VQ-VAE Made Simple, 2023. 

  6. Lijun Yu et al. Language Model Beats Diffusion — Tokenizer is Key to Visual Generation, 2023.  2

  7. Yue Zhao, Yuanjun Xiong, Philipp Krähenbühl. Image and Video Tokenization with Binary Spherical Quantization, 2024.  2

  8. Xiaoxu Zhu. Robust Residual Finite Scalar Quantization for Neural Compression, 2025. 

  9. Yue Zhao et al. Spherical Leech Quantization for Visual Tokenization and Generation, 2025. 

  10. Yongxin Zhu, Bocheng Li, Yifei Xin, Linli Xu. Addressing Representation Collapse in Vector Quantized Models with One Linear Layer, 2024. 

  11. Hao Chen et al. SoftVQ-VAE: Efficient 1-Dimensional Continuous Tokenizer, 2024. 

  12. Yue Zhao et al. QLIP: Text-Aligned Visual Tokenization Unifies Auto-Regressive Multimodal Understanding and Generation, 2025.