SSE 比较压缩无符号字节答案

【问题标题】：SSE Compare Packed Unsigned BytesSSE 比较压缩无符号字节
【发布时间】：2013-04-25 00:51:00
【问题描述】：

我正在尝试使用 SSE 指令进行一些图像过滤。我正在使用的图像每个像素有一个字节（255 灰度），我需要使用大于比较来比较无符号打包字节。我查看了英特尔的手册，并且存在比较，但仅适用于有符号字节（PCMPGTB）。我怎样才能对无符号字节进行这种比较？提前致谢

【问题讨论】：

您还可以利用“max”和“min”运算符，它们可用于无符号字节 [ 但不适用于有符号字节。这就是当指令集需要花费数十位将指令与遗留操作码区分开来回到 80 年代时的结果，并且只能负担一些对实际操作进行编码的结果......] 还有 u8 的饱和加减法，有时可以对通常用无符号比较描述的操作产生影响。如果您喜欢解决难题，那么编程 SSE 肯定会更有趣。

标签： x86 comparison unsigned sse

【解决方案1】：

在 AVX-512¹ 之前，确实不可能直接进行无符号比较。

但是您可以将 -128 添加到每个值（或减去 128，或 XOR 0x80，或类似的）。这会将 0 变为 -128，将 255 变为 127，其他值变为介于两者之间的值；结果是您从比较中得到了正确的结果。

将其扩展为单词也应该有效，但听起来会慢一些，因为每条指令完成了一半的工作。

_mm_cmpgt_epu8(a, b) = _mm_cmpgt_epi8(
        _mm_xor_epi8(a, _mm_set1_epi8(-128)),  // range-shift to unsigned
        _mm_xor_epi8(b, _mm_set1_epi8(-128)))

pxor 在某些 CPU 上可以在比paddb 更多的执行端口上运行，因此如果您需要这样做，它通常是最佳选择。 XOR 是加无进位，加减 0x80 的进位输出到每个字节元素的顶部。

脚注 1：使用 AVX-512BW：

vpcmpub 将比较谓词作为立即数，如cmpps。 _mm_cmp[eq|ge|gt|le|lt|neq]_epu8_mask 比较掩码而不是另一个向量，因为这就是 AVX-512 比较指令的工作方式。例如
__mmask16 _mm_cmpgt_epu8_mask (__m128i a, __m128i b)in Intel's intrinsics guide

【讨论】：

这是利用有符号比较作为无符号使用的“转到”方法，反之亦然 - 绝对比在比较之前扩展到 16 位的（当前接受的答案）方法要好得多。但我认为，鉴于字节“maxu”的可用性，我的优势在于，特别是对于 >= 比较而不是 >.

【解决方案2】：

无符号比较 (a >= b) 等同于 maxu( a, b ) == a, 所以你可以使用

_mm_cmpeq_epi8( a, _mm_max_epu8(a,b))   -->   a >= b  "cmpge_epu8(a,b)"

如果您需要 < 或 > 比较，则需要反转结果，此时 Alcaro 的方法可能同样好（尽管该方法需要一个寄存器来携带一个用于反转的常量）。但是对于>= 或<= 比较，这肯定更好（因为没有 _mm_cmple_epi8 或 _mm_cmpge_epi8 可供使用，即使在将无符号范围转换为有符号范围之后也是如此）。

【讨论】：

简单而精彩。谢谢你的主意。我会好好利用它的。

【解决方案3】：

对@greggo 的解决方案提出一个小而重要的改进：

maxu( a, b ) == a

有一个缺点，因为你必须在 maxu 比较之前备份“a”，从而导致补充操作，如下所示：

movq mmc, mma
pmaxu mma, mmb
pcmpeq mma, mmc

minu( a, b ) == b

提供完全相同的效果，但保留了相等检查的运算符：

pminu mma, mmb
pcmpeq mma, mmb

收益显着：只需 2 次操作而不是 3 次。

【讨论】：

或者：pmaxu mmb,mma，然后是 pcmpeq mmb,mma。无论哪种方式，您都会丢弃其中一个原始操作数。

【解决方案4】：

在压缩的无符号字节中进行比较是不可能的，我已经将字节解压缩为单词（因为它们是肯定的，这就像从无符号到有符号的转换以及从字节到单词的扩展）并使用它们进行比较PCMPGTB。

【讨论】：

在我看来，要执行 cmp**_epu8，这需要 7 个操作：四个“解包”，两个 cmp**_epi16，然后是一个包，并且使用的寄存器比其他答案多得多.