Устранение перемежения вектора полубайтов с помощью SIMD

Question

У меня есть входной вектор из 16384 четырехбитных целых чисел со знаком. Они упакованы в 8192 байта. Мне нужно чередовать значения и распаковать в 8-битные целые числа со знаком в двух отдельных массивах.

a, b, c, d - 4-битные значения. A, B, C, D - 8-битные значения.

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

Я могу сделать это довольно легко на C ++.

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;
}

Я хотел бы реализовать это, чтобы работать как можно быстрее в общих целях процессоры. Существуют хорошие реализации SIMD 8-битного деинтерлейва в 16-битные целые числа, например, в VOLK, но я не могу найти даже базовых c операторов побайтного сдвига SIMD.

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

Спасибо!

Answer 1

Вот пример. Ваш вопрос содержал код, который использовал неподписанные операции, но вопрос был задан о подписанном, поэтому я не был уверен, что вы хотите. Если это беззнаковое, что вы хотите, просто удалите биты, реализующие расширение знака.

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);
}

Если ваш size не кратен 16, вам также нужно добавить обработку хвостовых байтов. Вы можете использовать для этого свой невекторизованный код.

Обратите внимание, что в приведенном выше коде вам не нужны побайтовые сдвиги, так как вам все равно нужно применить маску. Так что здесь подойдут любые более грубые сдвиги.