エピ３４ ｍｐ３のデコーダのオプションを調べよう
＊＊＊
エピ３４ ｍｐ３のデコーダのオプションを調べよう
＊＊＊
ｍｐ３デコーダの libmad です。
幾つか調べたｍｐ３デコーダの中で飛び抜けてＲＭＳレベルが大きいのです。
開発元はＩＳＯ準拠の方法で評価していて、ＷＥＢにて（参考文献の [M10]、LayerIII の RMS-Level の欄）、
9.000e-8 --- MAD 0.11.4b, x86
5.555e-8 --- MAD 0.11.4b, x86 (optimized for accuracy)
7.227e-6 --- MAD 0.11.4b, x86 (optimized for speed)
という、とても良い評価結果を掲載しています。これは mpg123g 相当です。それにビルド時の指定でＲＭＳレベルが違うようです。
これは調べてみないと、ですね。
＊＊＊
./configure --help の Optional Features から精度に影響がありそうなオプションを選びます。
--enable-speed optimize for speed over accuracy
--enable-accuracy optimize for accuracy over speed
--enable-fpm=ARCH use ARCH-specific fixed-point math routines (one of: intel, arm, mips, sparc, ppc, 64bit, default)
--enable-sso use the subband synthesis optimization
--disable-aso disable architecture-specific optimizations
--disable-debugging do not enable debugging and use more optimization
速度か精度かを選べるようです。SSO と ASO も気になりますね。optimization とは精度に影響するのでしょうか。
オプションは６個ありますから組合せは６４？、...ARCH が intel と 64bit があって９６かな。あ、でも --enable-speed と --enable-accuracy は同時には指定できないようです（エラーになった）。SSO や ASO は調べる意味あるのかを先に調べるべきか。
うむむ。
＊＊＊
とりあえず ./configure の次の行を削除
optimize="$optimize -fforce-mem"
毎回、Makefile を編集するのは面倒だからここで削ります。
＊＊＊
オプションの指定で何が変化するかを整理します。
＊
./configure では２つのファイルを変更します。Makefile と config.h です。それから make で mad.h を生成します。mad.h はアプリが include するファイルなので、とりあえず関係ないですね。
Makefile の差分を調べると、--enable-fpm=ARCH の指定によりコンパイル時のオプションが -DFPM_DEFAULT, -DFPM_INTEL, -DFPM_64BIT と変わる。他のオプションでは差分はなさげ。
config.h は、オプションに応じて、
#define OPT_SPEED 1 : --enable-speed の場合
#define OPT_ACCURACY 1 : --enable-accuracy の場合
#define OPT_SSO 1 : --enable-sso の場合
#define NDEBUG 1 : --disable-debugging の場合
と定義する。
なお、--disable-aso の有無で差異は無かった。ソースコードには ASO_IMDCT などの ASO_で始まる識別子が幾つかあるのだけど。どうしてかな？ ...、もしかしてデフォルトは disable で、enable したら機能がオンするとか？
＊
NDEBUG の有無は、あちこちで参照しているがデバッグ出力の制御だけみたい。精度に影響しないはず。
FPM_* は、fixed.h, synth.c, version.c で参照
OPT_* は、fixed.h, synth.c, global.h, version.c で参照
fixed.h ではオプションで選択する機能、...FPM_INTEL や FPM_64BIT に対応する乗算用関数などを定義している。ここが本体。OPT_ACCURACY も参照。
FPM_DEFAULT の 32bit x 32bit の処理は、下位ビットを切捨てて、上位ビットだけの乗算をする。これだと精度落ちるよね。
FPM_INTEL だとインラインアセンブル asm() で、imull 命令により 32bit 乗算。FPM_64BIT はコンパイラ任せ！（つまり、return (((x)*(y))>>28); って感じだ）
synth.c にて
・FPM_DEFAULT が定義済のとき、OPT_SSO を定義する。
・OPT_SSO, OPT_SPEED を参照して、処理を切り替えている。
global.h にて
・DEBUG と NDEBUG の同時定義はエラー
・OPT_SPEED と OPT_ACCURACY の同時定義はエラー
・OPT_SPEED が定義済のとき、OPT_SSO を定義する
version.c はバージョン表示のための参照。
＊
整理すると、
・FPM の ARCH は、FPM_DEFAULT, FPM_INTEL, FPM_64BIT の３つ
・速度/精度は、default, OPT_SPEED, OPT_ACCURACY の３つ
・OPT_SSO は、有無の２つ
この組合せで３ｘ３ｘ２＝１８パターンを調べる。
＊＊＊
＊＊
＊
調べました。
コンパイルを１８回して、内部データを１８セット出力して、ＲＭＳレベルを求めました。数が多いので dist10 との比較だけです。
INTEL 64BIT DEFAULT
DEF | 9.297e-08 | 9.297e-08 | 1.904e-04 |
ACC | 5.100e-08 | 5.170e-08 | 1.904e-04 |
SPD | 1.494e-05 | 1.494e-05 | 4.091e-04 |
--enable-sso
DEF | 1.494e-05 | 1.494e-05 | 1.904e-04 |
ACC | 1.494e-05 | 1.494e-05 | 1.904e-04 |
SPD | 1.494e-05 | 1.494e-05 | 4.091e-04 |
デフォルトに比べて FPM_INTEL で精度アップ。FPM_INTEL+OPT_ACCURACY で更にアップ
SSOオンだと精度ダウン。FPM_DEFAULT も SSOオンですし、OPT_SPEED も SSOオンです。精度が落ちるよー
＊
FPM_INTEL + OPT_ACCURACY な波形を見ましょう。dist10 の波形との差分です。
libmat_i_a は mpg123g と同レベルか、mpg123g は差分が跳ねているところがあるのに比べれば、±1.0e-07 の範囲に収まっている感じです。...、もちろん全体を見ないとダメですけど。印象で語るとね。
＊
まとめです。
ビルド時のオプションを変えて libmad の評価をした結果です。
最良： 5.100e-08 --- libmad INTEL for ACCURACY
最悪： 4.091e-04 --- libmad Default for SPEED (+SSO)
参考： 8.003e-08 --- mpg123g
調べた範囲での結果です。よろしくお願いします。
見落としたオプションの組合せがある可能性があって、特に ASO 関係で細かい選択肢が隠れていそうです。ソースには謎？なコメントがボツボツとあって、色々と改良を試みている最中の気配がしました。
＊＊＊
＊＊
＊
ＣＰＵを INTEL と指定するとエラーが劇的に減りました。mpg123g 相当です。...、OPT_ACCURACY を指定すれば mpg123g より良い結果になります（...、ほぼ同レベルですが）。これが libmad の実力なのか。
./configure を調べると、--enable-fpm=ARCH の指定がないときはＣＰＵの型をチェックして「i?86-*」だったら INTEL を選択するようです。
i386（1985年10月）や i486（1989年4月）あるいは i586（Pentium,1993年3月）、i686（Pentium II, 1997年5月、Pentium III,1999年2月、etc）、... x86 の時代ならそれで良かったのです。
でも現在のＣＰＵは x86_64 です。「i?86-*」とは一致しないのです。
x86_64 って調べたら、2003年4月（AMD64）とか 2006年7月（Intel64）に発売されたのが最初らしい。x64 という呼び方もある。
2000年に開発開始して、2004年2月に終了した libmad にとっては、x86_64 は知らないＣＰＵなのでしょう。合掌、...。
＊
今日のトリビアです。
libmad をビルドするときは --enable-fpm=ARCH を指定すると良いです。
ＲＭＳレベルが１０００倍ほど改善します。
＊＊＊
間違いの指摘とか疑問とか、ご意見・ご感想とかありましたら、どうぞ感想欄に！
＊＊＊
2026.8.31 微推敲
