如何将像素结构加载到SSE寄存器中？

Question

我有一个8位像素数据结构：

struct __attribute__((aligned(4))) pixels {
    char r;
    char g;
    char b;
    char a;
}

我想使用SSE指令来计算这些像素上的某些东西（即Paeth变换）。如何将这些像​​素作为32位无符号整数加载到SSE寄存器中？

Answer 1

使用SSE2

解包无符号像素

好的，使用来自<emmintrin.h>的SSE2整数内在函数首先将该东西加载到寄存器的低32位：

__m128i xmm0 = _mm_cvtsi32_si128(*(const int*)&pixel);

然后首先将这些8位值解压缩到寄存器的低64位中的16位值，并将它们与0交错：

xmm0 = _mm_unpacklo_epi8(xmm0, _mm_setzero_si128());

再次将这些16位值解压缩为32位值：

xmm0 = _mm_unpacklo_epi16(xmm0, _mm_setzero_si128());

现在，您应该在SSE寄存器的相应4个组件中将每个像素设置为32位整数。

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使用SSE2

解压缩带符号的像素

我刚刚读过，您希望将这些值作为32位有符号整数，但我想知道[-127,127]中有符号像素的含义。但是，如果您的像素值确实可以为负，则使用零进行交错将不起作用，因为它将负8位数字转换为正16位数（因此将您的数字解释为无符号像素值）。负数必须使用1 s而不是0进行扩展，但不幸的是，必须在逐个组件的基础上动态决定，SSE不是那么好。

你可以做的是比较消极性的值并使用结果掩码（幸运的是使用1...1表示真，0...0表示假）作为interleavand，而不是零寄存器：

xmm0 = _mm_unpacklo_epi8(xmm0, _mm_cmplt_epi8(xmm0, _mm_setzero_si128()));
xmm0 = _mm_unpacklo_epi16(xmm0, _mm_cmplt_epi16(xmm0, _mm_setzero_si128()));

这将使用1 s正面扩展负数，并使用0 s正面展示正数。但是，如果你的初始8位像素值可能是负数，那么这个额外的开销（可能是2-4个额外的SSE指令）只是必要的，我仍然怀疑。但如果情况确实如此，那么您应该考虑signed char而不是char，因为后者具有实现定义的签名（如果这些是常见的，您应该使用unsigned char无符号[0,255]像素值）。

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替代SSE2使用轮班解包

虽然澄清了，你不需要签名的8位到32位转换，但为了完整起见， harold 对于基于SSE2的标志有另一个非常好的想法 - 扩展，而不是使用上面提到的基于比较的版本。我们首先将8位值解压缩到32位值的高字节而不是低位字节。由于我们不关心较低的部分，我们只需再次使用8位值，这使我们无需额外的零寄存器和额外的移动：

xmm0 = _mm_unpacklo_epi8(xmm0, xmm0);
xmm0 = _mm_unpacklo_epi16(xmm0, xmm0);

现在我们只需要对高位字节进行右移和算术右移到低位字节，对负值进行正确的符号扩展：

xmm0 = _mm_srai_epi32(xmm0, 24);

这应该比我上面的SSE2版本更多的指令计数和寄存器效率。

因为在单个像素的指令计数中它应该相等（尽管在多个像素上分摊时再多指令1个）并且与上述零扩展相比，寄存器效率更高（由于没有额外的零寄存器），如果寄存器很少，则可能甚至可用于无符号到符号的转换，但随后使用逻辑移位（_mm_srli_epi32）而不是算术移位。

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使用SSE4改进解包

感谢 harold 的评论，对于第一次8到32的转换，甚至有更好的选择。如果你有SSE4支持（准确的SSE4.1），它有完成从寄存器低32位的4个压缩8位值到整个寄存器中的4个32位值的完整转换的指令，两者都是有符号和无符号的8位值：

xmm0 = _mm_cvtepu8_epi32(xmm0);   //or _mm_cvtepi8_epi32 for signed 8-bit values

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使用SSE2

打包像素

至于逆转这种转换的后续行动，首先我们将带符号的32位整数打包成有符号的16位整数并使其饱和：

xmm0 = _mm_packs_epi32(xmm0, xmm0);

然后我们使用饱和度将这些16位值打包成无符号的8位值：

xmm0 = _mm_packus_epi16(xmm0, xmm0);

然后我们最终可以从寄存器的低32位获取像素：

*(int*)&pixel = _mm_cvtsi128_si32(xmm0);

由于饱和度，整个过程会自动将任何负值映射到0以及任何大于255到255的值，这通常用于处理彩色像素。

如果在将32位值打包回unsigned char时实际上需要截断而不是饱和，那么您需要自己执行此操作，因为SSE仅提供饱和打包指令。但这可以通过简单的方法来实现：

xmm0 = _mm_and_si128(xmm0, _mm_set1_epi32(0xFF));

在上述包装程序之前。这应该只相当于2个额外的SSE指令，或者在多个像素上分摊时只有1个附加指令。