【发布时间】:2014-11-23 15:09:19
【问题描述】:
我正在研究一个 RGBA32 缓冲区(每个组件 8 位),我需要将每个组件乘以一个常数,然后将每个乘法结果与其他结果相加:
结果 = r*x + g * y + b * z + a*w(两个向量 rgba 和 xyzw 的点积)
我正在尝试使用英特尔 SSE 内在函数来加速该过程,但我不知道如何在不改组输入的情况下执行此操作。
有没有办法做到这一点?就像构建一个包含 {x,y,z,w,x,y,z,w,x,y,z,w,x,y,z,w} 的寄存器并执行 8 位乘法饱和?
最终目标是将RGBA向量乘以对应的颜色转换矩阵:
[ 66 129 25 0] [R]
[-38 -74 112 0] * [G]
[112 -94 -18 0] [B]
[0 0 0 0] [A]
谢谢
编辑 1:这是最后一个函数,使用浮点计算以获得更高的颜色精度,它使用 SSE 将 rgba 图像转换为 YUV444 图像。函数在 intel i5 3570k 上转换全高清图像需要 1.9 到 3.5 毫秒,只使用一个线程(这个函数很容易线程化,并且可以显着提高性能):
void SSE_rgba2YUV444_FP(char* a, char* y, char* u, char* v)
{
__m128i mask = _mm_setr_epi8(0x00,0x04,0x08,0x0c, 0x01,0x05,0x09,0x0d, 0x02,0x06,0x0a,0x0e, 0x03,0x07,0x0b,0x0f); // Masque de mélange, chaque uint8 donne la position à donner (en offset en octet) du uint8 correspondant
float m[9] = {0.299, 0.587, 0.114, -0.1687, -0.3313, 0.5, 0.5, -0.4187, -0.0813}; // Dans le __m128i que l'on mélange
__m128i row[4];
for(int i=0; i<4; i++) {
row[i] = _mm_loadu_si128((__m128i*)&a[16*i]);
row[i] = _mm_shuffle_epi8(row[i],mask);
}
// row[i] = {rrrrggggbbbbaaaa} tous en uint8t
__m128i t0 = _mm_unpacklo_epi32(row[0], row[1]); //to = {rrrrrrrrgggggggg}
__m128i t1 = _mm_unpacklo_epi32(row[2], row[3]); //t1 = {rrrrrrrrgggggggg}
__m128i t2 = _mm_unpackhi_epi32(row[0], row[1]); //t2 = {bbbbbbbbaaaaaaaa}
__m128i t3 = _mm_unpackhi_epi32(row[2], row[3]); //t3 = {bbbbbbbbaaaaaaaa}
row[0] = _mm_unpacklo_epi64(t0, t1); // row[0] = {rrrrrrrrrrrrrrrr}
row[1] = _mm_unpackhi_epi64(t0, t1); // etc
row[2] = _mm_unpacklo_epi64(t2, t3);
__m128i v_lo[3], v_hi[3];
for(int i=0; i<3; i++) {
v_lo[i] = _mm_unpacklo_epi8(row[i],_mm_setzero_si128()); // On entrelace chaque row avec des 0, ce qui fait passer les valeurs
v_hi[i] = _mm_unpackhi_epi8(row[i],_mm_setzero_si128()); // de 8bits à 16bits pour pouvoir travailler dessus
}
__m128 v32_lo1[3], v32_hi1[3], v32_lo2[3], v32_hi2[3];
for(int i=0; i<3; i++) {
v32_lo1[i] = _mm_cvtepi32_ps(_mm_unpacklo_epi16(v_lo[i],_mm_setzero_si128()));
v32_lo2[i] = _mm_cvtepi32_ps(_mm_unpackhi_epi16(v_lo[i],_mm_setzero_si128()));
v32_hi1[i] = _mm_cvtepi32_ps(_mm_unpacklo_epi16(v_hi[i],_mm_setzero_si128()));
v32_hi2[i] = _mm_cvtepi32_ps(_mm_unpackhi_epi16(v_hi[i],_mm_setzero_si128()));
} // On a nos rgb sur 32 bits
__m128i yuv[3]; // {Y, U, V}
__m128 ylo1 = _mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_lo1[0], _mm_set1_ps(m[0])), _mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_lo1[1], _mm_set1_ps(m[1])), _mm_mul_ps(v32_lo1[2], _mm_set1_ps(m[2]))));
__m128 ylo2 = _mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_lo2[0], _mm_set1_ps(m[0])), _mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_lo2[1], _mm_set1_ps(m[1])), _mm_mul_ps(v32_lo2[2], _mm_set1_ps(m[2]))));
__m128 yhi1 = _mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_hi1[0], _mm_set1_ps(m[0])), _mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_hi1[1], _mm_set1_ps(m[1])), _mm_mul_ps(v32_hi1[2], _mm_set1_ps(m[2]))));
__m128 yhi2 = _mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_hi2[0], _mm_set1_ps(m[0])), _mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_hi2[1], _mm_set1_ps(m[1])), _mm_mul_ps(v32_hi2[2], _mm_set1_ps(m[2]))));
__m128i ylo1i = _mm_cvtps_epi32(ylo1);
__m128i ylo2i = _mm_cvtps_epi32(ylo2);
__m128i yhi1i = _mm_cvtps_epi32(yhi1);
__m128i yhi2i = _mm_cvtps_epi32(yhi2);
__m128i ylo = _mm_packus_epi32(ylo1i, ylo2i);
__m128i yhi = _mm_packus_epi32(yhi1i, yhi2i);
yuv[0] = _mm_packus_epi16(ylo, yhi);
ylo1 = _mm_add_ps(_mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_lo1[0], _mm_set1_ps(m[3])), _mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_lo1[1], _mm_set1_ps(m[4])), _mm_mul_ps(v32_lo1[2], _mm_set1_ps(m[5])))), _mm_set1_ps(128.0f));
ylo2 = _mm_add_ps(_mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_lo2[0], _mm_set1_ps(m[3])), _mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_lo2[1], _mm_set1_ps(m[4])), _mm_mul_ps(v32_lo2[2], _mm_set1_ps(m[5])))), _mm_set1_ps(128.0f));
yhi1 = _mm_add_ps(_mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_hi1[0], _mm_set1_ps(m[3])), _mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_hi1[1], _mm_set1_ps(m[4])), _mm_mul_ps(v32_hi1[2], _mm_set1_ps(m[5])))), _mm_set1_ps(128.0f));
yhi2 = _mm_add_ps(_mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_hi2[0], _mm_set1_ps(m[3])), _mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_hi2[1], _mm_set1_ps(m[4])), _mm_mul_ps(v32_hi2[2], _mm_set1_ps(m[5])))), _mm_set1_ps(128.0f));
ylo1i = _mm_cvtps_epi32(ylo1);
ylo2i = _mm_cvtps_epi32(ylo2);
yhi1i = _mm_cvtps_epi32(yhi1);
yhi2i = _mm_cvtps_epi32(yhi2);
ylo = _mm_packus_epi32(ylo1i, ylo2i);
yhi = _mm_packus_epi32(yhi1i, yhi2i);
yuv[1] = _mm_packus_epi16(ylo, yhi);
ylo1 = _mm_add_ps(_mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_lo1[0], _mm_set1_ps(m[6])), _mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_lo1[1], _mm_set1_ps(m[7])), _mm_mul_ps(v32_lo1[2], _mm_set1_ps(m[8])))), _mm_set1_ps(128.0f));
ylo2 = _mm_add_ps(_mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_lo2[0], _mm_set1_ps(m[6])), _mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_lo2[1], _mm_set1_ps(m[7])), _mm_mul_ps(v32_lo2[2], _mm_set1_ps(m[8])))), _mm_set1_ps(128.0f));
yhi1 = _mm_add_ps(_mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_hi1[0], _mm_set1_ps(m[6])), _mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_hi1[1], _mm_set1_ps(m[7])), _mm_mul_ps(v32_hi1[2], _mm_set1_ps(m[8])))), _mm_set1_ps(128.0f));
yhi2 = _mm_add_ps(_mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_hi2[0], _mm_set1_ps(m[6])), _mm_add_ps(_mm_mul_ps(v32_hi2[1], _mm_set1_ps(m[7])), _mm_mul_ps(v32_hi2[2], _mm_set1_ps(m[8])))), _mm_set1_ps(128.0f));
ylo1i = _mm_cvtps_epi32(ylo1);
ylo2i = _mm_cvtps_epi32(ylo2);
yhi1i = _mm_cvtps_epi32(yhi1);
yhi2i = _mm_cvtps_epi32(yhi2);
ylo = _mm_packus_epi32(ylo1i, ylo2i);
yhi = _mm_packus_epi32(yhi1i, yhi2i);
yuv[2] = _mm_packus_epi16(ylo, yhi);
_mm_storeu_si128((__m128i*)y,yuv[0]);
_mm_storeu_si128((__m128i*)u,yuv[1]);
_mm_storeu_si128((__m128i*)v,yuv[2]);
}
【问题讨论】:
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我将答案更改为使用
_mm_maddubs_epi16的更高效版本。 -
@PaulR,我用你的许多 cmets 回答了这个问题。如果你有时间,你认为你可以看一下,如果你有任何建议,请告诉我?我对使用 SSE/AVX 的 8 位整数没有太多经验。
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@Zboson:看起来不错 - 将其与标量代码进行基准测试以查看您获得了什么样的因子改进会很有趣。
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@PaulR,我最初想通过执行 AOS 到 SOA 转置并计算
u和v来在没有水平运算符的情况下执行此操作。但我认为很难击败_mm_maddubs_epi16。你得到乘法,两个加法之一和 8 位到 16 位转换的价格。我没有检查指令表。我知道应该避免使用_mm_hadd_epi32,但在这种情况下,我认为水平运算符是最好的解决方案。 -
@PaulR,我解决了问题。一个是在我与另一个链接进行比较的公式中。另一个是使用
packs而不是packus,第三个更微妙。减去超过 128 会导致溢出超过 -32768。改用 64 来解决这个问题(我证明它总是正确的)。如果您想现在更多地查看我的编辑。
标签: c intel sse simd intrinsics