本文將介紹NEON提供的移位運(yùn)算，并顯示如何利用移位運(yùn)算在常用顏色深度之間轉(zhuǎn)換影像數(shù)據(jù)。

向量移位

NEON上的移位與標(biāo)量ARM編碼中可能用到的移位非常相似，即每個(gè)向量元素的位數(shù)均向左或向右移位，出現(xiàn)在每個(gè)元素左側(cè)或右側(cè)的位將被刪除；它們不能移位至相鄰的元素。

移位的數(shù)量可通過指令中編碼的文字或附加的移位向量來指定。使用移位向量時(shí)，應(yīng)用到輸入向量每個(gè)元素的移位取決于移位向量中對(duì)應(yīng)元素的值。移位向量中的元素被當(dāng)作帶符號(hào)的值來處理，因此按元素分配，左移位、右移位和零移位都有可能發(fā)生。

帶符號(hào)元素的向量上發(fā)生的右移位由指令附加的類型指定，并會(huì)將符號(hào)擴(kuò)展至每一個(gè)元素。這與ARM編碼中可能用到的算術(shù)移位相同。應(yīng)用到無符號(hào)向量的移位不會(huì)發(fā)生符號(hào)擴(kuò)展。

移位與插入NEON也支持通過插入產(chǎn)生移位，使兩個(gè)不同向量的位相結(jié)合。例如，左移位與插入(VSLI)可使源向量的每一個(gè)元素均向左移位。每個(gè)元素右側(cè)新插入的位就是目標(biāo)向量中的對(duì)應(yīng)位。

移位與計(jì)算最后，NEON還支持向量元素向右移位，并將結(jié)果計(jì)入到另一個(gè)向量中。這種方法對(duì)于先在高精度條件下進(jìn)行臨時(shí)計(jì)算，然后再將結(jié)果與低精度計(jì)算器相結(jié)合的情況非常有用。

指令修改器每個(gè)移位指令都能擁有一個(gè)或多個(gè)修改器。這些修改器并不改變移位運(yùn)算本身，而是通過調(diào)整輸入值或輸出值，消除偏差或飽和狀況，保持一定的范圍。共有五種移位修改器：

• 舍位修改器 (Rounding)，以R前綴表示，可以糾正右移時(shí)舍位導(dǎo)致的偏差。
• 窄修改器 (Narrow)，以N后綴表示，可以讓結(jié)果中每個(gè)元素的位數(shù)減半。它代表Q（128位）源和D（64位）目標(biāo)寄存器。
• 長(zhǎng)修改器 (Long)，以L后綴表示，可以讓結(jié)果中每個(gè)元素的位數(shù)加倍。它代表D源和Q目標(biāo)寄存器。 飽和修改器 (Saturating)，以Q前綴表示，可以在最大和最小可表范圍內(nèi)設(shè)置每個(gè)結(jié)果元素，前提是結(jié)果未超出該范圍。向量的位數(shù)和符號(hào)類型可用于確定飽和范圍。
• 無符號(hào)飽和修改器 (Unsigned Saturating)，以Q前綴和U后綴表示，與飽和修改器類似，但在進(jìn)行帶符號(hào)或無符號(hào)輸入時(shí)，結(jié)果將在無符號(hào)范圍內(nèi)表現(xiàn)為飽和。

這些修改器的部分組合并未表現(xiàn)出有用的運(yùn)算，因此NEON也沒有提供相應(yīng)指令。例如，飽和右移位（應(yīng)稱為VQSHR）其實(shí)就毫無必要，因?yàn)橛乙莆恢粫?huì)讓結(jié)果變得更小，因而值根本無法超出有效范圍。

可用移位表NEON提供的所有移位指令均在下表中列出。它們根據(jù)先前提到的修改器進(jìn)行排列。如果你還是不太確定修改器各個(gè)字母代表的含義，請(qǐng)利用下表選擇需要的指令。

示例：轉(zhuǎn)換顏色深度顏色深度之間的轉(zhuǎn)換是圖形處理中經(jīng)常需要的運(yùn)算。通常，輸入或輸出數(shù)據(jù)都是RGB565 16位顏色格式，但RGB888格式的數(shù)據(jù)處理起來更為方便。對(duì)于NEON而言尤其如此，因?yàn)樗鼰o法為RGB565這樣的數(shù)據(jù)類型提供本機(jī)支持。

但是，NEON仍然可以有效地處理RGB565數(shù)據(jù)，上文中介紹的向量移位便提供了處理方法。

從565到888首先，我們來看如何將RGB565轉(zhuǎn)換為RGB888。假設(shè)寄存器q0中有8個(gè)16位像素，我們想要在d2、d3和d4這三個(gè)寄存器中將紅色、綠色和藍(lán)色分離成8位的元素。

每個(gè)指令的效果都在上面?zhèn)渥⒅凶隽嗣枋?，但總而言之，每個(gè)通道上執(zhí)行的運(yùn)算為：

• 利用移位推掉元素任意一端的位數(shù)，清除相鄰?fù)ǖ赖念伾珨?shù)據(jù)。
• 使用第二次移位將顏色數(shù)據(jù)放置到每個(gè)元素最重要的位上，并縮短位數(shù)將元素大小從16位減至8位。

請(qǐng)注意在這個(gè)順序中使用元素大小來確定8位和16位元素的位置，以進(jìn)行部分掩碼運(yùn)算。

一個(gè)小問題你可能會(huì)注意到，如果使用上述代碼轉(zhuǎn)換到RGB888格式，白色顯得不夠白。這是因?yàn)?，?duì)于每個(gè)通道而言，最低的2或3位是零，而不是1；白色在RGB565中表示為(0x1F, 0x3F, 0x1F)，而在RGB888中，卻變成了 (0xF8, 0xFC, 0xF8)。這可以通過移位來解決，將部分最重要的位插入到低位。

從888到565現(xiàn)在，我們來看反向運(yùn)算，即從RGB888轉(zhuǎn)換為RGB565。這里，我們假設(shè)RGB888數(shù)據(jù)為上述代碼產(chǎn)生的格式；在d0、d1和d2這三個(gè)寄存器上，每個(gè)寄存器均包含每種顏色的8個(gè)元素。結(jié)果將存儲(chǔ)為q2格式的8個(gè)16位RGB565元素。

同樣，每個(gè)指令的詳細(xì)說明在備注中列出，但總而言之，對(duì)于每個(gè)通道而言：

• 將每個(gè)元素的長(zhǎng)度擴(kuò)展至16位，并將顏色數(shù)據(jù)移至最重要的位上。
• 使用插入右移位，將每個(gè)顏色通道放置到結(jié)果寄存器中。

結(jié)論NEON提供的強(qiáng)大的移位指令范圍讓你能夠：

• 利用舍入和飽和，通過二次冪快速進(jìn)行向量的除法和乘法運(yùn)算。
• 通過移位將一個(gè)向量位復(fù)制到另一個(gè)向量位。
• 在高精度條件下進(jìn)行臨時(shí)計(jì)算，并在低精度條件下計(jì)算結(jié)果。

Martyn是處理器領(lǐng)域的資深軟件工程師，已在ARM工作了近10年。他主要負(fù)責(zé)改善ARM平臺(tái)上軟件的性能和體驗(yàn)。他對(duì)使用匯編語言和SIMD實(shí)現(xiàn)軟件優(yōu)化非常感興趣，尤其是在圖形和多媒體領(lǐng)域。