使用 SIMD 对半字节的去交错向量

Question

我有一个 16384 有符号四位整数的输入向量。它们被打包成 8192 字节。我需要将这些值交错并解压缩为两个单独数组中的有符号 8 位整数。

a,b,c,d 是 4 位值。
A,B,C,D 是 8 位值。

输入 = [ab,cd,...]
Out_1 = [A,C, ...]
Out_2 = [B,D, ...]

我可以在 C++ 中很容易地做到这一点。

constexpr size_t size = 32768;
int8_t input[size]; // raw packed 4bit integers
int8_t out_1[size];
int8_t out_2[size];

for (int i = 0; i < size; i++) {
    out_1[i] = input[i] << 4;
    out_1[i] = out_1[i] >> 4;
    out_2[i] = input[i] >> 4;
}

我想实现它以在通用处理器上尽可能快地运行。在 VOLK 中存在 8 位解交织到 16 位整数的良好 SIMD 实现，但我什至找不到基本的按字节 SIMD 移位运算符。

https://github.com/gnuradio/volk/blob/master/kernels/volk/volk_8ic_deinterleave_16i_x2.h#L63

谢谢！

Answer 1

这是一个例子。您的问题包含使用未签名操作的代码，但问题是关于签名的，所以我不确定您想要什么。如果它是你想要的无符号，只需删除实现符号扩展的位。

const __m128i mm_mask = _mm_set1_epi32(0x0F0F0F0F);
const __m128i mm_signed_max = _mm_set1_epi32(0x07070707);

for (size_t i = 0u, n = size / 16u; i < n; ++i)
{
    // Load and deinterleave input half-bytes
    __m128i mm_input_even = _mm_loadu_si128(reinterpret_cast< const __m128i* >(input) + i);
    __m128i mm_input_odd = _mm_srli_epi32(mm_input_even, 4);

    mm_input_even = _mm_and_si128(mm_input_even, mm_mask);
    mm_input_odd = _mm_and_si128(mm_input_odd, mm_mask);

    // If you need sign extension, you need the following
    // Get the sign bits
    __m128i mm_sign_even = _mm_cmpgt_epi8(mm_input_even, mm_signed_max);
    __m128i mm_sign_odd = _mm_cmpgt_epi8(mm_input_odd, mm_signed_max);

    // Combine sign bits with deinterleaved input
    mm_input_even = _mm_or_si128(mm_input_even, _mm_andnot_si128(mm_mask, mm_sign_even));
    mm_input_odd = _mm_or_si128(mm_input_odd, _mm_andnot_si128(mm_mask, mm_sign_odd));

    // Store the results
    _mm_storeu_si128(reinterpret_cast< __m128i* >(out_1) + i, mm_input_even);
    _mm_storeu_si128(reinterpret_cast< __m128i* >(out_2) + i, mm_input_odd);
}

如果您的 size 不是 16 的倍数，那么您还需要添加对尾字节的处理。您可以为此使用非矢量化代码。

请注意，在上面的代码中，您不需要按字节进行移位，因为无论如何您都必须应用掩码。因此，任何更粗粒度的转变都可以在这里进行。