C# SIMD 使用 System.Numerics.Vector 排序/中值

Question

我有一个视频处理代码，需要使用其 4 个相邻像素的中值来确定每个像素的值。所以，我有一个 4 字节的数组，必须以一种高效的方式找到它的中位数。首先，我必须对数组进行排序，然后对 2 个中间值进行平均。我必须对图像的一半像素执行此操作，以便可以并行完成。

这可以使用 System.Numerics.Vector 完成吗？

文档中也不清楚:System.Numerics.Vector 是为 x86 代码还是仅为 x64 创建 SIMD？

Answer 1

在这个回答中，我不会费心在正确的地方获取数据，只是中等业务。

我假设您有单独的左/上/右/下向量。将它们打包在一个向量中会非常烦人，而且实际上也更难设置，因为这不能通过简单的加载来完成。

您不必排序(这需要大量的比较和 ConditionalSelects)来找到 4 的中位数。找到最小值和最大值并删除它们就足够了(当然每个一次)。查找最小值和最大值很容易，只需应用 Vector.Min 和 Vector.Max 几次。 “除”就是从4个东西的和中减去它们。当然，由于它的结果表示两个字节的总和，它本身不能放在一个字节中[^{注 1}]，因此不幸的是，大部分计算都是在 16 位中完成的，吞吐量减半。最后，只需将中间两个值的和右移 1 即可得到它们的平均值，您可以将其转换回 8bit。

或者简而言之，没有排序的 4 的中位数是:

median = (a + b + c + d - min(a, b, c, d) - max(a, b, c, d)) >> 1;

您可以选择在类次前加 1 以获得四舍五入的平均值。

1:如果不是那样，让计算回绕就可以解决所有问题。如果它是 3 的中位数，结果将适合 8 位，因此它可以在不加宽的情况下完成(即使总和可能会换行，减法也会将它“展开”相同的数量).当然也可以用XOR来做，效果更明显。