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

Question

我有一个视频处理代码，需要使用 4 个相邻像素的中值来确定每个像素的值。因此，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，然后对两个中间值求平均值。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 来完成吗？

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

在这个答案中，我不会费心将数据放在正确的位置，而只是将业务中值获取。

我假设你有单独的左/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，因为这无法通过简单的加载来完成。

您不必进行排序(这需要大量比较和条件选择)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，每个都一次)。查找最小值和最大值很容易，只需应用 Vector.Min 和 Vector.Max 几次即可。 “除”是指从四项之和中减去它们。当然，由于其结果代表两个字节的总和，因此它本身无法容纳一个字节[^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 即可得到平均值，然后可以将其转换回 8 位。

或者简而言之，4 的中位数是，不排序:

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 以获得向上取整的平均值。

1:如果不是这样，让计算结束就可以解决所有问题。如果它是 3 的中位数，则结果将适合 8 位，因此可以在不加宽的情况下完成(即使总和可能会回绕，减法也会将其“展开”相同的量) )。当然也可以用XOR来完成，这样效果就更明显了。