将浮点向量转换为 16 位 int 而不饱和
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【中文标题】将浮点向量转换为 16 位 int 而不饱和【英文标题】:Converting float vector to 16-bit int without saturating 【发布时间】:2012-08-25 03:23:45 【问题描述】:我想将浮点值转换为不饱和的 16 位无符号整数(改为环绕/溢出)。
#include <iostream>
#include <xmmintrin.h>
void satur_wrap()
const float bigVal = 99000.f;
const __m128 bigValVec = _mm_set1_ps(bigVal);
const __m64 outVec64 =_mm_cvtps_pi16(bigValVec);
#if 0
const __m128i outVec = _mm_movpi64_epi64(outVec64);
#else
#if 1
const __m128i outVec = _mm_packs_epi32(_mm_cvttps_epi32(bigValVec), _mm_cvttps_epi32(bigValVec));
#else
const __m128i outVec = _mm_cvttps_epi32(bigValVec);
#endif
#endif
uint16_t *outVals = NULL;
posix_memalign((void **) &outVals, sizeof(__m128i), sizeof(__m128i));
_mm_store_si128(reinterpret_cast<__m128i *>(outVals), outVec);
for (int i = 0; i < sizeof(outVec) / sizeof(*outVals); i++)
std::cout << "outVals[" << i << "]: " << outVals[i] << std::endl;
std::cout << std::endl
<< "\tbigVal: " << bigVal << std::endl
<< "\t(unsigned short) bigVal: " << ((unsigned short) bigVal) << std::endl
<< "\t((unsigned short)((int) bigVal)): " << ((unsigned short)((int) bigVal)) << std::endl
<< std::endl;
示例执行:
$ ./row
outVals[0]: 32767
outVals[1]: 32767
outVals[2]: 32767
outVals[3]: 32767
outVals[4]: 32767
outVals[5]: 32767
outVals[6]: 32767
outVals[7]: 32767
bigVal: 99000
(unsigned short) bigVal: 65535
((unsigned short)((int) bigVal)): 33464
((unsigned short)((int) bigVal))
表达式可以按需要工作(但它可能是 UB,对吗?)。但我找不到与 SSE 非常相似的东西。我一定遗漏了什么,但我找不到将四个 32 位 float
s 转换为四个 32 位 int
s 的原语。
编辑:糟糕,我认为 32 位整数 -> 16 位无符号整数转换使用环绕是“正常的”。但我后来了解到_mm_packs_epi32
使用有符号饱和(而且似乎没有_mm_packus_epi32
)。除了_mm_packus_epi32
之外,有没有办法设置模式或其他原语?
【问题讨论】:
顺便说一下,_mm_store_si128
可能无法正常工作,因为 outVals
可能不是 16 字节对齐的。将_mm_storeu_si128
用于未处理负载或注意outVals
的正确对齐。
是的,抱歉,在我的示例中忘记了 posix_memalign。
见:CVTTPS2DQ
又名_mm_cvttps_epi32
嘿@PaulR,看起来它会完美运行!让它成为一个答案,我会选择它。
@Brian:没问题 - 评论现在转换为答案。
【参考方案1】:
我认为您可能正在寻找CVTTPS2DQ
指令,其内在函数是_mm_cvttps_epi32
。见:http://msdn.microsoft.com/en-us/library/c8c5hx3b(v=vs.71).aspx#vcref_mm_cvttps_epi32
这是一个完整的实现,它采用 2 x SSE 浮点向量并将它们转换为单个打包的 8 x 16 位无符号向量,并带有环绕:
#include <stdio.h>
#include <tmmintrin.h>
__m128i vec_float_to_short(const __m128 v1, const __m128 v2)
__m128i v1i = _mm_cvttps_epi32(v1);
__m128i v2i = _mm_cvttps_epi32(v2);
v1i = _mm_shuffle_epi8(v1i, _mm_setr_epi8(0, 1, 4, 5, 8, 9, 12, 13, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255));
v2i = _mm_shuffle_epi8(v2i, _mm_setr_epi8(255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 0, 1, 4, 5, 8, 9, 12, 13));
return _mm_or_si128(v1i, v2i);
int main(void)
__m128 v1 = _mm_setr_ps(0.0f, 1.0f, -1.0f, 32767.0f);
__m128 v2 = _mm_setr_ps(-32768.0f, 32768.0f, 99999.0f, -99999.0f);
__m128i v3 = vec_float_to_short(v1, v2);
printf("v1 = %vf\n", v1);
printf("v2 = %vf\n", v2);
printf("v3 = %vhu\n", v3);
return 0;
请注意,这使用了PSHUFB
(_mm_shuffle_epi8
),它需要 SSSE3 aka SSE3.5 aka MNI(请参阅tmmintrin.h
),因此这只适用于当前合理的 CPU(过去 6 年中来自 Intel 的任何 CPU)左右)。
$ gcc -Wall -mssse3 vec_float_to_short.c -o vec_float_to_short
$ ./vec_float_to_short
v1 = 0.000000 1.000000 -1.000000 32767.000000
v2 = -32768.000000 32768.000000 99999.000000 -99999.000000
v3 = 0 1 65535 32767 32768 32768 34463 31073
$
请注意,并非所有版本的 gcc 都支持用于 SIMD 向量的 printf v
格式说明符(在本例中,我在 OS X 上使用 Apple 的 gcc)。
【讨论】:
【参考方案2】:我只回答有关 32 位整数 -> 16 位无符号整数转换的部分问题。
由于您需要回绕,只需取每个包含 32 位整数的双字的低位字。这些 16 位整数与 16 位未使用数据交错,因此将它们打包成一个连续数组可能会很方便。最简单的方法是使用_mm_shuffle_epi8
intrinsic (SSSE3)。
如果您希望您的程序更具可移植性并且只需要 SSE2 指令集,您可以使用 _mm_packs_epi32
打包值,但使用以下技巧禁用其饱和行为:
x = _mm_slli_epi32(x, 16);
y = _mm_slli_epi32(y, 16);
x = _mm_srai_epi32(x, 16);
y = _mm_srai_epi32(y, 16);
x = _mm_packs_epi32(x, y);
这个技巧之所以有效,是因为它执行 16 位值的符号扩展,这使得有符号饱和成为空操作。
同样的技巧适用于_mm_packus_epi32
:
x = _mm_and_si128(x, _mm_set1_epi32(65535));
y = _mm_and_si128(y, _mm_set1_epi32(65535));
x = _mm_packus_epi32(x, y);
这个技巧之所以有效,是因为它执行 16 位值的零扩展,这使得无符号饱和成为无操作。执行零扩展更容易,但您需要 SSE4.1 指令集才能使_mm_packus_epi32
可用。
可以使用一条指令打包 8 个 16 位整数:_mm_perm_epi8
。但这需要非常少见的 XOP 指令集。
这里有几个关于饱和转换的词。
事实上,如果您将#include <xmmintrin.h>
更改为#include <smmintrin.h>
或#include <x86intrin.h>
,则可以使用_mm_packus_epi32
内在函数。您需要 CPU 和编译器来支持 SSE4.1 扩展。
如果您没有与 SSE4.1 兼容的 CPU 或编译器,或者希望您的程序更具可移植性,请将 _mm_packus_epi32
内部代码替换为如下代码:
__m128i m1 = _mm_cmpgt_epi32(x, _mm_set1_epi32(0));
__m128i m2 = _mm_cmpgt_epi32(x, _mm_set1_epi32(65535));
x = _mm_and_si128(x, m1);
x = _mm_or_si128(x, m2);
【讨论】:
但我不想饱和。我想要((unsigned short)((int) bigVal))
表达式中的溢出/环绕。你的例子会饱和,对吧?
我可能不清楚要求_mm_packus_epi32
,这无关或至少不是主要问题。不过不知道<smmintrin.h>
。 +1。
如果需要回绕,只需取每个包含 32 位整数的双字的低位字即可。您可以使用 _mm_shuffle_epi8
intrinsic (SSSE3) 来准备这些 16 位整数的连续数组。但是在这种情况下没有什么可以转换的。
好吧,哇,看起来很值得。这将需要更多的 RTFMing 和实验,我们会尽快回复您。以上是关于将浮点向量转换为 16 位 int 而不饱和的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章
使用按位运算将 Int 转换为 Float 或将 Float 转换为 Int(软件浮点)