在只有 3 个颜色分量的浮点像素上使用 SSE

Question

我正在创建一个结构来存储图像中的单个 RGB 像素。

struct Pixel
{
    // color values range from 0.0 to 1.0
    float r, g, b;
}__attribute__((aligned(16));

我想使用 128 位 SSE 指令来执行加法、乘法等操作。这样我就可以同时对所有 3 个颜色通道执行操作。因此，我的 SSE 寄存器中的第一个打包浮点数将是红色，然后是绿色，然后是蓝色，但我不太确定第四个寄存器中的内容。我真的不在乎额外的 32 位填充中有哪些位。当我将一个像素加载到 SSE 寄存器时，我会想象它包含零值或垃圾值。这有问题吗？我是否应该添加第四个 alpha 通道，即使我真的不需要一个？我认为这是一个问题的唯一方法是，如果我除以一个像素并且在第四个位置有一个零值，或者我正在取一个负数的根，等等。

Answer 1

整数运算对于未初始化的值完全没有问题，因为延迟从不依赖于数据。浮点数不同。某些 FPU 在处理非正规数、NaN 和无穷大（在任何一个向量元素中）时会变慢。

Intel Nehalem 和更早版本在使用非正态 inputs/outputs 和 FP underflow/overflow 进行数学运算时速度变慢很多。 Sandybridge 有一个很好的 FPU，对于任何输入都具有快速 add/sub（根据 Agner Fog's instruction tables), but multiply can still slow down.

Add/sub/multiply 用零没问题，但可能代表 NaN 或其他东西的未初始化垃圾可能会出现问题。

小心除法，不要除以零。这甚至可能引发 FPU 异常，具体取决于硬件设置。

所以是的，将未使用的元素置零可能是个好主意。取决于您最初生成事物的方式，这可能很容易实现。（例如 movd/pinsrd/pinsrd（或 insertps）将三个 32 位元素放入一个向量中，初始 movd 将高位 96b 归零。）

一种解决方法是在第四个元素中存储蓝色通道的第二个副本。（或任何在那里洗牌最方便的东西。）您可以使用 movsldup(SSE3) / movlps 加载向量。在 movsldup 之后，您的寄存器将保持 { b b r r }。 movlps 将重新加载较低的 64 位，因此您将拥有 { b b g r }。（这相当于 movsd，顺便说一句。）或者如果 shuffle 端口不如加载端口繁忙，则执行一个 16B 加载，然后进行 shufps。（movsldup 在 Intel CPU 上是在加载端口上运行的单个 uop，即使它内置了复制。）

另一种选择是将您的像素打包成 12 个字节，这样 16B 的负载将获得下一个像素的一个组件。根据您正在做的事情，重叠存储会破坏下一个像素的一个元素可能会也可能不会。在存储当前像素之前加载下一个像素可以解决某些操作的问题。很容易受到缓存或带宽限制，因此以偶尔的缓存行拆分 load/store 的小成本节省 1/4 space 可能是值得的。

在只有 3 个颜色分量的浮点像素上使用 SSE

Using SSE on floating point pixels with only 3 color components

c

gcc

assembly

sse

simd