C/C++ - 将 24 位有符号整数转换为浮点数

Question

我正在用 C++ 编程。我需要将 24 位有符号整数（存储在 3 字节数组中）转换为浮点数（标准化为 [-1.0,1.0]）。

该平台是 x86 上的 MSVC++（这意味着输入是小端字节序）。

我试过这个：

float convert(const unsigned char* src)
{
    int i = src[2];
    i = (i << 8) | src[1];
    i = (i << 8) | src[0];

    const float Q = 2.0 / ((1 << 24) - 1.0);

    return (i + 0.5) * Q;
}

我不完全确定，但我从这段代码中得到的结果似乎不正确。那么，我的代码是错误的吗？如果是，为什么？

Answer 1

您没有签名将24位扩展到整数；上位始终为零。该代码不管您什么 int 大小是：

if (i & 0x800000)
    i |= ~0xffffff;

编辑： 问题2是您的缩放常数。简而言之，您想乘以新的最大值，然后除以旧的最大值，假设转换后0保持在0.0。

const float Q = 1.0 / 0x7fffff;

最后，为什么在最终转换中添加0.5？我可以理解您是否试图围绕整数价值，但是您要朝另一个方向前进。

编辑2： 您指出的来源有一个非常详细的理由。不是我会选择的方式，但仍然完全可以辩护。我对乘数的建议仍然存在，但是由于添加了0.5个因素，最大值是不同的：

const float Q = 1.0 / (0x7fffff + 0.5);

由于添加后的正和负大小相同，因此这应该正确扩展两个方向。

Answer 2

由于您使用的是 char 数组，因此输入不一定是 x86 的小端字节序；char 数组使字节顺序体系结构独立。

您的代码有点过于复杂。一个简单的解决方案是移位 24 位数据以将其缩放为 32 位值（以便机器的自然有符号算术可以工作），然后使用结果与最大可能值（即 INT_MAX 减去 256，因为空的低 8 位）。

#include <limits.h>

float convert(const unsigned char* src)
{
    int i = src[2] << 24 | src[1] << 16 | src[0] << 8 ;
    return i / (float)(INT_MAX - 256) ;
}

测试代码：

unsigned char* makeS24( unsigned int i, unsigned char* s24 )
{
    s24[2] = (unsigned char)(i >> 16) ;
    s24[1] = (unsigned char)((i >> 8) & 0xff);
    s24[0] = (unsigned char)(i & 0xff);
    return s24 ;
}

#include <iostream>

int main()
{
    unsigned char s24[3] ;
    volatile int x = INT_MIN / 2 ;

    std::cout << convert( makeS24( 0x800000, s24 )) << std::endl ;  // -1.0
    std::cout << convert( makeS24( 0x7fffff, s24 )) << std::endl ;  //  1.0
    std::cout << convert( makeS24( 0, s24 )) << std::endl ;         //  0.0
    std::cout << convert( makeS24( 0xc00000, s24 )) << std::endl ;  // -0.5
    std::cout << convert( makeS24( 0x400000, s24 )) << std::endl ;  //  0.5

}

Answer 3

由于它不是对称的，因此这可能是最好的妥协。

地图 - （（2^23）-1）至-1.0和（（2^23）-1）至1.0。

（注意：这是24位WAV文件使用的转换样式）

float convert( const unsigned char* src )
{
    int i = ( ( src[ 2 ] << 24 ) | ( src[ 1 ] << 16 ) | ( src[ 0 ] << 8 ) ) >> 8;
    return ( ( float ) i ) / 8388607.0;
}

Answer 4

对我有用的解决方案：

/**
 * Convert 24 byte that are saved into a char* and represent a float
 * in little endian format to a C float number.
 */
float convert(const unsigned char* src)
{
    float num_float;
    // concatenate the chars (short integers) and
    // save them to a long int
    long int num_integer = (
            ((src[2] & 0xFF) << 16) | 
            ((src[1] & 0xFF) << 8) | 
            (src[0] & 0xFF)
        ) & 0xFFFFFFFF;

    // copy the bits from the long int variable
    // to the float.
    memcpy(&num_float, &num_integer, 4);

    return num_float;
}

Answer 5

为我工作：

float convert(const char* stream)
{
    int fromStream = 
        (0x00 << 24) + 
        (stream[2] << 16) + 
        (stream[1] << 8) + 
         stream[0];

    return (float)fromStream;
}

Answer 6

看起来您将其视为24位未签名的整数。如果最重要的位是1，您需要做 i 通过将剩余的8位设置为1来为1。

Answer 7

我不确定这是否是一个很好的编程练习，但这似乎可以起作用（至少在32位Linux上使用G ++，还没有尝试过任何其他尝试），而且比从字节中提取字节更优雅一个char数组，尤其是如果它不是真正的字符阵列，而是您从中读取的流（就我而言，是一个文件流） 是 一个char阵列，您可以使用 memcpy 代替 istream::read).

只需将24位变量加载到签名的32位的不太显着的3个字节中（signed long）。然后移动 long 可变的一个字节向左，因此符号位出现在该符号的位置。最后，只要将32位变量归一化，就可以设置。

union _24bit_LE{
  char access;
  signed long _long;
}_24bit_LE_buf;

float getnormalized24bitsample(){
  std::ifstream::read(&_24bit_LE_buf.access+1, 3);
  return (_24bit_LE_buf._long<<8) / (0x7fffffff + .5);
}

（奇怪的是，当您立即阅读3个更重要的字节时，它似乎不起作用）。

编辑: ：事实证明，这种方法似乎遇到了一些我尚不完全理解的问题。最好暂时不要使用它。