git.sesse.net Git - x264/blob - encoder/ratecontrol.c

   1 /*****************************************************************************
   2  * ratecontrol.c: ratecontrol
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 2005-2016 x264 project
   5  *
   6  * Authors: Loren Merritt <lorenm@u.washington.edu>
   7  *          Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
   8  *          Gabriel Bouvigne <gabriel.bouvigne@joost.com>
   9  *          Fiona Glaser <fiona@x264.com>
  10  *          Måns Rullgård <mru@mru.ath.cx>
  11  *
  12  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  13  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  14  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  15  * (at your option) any later version.
  16  *
  17  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  20  * GNU General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  23  * along with this program; if not, write to the Free Software
  24  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02111, USA.
  25  *
  26  * This program is also available under a commercial proprietary license.
  27  * For more information, contact us at licensing@x264.com.
  28  *****************************************************************************/
  29
  30 #undef NDEBUG // always check asserts, the speed effect is far too small to disable them
  31
  32 #include "common/common.h"
  33 #include "ratecontrol.h"
  34 #include "me.h"
  35
  36 typedef struct
  37 {
  38     int pict_type;
  39     int frame_type;
  40     int kept_as_ref;
  41     double qscale;
  42     int mv_bits;
  43     int tex_bits;
  44     int misc_bits;
  45     double expected_bits; /* total expected bits up to the current frame (current one excluded) */
  46     double expected_vbv;
  47     double new_qscale;
  48     float new_qp;
  49     int i_count;
  50     int p_count;
  51     int s_count;
  52     float blurred_complexity;
  53     char direct_mode;
  54     int16_t weight[3][2];
  55     int16_t i_weight_denom[2];
  56     int refcount[16];
  57     int refs;
  58     int64_t i_duration;
  59     int64_t i_cpb_duration;
  60     int out_num;
  61 } ratecontrol_entry_t;
  62
  63 typedef struct
  64 {
  65     float coeff_min;
  66     float coeff;
  67     float count;
  68     float decay;
  69     float offset;
  70 } predictor_t;
  71
  72 struct x264_ratecontrol_t
  73 {
  74     /* constants */
  75     int b_abr;
  76     int b_2pass;
  77     int b_vbv;
  78     int b_vbv_min_rate;
  79     double fps;
  80     double bitrate;
  81     double rate_tolerance;
  82     double qcompress;
  83     int nmb;                    /* number of macroblocks in a frame */
  84     int qp_constant[3];
  85
  86     /* current frame */
  87     ratecontrol_entry_t *rce;
  88     float qpm;                  /* qp for current macroblock: precise float for AQ */
  89     float qpa_rc;               /* average of macroblocks' qp before aq */
  90     float qpa_rc_prev;
  91     int   qpa_aq;               /* average of macroblocks' qp after aq */
  92     int   qpa_aq_prev;
  93     float qp_novbv;             /* QP for the current frame if 1-pass VBV was disabled. */
  94
  95     /* VBV stuff */
  96     double buffer_size;
  97     int64_t buffer_fill_final;
  98     int64_t buffer_fill_final_min;
  99     double buffer_fill;         /* planned buffer, if all in-progress frames hit their bit budget */
 100     double buffer_rate;         /* # of bits added to buffer_fill after each frame */
 101     double vbv_max_rate;        /* # of bits added to buffer_fill per second */
 102     predictor_t *pred;          /* predict frame size from satd */
 103     int single_frame_vbv;
 104     float rate_factor_max_increment; /* Don't allow RF above (CRF + this value). */
 105
 106     /* ABR stuff */
 107     int    last_satd;
 108     double last_rceq;
 109     double cplxr_sum;           /* sum of bits*qscale/rceq */
 110     double expected_bits_sum;   /* sum of qscale2bits after rceq, ratefactor, and overflow, only includes finished frames */
 111     int64_t filler_bits_sum;    /* sum in bits of finished frames' filler data */
 112     double wanted_bits_window;  /* target bitrate * window */
 113     double cbr_decay;
 114     double short_term_cplxsum;
 115     double short_term_cplxcount;
 116     double rate_factor_constant;
 117     double ip_offset;
 118     double pb_offset;
 119
 120     /* 2pass stuff */
 121     FILE *p_stat_file_out;
 122     char *psz_stat_file_tmpname;
 123     FILE *p_mbtree_stat_file_out;
 124     char *psz_mbtree_stat_file_tmpname;
 125     char *psz_mbtree_stat_file_name;
 126     FILE *p_mbtree_stat_file_in;
 127
 128     int num_entries;            /* number of ratecontrol_entry_ts */
 129     ratecontrol_entry_t *entry; /* FIXME: copy needed data and free this once init is done */
 130     ratecontrol_entry_t **entry_out;
 131     double last_qscale;
 132     double last_qscale_for[3];  /* last qscale for a specific pict type, used for max_diff & ipb factor stuff */
 133     int last_non_b_pict_type;
 134     double accum_p_qp;          /* for determining I-frame quant */
 135     double accum_p_norm;
 136     double last_accum_p_norm;
 137     double lmin[3];             /* min qscale by frame type */
 138     double lmax[3];
 139     double lstep;               /* max change (multiply) in qscale per frame */
 140     struct
 141     {
 142         uint16_t *qp_buffer[2]; /* Global buffers for converting MB-tree quantizer data. */
 143         int qpbuf_pos;          /* In order to handle pyramid reordering, QP buffer acts as a stack.
 144                                  * This value is the current position (0 or 1). */
 145         int src_mb_count;
 146
 147         /* For rescaling */
 148         int rescale_enabled;
 149         float *scale_buffer[2]; /* Intermediate buffers */
 150         int filtersize[2];      /* filter size (H/V) */
 151         float *coeffs[2];
 152         int *pos[2];
 153         int srcdim[2];          /* Source dimensions (W/H) */
 154     } mbtree;
 155
 156     /* MBRC stuff */
 157     float frame_size_estimated; /* Access to this variable must be atomic: double is
 158                                  * not atomic on all arches we care about */
 159     double frame_size_maximum;  /* Maximum frame size due to MinCR */
 160     double frame_size_planned;
 161     double slice_size_planned;
 162     predictor_t *row_pred;
 163     predictor_t row_preds[3][2];
 164     predictor_t *pred_b_from_p; /* predict B-frame size from P-frame satd */
 165     int bframes;                /* # consecutive B-frames before this P-frame */
 166     int bframe_bits;            /* total cost of those frames */
 167
 168     int i_zones;
 169     x264_zone_t *zones;
 170     x264_zone_t *prev_zone;
 171
 172     /* hrd stuff */
 173     int initial_cpb_removal_delay;
 174     int initial_cpb_removal_delay_offset;
 175     double nrt_first_access_unit; /* nominal removal time */
 176     double previous_cpb_final_arrival_time;
 177     uint64_t hrd_multiply_denom;
 178 };
 179
 180
 181 static int parse_zones( x264_t *h );
 182 static int init_pass2(x264_t *);
 183 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h );
 184 static int update_vbv( x264_t *h, int bits );
 185 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead );
 186 static float predict_size( predictor_t *p, float q, float var );
 187 static void update_predictor( predictor_t *p, float q, float var, float bits );
 188
 189 #define CMP_OPT_FIRST_PASS( opt, param_val )\
 190 {\
 191     if( ( p = strstr( opts, opt "=" ) ) && sscanf( p, opt "=%d" , &i ) && param_val != i )\
 192     {\
 193         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different " opt " setting than first pass (%d vs %d)\n", param_val, i );\
 194         return -1;\
 195     }\
 196 }
 197
 198 /* Terminology:
 199  * qp = h.264's quantizer
 200  * qscale = linearized quantizer = Lagrange multiplier
 201  */
 202 static inline float qp2qscale( float qp )
 203 {
 204     return 0.85f * powf( 2.0f, ( qp - (12.0f + QP_BD_OFFSET) ) / 6.0f );
 205 }
 206 static inline float qscale2qp( float qscale )
 207 {
 208     return (12.0f + QP_BD_OFFSET) + 6.0f * log2f( qscale/0.85f );
 209 }
 210
 211 /* Texture bitrate is not quite inversely proportional to qscale,
 212  * probably due the the changing number of SKIP blocks.
 213  * MV bits level off at about qp<=12, because the lambda used
 214  * for motion estimation is constant there. */
 215 static inline double qscale2bits( ratecontrol_entry_t *rce, double qscale )
 216 {
 217     if( qscale<0.1 )
 218         qscale = 0.1;
 219     return (rce->tex_bits + .1) * pow( rce->qscale / qscale, 1.1 )
 220            + rce->mv_bits * pow( X264_MAX(rce->qscale, 1) / X264_MAX(qscale, 1), 0.5 )
 221            + rce->misc_bits;
 222 }
 223
 224 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_var( uint64_t sum_ssd, int shift, x264_frame_t *frame, int i, int b_store )
 225 {
 226     uint32_t sum = sum_ssd;
 227     uint32_t ssd = sum_ssd >> 32;
 228     if( b_store )
 229     {
 230         frame->i_pixel_sum[i] += sum;
 231         frame->i_pixel_ssd[i] += ssd;
 232     }
 233     return ssd - ((uint64_t)sum * sum >> shift);
 234 }
 235
 236 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_plane( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame, int i, int b_chroma, int b_field, int b_store )
 237 {
 238     int height = b_chroma ? 16>>CHROMA_V_SHIFT : 16;
 239     int stride = frame->i_stride[i];
 240     int offset = b_field
 241         ? 16 * mb_x + height * (mb_y&~1) * stride + (mb_y&1) * stride
 242         : 16 * mb_x + height * mb_y * stride;
 243     stride <<= b_field;
 244     if( b_chroma )
 245     {
 246         ALIGNED_ARRAY_16( pixel, pix,[FENC_STRIDE*16] );
 247         int chromapix = h->luma2chroma_pixel[PIXEL_16x16];
 248         int shift = 7 - CHROMA_V_SHIFT;
 249
 250         h->mc.load_deinterleave_chroma_fenc( pix, frame->plane[1] + offset, stride, height );
 251         return ac_energy_var( h->pixf.var[chromapix]( pix,               FENC_STRIDE ), shift, frame, 1, b_store )
 252              + ac_energy_var( h->pixf.var[chromapix]( pix+FENC_STRIDE/2, FENC_STRIDE ), shift, frame, 2, b_store );
 253     }
 254     else
 255         return ac_energy_var( h->pixf.var[PIXEL_16x16]( frame->plane[i] + offset, stride ), 8, frame, i, b_store );
 256 }
 257
 258 // Find the total AC energy of the block in all planes.
 259 static NOINLINE uint32_t x264_ac_energy_mb( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame )
 260 {
 261     /* This function contains annoying hacks because GCC has a habit of reordering emms
 262      * and putting it after floating point ops.  As a result, we put the emms at the end of the
 263      * function and make sure that its always called before the float math.  Noinline makes
 264      * sure no reordering goes on. */
 265     uint32_t var;
 266     x264_prefetch_fenc( h, frame, mb_x, mb_y );
 267     if( h->mb.b_adaptive_mbaff )
 268     {
 269         /* We don't know the super-MB mode we're going to pick yet, so
 270          * simply try both and pick the lower of the two. */
 271         uint32_t var_interlaced, var_progressive;
 272         var_interlaced   = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0, 0, 1, 1 );
 273         var_progressive  = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0, 0, 0, 0 );
 274         if( CHROMA444 )
 275         {
 276             var_interlaced  += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 0, 1, 1 );
 277             var_progressive += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 0, 0, 0 );
 278             var_interlaced  += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 2, 0, 1, 1 );
 279             var_progressive += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 2, 0, 0, 0 );
 280         }
 281         else
 282         {
 283             var_interlaced  += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 1, 1, 1 );
 284             var_progressive += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 1, 0, 0 );
 285         }
 286         var = X264_MIN( var_interlaced, var_progressive );
 287     }
 288     else
 289     {
 290         var  = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0, 0, PARAM_INTERLACED, 1 );
 291         if( CHROMA444 )
 292         {
 293             var += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 0, PARAM_INTERLACED, 1 );
 294             var += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 2, 0, PARAM_INTERLACED, 1 );
 295         }
 296         else
 297             var += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 1, PARAM_INTERLACED, 1 );
 298     }
 299     x264_emms();
 300     return var;
 301 }
 302
 303 void x264_adaptive_quant_frame( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 304 {
 305     /* Initialize frame stats */
 306     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 307     {
 308         frame->i_pixel_sum[i] = 0;
 309         frame->i_pixel_ssd[i] = 0;
 310     }
 311
 312     /* Degenerate cases */
 313     if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_NONE || h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 314     {
 315         /* Need to init it anyways for MB tree */
 316         if( h->param.rc.i_aq_mode && h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 317         {
 318             if( quant_offsets )
 319             {
 320                 for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 321                     frame->f_qp_offset[mb_xy] = frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = quant_offsets[mb_xy];
 322                 if( h->frames.b_have_lowres )
 323                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 324                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8( frame->f_qp_offset[mb_xy] );
 325             }
 326             else
 327             {
 328                 memset( frame->f_qp_offset, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 329                 memset( frame->f_qp_offset_aq, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 330                 if( h->frames.b_have_lowres )
 331                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 332                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = 256;
 333             }
 334         }
 335         /* Need variance data for weighted prediction */
 336         if( h->param.analyse.i_weighted_pred )
 337         {
 338             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 339                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 340                     x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 341         }
 342         else
 343             return;
 344     }
 345     /* Actual adaptive quantization */
 346     else
 347     {
 348         /* constants chosen to result in approximately the same overall bitrate as without AQ.
 349          * FIXME: while they're written in 5 significant digits, they're only tuned to 2. */
 350         float strength;
 351         float avg_adj = 0.f;
 352         float bias_strength = 0.f;
 353
 354         if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE || h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE_BIASED )
 355         {
 356             float bit_depth_correction = 1.f / (1 << (2*(BIT_DEPTH-8)));
 357             float avg_adj_pow2 = 0.f;
 358             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 359                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 360                 {
 361                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 362                     float qp_adj = powf( energy * bit_depth_correction + 1, 0.125f );
 363                     frame->f_qp_offset[mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride] = qp_adj;
 364                     avg_adj += qp_adj;
 365                     avg_adj_pow2 += qp_adj * qp_adj;
 366                 }
 367             avg_adj /= h->mb.i_mb_count;
 368             avg_adj_pow2 /= h->mb.i_mb_count;
 369             strength = h->param.rc.f_aq_strength * avg_adj;
 370             avg_adj = avg_adj - 0.5f * (avg_adj_pow2 - 14.f) / avg_adj;
 371             bias_strength = h->param.rc.f_aq_strength;
 372         }
 373         else
 374             strength = h->param.rc.f_aq_strength * 1.0397f;
 375
 376         for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 377             for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 378             {
 379                 float qp_adj;
 380                 int mb_xy = mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride;
 381                 if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE_BIASED )
 382                 {
 383                     qp_adj = frame->f_qp_offset[mb_xy];
 384                     qp_adj = strength * (qp_adj - avg_adj) + bias_strength * (1.f - 14.f / (qp_adj * qp_adj));
 385                 }
 386                 else if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 387                 {
 388                     qp_adj = frame->f_qp_offset[mb_xy];
 389                     qp_adj = strength * (qp_adj - avg_adj);
 390                 }
 391                 else
 392                 {
 393                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 394                     qp_adj = strength * (x264_log2( X264_MAX(energy, 1) ) - (14.427f + 2*(BIT_DEPTH-8)));
 395                 }
 396                 if( quant_offsets )
 397                     qp_adj += quant_offsets[mb_xy];
 398                 frame->f_qp_offset[mb_xy] =
 399                 frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = qp_adj;
 400                 if( h->frames.b_have_lowres )
 401                     frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8(qp_adj);
 402             }
 403     }
 404
 405     /* Remove mean from SSD calculation */
 406     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 407     {
 408         uint64_t ssd = frame->i_pixel_ssd[i];
 409         uint64_t sum = frame->i_pixel_sum[i];
 410         int width  = 16*h->mb.i_mb_width  >> (i && CHROMA_H_SHIFT);
 411         int height = 16*h->mb.i_mb_height >> (i && CHROMA_V_SHIFT);
 412         frame->i_pixel_ssd[i] = ssd - (sum * sum + width * height / 2) / (width * height);
 413     }
 414 }
 415
 416 static int x264_macroblock_tree_rescale_init( x264_t *h, x264_ratecontrol_t *rc )
 417 {
 418     /* Use fractional QP array dimensions to compensate for edge padding */
 419     float srcdim[2] = {rc->mbtree.srcdim[0] / 16.f, rc->mbtree.srcdim[1] / 16.f};
 420     float dstdim[2] = {    h->param.i_width / 16.f,    h->param.i_height / 16.f};
 421     int srcdimi[2] = {ceil(srcdim[0]), ceil(srcdim[1])};
 422     int dstdimi[2] = {ceil(dstdim[0]), ceil(dstdim[1])};
 423     if( PARAM_INTERLACED )
 424     {
 425         srcdimi[1] = (srcdimi[1]+1)&~1;
 426         dstdimi[1] = (dstdimi[1]+1)&~1;
 427     }
 428
 429     rc->mbtree.src_mb_count = srcdimi[0] * srcdimi[1];
 430
 431     CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.qp_buffer[0], rc->mbtree.src_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 432     if( h->param.i_bframe_pyramid && h->param.rc.b_stat_read )
 433         CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.qp_buffer[1], rc->mbtree.src_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 434     rc->mbtree.qpbuf_pos = -1;
 435
 436     /* No rescaling to do */
 437     if( srcdimi[0] == dstdimi[0] && srcdimi[1] == dstdimi[1] )
 438         return 0;
 439
 440     rc->mbtree.rescale_enabled = 1;
 441
 442     /* Allocate intermediate scaling buffers */
 443     CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.scale_buffer[0], srcdimi[0] * srcdimi[1] * sizeof(float) );
 444     CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.scale_buffer[1], dstdimi[0] * srcdimi[1] * sizeof(float) );
 445
 446     /* Allocate and calculate resize filter parameters and coefficients */
 447     for( int i = 0; i < 2; i++ )
 448     {
 449         if( srcdim[i] > dstdim[i] ) // downscale
 450             rc->mbtree.filtersize[i] = 1 + (2 * srcdimi[i] + dstdimi[i] - 1) / dstdimi[i];
 451         else                        // upscale
 452             rc->mbtree.filtersize[i] = 3;
 453
 454         CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.coeffs[i], rc->mbtree.filtersize[i] * dstdimi[i] * sizeof(float) );
 455         CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.pos[i], dstdimi[i] * sizeof(int) );
 456
 457         /* Initialize filter coefficients */
 458         float inc = srcdim[i] / dstdim[i];
 459         float dmul = inc > 1.f ? dstdim[i] / srcdim[i] : 1.f;
 460         float dstinsrc = 0.5f * inc - 0.5f;
 461         int filtersize = rc->mbtree.filtersize[i];
 462         for( int j = 0; j < dstdimi[i]; j++ )
 463         {
 464             int pos = dstinsrc - (filtersize - 2.f) * 0.5f;
 465             float sum = 0.0;
 466             rc->mbtree.pos[i][j] = pos;
 467             for( int k = 0; k < filtersize; k++ )
 468             {
 469                 float d = fabs( pos + k - dstinsrc ) * dmul;
 470                 float coeff = X264_MAX( 1.f - d, 0 );
 471                 rc->mbtree.coeffs[i][j * filtersize + k] = coeff;
 472                 sum += coeff;
 473             }
 474             sum = 1.0f / sum;
 475             for( int k = 0; k < filtersize; k++ )
 476                 rc->mbtree.coeffs[i][j * filtersize + k] *= sum;
 477             dstinsrc += inc;
 478         }
 479     }
 480
 481     /* Write back actual qp array dimensions */
 482     rc->mbtree.srcdim[0] = srcdimi[0];
 483     rc->mbtree.srcdim[1] = srcdimi[1];
 484     return 0;
 485 fail:
 486     return -1;
 487 }
 488
 489 static void x264_macroblock_tree_rescale_destroy( x264_ratecontrol_t *rc )
 490 {
 491     for( int i = 0; i < 2; i++ )
 492     {
 493         x264_free( rc->mbtree.qp_buffer[i] );
 494         x264_free( rc->mbtree.scale_buffer[i] );
 495         x264_free( rc->mbtree.coeffs[i] );
 496         x264_free( rc->mbtree.pos[i] );
 497     }
 498 }
 499
 500 static ALWAYS_INLINE float tapfilter( float *src, int pos, int max, int stride, float *coeff, int filtersize )
 501 {
 502     float sum = 0.f;
 503     for( int i = 0; i < filtersize; i++, pos++ )
 504         sum += src[x264_clip3( pos, 0, max-1 )*stride] * coeff[i];
 505     return sum;
 506 }
 507
 508 static void x264_macroblock_tree_rescale( x264_t *h, x264_ratecontrol_t *rc, float *dst )
 509 {
 510     float *input, *output;
 511     int filtersize, stride, height;
 512
 513     /* H scale first */
 514     input = rc->mbtree.scale_buffer[0];
 515     output = rc->mbtree.scale_buffer[1];
 516     filtersize = rc->mbtree.filtersize[0];
 517     stride = rc->mbtree.srcdim[0];
 518     height = rc->mbtree.srcdim[1];
 519     for( int y = 0; y < height; y++, input += stride, output += h->mb.i_mb_width )
 520     {
 521         float *coeff = rc->mbtree.coeffs[0];
 522         for( int x = 0; x < h->mb.i_mb_width; x++, coeff+=filtersize )
 523             output[x] = tapfilter( input, rc->mbtree.pos[0][x], stride, 1, coeff, filtersize );
 524     }
 525
 526     /* V scale next */
 527     input = rc->mbtree.scale_buffer[1];
 528     output = dst;
 529     filtersize = rc->mbtree.filtersize[1];
 530     stride = h->mb.i_mb_width;
 531     height = rc->mbtree.srcdim[1];
 532     for( int x = 0; x < h->mb.i_mb_width; x++, input++, output++ )
 533     {
 534         float *coeff = rc->mbtree.coeffs[1];
 535         for( int y = 0; y < h->mb.i_mb_height; y++, coeff+=filtersize )
 536             output[y*stride] = tapfilter( input, rc->mbtree.pos[1][y], height, stride, coeff, filtersize );
 537     }
 538 }
 539
 540 int x264_macroblock_tree_read( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 541 {
 542     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 543     uint8_t i_type_actual = rc->entry[frame->i_frame].pict_type;
 544
 545     if( rc->entry[frame->i_frame].kept_as_ref )
 546     {
 547         uint8_t i_type;
 548         if( rc->mbtree.qpbuf_pos < 0 )
 549         {
 550             do
 551             {
 552                 rc->mbtree.qpbuf_pos++;
 553
 554                 if( !fread( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_in ) )
 555                     goto fail;
 556                 if( fread( rc->mbtree.qp_buffer[rc->mbtree.qpbuf_pos], sizeof(uint16_t), rc->mbtree.src_mb_count, rc->p_mbtree_stat_file_in ) != rc->mbtree.src_mb_count )
 557                     goto fail;
 558
 559                 if( i_type != i_type_actual && rc->mbtree.qpbuf_pos == 1 )
 560                 {
 561                     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree frametype %d doesn't match actual frametype %d.\n", i_type, i_type_actual );
 562                     return -1;
 563                 }
 564             } while( i_type != i_type_actual );
 565         }
 566
 567         float *dst = rc->mbtree.rescale_enabled ? rc->mbtree.scale_buffer[0] : frame->f_qp_offset;
 568         for( int i = 0; i < rc->mbtree.src_mb_count; i++ )
 569         {
 570             int16_t qp_fix8 = endian_fix16( rc->mbtree.qp_buffer[rc->mbtree.qpbuf_pos][i] );
 571             dst[i] = qp_fix8 * (1.f/256.f);
 572         }
 573         if( rc->mbtree.rescale_enabled )
 574             x264_macroblock_tree_rescale( h, rc, frame->f_qp_offset );
 575         if( h->frames.b_have_lowres )
 576             for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
 577                 frame->i_inv_qscale_factor[i] = x264_exp2fix8( frame->f_qp_offset[i] );
 578         rc->mbtree.qpbuf_pos--;
 579     }
 580     else
 581         x264_stack_align( x264_adaptive_quant_frame, h, frame, quant_offsets );
 582     return 0;
 583 fail:
 584     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "Incomplete MB-tree stats file.\n" );
 585     return -1;
 586 }
 587
 588 int x264_reference_build_list_optimal( x264_t *h )
 589 {
 590     ratecontrol_entry_t *rce = h->rc->rce;
 591     x264_frame_t *frames[16];
 592     x264_weight_t weights[16][3];
 593     int refcount[16];
 594
 595     if( rce->refs != h->i_ref[0] )
 596         return -1;
 597
 598     memcpy( frames, h->fref[0], sizeof(frames) );
 599     memcpy( refcount, rce->refcount, sizeof(refcount) );
 600     memcpy( weights, h->fenc->weight, sizeof(weights) );
 601     memset( &h->fenc->weight[1][0], 0, sizeof(x264_weight_t[15][3]) );
 602
 603     /* For now don't reorder ref 0; it seems to lower quality
 604        in most cases due to skips. */
 605     for( int ref = 1; ref < h->i_ref[0]; ref++ )
 606     {
 607         int max = -1;
 608         int bestref = 1;
 609
 610         for( int i = 1; i < h->i_ref[0]; i++ )
 611             /* Favor lower POC as a tiebreaker. */
 612             COPY2_IF_GT( max, refcount[i], bestref, i );
 613
 614         /* FIXME: If there are duplicates from frames other than ref0 then it is possible
 615          * that the optimal ordering doesnt place every duplicate. */
 616
 617         refcount[bestref] = -1;
 618         h->fref[0][ref] = frames[bestref];
 619         memcpy( h->fenc->weight[ref], weights[bestref], sizeof(weights[bestref]) );
 620     }
 621
 622     return 0;
 623 }
 624
 625 static char *x264_strcat_filename( char *input, char *suffix )
 626 {
 627     char *output = x264_malloc( strlen( input ) + strlen( suffix ) + 1 );
 628     if( !output )
 629         return NULL;
 630     strcpy( output, input );
 631     strcat( output, suffix );
 632     return output;
 633 }
 634
 635 void x264_ratecontrol_init_reconfigurable( x264_t *h, int b_init )
 636 {
 637     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 638     if( !b_init && rc->b_2pass )
 639         return;
 640
 641     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
 642     {
 643         /* Arbitrary rescaling to make CRF somewhat similar to QP.
 644          * Try to compensate for MB-tree's effects as well. */
 645         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
 646         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
 647         rc->rate_factor_constant = pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
 648                                  / qp2qscale( h->param.rc.f_rf_constant + mbtree_offset + QP_BD_OFFSET );
 649     }
 650
 651     if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate > 0 && h->param.rc.i_vbv_buffer_size > 0 )
 652     {
 653         /* We don't support changing the ABR bitrate right now,
 654            so if the stream starts as CBR, keep it CBR. */
 655         if( rc->b_vbv_min_rate )
 656             h->param.rc.i_vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_bitrate;
 657
 658         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size < (int)(h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps) )
 659         {
 660             h->param.rc.i_vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps;
 661             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV buffer size cannot be smaller than one frame, using %d kbit\n",
 662                       h->param.rc.i_vbv_buffer_size );
 663         }
 664
 665         int kilobit_size = h->param.i_avcintra_class ? 1024 : 1000;
 666         int vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_buffer_size * kilobit_size;
 667         int vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate * kilobit_size;
 668
 669         /* Init HRD */
 670         if( h->param.i_nal_hrd && b_init )
 671         {
 672             h->sps->vui.hrd.i_cpb_cnt = 1;
 673             h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd = h->param.i_nal_hrd == X264_NAL_HRD_CBR;
 674             h->sps->vui.hrd.i_time_offset_length = 0;
 675
 676             #define BR_SHIFT  6
 677             #define CPB_SHIFT 4
 678
 679             // normalize HRD size and rate to the value / scale notation
 680             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale = x264_clip3( x264_ctz( vbv_max_bitrate ) - BR_SHIFT, 0, 15 );
 681             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_value = vbv_max_bitrate >> ( h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale + BR_SHIFT );
 682             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_value << ( h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale + BR_SHIFT );
 683             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale = x264_clip3( x264_ctz( vbv_buffer_size ) - CPB_SHIFT, 0, 15 );
 684             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_value = vbv_buffer_size >> ( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale + CPB_SHIFT );
 685             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled = h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_value << ( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale + CPB_SHIFT );
 686
 687             #undef CPB_SHIFT
 688             #undef BR_SHIFT
 689
 690             // arbitrary
 691             #define MAX_DURATION 0.5
 692
 693             int max_cpb_output_delay = X264_MIN( h->param.i_keyint_max * MAX_DURATION * h->sps->vui.i_time_scale / h->sps->vui.i_num_units_in_tick, INT_MAX );
 694             int max_dpb_output_delay = h->sps->vui.i_max_dec_frame_buffering * MAX_DURATION * h->sps->vui.i_time_scale / h->sps->vui.i_num_units_in_tick;
 695             int max_delay = (int)(90000.0 * (double)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled / h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled + 0.5);
 696
 697             h->sps->vui.hrd.i_initial_cpb_removal_delay_length = 2 + x264_clip3( 32 - x264_clz( max_delay ), 4, 22 );
 698             h->sps->vui.hrd.i_cpb_removal_delay_length = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_cpb_output_delay ), 4, 31 );
 699             h->sps->vui.hrd.i_dpb_output_delay_length  = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_dpb_output_delay ), 4, 31 );
 700
 701             #undef MAX_DURATION
 702
 703             vbv_buffer_size = h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled;
 704             vbv_max_bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
 705         }
 706         else if( h->param.i_nal_hrd && !b_init )
 707         {
 708             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV parameters cannot be changed when NAL HRD is in use\n" );
 709             return;
 710         }
 711         h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled = vbv_max_bitrate;
 712         h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled = vbv_buffer_size;
 713
 714         if( rc->b_vbv_min_rate )
 715             rc->bitrate = (double)h->param.rc.i_bitrate * kilobit_size;
 716         rc->buffer_rate = vbv_max_bitrate / rc->fps;
 717         rc->vbv_max_rate = vbv_max_bitrate;
 718         rc->buffer_size = vbv_buffer_size;
 719         rc->single_frame_vbv = rc->buffer_rate * 1.1 > rc->buffer_size;
 720         rc->cbr_decay = 1.0 - rc->buffer_rate / rc->buffer_size
 721                       * 0.5 * X264_MAX(0, 1.5 - rc->buffer_rate * rc->fps / rc->bitrate);
 722         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.f_rf_constant_max )
 723         {
 724             rc->rate_factor_max_increment = h->param.rc.f_rf_constant_max - h->param.rc.f_rf_constant;
 725             if( rc->rate_factor_max_increment <= 0 )
 726             {
 727                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CRF max must be greater than CRF\n" );
 728                 rc->rate_factor_max_increment = 0;
 729             }
 730         }
 731         if( b_init )
 732         {
 733             if( h->param.rc.f_vbv_buffer_init > 1. )
 734                 h->param.rc.f_vbv_buffer_init = x264_clip3f( h->param.rc.f_vbv_buffer_init / h->param.rc.i_vbv_buffer_size, 0, 1 );
 735             h->param.rc.f_vbv_buffer_init = x264_clip3f( X264_MAX( h->param.rc.f_vbv_buffer_init, rc->buffer_rate / rc->buffer_size ), 0, 1);
 736             rc->buffer_fill_final =
 737             rc->buffer_fill_final_min = rc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init * h->sps->vui.i_time_scale;
 738             rc->b_vbv = 1;
 739             rc->b_vbv_min_rate = !rc->b_2pass
 740                           && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR
 741                           && h->param.rc.i_vbv_max_bitrate <= h->param.rc.i_bitrate;
 742         }
 743     }
 744 }
 745
 746 int x264_ratecontrol_new( x264_t *h )
 747 {
 748     x264_ratecontrol_t *rc;
 749
 750     x264_emms();
 751
 752     CHECKED_MALLOCZERO( h->rc, h->param.i_threads * sizeof(x264_ratecontrol_t) );
 753     rc = h->rc;
 754
 755     rc->b_abr = h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CQP && !h->param.rc.b_stat_read;
 756     rc->b_2pass = h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && h->param.rc.b_stat_read;
 757
 758     /* FIXME: use integers */
 759     if( h->param.i_fps_num > 0 && h->param.i_fps_den > 0 )
 760         rc->fps = (float) h->param.i_fps_num / h->param.i_fps_den;
 761     else
 762         rc->fps = 25.0;
 763
 764     if( h->param.rc.b_mb_tree )
 765     {
 766         h->param.rc.f_pb_factor = 1;
 767         rc->qcompress = 1;
 768     }
 769     else
 770         rc->qcompress = h->param.rc.f_qcompress;
 771
 772     rc->bitrate = h->param.rc.i_bitrate * (h->param.i_avcintra_class ? 1024. : 1000.);
 773     rc->rate_tolerance = h->param.rc.f_rate_tolerance;
 774     rc->nmb = h->mb.i_mb_count;
 775     rc->last_non_b_pict_type = -1;
 776     rc->cbr_decay = 1.0;
 777
 778     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.b_stat_read )
 779     {
 780         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "constant rate-factor is incompatible with 2pass.\n" );
 781         return -1;
 782     }
 783
 784     x264_ratecontrol_init_reconfigurable( h, 1 );
 785
 786     if( h->param.i_nal_hrd )
 787     {
 788         uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
 789         uint64_t num = 90000;
 790         x264_reduce_fraction64( &num, &denom );
 791         rc->hrd_multiply_denom = 90000 / num;
 792
 793         double bits_required = log2( 90000 / rc->hrd_multiply_denom )
 794                              + log2( h->sps->vui.i_time_scale )
 795                              + log2( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled );
 796         if( bits_required >= 63 )
 797         {
 798             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "HRD with very large timescale and bufsize not supported\n" );
 799             return -1;
 800         }
 801     }
 802
 803     if( rc->rate_tolerance < 0.01 )
 804     {
 805         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "bitrate tolerance too small, using .01\n" );
 806         rc->rate_tolerance = 0.01;
 807     }
 808
 809     h->mb.b_variable_qp = rc->b_vbv || h->param.rc.i_aq_mode;
 810
 811     if( rc->b_abr )
 812     {
 813         /* FIXME ABR_INIT_QP is actually used only in CRF */
 814 #define ABR_INIT_QP (( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF ? h->param.rc.f_rf_constant : 24 ) + QP_BD_OFFSET)
 815         rc->accum_p_norm = .01;
 816         rc->accum_p_qp = ABR_INIT_QP * rc->accum_p_norm;
 817         /* estimated ratio that produces a reasonable QP for the first I-frame */
 818         rc->cplxr_sum = .01 * pow( 7.0e5, rc->qcompress ) * pow( h->mb.i_mb_count, 0.5 );
 819         rc->wanted_bits_window = 1.0 * rc->bitrate / rc->fps;
 820         rc->last_non_b_pict_type = SLICE_TYPE_I;
 821     }
 822
 823     rc->ip_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_ip_factor );
 824     rc->pb_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_pb_factor );
 825     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = h->param.rc.i_qp_constant;
 826     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant - rc->ip_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
 827     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant + rc->pb_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
 828     h->mb.ip_offset = rc->ip_offset + 0.5;
 829
 830     rc->lstep = pow( 2, h->param.rc.i_qp_step / 6.0 );
 831     rc->last_qscale = qp2qscale( 26 + QP_BD_OFFSET );
 832     int num_preds = h->param.b_sliced_threads * h->param.i_threads + 1;
 833     CHECKED_MALLOC( rc->pred, 5 * sizeof(predictor_t) * num_preds );
 834     CHECKED_MALLOC( rc->pred_b_from_p, sizeof(predictor_t) );
 835     static const float pred_coeff_table[3] = { 1.0, 1.0, 1.5 };
 836     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 837     {
 838         rc->last_qscale_for[i] = qp2qscale( ABR_INIT_QP );
 839         rc->lmin[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
 840         rc->lmax[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
 841         for( int j = 0; j < num_preds; j++ )
 842         {
 843             rc->pred[i+j*5].coeff_min = pred_coeff_table[i] / 2;
 844             rc->pred[i+j*5].coeff = pred_coeff_table[i];
 845             rc->pred[i+j*5].count = 1.0;
 846             rc->pred[i+j*5].decay = 0.5;
 847             rc->pred[i+j*5].offset = 0.0;
 848         }
 849         for( int j = 0; j < 2; j++ )
 850         {
 851             rc->row_preds[i][j].coeff_min = .25 / 4;
 852             rc->row_preds[i][j].coeff = .25;
 853             rc->row_preds[i][j].count = 1.0;
 854             rc->row_preds[i][j].decay = 0.5;
 855             rc->row_preds[i][j].offset = 0.0;
 856         }
 857     }
 858     rc->pred_b_from_p->coeff_min = 0.5 / 2;
 859     rc->pred_b_from_p->coeff = 0.5;
 860     rc->pred_b_from_p->count = 1.0;
 861     rc->pred_b_from_p->decay = 0.5;
 862     rc->pred_b_from_p->offset = 0.0;
 863
 864     if( parse_zones( h ) < 0 )
 865     {
 866         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to parse zones\n" );
 867         return -1;
 868     }
 869
 870     /* Load stat file and init 2pass algo */
 871     if( h->param.rc.b_stat_read )
 872     {
 873         char *p, *stats_in, *stats_buf;
 874
 875         /* read 1st pass stats */
 876         assert( h->param.rc.psz_stat_in );
 877         stats_buf = stats_in = x264_slurp_file( h->param.rc.psz_stat_in );
 878         if( !stats_buf )
 879         {
 880             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n" );
 881             return -1;
 882         }
 883         if( h->param.rc.b_mb_tree )
 884         {
 885             char *mbtree_stats_in = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_in, ".mbtree" );
 886             if( !mbtree_stats_in )
 887                 return -1;
 888             rc->p_mbtree_stat_file_in = x264_fopen( mbtree_stats_in, "rb" );
 889             x264_free( mbtree_stats_in );
 890             if( !rc->p_mbtree_stat_file_in )
 891             {
 892                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n" );
 893                 return -1;
 894             }
 895         }
 896
 897         /* check whether 1st pass options were compatible with current options */
 898         if( strncmp( stats_buf, "#options:", 9 ) )
 899         {
 900             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "options list in stats file not valid\n" );
 901             return -1;
 902         }
 903
 904         float res_factor, res_factor_bits;
 905         {
 906             int i, j;
 907             uint32_t k, l;
 908             char *opts = stats_buf;
 909             stats_in = strchr( stats_buf, '\n' );
 910             if( !stats_in )
 911                 return -1;
 912             *stats_in = '\0';
 913             stats_in++;
 914             if( sscanf( opts, "#options: %dx%d", &i, &j ) != 2 )
 915             {
 916                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "resolution specified in stats file not valid\n" );
 917                 return -1;
 918             }
 919             else if( h->param.rc.b_mb_tree )
 920             {
 921                 rc->mbtree.srcdim[0] = i;
 922                 rc->mbtree.srcdim[1] = j;
 923             }
 924             res_factor = (float)h->param.i_width * h->param.i_height / (i*j);
 925             /* Change in bits relative to resolution isn't quite linear on typical sources,
 926              * so we'll at least try to roughly approximate this effect. */
 927             res_factor_bits = powf( res_factor, 0.7 );
 928
 929             if( !( p = strstr( opts, "timebase=" ) ) || sscanf( p, "timebase=%u/%u", &k, &l ) != 2 )
 930             {
 931                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase specified in stats file not valid\n" );
 932                 return -1;
 933             }
 934             if( k != h->param.i_timebase_num || l != h->param.i_timebase_den )
 935             {
 936                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase mismatch with 1st pass (%u/%u vs %u/%u)\n",
 937                           h->param.i_timebase_num, h->param.i_timebase_den, k, l );
 938                 return -1;
 939             }
 940
 941             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bitdepth", BIT_DEPTH );
 942             CMP_OPT_FIRST_PASS( "weightp", X264_MAX( 0, h->param.analyse.i_weighted_pred ) );
 943             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bframes", h->param.i_bframe );
 944             CMP_OPT_FIRST_PASS( "b_pyramid", h->param.i_bframe_pyramid );
 945             CMP_OPT_FIRST_PASS( "intra_refresh", h->param.b_intra_refresh );
 946             CMP_OPT_FIRST_PASS( "open_gop", h->param.b_open_gop );
 947             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bluray_compat", h->param.b_bluray_compat );
 948
 949             if( (p = strstr( opts, "interlaced=" )) )
 950             {
 951                 char *current = h->param.b_interlaced ? h->param.b_tff ? "tff" : "bff" : h->param.b_fake_interlaced ? "fake" : "0";
 952                 char buf[5];
 953                 sscanf( p, "interlaced=%4s", buf );
 954                 if( strcmp( current, buf ) )
 955                 {
 956                     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different interlaced setting than first pass (%s vs %s)\n", current, buf );
 957                     return -1;
 958                 }
 959             }
 960
 961             if( (p = strstr( opts, "keyint=" )) )
 962             {
 963                 p += 7;
 964                 char buf[13] = "infinite ";
 965                 if( h->param.i_keyint_max != X264_KEYINT_MAX_INFINITE )
 966                     sprintf( buf, "%d ", h->param.i_keyint_max );
 967                 if( strncmp( p, buf, strlen(buf) ) )
 968                 {
 969                     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different keyint setting than first pass (%.*s vs %.*s)\n",
 970                               strlen(buf)-1, buf, strcspn(p, " "), p );
 971                     return -1;
 972                 }
 973             }
 974
 975             if( strstr( opts, "qp=0" ) && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
 976                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "1st pass was lossless, bitrate prediction will be inaccurate\n" );
 977
 978             if( !strstr( opts, "direct=3" ) && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
 979             {
 980                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "direct=auto not used on the first pass\n" );
 981                 h->mb.b_direct_auto_write = 1;
 982             }
 983
 984             if( ( p = strstr( opts, "b_adapt=" ) ) && sscanf( p, "b_adapt=%d", &i ) && i >= X264_B_ADAPT_NONE && i <= X264_B_ADAPT_TRELLIS )
 985                 h->param.i_bframe_adaptive = i;
 986             else if( h->param.i_bframe )
 987             {
 988                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "b_adapt method specified in stats file not valid\n" );
 989                 return -1;
 990             }
 991
 992             if( (h->param.rc.b_mb_tree || h->param.rc.i_vbv_buffer_size) && ( p = strstr( opts, "rc_lookahead=" ) ) && sscanf( p, "rc_lookahead=%d", &i ) )
 993                 h->param.rc.i_lookahead = i;
 994         }
 995
 996         /* find number of pics */
 997         p = stats_in;
 998         int num_entries;
 999         for( num_entries = -1; p; num_entries++ )
1000             p = strchr( p + 1, ';' );
1001         if( !num_entries )
1002         {
1003             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "empty stats file\n" );
1004             return -1;
1005         }
1006         rc->num_entries = num_entries;
1007
1008         if( h->param.i_frame_total < rc->num_entries && h->param.i_frame_total > 0 )
1009         {
1010             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "2nd pass has fewer frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
1011                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
1012         }
1013         if( h->param.i_frame_total > rc->num_entries )
1014         {
1015             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
1016                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
1017             return -1;
1018         }
1019
1020         CHECKED_MALLOCZERO( rc->entry, rc->num_entries * sizeof(ratecontrol_entry_t) );
1021         CHECKED_MALLOC( rc->entry_out, rc->num_entries * sizeof(ratecontrol_entry_t*) );
1022
1023         /* init all to skipped p frames */
1024         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
1025         {
1026             ratecontrol_entry_t *rce = &rc->entry[i];
1027             rce->pict_type = SLICE_TYPE_P;
1028             rce->qscale = rce->new_qscale = qp2qscale( 20 + QP_BD_OFFSET );
1029             rce->misc_bits = rc->nmb + 10;
1030             rce->new_qp = 0;
1031             rc->entry_out[i] = rce;
1032         }
1033
1034         /* read stats */
1035         p = stats_in;
1036         double total_qp_aq = 0;
1037         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
1038         {
1039             ratecontrol_entry_t *rce;
1040             int frame_number = 0;
1041             int frame_out_number = 0;
1042             char pict_type = 0;
1043             int e;
1044             char *next;
1045             float qp_rc, qp_aq;
1046             int ref;
1047
1048             next= strchr(p, ';');
1049             if( next )
1050                 *next++ = 0; //sscanf is unbelievably slow on long strings
1051             e = sscanf( p, " in:%d out:%d ", &frame_number, &frame_out_number );
1052
1053             if( frame_number < 0 || frame_number >= rc->num_entries )
1054             {
1055                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad frame number (%d) at stats line %d\n", frame_number, i );
1056                 return -1;
1057             }
1058             if( frame_out_number < 0 || frame_out_number >= rc->num_entries )
1059             {
1060                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad frame output number (%d) at stats line %d\n", frame_out_number, i );
1061                 return -1;
1062             }
1063             rce = &rc->entry[frame_number];
1064             rc->entry_out[frame_out_number] = rce;
1065             rce->direct_mode = 0;
1066
1067             e += sscanf( p, " in:%*d out:%*d type:%c dur:%"SCNd64" cpbdur:%"SCNd64" q:%f aq:%f tex:%d mv:%d misc:%d imb:%d pmb:%d smb:%d d:%c",
1068                    &pict_type, &rce->i_duration, &rce->i_cpb_duration, &qp_rc, &qp_aq, &rce->tex_bits,
1069                    &rce->mv_bits, &rce->misc_bits, &rce->i_count, &rce->p_count,
1070                    &rce->s_count, &rce->direct_mode );
1071             rce->tex_bits  *= res_factor_bits;
1072             rce->mv_bits   *= res_factor_bits;
1073             rce->misc_bits *= res_factor_bits;
1074             rce->i_count   *= res_factor;
1075             rce->p_count   *= res_factor;
1076             rce->s_count   *= res_factor;
1077
1078             p = strstr( p, "ref:" );
1079             if( !p )
1080                 goto parse_error;
1081             p += 4;
1082             for( ref = 0; ref < 16; ref++ )
1083             {
1084                 if( sscanf( p, " %d", &rce->refcount[ref] ) != 1 )
1085                     break;
1086                 p = strchr( p+1, ' ' );
1087                 if( !p )
1088                     goto parse_error;
1089             }
1090             rce->refs = ref;
1091
1092             /* find weights */
1093             rce->i_weight_denom[0] = rce->i_weight_denom[1] = -1;
1094             char *w = strchr( p, 'w' );
1095             if( w )
1096             {
1097                 int count = sscanf( w, "w:%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd",
1098                                     &rce->i_weight_denom[0], &rce->weight[0][0], &rce->weight[0][1],
1099                                     &rce->i_weight_denom[1], &rce->weight[1][0], &rce->weight[1][1],
1100                                     &rce->weight[2][0], &rce->weight[2][1] );
1101                 if( count == 3 )
1102                     rce->i_weight_denom[1] = -1;
1103                 else if ( count != 8 )
1104                     rce->i_weight_denom[0] = rce->i_weight_denom[1] = -1;
1105             }
1106
1107             if( pict_type != 'b' )
1108                 rce->kept_as_ref = 1;
1109             switch( pict_type )
1110             {
1111                 case 'I':
1112                     rce->frame_type = X264_TYPE_IDR;
1113                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
1114                     break;
1115                 case 'i':
1116                     rce->frame_type = X264_TYPE_I;
1117                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
1118                     break;
1119                 case 'P':
1120                     rce->frame_type = X264_TYPE_P;
1121                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_P;
1122                     break;
1123                 case 'B':
1124                     rce->frame_type = X264_TYPE_BREF;
1125                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
1126                     break;
1127                 case 'b':
1128                     rce->frame_type = X264_TYPE_B;
1129                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
1130                     break;
1131                 default:  e = -1; break;
1132             }
1133             if( e < 14 )
1134             {
1135 parse_error:
1136                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "statistics are damaged at line %d, parser out=%d\n", i, e );
1137                 return -1;
1138             }
1139             rce->qscale = qp2qscale( qp_rc );
1140             total_qp_aq += qp_aq;
1141             p = next;
1142         }
1143         if( !h->param.b_stitchable )
1144             h->pps->i_pic_init_qp = SPEC_QP( (int)(total_qp_aq / rc->num_entries + 0.5) );
1145
1146         x264_free( stats_buf );
1147
1148         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
1149         {
1150             if( init_pass2( h ) < 0 )
1151                 return -1;
1152         } /* else we're using constant quant, so no need to run the bitrate allocation */
1153     }
1154
1155     /* Open output file */
1156     /* If input and output files are the same, output to a temp file
1157      * and move it to the real name only when it's complete */
1158     if( h->param.rc.b_stat_write )
1159     {
1160         char *p;
1161         rc->psz_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".temp" );
1162         if( !rc->psz_stat_file_tmpname )
1163             return -1;
1164
1165         rc->p_stat_file_out = x264_fopen( rc->psz_stat_file_tmpname, "wb" );
1166         if( rc->p_stat_file_out == NULL )
1167         {
1168             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n" );
1169             return -1;
1170         }
1171
1172         p = x264_param2string( &h->param, 1 );
1173         if( p )
1174             fprintf( rc->p_stat_file_out, "#options: %s\n", p );
1175         x264_free( p );
1176         if( h->param.rc.b_mb_tree && !h->param.rc.b_stat_read )
1177         {
1178             rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree.temp" );
1179             rc->psz_mbtree_stat_file_name = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree" );
1180             if( !rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname || !rc->psz_mbtree_stat_file_name )
1181                 return -1;
1182
1183             rc->p_mbtree_stat_file_out = x264_fopen( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, "wb" );
1184             if( rc->p_mbtree_stat_file_out == NULL )
1185             {
1186                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n" );
1187                 return -1;
1188             }
1189         }
1190     }
1191
1192     if( h->param.rc.b_mb_tree && (h->param.rc.b_stat_read || h->param.rc.b_stat_write) )
1193     {
1194         if( !h->param.rc.b_stat_read )
1195         {
1196             rc->mbtree.srcdim[0] = h->param.i_width;
1197             rc->mbtree.srcdim[1] = h->param.i_height;
1198         }
1199         if( x264_macroblock_tree_rescale_init( h, rc ) < 0 )
1200             return -1;
1201     }
1202
1203     for( int i = 0; i<h->param.i_threads; i++ )
1204     {
1205         h->thread[i]->rc = rc+i;
1206         if( i )
1207         {
1208             rc[i] = rc[0];
1209             h->thread[i]->param = h->param;
1210             h->thread[i]->mb.b_variable_qp = h->mb.b_variable_qp;
1211             h->thread[i]->mb.ip_offset = h->mb.ip_offset;
1212         }
1213     }
1214
1215     return 0;
1216 fail:
1217     return -1;
1218 }
1219
1220 static int parse_zone( x264_t *h, x264_zone_t *z, char *p )
1221 {
1222     int len = 0;
1223     char *tok, UNUSED *saveptr=NULL;
1224     z->param = NULL;
1225     z->f_bitrate_factor = 1;
1226     if( 3 <= sscanf(p, "%d,%d,q=%d%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->i_qp, &len) )
1227         z->b_force_qp = 1;
1228     else if( 3 <= sscanf(p, "%d,%d,b=%f%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->f_bitrate_factor, &len) )
1229         z->b_force_qp = 0;
1230     else if( 2 <= sscanf(p, "%d,%d%n", &z->i_start, &z->i_end, &len) )
1231         z->b_force_qp = 0;
1232     else
1233     {
1234         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: \"%s\"\n", p );
1235         return -1;
1236     }
1237     p += len;
1238     if( !*p )
1239         return 0;
1240     CHECKED_MALLOC( z->param, sizeof(x264_param_t) );
1241     memcpy( z->param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
1242     z->param->param_free = x264_free;
1243     while( (tok = strtok_r( p, ",", &saveptr )) )
1244     {
1245         char *val = strchr( tok, '=' );
1246         if( val )
1247         {
1248             *val = '\0';
1249             val++;
1250         }
1251         if( x264_param_parse( z->param, tok, val ) )
1252         {
1253             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone param: %s = %s\n", tok, val );
1254             return -1;
1255         }
1256         p = NULL;
1257     }
1258     return 0;
1259 fail:
1260     return -1;
1261 }
1262
1263 static int parse_zones( x264_t *h )
1264 {
1265     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1266     if( h->param.rc.psz_zones && !h->param.rc.i_zones )
1267     {
1268         char *psz_zones, *p;
1269         CHECKED_MALLOC( psz_zones, strlen( h->param.rc.psz_zones )+1 );
1270         strcpy( psz_zones, h->param.rc.psz_zones );
1271         h->param.rc.i_zones = 1;
1272         for( p = psz_zones; *p; p++ )
1273             h->param.rc.i_zones += (*p == '/');
1274         CHECKED_MALLOC( h->param.rc.zones, h->param.rc.i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1275         p = psz_zones;
1276         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1277         {
1278             int i_tok = strcspn( p, "/" );
1279             p[i_tok] = 0;
1280             if( parse_zone( h, &h->param.rc.zones[i], p ) )
1281             {
1282                 x264_free( psz_zones );
1283                 return -1;
1284             }
1285             p += i_tok + 1;
1286         }
1287         x264_free( psz_zones );
1288     }
1289
1290     if( h->param.rc.i_zones > 0 )
1291     {
1292         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1293         {
1294             x264_zone_t z = h->param.rc.zones[i];
1295             if( z.i_start < 0 || z.i_start > z.i_end )
1296             {
1297                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: start=%d end=%d\n",
1298                           z.i_start, z.i_end );
1299                 return -1;
1300             }
1301             else if( !z.b_force_qp && z.f_bitrate_factor <= 0 )
1302             {
1303                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: bitrate_factor=%f\n",
1304                           z.f_bitrate_factor );
1305                 return -1;
1306             }
1307         }
1308
1309         rc->i_zones = h->param.rc.i_zones + 1;
1310         CHECKED_MALLOC( rc->zones, rc->i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1311         memcpy( rc->zones+1, h->param.rc.zones, (rc->i_zones-1) * sizeof(x264_zone_t) );
1312
1313         // default zone to fall back to if none of the others match
1314         rc->zones[0].i_start = 0;
1315         rc->zones[0].i_end = INT_MAX;
1316         rc->zones[0].b_force_qp = 0;
1317         rc->zones[0].f_bitrate_factor = 1;
1318         CHECKED_MALLOC( rc->zones[0].param, sizeof(x264_param_t) );
1319         memcpy( rc->zones[0].param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
1320         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1321         {
1322             if( !rc->zones[i].param )
1323                 rc->zones[i].param = rc->zones[0].param;
1324         }
1325     }
1326
1327     return 0;
1328 fail:
1329     return -1;
1330 }
1331
1332 static x264_zone_t *get_zone( x264_t *h, int frame_num )
1333 {
1334     for( int i = h->rc->i_zones - 1; i >= 0; i-- )
1335     {
1336         x264_zone_t *z = &h->rc->zones[i];
1337         if( frame_num >= z->i_start && frame_num <= z->i_end )
1338             return z;
1339     }
1340     return NULL;
1341 }
1342
1343 void x264_ratecontrol_summary( x264_t *h )
1344 {
1345     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1346     if( rc->b_abr && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && rc->cbr_decay > .9999 )
1347     {
1348         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
1349         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
1350         x264_log( h, X264_LOG_INFO, "final ratefactor: %.2f\n",
1351                   qscale2qp( pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
1352                              * rc->cplxr_sum / rc->wanted_bits_window ) - mbtree_offset - QP_BD_OFFSET );
1353     }
1354 }
1355
1356 void x264_ratecontrol_delete( x264_t *h )
1357 {
1358     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1359     int b_regular_file;
1360
1361     if( rc->p_stat_file_out )
1362     {
1363         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_stat_file_out );
1364         fclose( rc->p_stat_file_out );
1365         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1366             if( x264_rename( rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out ) != 0 )
1367             {
1368                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1369                           rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out );
1370             }
1371         x264_free( rc->psz_stat_file_tmpname );
1372     }
1373     if( rc->p_mbtree_stat_file_out )
1374     {
1375         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1376         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1377         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1378             if( x264_rename( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name ) != 0 )
1379             {
1380                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1381                           rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1382             }
1383         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname );
1384         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1385     }
1386     if( rc->p_mbtree_stat_file_in )
1387         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_in );
1388     x264_free( rc->pred );
1389     x264_free( rc->pred_b_from_p );
1390     x264_free( rc->entry );
1391     x264_free( rc->entry_out );
1392     x264_macroblock_tree_rescale_destroy( rc );
1393     if( rc->zones )
1394     {
1395         x264_free( rc->zones[0].param );
1396         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1397             if( rc->zones[i].param != rc->zones[0].param && rc->zones[i].param->param_free )
1398                 rc->zones[i].param->param_free( rc->zones[i].param );
1399         x264_free( rc->zones );
1400     }
1401     x264_free( rc );
1402 }
1403
1404 static void accum_p_qp_update( x264_t *h, float qp )
1405 {
1406     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1407     rc->accum_p_qp   *= .95;
1408     rc->accum_p_norm *= .95;
1409     rc->accum_p_norm += 1;
1410     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I )
1411         rc->accum_p_qp += qp + rc->ip_offset;
1412     else
1413         rc->accum_p_qp += qp;
1414 }
1415
1416 /* Before encoding a frame, choose a QP for it */
1417 void x264_ratecontrol_start( x264_t *h, int i_force_qp, int overhead )
1418 {
1419     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1420     ratecontrol_entry_t *rce = NULL;
1421     x264_zone_t *zone = get_zone( h, h->fenc->i_frame );
1422     float q;
1423
1424     x264_emms();
1425
1426     if( zone && (!rc->prev_zone || zone->param != rc->prev_zone->param) )
1427         x264_encoder_reconfig_apply( h, zone->param );
1428     rc->prev_zone = zone;
1429
1430     if( h->param.rc.b_stat_read )
1431     {
1432         int frame = h->fenc->i_frame;
1433         assert( frame >= 0 && frame < rc->num_entries );
1434         rce = h->rc->rce = &h->rc->entry[frame];
1435
1436         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B
1437             && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
1438         {
1439             h->sh.b_direct_spatial_mv_pred = ( rce->direct_mode == 's' );
1440             h->mb.b_direct_auto_read = ( rce->direct_mode == 's' || rce->direct_mode == 't' );
1441         }
1442     }
1443
1444     if( rc->b_vbv )
1445     {
1446         memset( h->fdec->i_row_bits, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(int) );
1447         memset( h->fdec->f_row_qp, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(float) );
1448         memset( h->fdec->f_row_qscale, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(float) );
1449         rc->row_pred = rc->row_preds[h->sh.i_type];
1450         rc->buffer_rate = h->fenc->i_cpb_duration * rc->vbv_max_rate * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1451         update_vbv_plan( h, overhead );
1452
1453         const x264_level_t *l = x264_levels;
1454         while( l->level_idc != 0 && l->level_idc != h->param.i_level_idc )
1455             l++;
1456
1457         int mincr = l->mincr;
1458
1459         if( h->param.b_bluray_compat )
1460             mincr = 4;
1461
1462         /* Profiles above High don't require minCR, so just set the maximum to a large value. */
1463         if( h->sps->i_profile_idc > PROFILE_HIGH )
1464             rc->frame_size_maximum = 1e9;
1465         else
1466         {
1467             /* The spec has a bizarre special case for the first frame. */
1468             if( h->i_frame == 0 )
1469             {
1470                 //384 * ( Max( PicSizeInMbs, fR * MaxMBPS ) + MaxMBPS * ( tr( 0 ) - tr,n( 0 ) ) ) / MinCR
1471                 double fr = 1. / 172;
1472                 int pic_size_in_mbs = h->mb.i_mb_width * h->mb.i_mb_height;
1473                 rc->frame_size_maximum = 384 * BIT_DEPTH * X264_MAX( pic_size_in_mbs, fr*l->mbps ) / mincr;
1474             }
1475             else
1476             {
1477                 //384 * MaxMBPS * ( tr( n ) - tr( n - 1 ) ) / MinCR
1478                 rc->frame_size_maximum = 384 * BIT_DEPTH * ((double)h->fenc->i_cpb_duration * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale) * l->mbps / mincr;
1479             }
1480         }
1481     }
1482
1483     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1484         rc->bframes = h->fenc->i_bframes;
1485
1486     if( rc->b_abr )
1487     {
1488         q = qscale2qp( rate_estimate_qscale( h ) );
1489     }
1490     else if( rc->b_2pass )
1491     {
1492         rce->new_qscale = rate_estimate_qscale( h );
1493         q = qscale2qp( rce->new_qscale );
1494     }
1495     else /* CQP */
1496     {
1497         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B && h->fdec->b_kept_as_ref )
1498             q = ( rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_B ] + rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_P ] ) / 2;
1499         else
1500             q = rc->qp_constant[ h->sh.i_type ];
1501
1502         if( zone )
1503         {
1504             if( zone->b_force_qp )
1505                 q += zone->i_qp - rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P];
1506             else
1507                 q -= 6*log2f( zone->f_bitrate_factor );
1508         }
1509     }
1510     if( i_force_qp != X264_QP_AUTO )
1511         q = i_force_qp - 1;
1512
1513     q = x264_clip3f( q, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1514
1515     rc->qpa_rc = rc->qpa_rc_prev =
1516     rc->qpa_aq = rc->qpa_aq_prev = 0;
1517     h->fdec->f_qp_avg_rc =
1518     h->fdec->f_qp_avg_aq =
1519     rc->qpm = q;
1520     if( rce )
1521         rce->new_qp = q;
1522
1523     accum_p_qp_update( h, rc->qpm );
1524
1525     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1526         rc->last_non_b_pict_type = h->sh.i_type;
1527 }
1528
1529 static float predict_row_size( x264_t *h, int y, float qscale )
1530 {
1531     /* average between two predictors:
1532      * absolute SATD, and scaled bit cost of the colocated row in the previous frame */
1533     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1534     float pred_s = predict_size( &rc->row_pred[0], qscale, h->fdec->i_row_satd[y] );
1535     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I || qscale >= h->fref[0][0]->f_row_qscale[y] )
1536     {
1537         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P
1538             && h->fref[0][0]->i_type == h->fdec->i_type
1539             && h->fref[0][0]->f_row_qscale[y] > 0
1540             && h->fref[0][0]->i_row_satd[y] > 0
1541             && (abs(h->fref[0][0]->i_row_satd[y] - h->fdec->i_row_satd[y]) < h->fdec->i_row_satd[y]/2))
1542         {
1543             float pred_t = h->fref[0][0]->i_row_bits[y] * h->fdec->i_row_satd[y] / h->fref[0][0]->i_row_satd[y]
1544                          * h->fref[0][0]->f_row_qscale[y] / qscale;
1545             return (pred_s + pred_t) * 0.5f;
1546         }
1547         return pred_s;
1548     }
1549     /* Our QP is lower than the reference! */
1550     else
1551     {
1552         float pred_intra = predict_size( &rc->row_pred[1], qscale, h->fdec->i_row_satds[0][0][y] );
1553         /* Sum: better to overestimate than underestimate by using only one of the two predictors. */
1554         return pred_intra + pred_s;
1555     }
1556 }
1557
1558 static int row_bits_so_far( x264_t *h, int y )
1559 {
1560     int bits = 0;
1561     for( int i = h->i_threadslice_start; i <= y; i++ )
1562         bits += h->fdec->i_row_bits[i];
1563     return bits;
1564 }
1565
1566 static float predict_row_size_to_end( x264_t *h, int y, float qp )
1567 {
1568     float qscale = qp2qscale( qp );
1569     float bits = 0;
1570     for( int i = y+1; i < h->i_threadslice_end; i++ )
1571         bits += predict_row_size( h, i, qscale );
1572     return bits;
1573 }
1574
1575 /* TODO:
1576  *  eliminate all use of qp in row ratecontrol: make it entirely qscale-based.
1577  *  make this function stop being needlessly O(N^2)
1578  *  update more often than once per row? */
1579 int x264_ratecontrol_mb( x264_t *h, int bits )
1580 {
1581     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1582     const int y = h->mb.i_mb_y;
1583
1584     h->fdec->i_row_bits[y] += bits;
1585     rc->qpa_aq += h->mb.i_qp;
1586
1587     if( h->mb.i_mb_x != h->mb.i_mb_width - 1 )
1588         return 0;
1589
1590     x264_emms();
1591     rc->qpa_rc += rc->qpm * h->mb.i_mb_width;
1592
1593     if( !rc->b_vbv )
1594         return 0;
1595
1596     float qscale = qp2qscale( rc->qpm );
1597     h->fdec->f_row_qp[y] = rc->qpm;
1598     h->fdec->f_row_qscale[y] = qscale;
1599
1600     update_predictor( &rc->row_pred[0], qscale, h->fdec->i_row_satd[y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1601     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I && rc->qpm < h->fref[0][0]->f_row_qp[y] )
1602         update_predictor( &rc->row_pred[1], qscale, h->fdec->i_row_satds[0][0][y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1603
1604     /* update ratecontrol per-mbpair in MBAFF */
1605     if( SLICE_MBAFF && !(y&1) )
1606         return 0;
1607
1608     /* FIXME: We don't currently support the case where there's a slice
1609      * boundary in between. */
1610     int can_reencode_row = h->sh.i_first_mb <= ((h->mb.i_mb_y - SLICE_MBAFF) * h->mb.i_mb_stride);
1611
1612     /* tweak quality based on difference from predicted size */
1613     float prev_row_qp = h->fdec->f_row_qp[y];
1614     float qp_absolute_max = h->param.rc.i_qp_max;
1615     if( rc->rate_factor_max_increment )
1616         qp_absolute_max = X264_MIN( qp_absolute_max, rc->qp_novbv + rc->rate_factor_max_increment );
1617     float qp_max = X264_MIN( prev_row_qp + h->param.rc.i_qp_step, qp_absolute_max );
1618     float qp_min = X264_MAX( prev_row_qp - h->param.rc.i_qp_step, h->param.rc.i_qp_min );
1619     float step_size = 0.5f;
1620     float slice_size_planned = h->param.b_sliced_threads ? rc->slice_size_planned : rc->frame_size_planned;
1621     float bits_so_far = row_bits_so_far( h, y );
1622     float max_frame_error = x264_clip3f( 1.0 / h->mb.i_mb_height, 0.05, 0.25 );
1623     float max_frame_size = rc->frame_size_maximum - rc->frame_size_maximum * max_frame_error;
1624     max_frame_size = X264_MIN( max_frame_size, rc->buffer_fill - rc->buffer_rate * max_frame_error );
1625     float size_of_other_slices = 0;
1626     if( h->param.b_sliced_threads )
1627     {
1628         float size_of_other_slices_planned = 0;
1629         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1630             if( h != h->thread[i] )
1631             {
1632                 size_of_other_slices += h->thread[i]->rc->frame_size_estimated;
1633                 size_of_other_slices_planned += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
1634             }
1635         float weight = rc->slice_size_planned / rc->frame_size_planned;
1636         size_of_other_slices = (size_of_other_slices - size_of_other_slices_planned) * weight + size_of_other_slices_planned;
1637     }
1638     if( y < h->i_threadslice_end-1 )
1639     {
1640         /* B-frames shouldn't use lower QP than their reference frames. */
1641         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1642         {
1643             qp_min = X264_MAX( qp_min, X264_MAX( h->fref[0][0]->f_row_qp[y+1], h->fref[1][0]->f_row_qp[y+1] ) );
1644             rc->qpm = X264_MAX( rc->qpm, qp_min );
1645         }
1646
1647         float buffer_left_planned = rc->buffer_fill - rc->frame_size_planned;
1648         buffer_left_planned = X264_MAX( buffer_left_planned, 0.f );
1649         /* More threads means we have to be more cautious in letting ratecontrol use up extra bits. */
1650         float rc_tol = buffer_left_planned / h->param.i_threads * rc->rate_tolerance;
1651         float b1 = bits_so_far + predict_row_size_to_end( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1652         float trust_coeff = x264_clip3f( bits_so_far / slice_size_planned, 0.0, 1.0 );
1653
1654         /* Don't increase the row QPs until a sufficent amount of the bits of the frame have been processed, in case a flat */
1655         /* area at the top of the frame was measured inaccurately. */
1656         if( trust_coeff < 0.05f )
1657             qp_max = qp_absolute_max = prev_row_qp;
1658
1659         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I )
1660             rc_tol *= 0.5f;
1661
1662         if( !rc->b_vbv_min_rate )
1663             qp_min = X264_MAX( qp_min, rc->qp_novbv );
1664
1665         while( rc->qpm < qp_max
1666                && ((b1 > rc->frame_size_planned + rc_tol) ||
1667                    (b1 > rc->frame_size_planned && rc->qpm < rc->qp_novbv) ||
1668                    (b1 > rc->buffer_fill - buffer_left_planned * 0.5f)) )
1669         {
1670             rc->qpm += step_size;
1671             b1 = bits_so_far + predict_row_size_to_end( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1672         }
1673
1674         float b_max = b1 + ((rc->buffer_fill - rc->buffer_size + rc->buffer_rate) * 0.90f - b1) * trust_coeff;
1675         rc->qpm -= step_size;
1676         float b2 = bits_so_far + predict_row_size_to_end( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1677         while( rc->qpm > qp_min && rc->qpm < prev_row_qp
1678                && (rc->qpm > h->fdec->f_row_qp[0] || rc->single_frame_vbv)
1679                && (b2 < max_frame_size)
1680                && ((b2 < rc->frame_size_planned * 0.8f) || (b2 < b_max)) )
1681         {
1682             b1 = b2;
1683             rc->qpm -= step_size;
1684             b2 = bits_so_far + predict_row_size_to_end( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1685         }
1686         rc->qpm += step_size;
1687
1688         /* avoid VBV underflow or MinCR violation */
1689         while( rc->qpm < qp_absolute_max && (b1 > max_frame_size) )
1690         {
1691             rc->qpm += step_size;
1692             b1 = bits_so_far + predict_row_size_to_end( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1693         }
1694
1695         h->rc->frame_size_estimated = b1 - size_of_other_slices;
1696
1697         /* If the current row was large enough to cause a large QP jump, try re-encoding it. */
1698         if( rc->qpm > qp_max && prev_row_qp < qp_max && can_reencode_row )
1699         {
1700             /* Bump QP to halfway in between... close enough. */
1701             rc->qpm = x264_clip3f( (prev_row_qp + rc->qpm)*0.5f, prev_row_qp + 1.0f, qp_max );
1702             rc->qpa_rc = rc->qpa_rc_prev;
1703             rc->qpa_aq = rc->qpa_aq_prev;
1704             h->fdec->i_row_bits[y] = 0;
1705             h->fdec->i_row_bits[y-SLICE_MBAFF] = 0;
1706             return -1;
1707         }
1708     }
1709     else
1710     {
1711         h->rc->frame_size_estimated = bits_so_far;
1712
1713         /* Last-ditch attempt: if the last row of the frame underflowed the VBV,
1714          * try again. */
1715         if( rc->qpm < qp_max && can_reencode_row
1716             && (h->rc->frame_size_estimated + size_of_other_slices > X264_MIN( rc->frame_size_maximum, rc->buffer_fill )) )
1717         {
1718             rc->qpm = qp_max;
1719             rc->qpa_rc = rc->qpa_rc_prev;
1720             rc->qpa_aq = rc->qpa_aq_prev;
1721             h->fdec->i_row_bits[y] = 0;
1722             h->fdec->i_row_bits[y-SLICE_MBAFF] = 0;
1723             return -1;
1724         }
1725     }
1726
1727     rc->qpa_rc_prev = rc->qpa_rc;
1728     rc->qpa_aq_prev = rc->qpa_aq;
1729
1730     return 0;
1731 }
1732
1733 int x264_ratecontrol_qp( x264_t *h )
1734 {
1735     x264_emms();
1736     return x264_clip3( h->rc->qpm + 0.5f, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1737 }
1738
1739 int x264_ratecontrol_mb_qp( x264_t *h )
1740 {
1741     x264_emms();
1742     float qp = h->rc->qpm;
1743     if( h->param.rc.i_aq_mode )
1744     {
1745          /* MB-tree currently doesn't adjust quantizers in unreferenced frames. */
1746         float qp_offset = h->fdec->b_kept_as_ref ? h->fenc->f_qp_offset[h->mb.i_mb_xy] : h->fenc->f_qp_offset_aq[h->mb.i_mb_xy];
1747         /* Scale AQ's effect towards zero in emergency mode. */
1748         if( qp > QP_MAX_SPEC )
1749             qp_offset *= (QP_MAX - qp) / (QP_MAX - QP_MAX_SPEC);
1750         qp += qp_offset;
1751     }
1752     return x264_clip3( qp + 0.5f, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1753 }
1754
1755 /* In 2pass, force the same frame types as in the 1st pass */
1756 int x264_ratecontrol_slice_type( x264_t *h, int frame_num )
1757 {
1758     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1759     if( h->param.rc.b_stat_read )
1760     {
1761         if( frame_num >= rc->num_entries )
1762         {
1763             /* We could try to initialize everything required for ABR and
1764              * adaptive B-frames, but that would be complicated.
1765              * So just calculate the average QP used so far. */
1766             h->param.rc.i_qp_constant = (h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P] == 0) ? 24 + QP_BD_OFFSET
1767                                       : 1 + h->stat.f_frame_qp[SLICE_TYPE_P] / h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P];
1768             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant, 0, QP_MAX );
1769             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( (int)( qscale2qp( qp2qscale( h->param.rc.i_qp_constant ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor )) + 0.5 ), 0, QP_MAX );
1770             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( (int)( qscale2qp( qp2qscale( h->param.rc.i_qp_constant ) * fabs( h->param.rc.f_pb_factor )) + 0.5 ), 0, QP_MAX );
1771
1772             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d)\n", rc->num_entries );
1773             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "continuing anyway, at constant QP=%d\n", h->param.rc.i_qp_constant );
1774             if( h->param.i_bframe_adaptive )
1775                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "disabling adaptive B-frames\n" );
1776
1777             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1778             {
1779                 h->thread[i]->rc->b_abr = 0;
1780                 h->thread[i]->rc->b_2pass = 0;
1781                 h->thread[i]->param.rc.i_rc_method = X264_RC_CQP;
1782                 h->thread[i]->param.rc.b_stat_read = 0;
1783                 h->thread[i]->param.i_bframe_adaptive = 0;
1784                 h->thread[i]->param.i_scenecut_threshold = 0;
1785                 h->thread[i]->param.rc.b_mb_tree = 0;
1786                 if( h->thread[i]->param.i_bframe > 1 )
1787                     h->thread[i]->param.i_bframe = 1;
1788             }
1789             return X264_TYPE_AUTO;
1790         }
1791         return rc->entry[frame_num].frame_type;
1792     }
1793     else
1794         return X264_TYPE_AUTO;
1795 }
1796
1797 void x264_ratecontrol_set_weights( x264_t *h, x264_frame_t *frm )
1798 {
1799     ratecontrol_entry_t *rce = &h->rc->entry[frm->i_frame];
1800     if( h->param.analyse.i_weighted_pred <= 0 )
1801         return;
1802
1803     if( rce->i_weight_denom[0] >= 0 )
1804         SET_WEIGHT( frm->weight[0][0], 1, rce->weight[0][0], rce->i_weight_denom[0], rce->weight[0][1] );
1805
1806     if( rce->i_weight_denom[1] >= 0 )
1807     {
1808         SET_WEIGHT( frm->weight[0][1], 1, rce->weight[1][0], rce->i_weight_denom[1], rce->weight[1][1] );
1809         SET_WEIGHT( frm->weight[0][2], 1, rce->weight[2][0], rce->i_weight_denom[1], rce->weight[2][1] );
1810     }
1811 }
1812
1813 /* After encoding one frame, save stats and update ratecontrol state */
1814 int x264_ratecontrol_end( x264_t *h, int bits, int *filler )
1815 {
1816     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1817     const int *mbs = h->stat.frame.i_mb_count;
1818
1819     x264_emms();
1820
1821     h->stat.frame.i_mb_count_skip = mbs[P_SKIP] + mbs[B_SKIP];
1822     h->stat.frame.i_mb_count_i = mbs[I_16x16] + mbs[I_8x8] + mbs[I_4x4];
1823     h->stat.frame.i_mb_count_p = mbs[P_L0] + mbs[P_8x8];
1824     for( int i = B_DIRECT; i < B_8x8; i++ )
1825         h->stat.frame.i_mb_count_p += mbs[i];
1826
1827     h->fdec->f_qp_avg_rc = rc->qpa_rc /= h->mb.i_mb_count;
1828     h->fdec->f_qp_avg_aq = (float)rc->qpa_aq / h->mb.i_mb_count;
1829     h->fdec->f_crf_avg = h->param.rc.f_rf_constant + h->fdec->f_qp_avg_rc - rc->qp_novbv;
1830
1831     if( h->param.rc.b_stat_write )
1832     {
1833         char c_type = h->sh.i_type==SLICE_TYPE_I ? (h->fenc->i_poc==0 ? 'I' : 'i')
1834                     : h->sh.i_type==SLICE_TYPE_P ? 'P'
1835                     : h->fenc->b_kept_as_ref ? 'B' : 'b';
1836         int dir_frame = h->stat.frame.i_direct_score[1] - h->stat.frame.i_direct_score[0];
1837         int dir_avg = h->stat.i_direct_score[1] - h->stat.i_direct_score[0];
1838         char c_direct = h->mb.b_direct_auto_write ?
1839                         ( dir_frame>0 ? 's' : dir_frame<0 ? 't' :
1840                           dir_avg>0 ? 's' : dir_avg<0 ? 't' : '-' )
1841                         : '-';
1842         if( fprintf( rc->p_stat_file_out,
1843                  "in:%d out:%d type:%c dur:%"PRId64" cpbdur:%"PRId64" q:%.2f aq:%.2f tex:%d mv:%d misc:%d imb:%d pmb:%d smb:%d d:%c ref:",
1844                  h->fenc->i_frame, h->i_frame,
1845                  c_type, h->fenc->i_duration,
1846                  h->fenc->i_cpb_duration,
1847                  rc->qpa_rc, h->fdec->f_qp_avg_aq,
1848                  h->stat.frame.i_tex_bits,
1849                  h->stat.frame.i_mv_bits,
1850                  h->stat.frame.i_misc_bits,
1851                  h->stat.frame.i_mb_count_i,
1852                  h->stat.frame.i_mb_count_p,
1853                  h->stat.frame.i_mb_count_skip,
1854                  c_direct) < 0 )
1855             goto fail;
1856
1857         /* Only write information for reference reordering once. */
1858         int use_old_stats = h->param.rc.b_stat_read && rc->rce->refs > 1;
1859         for( int i = 0; i < (use_old_stats ? rc->rce->refs : h->i_ref[0]); i++ )
1860         {
1861             int refcount = use_old_stats         ? rc->rce->refcount[i]
1862                          : PARAM_INTERLACED      ? h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2]
1863                                                  + h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2+1]
1864                          :                         h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i];
1865             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "%d ", refcount ) < 0 )
1866                 goto fail;
1867         }
1868
1869         if( h->param.analyse.i_weighted_pred >= X264_WEIGHTP_SIMPLE && h->sh.weight[0][0].weightfn )
1870         {
1871             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "w:%d,%d,%d",
1872                          h->sh.weight[0][0].i_denom, h->sh.weight[0][0].i_scale, h->sh.weight[0][0].i_offset ) < 0 )
1873                 goto fail;
1874             if( h->sh.weight[0][1].weightfn || h->sh.weight[0][2].weightfn )
1875             {
1876                 if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ",%d,%d,%d,%d,%d ",
1877                              h->sh.weight[0][1].i_denom, h->sh.weight[0][1].i_scale, h->sh.weight[0][1].i_offset,
1878                              h->sh.weight[0][2].i_scale, h->sh.weight[0][2].i_offset ) < 0 )
1879                     goto fail;
1880             }
1881             else if( fprintf( rc->p_stat_file_out, " " ) < 0 )
1882                 goto fail;
1883         }
1884
1885         if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ";\n") < 0 )
1886             goto fail;
1887
1888         /* Don't re-write the data in multi-pass mode. */
1889         if( h->param.rc.b_mb_tree && h->fenc->b_kept_as_ref && !h->param.rc.b_stat_read )
1890         {
1891             uint8_t i_type = h->sh.i_type;
1892             /* Values are stored as big-endian FIX8.8 */
1893             for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
1894                 rc->mbtree.qp_buffer[0][i] = endian_fix16( (int16_t)(h->fenc->f_qp_offset[i]*256.0) );
1895             if( fwrite( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < 1 )
1896                 goto fail;
1897             if( fwrite( rc->mbtree.qp_buffer[0], sizeof(uint16_t), h->mb.i_mb_count, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < h->mb.i_mb_count )
1898                 goto fail;
1899         }
1900     }
1901
1902     if( rc->b_abr )
1903     {
1904         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1905             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / rc->last_rceq;
1906         else
1907         {
1908             /* Depends on the fact that B-frame's QP is an offset from the following P-frame's.
1909              * Not perfectly accurate with B-refs, but good enough. */
1910             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / (rc->last_rceq * fabs( h->param.rc.f_pb_factor ));
1911         }
1912         rc->cplxr_sum *= rc->cbr_decay;
1913         rc->wanted_bits_window += h->fenc->f_duration * rc->bitrate;
1914         rc->wanted_bits_window *= rc->cbr_decay;
1915     }
1916
1917     if( rc->b_2pass )
1918         rc->expected_bits_sum += qscale2bits( rc->rce, qp2qscale( rc->rce->new_qp ) );
1919
1920     if( h->mb.b_variable_qp )
1921     {
1922         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1923         {
1924             rc->bframe_bits += bits;
1925             if( h->fenc->b_last_minigop_bframe )
1926             {
1927                 update_predictor( rc->pred_b_from_p, qp2qscale( rc->qpa_rc ),
1928                                   h->fref[1][h->i_ref[1]-1]->i_satd, rc->bframe_bits / rc->bframes );
1929                 rc->bframe_bits = 0;
1930             }
1931         }
1932     }
1933
1934     *filler = update_vbv( h, bits );
1935     rc->filler_bits_sum += *filler * 8;
1936
1937     if( h->sps->vui.b_nal_hrd_parameters_present )
1938     {
1939         if( h->fenc->i_frame == 0 )
1940         {
1941             // access unit initialises the HRD
1942             h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = 0;
1943             rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1944             rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1945             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit = (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1946         }
1947         else
1948         {
1949             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit + (double)(h->fenc->i_cpb_delay - h->i_cpb_delay_pir_offset) *
1950                                                    h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1951
1952             if( h->fenc->b_keyframe )
1953             {
1954                 rc->nrt_first_access_unit = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1955                 rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1956                 rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1957             }
1958
1959             double cpb_earliest_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time - (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1960             if( !h->fenc->b_keyframe )
1961                 cpb_earliest_arrival_time -= (double)rc->initial_cpb_removal_delay_offset / 90000;
1962
1963             if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd )
1964                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time;
1965             else
1966                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = X264_MAX( rc->previous_cpb_final_arrival_time, cpb_earliest_arrival_time );
1967         }
1968         int filler_bits = *filler ? X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), *filler )*8 : 0;
1969         // Equation C-6
1970         h->fenc->hrd_timing.cpb_final_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time +
1971                                                      (double)(bits + filler_bits) / h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1972
1973         h->fenc->hrd_timing.dpb_output_time = (double)h->fenc->i_dpb_output_delay * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale +
1974                                               h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1975     }
1976
1977     return 0;
1978 fail:
1979     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_end: stats file could not be written to\n" );
1980     return -1;
1981 }
1982
1983 /****************************************************************************
1984  * 2 pass functions
1985  ***************************************************************************/
1986
1987 /**
1988  * modify the bitrate curve from pass1 for one frame
1989  */
1990 static double get_qscale(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double rate_factor, int frame_num)
1991 {
1992     x264_ratecontrol_t *rcc= h->rc;
1993     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
1994     double q;
1995     if( h->param.rc.b_mb_tree )
1996     {
1997         double timescale = (double)h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1998         q = pow( BASE_FRAME_DURATION / CLIP_DURATION(rce->i_duration * timescale), 1 - h->param.rc.f_qcompress );
1999     }
2000     else
2001         q = pow( rce->blurred_complexity, 1 - rcc->qcompress );
2002
2003     // avoid NaN's in the rc_eq
2004     if( !isfinite(q) || rce->tex_bits + rce->mv_bits == 0 )
2005         q = rcc->last_qscale_for[rce->pict_type];
2006     else
2007     {
2008         rcc->last_rceq = q;
2009         q /= rate_factor;
2010         rcc->last_qscale = q;
2011     }
2012
2013     if( zone )
2014     {
2015         if( zone->b_force_qp )
2016             q = qp2qscale( zone->i_qp );
2017         else
2018             q /= zone->f_bitrate_factor;
2019     }
2020
2021     return q;
2022 }
2023
2024 static double get_diff_limited_q(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double q, int frame_num)
2025 {
2026     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2027     const int pict_type = rce->pict_type;
2028     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
2029
2030     // force I/B quants as a function of P quants
2031     const double last_p_q    = rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P];
2032     const double last_non_b_q= rcc->last_qscale_for[rcc->last_non_b_pict_type];
2033     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
2034     {
2035         double iq = q;
2036         double pq = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
2037         double ip_factor = fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2038         /* don't apply ip_factor if the following frame is also I */
2039         if( rcc->accum_p_norm <= 0 )
2040             q = iq;
2041         else if( h->param.rc.f_ip_factor < 0 )
2042             q = iq / ip_factor;
2043         else if( rcc->accum_p_norm >= 1 )
2044             q = pq / ip_factor;
2045         else
2046             q = rcc->accum_p_norm * pq / ip_factor + (1 - rcc->accum_p_norm) * iq;
2047     }
2048     else if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
2049     {
2050         if( h->param.rc.f_pb_factor > 0 )
2051             q = last_non_b_q;
2052         if( !rce->kept_as_ref )
2053             q *= fabs( h->param.rc.f_pb_factor );
2054     }
2055     else if( pict_type == SLICE_TYPE_P
2056              && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_P
2057              && rce->tex_bits == 0 )
2058     {
2059         q = last_p_q;
2060     }
2061
2062     /* last qscale / qdiff stuff */
2063     if( rcc->last_non_b_pict_type == pict_type &&
2064         (pict_type!=SLICE_TYPE_I || rcc->last_accum_p_norm < 1) )
2065     {
2066         double last_q = rcc->last_qscale_for[pict_type];
2067         double max_qscale = last_q * rcc->lstep;
2068         double min_qscale = last_q / rcc->lstep;
2069
2070         if     ( q > max_qscale ) q = max_qscale;
2071         else if( q < min_qscale ) q = min_qscale;
2072     }
2073
2074     rcc->last_qscale_for[pict_type] = q;
2075     if( pict_type != SLICE_TYPE_B )
2076         rcc->last_non_b_pict_type = pict_type;
2077     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
2078     {
2079         rcc->last_accum_p_norm = rcc->accum_p_norm;
2080         rcc->accum_p_norm = 0;
2081         rcc->accum_p_qp = 0;
2082     }
2083     if( pict_type == SLICE_TYPE_P )
2084     {
2085         float mask = 1 - pow( (float)rce->i_count / rcc->nmb, 2 );
2086         rcc->accum_p_qp   = mask * (qscale2qp( q ) + rcc->accum_p_qp);
2087         rcc->accum_p_norm = mask * (1 + rcc->accum_p_norm);
2088     }
2089
2090     if( zone )
2091     {
2092         if( zone->b_force_qp )
2093             q = qp2qscale( zone->i_qp );
2094         else
2095             q /= zone->f_bitrate_factor;
2096     }
2097
2098     return q;
2099 }
2100
2101 static float predict_size( predictor_t *p, float q, float var )
2102 {
2103     return (p->coeff*var + p->offset) / (q*p->count);
2104 }
2105
2106 static void update_predictor( predictor_t *p, float q, float var, float bits )
2107 {
2108     float range = 1.5;
2109     if( var < 10 )
2110         return;
2111     float old_coeff = p->coeff / p->count;
2112     float old_offset = p->offset / p->count;
2113     float new_coeff = X264_MAX( (bits*q - old_offset) / var, p->coeff_min );
2114     float new_coeff_clipped = x264_clip3f( new_coeff, old_coeff/range, old_coeff*range );
2115     float new_offset = bits*q - new_coeff_clipped * var;
2116     if( new_offset >= 0 )
2117         new_coeff = new_coeff_clipped;
2118     else
2119         new_offset = 0;
2120     p->count  *= p->decay;
2121     p->coeff  *= p->decay;
2122     p->offset *= p->decay;
2123     p->count  ++;
2124     p->coeff  += new_coeff;
2125     p->offset += new_offset;
2126 }
2127
2128 // update VBV after encoding a frame
2129 static int update_vbv( x264_t *h, int bits )
2130 {
2131     int filler = 0;
2132     int bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
2133     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2134     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
2135     int64_t buffer_size = (int64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
2136
2137     if( rcc->last_satd >= h->mb.i_mb_count )
2138         update_predictor( &rct->pred[h->sh.i_type], qp2qscale( rcc->qpa_rc ), rcc->last_satd, bits );
2139
2140     if( !rcc->b_vbv )
2141         return filler;
2142
2143     uint64_t buffer_diff = (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
2144     rct->buffer_fill_final -= buffer_diff;
2145     rct->buffer_fill_final_min -= buffer_diff;
2146
2147     if( rct->buffer_fill_final_min < 0 )
2148     {
2149         double underflow = (double)rct->buffer_fill_final_min / h->sps->vui.i_time_scale;
2150         if( rcc->rate_factor_max_increment && rcc->qpm >= rcc->qp_novbv + rcc->rate_factor_max_increment )
2151             x264_log( h, X264_LOG_DEBUG, "VBV underflow due to CRF-max (frame %d, %.0f bits)\n", h->i_frame, underflow );
2152         else
2153             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV underflow (frame %d, %.0f bits)\n", h->i_frame, underflow );
2154         rct->buffer_fill_final =
2155         rct->buffer_fill_final_min = 0;
2156     }
2157
2158     if( h->param.i_avcintra_class )
2159         buffer_diff = buffer_size;
2160     else
2161         buffer_diff = (uint64_t)bitrate * h->sps->vui.i_num_units_in_tick * h->fenc->i_cpb_duration;
2162     rct->buffer_fill_final += buffer_diff;
2163     rct->buffer_fill_final_min += buffer_diff;
2164
2165     if( rct->buffer_fill_final > buffer_size )
2166     {
2167         if( h->param.rc.b_filler )
2168         {
2169             int64_t scale = (int64_t)h->sps->vui.i_time_scale * 8;
2170             filler = (rct->buffer_fill_final - buffer_size + scale - 1) / scale;
2171             bits = h->param.i_avcintra_class ? filler * 8 : X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), filler ) * 8;
2172             buffer_diff = (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
2173             rct->buffer_fill_final -= buffer_diff;
2174             rct->buffer_fill_final_min -= buffer_diff;
2175         }
2176         else
2177         {
2178             rct->buffer_fill_final = X264_MIN( rct->buffer_fill_final, buffer_size );
2179             rct->buffer_fill_final_min = X264_MIN( rct->buffer_fill_final_min, buffer_size );
2180         }
2181     }
2182
2183     return filler;
2184 }
2185
2186 void x264_hrd_fullness( x264_t *h )
2187 {
2188     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
2189     uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale / rct->hrd_multiply_denom;
2190     uint64_t cpb_state = rct->buffer_fill_final;
2191     uint64_t cpb_size = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
2192     uint64_t multiply_factor = 90000 / rct->hrd_multiply_denom;
2193
2194     if( rct->buffer_fill_final < 0 || rct->buffer_fill_final > (int64_t)cpb_size )
2195     {
2196          x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CPB %s: %.0f bits in a %.0f-bit buffer\n",
2197                    rct->buffer_fill_final < 0 ? "underflow" : "overflow",
2198                    (double)rct->buffer_fill_final / h->sps->vui.i_time_scale, (double)cpb_size / h->sps->vui.i_time_scale );
2199     }
2200
2201     h->initial_cpb_removal_delay = (multiply_factor * cpb_state) / denom;
2202     h->initial_cpb_removal_delay_offset = (multiply_factor * cpb_size) / denom - h->initial_cpb_removal_delay;
2203
2204     int64_t decoder_buffer_fill = h->initial_cpb_removal_delay * denom / multiply_factor;
2205     rct->buffer_fill_final_min = X264_MIN( rct->buffer_fill_final_min, decoder_buffer_fill );
2206 }
2207
2208 // provisionally update VBV according to the planned size of all frames currently in progress
2209 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead )
2210 {
2211     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2212     rcc->buffer_fill = h->thread[0]->rc->buffer_fill_final_min / h->sps->vui.i_time_scale;
2213     if( h->i_thread_frames > 1 )
2214     {
2215         int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
2216         for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
2217         {
2218             x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
2219             double bits = t->rc->frame_size_planned;
2220             if( !t->b_thread_active )
2221                 continue;
2222             bits = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
2223             rcc->buffer_fill -= bits;
2224             rcc->buffer_fill = X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0 );
2225             rcc->buffer_fill += t->rc->buffer_rate;
2226             rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
2227         }
2228     }
2229     rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
2230     rcc->buffer_fill -= overhead;
2231 }
2232
2233 // apply VBV constraints and clip qscale to between lmin and lmax
2234 static double clip_qscale( x264_t *h, int pict_type, double q )
2235 {
2236     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2237     double lmin = rcc->lmin[pict_type];
2238     double lmax = rcc->lmax[pict_type];
2239     if( rcc->rate_factor_max_increment )
2240         lmax = X264_MIN( lmax, qp2qscale( rcc->qp_novbv + rcc->rate_factor_max_increment ) );
2241     double q0 = q;
2242
2243     /* B-frames are not directly subject to VBV,
2244      * since they are controlled by the P-frames' QPs. */
2245
2246     if( rcc->b_vbv && rcc->last_satd > 0 )
2247     {
2248         double fenc_cpb_duration = (double)h->fenc->i_cpb_duration *
2249                                    h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
2250         /* Lookahead VBV: raise the quantizer as necessary such that no frames in
2251          * the lookahead overflow and such that the buffer is in a reasonable state
2252          * by the end of the lookahead. */
2253         if( h->param.rc.i_lookahead )
2254         {
2255             int terminate = 0;
2256
2257             /* Avoid an infinite loop. */
2258             for( int iterations = 0; iterations < 1000 && terminate != 3; iterations++ )
2259             {
2260                 double frame_q[3];
2261                 double cur_bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2262                 double buffer_fill_cur = rcc->buffer_fill - cur_bits;
2263                 double target_fill;
2264                 double total_duration = 0;
2265                 double last_duration = fenc_cpb_duration;
2266                 frame_q[0] = h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I ? q * h->param.rc.f_ip_factor : q;
2267                 frame_q[1] = frame_q[0] * h->param.rc.f_pb_factor;
2268                 frame_q[2] = frame_q[0] / h->param.rc.f_ip_factor;
2269
2270                 /* Loop over the planned future frames. */
2271                 for( int j = 0; buffer_fill_cur >= 0 && buffer_fill_cur <= rcc->buffer_size; j++ )
2272                 {
2273                     total_duration += last_duration;
2274                     buffer_fill_cur += rcc->vbv_max_rate * last_duration;
2275                     int i_type = h->fenc->i_planned_type[j];
2276                     int i_satd = h->fenc->i_planned_satd[j];
2277                     if( i_type == X264_TYPE_AUTO )
2278                         break;
2279                     i_type = IS_X264_TYPE_I( i_type ) ? SLICE_TYPE_I : IS_X264_TYPE_B( i_type ) ? SLICE_TYPE_B : SLICE_TYPE_P;
2280                     cur_bits = predict_size( &rcc->pred[i_type], frame_q[i_type], i_satd );
2281                     buffer_fill_cur -= cur_bits;
2282                     last_duration = h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
2283                 }
2284                 /* Try to get to get the buffer at least 50% filled, but don't set an impossible goal. */
2285                 target_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill + total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.5 );
2286                 if( buffer_fill_cur < target_fill )
2287                 {
2288                     q *= 1.01;
2289                     terminate |= 1;
2290                     continue;
2291                 }
2292                 /* Try to get the buffer no more than 80% filled, but don't set an impossible goal. */
2293                 target_fill = x264_clip3f( rcc->buffer_fill - total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.8, rcc->buffer_size );
2294                 if( rcc->b_vbv_min_rate && buffer_fill_cur > target_fill )
2295                 {
2296                     q /= 1.01;
2297                     terminate |= 2;
2298                     continue;
2299                 }
2300                 break;
2301             }
2302         }
2303         /* Fallback to old purely-reactive algorithm: no lookahead. */
2304         else
2305         {
2306             if( ( pict_type == SLICE_TYPE_P ||
2307                 ( pict_type == SLICE_TYPE_I && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_I ) ) &&
2308                 rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size < 0.5 )
2309             {
2310                 q /= x264_clip3f( 2.0*rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size, 0.5, 1.0 );
2311             }
2312
2313             /* Now a hard threshold to make sure the frame fits in VBV.
2314              * This one is mostly for I-frames. */
2315             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2316             /* For small VBVs, allow the frame to use up the entire VBV. */
2317             double max_fill_factor = h->param.rc.i_vbv_buffer_size >= 5*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rcc->fps ? 2 : 1;
2318             /* For single-frame VBVs, request that the frame use up the entire VBV. */
2319             double min_fill_factor = rcc->single_frame_vbv ? 1 : 2;
2320
2321             if( bits > rcc->buffer_fill/max_fill_factor )
2322             {
2323                 double qf = x264_clip3f( rcc->buffer_fill/(max_fill_factor*bits), 0.2, 1.0 );
2324                 q /= qf;
2325                 bits *= qf;
2326             }
2327             if( bits < rcc->buffer_rate/min_fill_factor )
2328             {
2329                 double qf = x264_clip3f( bits*min_fill_factor/rcc->buffer_rate, 0.001, 1.0 );
2330                 q *= qf;
2331             }
2332             q = X264_MAX( q0, q );
2333         }
2334
2335         /* Check B-frame complexity, and use up any bits that would
2336          * overflow before the next P-frame. */
2337         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && !rcc->single_frame_vbv )
2338         {
2339             int nb = rcc->bframes;
2340             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2341             double pbbits = bits;
2342             double bbits = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q * h->param.rc.f_pb_factor, rcc->last_satd );
2343             double space;
2344             double bframe_cpb_duration = 0;
2345             double minigop_cpb_duration;
2346             for( int i = 0; i < nb; i++ )
2347                 bframe_cpb_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[i];
2348
2349             if( bbits * nb > bframe_cpb_duration * rcc->vbv_max_rate )
2350                 nb = 0;
2351             pbbits += nb * bbits;
2352
2353             minigop_cpb_duration = bframe_cpb_duration + fenc_cpb_duration;
2354             space = rcc->buffer_fill + minigop_cpb_duration*rcc->vbv_max_rate - rcc->buffer_size;
2355             if( pbbits < space )
2356             {
2357                 q *= X264_MAX( pbbits / space, bits / (0.5 * rcc->buffer_size) );
2358             }
2359             q = X264_MAX( q0/2, q );
2360         }
2361
2362         /* Apply MinCR and buffer fill restrictions */
2363         double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2364         double frame_size_maximum = X264_MIN( rcc->frame_size_maximum, X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0.001 ) );
2365         if( bits > frame_size_maximum )
2366             q *= bits / frame_size_maximum;
2367
2368         if( !rcc->b_vbv_min_rate )
2369             q = X264_MAX( q0, q );
2370     }
2371
2372     if( lmin==lmax )
2373         return lmin;
2374     else if( rcc->b_2pass )
2375     {
2376         double min2 = log( lmin );
2377         double max2 = log( lmax );
2378         q = (log(q) - min2)/(max2-min2) - 0.5;
2379         q = 1.0/(1.0 + exp( -4*q ));
2380         q = q*(max2-min2) + min2;
2381         return exp( q );
2382     }
2383     else
2384         return x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2385 }
2386
2387 // update qscale for 1 frame based on actual bits used so far
2388 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h )
2389 {
2390     float q;
2391     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2392     ratecontrol_entry_t rce = {0};
2393     int pict_type = h->sh.i_type;
2394     int64_t total_bits = 8*(h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_I]
2395                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_P]
2396                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_B])
2397                        - rcc->filler_bits_sum;
2398
2399     if( rcc->b_2pass )
2400     {
2401         rce = *rcc->rce;
2402         if( pict_type != rce.pict_type )
2403         {
2404             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "slice=%c but 2pass stats say %c\n",
2405                       slice_type_to_char[pict_type], slice_type_to_char[rce.pict_type] );
2406         }
2407     }
2408
2409     if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
2410     {
2411         /* B-frames don't have independent ratecontrol, but rather get the
2412          * average QP of the two adjacent P-frames + an offset */
2413
2414         int i0 = IS_X264_TYPE_I(h->fref_nearest[0]->i_type);
2415         int i1 = IS_X264_TYPE_I(h->fref_nearest[1]->i_type);
2416         int dt0 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref_nearest[0]->i_poc);
2417         int dt1 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref_nearest[1]->i_poc);
2418         float q0 = h->fref_nearest[0]->f_qp_avg_rc;
2419         float q1 = h->fref_nearest[1]->f_qp_avg_rc;
2420
2421         if( h->fref_nearest[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2422             q0 -= rcc->pb_offset/2;
2423         if( h->fref_nearest[1]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2424             q1 -= rcc->pb_offset/2;
2425
2426         if( i0 && i1 )
2427             q = (q0 + q1) / 2 + rcc->ip_offset;
2428         else if( i0 )
2429             q = q1;
2430         else if( i1 )
2431             q = q0;
2432         else
2433             q = (q0*dt1 + q1*dt0) / (dt0 + dt1);
2434
2435         if( h->fenc->b_kept_as_ref )
2436             q += rcc->pb_offset/2;
2437         else
2438             q += rcc->pb_offset;
2439
2440         rcc->qp_novbv = q;
2441         q = qp2qscale( q );
2442         if( rcc->b_2pass )
2443             rcc->frame_size_planned = qscale2bits( &rce, q );
2444         else
2445             rcc->frame_size_planned = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q, h->fref[1][h->i_ref[1]-1]->i_satd );
2446         /* Limit planned size by MinCR */
2447         if( rcc->b_vbv )
2448             rcc->frame_size_planned = X264_MIN( rcc->frame_size_planned, rcc->frame_size_maximum );
2449         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2450
2451         /* For row SATDs */
2452         if( rcc->b_vbv )
2453             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2454         return q;
2455     }
2456     else
2457     {
2458         double abr_buffer = 2 * rcc->rate_tolerance * rcc->bitrate;
2459         double predicted_bits = total_bits;
2460         if( h->i_thread_frames > 1 )
2461         {
2462             int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
2463             for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
2464             {
2465                 x264_t *t = h->thread[(j+i) % h->i_thread_frames];
2466                 double bits = t->rc->frame_size_planned;
2467                 if( !t->b_thread_active )
2468                     continue;
2469                 bits = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
2470                 predicted_bits += bits;
2471             }
2472         }
2473
2474         if( rcc->b_2pass )
2475         {
2476             double lmin = rcc->lmin[pict_type];
2477             double lmax = rcc->lmax[pict_type];
2478             double diff;
2479
2480             /* Adjust ABR buffer based on distance to the end of the video. */
2481             if( rcc->num_entries > h->i_frame )
2482             {
2483                 double final_bits = rcc->entry_out[rcc->num_entries-1]->expected_bits;
2484                 double video_pos = rce.expected_bits / final_bits;
2485                 double scale_factor = sqrt( (1 - video_pos) * rcc->num_entries );
2486                 abr_buffer *= 0.5 * X264_MAX( scale_factor, 0.5 );
2487             }
2488
2489             diff = predicted_bits - rce.expected_bits;
2490             q = rce.new_qscale;
2491             q /= x264_clip3f((abr_buffer - diff) / abr_buffer, .5, 2);
2492             if( h->i_frame >= rcc->fps && rcc->expected_bits_sum >= 1 )
2493             {
2494                 /* Adjust quant based on the difference between
2495                  * achieved and expected bitrate so far */
2496                 double cur_time = (double)h->i_frame / rcc->num_entries;
2497                 double w = x264_clip3f( cur_time*100, 0.0, 1.0 );
2498                 q *= pow( (double)total_bits / rcc->expected_bits_sum, w );
2499             }
2500             rcc->qp_novbv = qscale2qp( q );
2501             if( rcc->b_vbv )
2502             {
2503                 /* Do not overflow vbv */
2504                 double expected_size = qscale2bits( &rce, q );
2505                 double expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2506                 double expected_fullness = rce.expected_vbv / rcc->buffer_size;
2507                 double qmax = q*(2 - expected_fullness);
2508                 double size_constraint = 1 + expected_fullness;
2509                 qmax = X264_MAX( qmax, rce.new_qscale );
2510                 if( expected_fullness < .05 )
2511                     qmax = lmax;
2512                 qmax = X264_MIN(qmax, lmax);
2513                 while( ((expected_vbv < rce.expected_vbv/size_constraint) && (q < qmax)) ||
2514                         ((expected_vbv < 0) && (q < lmax)))
2515                 {
2516                     q *= 1.05;
2517                     expected_size = qscale2bits(&rce, q);
2518                     expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2519                 }
2520                 rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2521             }
2522             q = x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2523         }
2524         else /* 1pass ABR */
2525         {
2526             /* Calculate the quantizer which would have produced the desired
2527              * average bitrate if it had been applied to all frames so far.
2528              * Then modulate that quant based on the current frame's complexity
2529              * relative to the average complexity so far (using the 2pass RCEQ).
2530              * Then bias the quant up or down if total size so far was far from
2531              * the target.
2532              * Result: Depending on the value of rate_tolerance, there is a
2533              * tradeoff between quality and bitrate precision. But at large
2534              * tolerances, the bit distribution approaches that of 2pass. */
2535
2536             double wanted_bits, overflow = 1;
2537
2538             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2539             rcc->short_term_cplxsum *= 0.5;
2540             rcc->short_term_cplxcount *= 0.5;
2541             rcc->short_term_cplxsum += rcc->last_satd / (CLIP_DURATION(h->fenc->f_duration) / BASE_FRAME_DURATION);
2542             rcc->short_term_cplxcount ++;
2543
2544             rce.tex_bits = rcc->last_satd;
2545             rce.blurred_complexity = rcc->short_term_cplxsum / rcc->short_term_cplxcount;
2546             rce.mv_bits = 0;
2547             rce.p_count = rcc->nmb;
2548             rce.i_count = 0;
2549             rce.s_count = 0;
2550             rce.qscale = 1;
2551             rce.pict_type = pict_type;
2552             rce.i_duration = h->fenc->i_duration;
2553
2554             if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
2555             {
2556                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->rate_factor_constant, h->fenc->i_frame );
2557             }
2558             else
2559             {
2560                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->wanted_bits_window / rcc->cplxr_sum, h->fenc->i_frame );
2561
2562                 /* ABR code can potentially be counterproductive in CBR, so just don't bother.
2563                  * Don't run it if the frame complexity is zero either. */
2564                 if( !rcc->b_vbv_min_rate && rcc->last_satd )
2565                 {
2566                     // FIXME is it simpler to keep track of wanted_bits in ratecontrol_end?
2567                     int i_frame_done = h->i_frame;
2568                     double time_done = i_frame_done / rcc->fps;
2569                     if( h->param.b_vfr_input && i_frame_done > 0 )
2570                         time_done = ((double)(h->fenc->i_reordered_pts - h->i_reordered_pts_delay)) * h->param.i_timebase_num / h->param.i_timebase_den;
2571                     wanted_bits = time_done * rcc->bitrate;
2572                     if( wanted_bits > 0 )
2573                     {
2574                         abr_buffer *= X264_MAX( 1, sqrt( time_done ) );
2575                         overflow = x264_clip3f( 1.0 + (predicted_bits - wanted_bits) / abr_buffer, .5, 2 );
2576                         q *= overflow;
2577                     }
2578                 }
2579             }
2580
2581             if( pict_type == SLICE_TYPE_I && h->param.i_keyint_max > 1
2582                 /* should test _next_ pict type, but that isn't decided yet */
2583                 && rcc->last_non_b_pict_type != SLICE_TYPE_I )
2584             {
2585                 q = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
2586                 q /= fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2587             }
2588             else if( h->i_frame > 0 )
2589             {
2590                 if( h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CRF )
2591                 {
2592                     /* Asymmetric clipping, because symmetric would prevent
2593                      * overflow control in areas of rapidly oscillating complexity */
2594                     double lmin = rcc->last_qscale_for[pict_type] / rcc->lstep;
2595                     double lmax = rcc->last_qscale_for[pict_type] * rcc->lstep;
2596                     if( overflow > 1.1 && h->i_frame > 3 )
2597                         lmax *= rcc->lstep;
2598                     else if( overflow < 0.9 )
2599                         lmin /= rcc->lstep;
2600
2601                     q = x264_clip3f(q, lmin, lmax);
2602                 }
2603             }
2604             else if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && rcc->qcompress != 1 )
2605             {
2606                 q = qp2qscale( ABR_INIT_QP ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2607             }
2608             rcc->qp_novbv = qscale2qp( q );
2609
2610             //FIXME use get_diff_limited_q() ?
2611             q = clip_qscale( h, pict_type, q );
2612         }
2613
2614         rcc->last_qscale_for[pict_type] =
2615         rcc->last_qscale = q;
2616
2617         if( !(rcc->b_2pass && !rcc->b_vbv) && h->fenc->i_frame == 0 )
2618             rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P] = q * fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2619
2620         if( rcc->b_2pass )
2621             rcc->frame_size_planned = qscale2bits( &rce, q );
2622         else
2623             rcc->frame_size_planned = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2624
2625         /* Always use up the whole VBV in this case. */
2626         if( rcc->single_frame_vbv )
2627             rcc->frame_size_planned = rcc->buffer_rate;
2628         /* Limit planned size by MinCR */
2629         if( rcc->b_vbv )
2630             rcc->frame_size_planned = X264_MIN( rcc->frame_size_planned, rcc->frame_size_maximum );
2631         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2632         return q;
2633     }
2634 }
2635
2636 static void x264_threads_normalize_predictors( x264_t *h )
2637 {
2638     double totalsize = 0;
2639     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2640         totalsize += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2641     double factor = h->rc->frame_size_planned / totalsize;
2642     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2643         h->thread[i]->rc->slice_size_planned *= factor;
2644 }
2645
2646 void x264_threads_distribute_ratecontrol( x264_t *h )
2647 {
2648     int row;
2649     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2650     x264_emms();
2651     float qscale = qp2qscale( rc->qpm );
2652
2653     /* Initialize row predictors */
2654     if( h->i_frame == 0 )
2655         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2656         {
2657             x264_t *t = h->thread[i];
2658             if( t != h )
2659                 memcpy( t->rc->row_preds, rc->row_preds, sizeof(rc->row_preds) );
2660         }
2661
2662     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2663     {
2664         x264_t *t = h->thread[i];
2665         if( t != h )
2666             memcpy( t->rc, rc, offsetof(x264_ratecontrol_t, row_pred) );
2667         t->rc->row_pred = t->rc->row_preds[h->sh.i_type];
2668         /* Calculate the planned slice size. */
2669         if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2670         {
2671             int size = 0;
2672             for( row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2673                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2674             t->rc->slice_size_planned = predict_size( &rc->pred[h->sh.i_type + (i+1)*5], qscale, size );
2675         }
2676         else
2677             t->rc->slice_size_planned = 0;
2678     }
2679     if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2680     {
2681         x264_threads_normalize_predictors( h );
2682
2683         if( rc->single_frame_vbv )
2684         {
2685             /* Compensate for our max frame error threshold: give more bits (proportionally) to smaller slices. */
2686             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2687             {
2688                 x264_t *t = h->thread[i];
2689                 float max_frame_error = x264_clip3f( 1.0 / (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start), 0.05, 0.25 );
2690                 t->rc->slice_size_planned += 2 * max_frame_error * rc->frame_size_planned;
2691             }
2692             x264_threads_normalize_predictors( h );
2693         }
2694
2695         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2696             h->thread[i]->rc->frame_size_estimated = h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2697     }
2698 }
2699
2700 void x264_threads_merge_ratecontrol( x264_t *h )
2701 {
2702     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2703     x264_emms();
2704
2705     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2706     {
2707         x264_t *t = h->thread[i];
2708         x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[i]->rc;
2709         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size )
2710         {
2711             int size = 0;
2712             for( int row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2713                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2714             int bits = t->stat.frame.i_mv_bits + t->stat.frame.i_tex_bits + t->stat.frame.i_misc_bits;
2715             int mb_count = (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) * h->mb.i_mb_width;
2716             update_predictor( &rc->pred[h->sh.i_type+(i+1)*5], qp2qscale( rct->qpa_rc/mb_count ), size, bits );
2717         }
2718         if( !i )
2719             continue;
2720         rc->qpa_rc += rct->qpa_rc;
2721         rc->qpa_aq += rct->qpa_aq;
2722     }
2723 }
2724
2725 void x264_thread_sync_ratecontrol( x264_t *cur, x264_t *prev, x264_t *next )
2726 {
2727     if( cur != prev )
2728     {
2729 #define COPY(var) memcpy(&cur->rc->var, &prev->rc->var, sizeof(cur->rc->var))
2730         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_start()
2731          * so copy them from the context that most recently started (prev)
2732          * to the context that's about to start (cur). */
2733         COPY(accum_p_qp);
2734         COPY(accum_p_norm);
2735         COPY(last_satd);
2736         COPY(last_rceq);
2737         COPY(last_qscale_for);
2738         COPY(last_non_b_pict_type);
2739         COPY(short_term_cplxsum);
2740         COPY(short_term_cplxcount);
2741         COPY(bframes);
2742         COPY(prev_zone);
2743         COPY(mbtree.qpbuf_pos);
2744         /* these vars can be updated by x264_ratecontrol_init_reconfigurable */
2745         COPY(bitrate);
2746         COPY(buffer_size);
2747         COPY(buffer_rate);
2748         COPY(vbv_max_rate);
2749         COPY(single_frame_vbv);
2750         COPY(cbr_decay);
2751         COPY(rate_factor_constant);
2752         COPY(rate_factor_max_increment);
2753 #undef COPY
2754     }
2755     if( cur != next )
2756     {
2757 #define COPY(var) next->rc->var = cur->rc->var
2758         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_end()
2759          * so copy them from the context that most recently ended (cur)
2760          * to the context that's about to end (next) */
2761         COPY(cplxr_sum);
2762         COPY(expected_bits_sum);
2763         COPY(filler_bits_sum);
2764         COPY(wanted_bits_window);
2765         COPY(bframe_bits);
2766         COPY(initial_cpb_removal_delay);
2767         COPY(initial_cpb_removal_delay_offset);
2768         COPY(nrt_first_access_unit);
2769         COPY(previous_cpb_final_arrival_time);
2770 #undef COPY
2771     }
2772     //FIXME row_preds[] (not strictly necessary, but would improve prediction)
2773     /* the rest of the variables are either constant or thread-local */
2774 }
2775
2776 static int find_underflow( x264_t *h, double *fills, int *t0, int *t1, int over )
2777 {
2778     /* find an interval ending on an overflow or underflow (depending on whether
2779      * we're adding or removing bits), and starting on the earliest frame that
2780      * can influence the buffer fill of that end frame. */
2781     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2782     const double buffer_min = .1 * rcc->buffer_size;
2783     const double buffer_max = .9 * rcc->buffer_size;
2784     double fill = fills[*t0-1];
2785     double parity = over ? 1. : -1.;
2786     int start = -1, end = -1;
2787     for( int i = *t0; i < rcc->num_entries; i++ )
2788     {
2789         fill += (rcc->entry_out[i]->i_cpb_duration * rcc->vbv_max_rate * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale -
2790                  qscale2bits( rcc->entry_out[i], rcc->entry_out[i]->new_qscale )) * parity;
2791         fill = x264_clip3f(fill, 0, rcc->buffer_size);
2792         fills[i] = fill;
2793         if( fill <= buffer_min || i == 0 )
2794         {
2795             if( end >= 0 )
2796                 break;
2797             start = i;
2798         }
2799         else if( fill >= buffer_max && start >= 0 )
2800             end = i;
2801     }
2802     *t0 = start;
2803     *t1 = end;
2804     return start >= 0 && end >= 0;
2805 }
2806
2807 static int fix_underflow( x264_t *h, int t0, int t1, double adjustment, double qscale_min, double qscale_max )
2808 {
2809     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2810     double qscale_orig, qscale_new;
2811     int adjusted = 0;
2812     if( t0 > 0 )
2813         t0++;
2814     for( int i = t0; i <= t1; i++ )
2815     {
2816         qscale_orig = rcc->entry_out[i]->new_qscale;
2817         qscale_orig = x264_clip3f( qscale_orig, qscale_min, qscale_max );
2818         qscale_new  = qscale_orig * adjustment;
2819         qscale_new  = x264_clip3f( qscale_new, qscale_min, qscale_max );
2820         rcc->entry_out[i]->new_qscale = qscale_new;
2821         adjusted = adjusted || (qscale_new != qscale_orig);
2822     }
2823     return adjusted;
2824 }
2825
2826 static double count_expected_bits( x264_t *h )
2827 {
2828     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2829     double expected_bits = 0;
2830     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2831     {
2832         ratecontrol_entry_t *rce = rcc->entry_out[i];
2833         rce->expected_bits = expected_bits;
2834         expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2835     }
2836     return expected_bits;
2837 }
2838
2839 static int vbv_pass2( x264_t *h, double all_available_bits )
2840 {
2841     /* for each interval of buffer_full .. underflow, uniformly increase the qp of all
2842      * frames in the interval until either buffer is full at some intermediate frame or the
2843      * last frame in the interval no longer underflows.  Recompute intervals and repeat.
2844      * Then do the converse to put bits back into overflow areas until target size is met */
2845
2846     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2847     double *fills;
2848     double expected_bits = 0;
2849     double adjustment;
2850     double prev_bits = 0;
2851     int t0, t1;
2852     double qscale_min = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
2853     double qscale_max = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
2854     int iterations = 0;
2855     int adj_min, adj_max;
2856     CHECKED_MALLOC( fills, (rcc->num_entries+1)*sizeof(double) );
2857
2858     fills++;
2859
2860     /* adjust overall stream size */
2861     do
2862     {
2863         iterations++;
2864         prev_bits = expected_bits;
2865
2866         if( expected_bits )
2867         {   /* not first iteration */
2868             adjustment = X264_MAX(X264_MIN(expected_bits / all_available_bits, 0.999), 0.9);
2869             fills[-1] = rcc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init;
2870             t0 = 0;
2871             /* fix overflows */
2872             adj_min = 1;
2873             while(adj_min && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 1 ))
2874             {
2875                 adj_min = fix_underflow( h, t0, t1, adjustment, qscale_min, qscale_max );
2876                 t0 = t1;
2877             }
2878         }
2879
2880         fills[-1] = rcc->buffer_size * (1. - h->param.rc.f_vbv_buffer_init);
2881         t0 = 0;
2882         /* fix underflows -- should be done after overflow, as we'd better undersize target than underflowing VBV */
2883         adj_max = 1;
2884         while( adj_max && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 0 ) )
2885             adj_max = fix_underflow( h, t0, t1, 1.001, qscale_min, qscale_max );
2886
2887         expected_bits = count_expected_bits( h );
2888     } while( (expected_bits < .995*all_available_bits) && ((int64_t)(expected_bits+.5) > (int64_t)(prev_bits+.5)) );
2889
2890     if( !adj_max )
2891         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "vbv-maxrate issue, qpmax or vbv-maxrate too low\n");
2892
2893     /* store expected vbv filling values for tracking when encoding */
2894     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2895         rcc->entry_out[i]->expected_vbv = rcc->buffer_size - fills[i];
2896
2897     x264_free( fills-1 );
2898     return 0;
2899 fail:
2900     return -1;
2901 }
2902
2903 static int init_pass2( x264_t *h )
2904 {
2905     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2906     uint64_t all_const_bits = 0;
2907     double timescale = (double)h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
2908     double duration = 0;
2909     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2910         duration += rcc->entry[i].i_duration;
2911     duration *= timescale;
2912     uint64_t all_available_bits = h->param.rc.i_bitrate * 1000. * duration;
2913     double rate_factor, step_mult;
2914     double qblur = h->param.rc.f_qblur;
2915     double cplxblur = h->param.rc.f_complexity_blur;
2916     const int filter_size = (int)(qblur*4) | 1;
2917     double expected_bits;
2918     double *qscale, *blurred_qscale;
2919     double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
2920
2921     /* find total/average complexity & const_bits */
2922     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2923     {
2924         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2925         all_const_bits += rce->misc_bits;
2926     }
2927
2928     if( all_available_bits < all_const_bits)
2929     {
2930         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "requested bitrate is too low. estimated minimum is %d kbps\n",
2931                  (int)(all_const_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.)) );
2932         return -1;
2933     }
2934
2935     /* Blur complexities, to reduce local fluctuation of QP.
2936      * We don't blur the QPs directly, because then one very simple frame
2937      * could drag down the QP of a nearby complex frame and give it more
2938      * bits than intended. */
2939     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2940     {
2941         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2942         double weight_sum = 0;
2943         double cplx_sum = 0;
2944         double weight = 1.0;
2945         double gaussian_weight;
2946         /* weighted average of cplx of future frames */
2947         for( int j = 1; j < cplxblur*2 && j < rcc->num_entries-i; j++ )
2948         {
2949             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i+j];
2950             double frame_duration = CLIP_DURATION(rcj->i_duration * timescale) / BASE_FRAME_DURATION;
2951             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2952             if( weight < .0001 )
2953                 break;
2954             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2955             weight_sum += gaussian_weight;
2956             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits) / frame_duration;
2957         }
2958         /* weighted average of cplx of past frames */
2959         weight = 1.0;
2960         for( int j = 0; j <= cplxblur*2 && j <= i; j++ )
2961         {
2962             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i-j];
2963             double frame_duration = CLIP_DURATION(rcj->i_duration * timescale) / BASE_FRAME_DURATION;
2964             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2965             weight_sum += gaussian_weight;
2966             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits) / frame_duration;
2967             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2968             if( weight < .0001 )
2969                 break;
2970         }
2971         rce->blurred_complexity = cplx_sum / weight_sum;
2972     }
2973
2974     CHECKED_MALLOC( qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2975     if( filter_size > 1 )
2976         CHECKED_MALLOC( blurred_qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2977     else
2978         blurred_qscale = qscale;
2979
2980     /* Search for a factor which, when multiplied by the RCEQ values from
2981      * each frame, adds up to the desired total size.
2982      * There is no exact closed-form solution because of VBV constraints and
2983      * because qscale2bits is not invertible, but we can start with the simple
2984      * approximation of scaling the 1st pass by the ratio of bitrates.
2985      * The search range is probably overkill, but speed doesn't matter here. */
2986
2987     expected_bits = 1;
2988     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2989     {
2990         double q = get_qscale(h, &rcc->entry[i], 1.0, i);
2991         expected_bits += qscale2bits(&rcc->entry[i], q);
2992         rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = q;
2993     }
2994     step_mult = all_available_bits / expected_bits;
2995
2996     rate_factor = 0;
2997     for( double step = 1E4 * step_mult; step > 1E-7 * step_mult; step *= 0.5)
2998     {
2999         expected_bits = 0;
3000         rate_factor += step;
3001
3002         rcc->last_non_b_pict_type = -1;
3003         rcc->last_accum_p_norm = 1;
3004         rcc->accum_p_norm = 0;
3005
3006         rcc->last_qscale_for[0] =
3007         rcc->last_qscale_for[1] =
3008         rcc->last_qscale_for[2] = pow( base_cplx, 1 - rcc->qcompress ) / rate_factor;
3009
3010         /* find qscale */
3011         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
3012         {
3013             qscale[i] = get_qscale( h, &rcc->entry[i], rate_factor, -1 );
3014             rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = qscale[i];
3015         }
3016
3017         /* fixed I/B qscale relative to P */
3018         for( int i = rcc->num_entries-1; i >= 0; i-- )
3019         {
3020             qscale[i] = get_diff_limited_q( h, &rcc->entry[i], qscale[i], i );
3021             assert(qscale[i] >= 0);
3022         }
3023
3024         /* smooth curve */
3025         if( filter_size > 1 )
3026         {
3027             assert( filter_size%2 == 1 );
3028             for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
3029             {
3030                 ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
3031                 double q = 0.0, sum = 0.0;
3032
3033                 for( int j = 0; j < filter_size; j++ )
3034                 {
3035                     int idx = i+j-filter_size/2;
3036                     double d = idx-i;
3037                     double coeff = qblur==0 ? 1.0 : exp( -d*d/(qblur*qblur) );
3038                     if( idx < 0 || idx >= rcc->num_entries )
3039                         continue;
3040                     if( rce->pict_type != rcc->entry[idx].pict_type )
3041                         continue;
3042                     q += qscale[idx] * coeff;
3043                     sum += coeff;
3044                 }
3045                 blurred_qscale[i] = q/sum;
3046             }
3047         }
3048
3049         /* find expected bits */
3050         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
3051         {
3052             ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
3053             rce->new_qscale = clip_qscale( h, rce->pict_type, blurred_qscale[i] );
3054             assert(rce->new_qscale >= 0);
3055             expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
3056         }
3057
3058         if( expected_bits > all_available_bits )
3059             rate_factor -= step;
3060     }
3061
3062     x264_free( qscale );
3063     if( filter_size > 1 )
3064         x264_free( blurred_qscale );
3065
3066     if( rcc->b_vbv )
3067         if( vbv_pass2( h, all_available_bits ) )
3068             return -1;
3069     expected_bits = count_expected_bits( h );
3070
3071     if( fabs( expected_bits/all_available_bits - 1.0 ) > 0.01 )
3072     {
3073         double avgq = 0;
3074         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
3075             avgq += rcc->entry[i].new_qscale;
3076         avgq = qscale2qp( avgq / rcc->num_entries );
3077
3078         if( expected_bits > all_available_bits || !rcc->b_vbv )
3079             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "Error: 2pass curve failed to converge\n" );
3080         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "target: %.2f kbit/s, expected: %.2f kbit/s, avg QP: %.4f\n",
3081                   (float)h->param.rc.i_bitrate,
3082                   expected_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.),
3083                   avgq );
3084         if( expected_bits < all_available_bits && avgq < h->param.rc.i_qp_min + 2 )
3085         {
3086             if( h->param.rc.i_qp_min > 0 )
3087                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate or reducing qp_min (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_min );
3088             else
3089                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate\n" );
3090         }
3091         else if( expected_bits > all_available_bits && avgq > h->param.rc.i_qp_max - 2 )
3092         {
3093             if( h->param.rc.i_qp_max < QP_MAX )
3094                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate or increasing qp_max (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_max );
3095             else
3096                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate\n");
3097         }
3098         else if( !(rcc->b_2pass && rcc->b_vbv) )
3099             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "internal error\n" );
3100     }
3101
3102     return 0;
3103 fail:
3104     return -1;
3105 }