void convert2to8(unsigned char *dest, const unsigned char *src, int bytes) {
  const unsigned char levels[4] = {9, 92, 163, 246};
  static int first = 1;
  static unsigned char lut2to8[256][4];
  int i, o;
  if (first) {
    for (i = 0; i < 256; ++i) {
      int j;
      for (j = 0; j < 4; ++j) {
        int k;
        k = (i >> (2 * j)) & 0x3;
        lut2to8[i][j] = levels[k];
      }
    }
  }
  o = 0;
  for (i = 0; i < bytes; ++i) {
    dest[o++] = lut2to8[src[i]][0];
    dest[o++] = lut2to8[src[i]][1];
    dest[o++] = lut2to8[src[i]][2];
    dest[o++] = lut2to8[src[i]][3];
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<convert2to8>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %edx,-0x14(%rbp)
mov    0xeeb(%rip),%eax
mov    %eax,-0x18(%rbp)
cmpl   $0x0,0x2f01(%rip)
je     11a2 <convert2to8+0xa2>
movl   $0x0,-0x1c(%rbp)
cmpl   $0x100,-0x1c(%rbp)
jge    119d <convert2to8+0x9d>
movl   $0x0,-0x24(%rbp)
cmpl   $0x4,-0x24(%rbp)
jge    118a <convert2to8+0x8a>
mov    -0x1c(%rbp),%eax
mov    -0x24(%rbp),%ecx
shl    $0x1,%ecx
sar    %cl,%eax
and    $0x3,%eax
mov    %eax,-0x28(%rbp)
movslq -0x28(%rbp),%rax
mov    -0x18(%rbp,%rax,1),%dl
movslq -0x1c(%rbp),%rcx
lea    0x2ed2(%rip),%rax
shl    $0x2,%rcx
add    %rcx,%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
mov    %dl,(%rax,%rcx,1)
mov    -0x24(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
jmp    1140 <convert2to8+0x40>
jmp    118f <convert2to8+0x8f>
mov    -0x1c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x1c(%rbp)
jmp    112c <convert2to8+0x2c>
jmp    11a2 <convert2to8+0xa2>
movl   $0x0,-0x20(%rbp)
movl   $0x0,-0x1c(%rbp)
mov    -0x1c(%rbp),%eax
cmp    -0x14(%rbp),%eax
jge    1281 <convert2to8+0x181>
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x1c(%rbp),%rcx
movzbl (%rax,%rcx,1),%eax
mov    %eax,%ecx
lea    0x2e6f(%rip),%rax
mov    (%rax,%rcx,4),%dl
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x20(%rbp),%ecx
mov    %ecx,%esi
add    $0x1,%esi
mov    %esi,-0x20(%rbp)
movslq %ecx,%rcx
mov    %dl,(%rax,%rcx,1)
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x1c(%rbp),%rcx
movzbl (%rax,%rcx,1),%eax
mov    %eax,%ecx
lea    0x2e42(%rip),%rax
mov    0x1(%rax,%rcx,4),%dl
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x20(%rbp),%ecx
mov    %ecx,%esi
add    $0x1,%esi
mov    %esi,-0x20(%rbp)
movslq %ecx,%rcx
mov    %dl,(%rax,%rcx,1)
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x1c(%rbp),%rcx
movzbl (%rax,%rcx,1),%eax
mov    %eax,%ecx
lea    0x2e14(%rip),%rax
mov    0x2(%rax,%rcx,4),%dl
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x20(%rbp),%ecx
mov    %ecx,%esi
add    $0x1,%esi
mov    %esi,-0x20(%rbp)
movslq %ecx,%rcx
mov    %dl,(%rax,%rcx,1)
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x1c(%rbp),%rcx
movzbl (%rax,%rcx,1),%eax
mov    %eax,%ecx
lea    0x2de6(%rip),%rax
mov    0x3(%rax,%rcx,4),%dl
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x20(%rbp),%ecx
mov    %ecx,%esi
add    $0x1,%esi
mov    %esi,-0x20(%rbp)
movslq %ecx,%rcx
mov    %dl,(%rax,%rcx,1)
mov    -0x1c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x1c(%rbp)
jmp    11b0 <convert2to8+0xb0>
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<convert2to8>:
xor    %eax,%eax
lea    0xef7(%rip),%r8
lea    0x2f20(%rip),%r9
mov    %eax,%ecx
and    $0x3,%ecx
movzbl (%rcx,%r8,1),%ecx
mov    %cl,(%r9,%rax,4)
mov    %eax,%ecx
shr    $0x2,%ecx
and    $0x3,%ecx
movzbl (%rcx,%r8,1),%ecx
mov    %cl,0x1(%r9,%rax,4)
mov    %eax,%ecx
shr    $0x4,%ecx
and    $0x3,%ecx
movzbl (%rcx,%r8,1),%ecx
mov    %cl,0x2(%r9,%rax,4)
mov    %eax,%ecx
shr    $0x6,%ecx
and    $0x3,%ecx
movzbl (%rcx,%r8,1),%ecx
mov    %cl,0x3(%r9,%rax,4)
add    $0x1,%rax
cmp    $0x100,%rax
jne    1110 <convert2to8+0x10>
test   %edx,%edx
jle    11af <convert2to8+0xaf>
mov    %edx,%ecx
xor    %edx,%edx
nopl   0x0(%rax,%rax,1)
movzbl (%rsi,%rdx,1),%eax
movzbl (%r9,%rax,4),%eax
mov    %al,(%rdi,%rdx,4)
movzbl (%rsi,%rdx,1),%eax
movzbl 0x1(%r9,%rax,4),%eax
mov    %al,0x1(%rdi,%rdx,4)
movzbl (%rsi,%rdx,1),%eax
movzbl 0x2(%r9,%rax,4),%eax
mov    %al,0x2(%rdi,%rdx,4)
movzbl (%rsi,%rdx,1),%eax
movzbl 0x3(%r9,%rax,4),%eax
mov    %al,0x3(%rdi,%rdx,4)
add    $0x1,%rdx
cmp    %rdx,%rcx
jne    1170 <convert2to8+0x70>
ret

LLVM IR (-O0):
@__const.convert2to8.levels = [4 x i8] c"\09\\\A3\F6"
@convert2to8.first = internal global i32 1
@convert2to8.lut2to8 = internal global [256 x [4 x i8]] zeroinitializer
define void @convert2to8(i8* %0, i8* %1, i32 %2) {
%4 = alloca i8*
%5 = alloca i8*
%6 = alloca i32
%7 = alloca [4 x i8]
%8 = alloca i32
%9 = alloca i32
%10 = alloca i32
%11 = alloca i32
store i8* %0, i8** %4
store i8* %1, i8** %5
store i32 %2, i32* %6
%12 = bitcast [4 x i8]* %7 to i8*
%13 = load i32, i32* @convert2to8.first
%14 = icmp ne i32 %13, 0
br i1 %14, label %15, label %47
15: ; preds = %3
store i32 0, i32* %8
br label %16
16: ; preds = %43, %15
%17 = load i32, i32* %8
%18 = icmp slt i32 %17, 256
br i1 %18, label %19, label %46
19: ; preds = %16
store i32 0, i32* %10
br label %20
20: ; preds = %39, %19
%21 = load i32, i32* %10
%22 = icmp slt i32 %21, 4
br i1 %22, label %23, label %42
23: ; preds = %20
%24 = load i32, i32* %8
%25 = load i32, i32* %10
%26 = mul nsw i32 2, %25
%27 = ashr i32 %24, %26
%28 = and i32 %27, 3
store i32 %28, i32* %11
%29 = load i32, i32* %11
%30 = sext i32 %29 to i64
%31 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %7, i64 0, i64 %30
%32 = load i8, i8* %31
%33 = load i32, i32* %8
%34 = sext i32 %33 to i64
%35 = getelementptr inbounds [256 x [4 x i8]], [256 x [4 x i8]]* @convert2to8.lut2to8, i64 0, i64 %34
%36 = load i32, i32* %10
%37 = sext i32 %36 to i64
%38 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %35, i64 0, i64 %37
store i8 %32, i8* %38
br label %39
39: ; preds = %23
%40 = load i32, i32* %10
%41 = add nsw i32 %40, 1
store i32 %41, i32* %10
br label %20
42: ; preds = %20
br label %43
43: ; preds = %42
%44 = load i32, i32* %8
%45 = add nsw i32 %44, 1
store i32 %45, i32* %8
br label %16
46: ; preds = %16
br label %47
47: ; preds = %46, %3
store i32 0, i32* %9
store i32 0, i32* %8
br label %48
48: ; preds = %109, %47
%49 = load i32, i32* %8
%50 = load i32, i32* %6
%51 = icmp slt i32 %49, %50
br i1 %51, label %52, label %112
52: ; preds = %48
%53 = load i8*, i8** %5
%54 = load i32, i32* %8
%55 = sext i32 %54 to i64
%56 = getelementptr inbounds i8, i8* %53, i64 %55
%57 = load i8, i8* %56
%58 = zext i8 %57 to i64
%59 = getelementptr inbounds [256 x [4 x i8]], [256 x [4 x i8]]* @convert2to8.lut2to8, i64 0, i64 %58
%60 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %59, i64 0, i64 0
%61 = load i8, i8* %60
%62 = load i8*, i8** %4
%63 = load i32, i32* %9
%64 = add nsw i32 %63, 1
store i32 %64, i32* %9
%65 = sext i32 %63 to i64
%66 = getelementptr inbounds i8, i8* %62, i64 %65
store i8 %61, i8* %66
%67 = load i8*, i8** %5
%68 = load i32, i32* %8
%69 = sext i32 %68 to i64
%70 = getelementptr inbounds i8, i8* %67, i64 %69
%71 = load i8, i8* %70
%72 = zext i8 %71 to i64
%73 = getelementptr inbounds [256 x [4 x i8]], [256 x [4 x i8]]* @convert2to8.lut2to8, i64 0, i64 %72
%74 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %73, i64 0, i64 1
%75 = load i8, i8* %74
%76 = load i8*, i8** %4
%77 = load i32, i32* %9
%78 = add nsw i32 %77, 1
store i32 %78, i32* %9
%79 = sext i32 %77 to i64
%80 = getelementptr inbounds i8, i8* %76, i64 %79
store i8 %75, i8* %80
%81 = load i8*, i8** %5
%82 = load i32, i32* %8
%83 = sext i32 %82 to i64
%84 = getelementptr inbounds i8, i8* %81, i64 %83
%85 = load i8, i8* %84
%86 = zext i8 %85 to i64
%87 = getelementptr inbounds [256 x [4 x i8]], [256 x [4 x i8]]* @convert2to8.lut2to8, i64 0, i64 %86
%88 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %87, i64 0, i64 2
%89 = load i8, i8* %88
%90 = load i8*, i8** %4
%91 = load i32, i32* %9
%92 = add nsw i32 %91, 1
store i32 %92, i32* %9
%93 = sext i32 %91 to i64
%94 = getelementptr inbounds i8, i8* %90, i64 %93
store i8 %89, i8* %94
%95 = load i8*, i8** %5
%96 = load i32, i32* %8
%97 = sext i32 %96 to i64
%98 = getelementptr inbounds i8, i8* %95, i64 %97
%99 = load i8, i8* %98
%100 = zext i8 %99 to i64
%101 = getelementptr inbounds [256 x [4 x i8]], [256 x [4 x i8]]* @convert2to8.lut2to8, i64 0, i64 %100
%102 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* %101, i64 0, i64 3
%103 = load i8, i8* %102
%104 = load i8*, i8** %4
%105 = load i32, i32* %9
%106 = add nsw i32 %105, 1
store i32 %106, i32* %9
%107 = sext i32 %105 to i64
%108 = getelementptr inbounds i8, i8* %104, i64 %107
store i8 %103, i8* %108
br label %109
109: ; preds = %52
%110 = load i32, i32* %8
%111 = add nsw i32 %110, 1
store i32 %111, i32* %8
br label %48
112: ; preds = %48
ret void
}

LLVM IR (-O2):
@__const.convert2to8.levels = [4 x i8] c"\09\\\A3\F6"
@convert2to8.lut2to8 = internal unnamed_addr global [256 x [4 x i8]] zeroinitializer
define void @convert2to8(i8* nocapture writeonly %0, i8* nocapture %1, i32 %2) {
br label %4
4: ; preds = %3, %4
%5 = phi i64 [ 0, %3 ], [ %25, %4 ]
%6 = and i64 %5, 3
%7 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* @__const.convert2to8.levels, i64 0, i64 %6
%8 = load i8, i8* %7
%9 = getelementptr inbounds [256 x [4 x i8]], [256 x [4 x i8]]* @convert2to8.lut2to8, i64 0, i64 %5, i64 0
store i8 %8, i8* %9
%10 = lshr i64 %5, 2
%11 = and i64 %10, 3
%12 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* @__const.convert2to8.levels, i64 0, i64 %11
%13 = load i8, i8* %12
%14 = getelementptr inbounds [256 x [4 x i8]], [256 x [4 x i8]]* @convert2to8.lut2to8, i64 0, i64 %5, i64 1
store i8 %13, i8* %14
%15 = lshr i64 %5, 4
%16 = and i64 %15, 3
%17 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* @__const.convert2to8.levels, i64 0, i64 %16
%18 = load i8, i8* %17
%19 = getelementptr inbounds [256 x [4 x i8]], [256 x [4 x i8]]* @convert2to8.lut2to8, i64 0, i64 %5, i64 2
store i8 %18, i8* %19
%20 = lshr i64 %5, 6
%21 = and i64 %20, 3
%22 = getelementptr inbounds [4 x i8], [4 x i8]* @__const.convert2to8.levels, i64 0, i64 %21
%23 = load i8, i8* %22
%24 = getelementptr inbounds [256 x [4 x i8]], [256 x [4 x i8]]* @convert2to8.lut2to8, i64 0, i64 %5, i64 3
store i8 %23, i8* %24
%25 = add nuw nsw i64 %5, 1
%26 = icmp eq i64 %25, 256
br i1 %26, label %27, label %4
27: ; preds = %4
%28 = icmp sgt i32 %2, 0
br i1 %28, label %29, label %61
29: ; preds = %27
%30 = zext i32 %2 to i64
br label %31
31: ; preds = %29, %31
%32 = phi i64 [ 0, %29 ], [ %57, %31 ]
%33 = phi i64 [ 0, %29 ], [ %59, %31 ]
%34 = getelementptr inbounds i8, i8* %1, i64 %33
%35 = load i8, i8* %34
%36 = zext i8 %35 to i64
%37 = getelementptr inbounds [256 x [4 x i8]], [256 x [4 x i8]]* @convert2to8.lut2to8, i64 0, i64 %36, i64 0
%38 = load i8, i8* %37
%39 = or i64 %32, 1
%40 = getelementptr inbounds i8, i8* %0, i64 %32
store i8 %38, i8* %40
%41 = load i8, i8* %34
%42 = zext i8 %41 to i64
%43 = getelementptr inbounds [256 x [4 x i8]], [256 x [4 x i8]]* @convert2to8.lut2to8, i64 0, i64 %42, i64 1
%44 = load i8, i8* %43
%45 = or i64 %32, 2
%46 = getelementptr inbounds i8, i8* %0, i64 %39
store i8 %44, i8* %46
%47 = load i8, i8* %34
%48 = zext i8 %47 to i64
%49 = getelementptr inbounds [256 x [4 x i8]], [256 x [4 x i8]]* @convert2to8.lut2to8, i64 0, i64 %48, i64 2
%50 = load i8, i8* %49
%51 = or i64 %32, 3
%52 = getelementptr inbounds i8, i8* %0, i64 %45
store i8 %50, i8* %52
%53 = load i8, i8* %34
%54 = zext i8 %53 to i64
%55 = getelementptr inbounds [256 x [4 x i8]], [256 x [4 x i8]]* @convert2to8.lut2to8, i64 0, i64 %54, i64 3
%56 = load i8, i8* %55
%57 = add nuw nsw i64 %32, 4
%58 = getelementptr inbounds i8, i8* %0, i64 %51
store i8 %56, i8* %58
%59 = add nuw nsw i64 %33, 1
%60 = icmp eq i64 %59, %30
br i1 %60, label %61, label %31
61: ; preds = %31, %27
ret void
}