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

   1 /*****************************************************************************
   2  * ratecontrol.c: h264 encoder library (Rate Control)
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 2005-2008 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
  27 #define _ISOC99_SOURCE
  28 #undef NDEBUG // always check asserts, the speed effect is far too small to disable them
  29 #include <math.h>
  30
  31 #include "common/common.h"
  32 #include "ratecontrol.h"
  33 #include "me.h"
  34
  35 typedef struct
  36 {
  37     int pict_type;
  38     int frame_type;
  39     int kept_as_ref;
  40     double qscale;
  41     int mv_bits;
  42     int tex_bits;
  43     int misc_bits;
  44     uint64_t expected_bits; /*total expected bits up to the current frame (current one excluded)*/
  45     double expected_vbv;
  46     double new_qscale;
  47     int new_qp;
  48     int i_count;
  49     int p_count;
  50     int s_count;
  51     float blurred_complexity;
  52     char direct_mode;
  53     int16_t weight[2];
  54     int16_t i_weight_denom;
  55     int refcount[16];
  56     int refs;
  57     int i_duration;
  58     int i_cpb_duration;
  59 } ratecontrol_entry_t;
  60
  61 typedef struct
  62 {
  63     double coeff;
  64     double count;
  65     double decay;
  66     double offset;
  67 } predictor_t;
  68
  69 struct x264_ratecontrol_t
  70 {
  71     /* constants */
  72     int b_abr;
  73     int b_2pass;
  74     int b_vbv;
  75     int b_vbv_min_rate;
  76     double fps;
  77     double bitrate;
  78     double rate_tolerance;
  79     double qcompress;
  80     int nmb;                    /* number of macroblocks in a frame */
  81     int qp_constant[3];
  82
  83     /* current frame */
  84     ratecontrol_entry_t *rce;
  85     int qp;                     /* qp for current frame */
  86     float qpm;                  /* qp for current macroblock: precise float for AQ */
  87     float qpa_rc;               /* average of macroblocks' qp before aq */
  88     float qpa_aq;               /* average of macroblocks' qp after aq */
  89     float qp_novbv;             /* QP for the current frame if 1-pass VBV was disabled. */
  90     int qp_force;
  91
  92     /* VBV stuff */
  93     double buffer_size;
  94     int64_t buffer_fill_final;
  95     double buffer_fill;         /* planned buffer, if all in-progress frames hit their bit budget */
  96     double buffer_rate;         /* # of bits added to buffer_fill after each frame */
  97     double vbv_max_rate;        /* # of bits added to buffer_fill per second */
  98     predictor_t *pred;          /* predict frame size from satd */
  99     int single_frame_vbv;
 100     double rate_factor_max_increment; /* Don't allow RF above (CRF + this value). */
 101
 102     /* ABR stuff */
 103     int    last_satd;
 104     double last_rceq;
 105     double cplxr_sum;           /* sum of bits*qscale/rceq */
 106     double expected_bits_sum;   /* sum of qscale2bits after rceq, ratefactor, and overflow, only includes finished frames */
 107     double wanted_bits_window;  /* target bitrate * window */
 108     double cbr_decay;
 109     double short_term_cplxsum;
 110     double short_term_cplxcount;
 111     double rate_factor_constant;
 112     double ip_offset;
 113     double pb_offset;
 114
 115     /* 2pass stuff */
 116     FILE *p_stat_file_out;
 117     char *psz_stat_file_tmpname;
 118     FILE *p_mbtree_stat_file_out;
 119     char *psz_mbtree_stat_file_tmpname;
 120     char *psz_mbtree_stat_file_name;
 121     FILE *p_mbtree_stat_file_in;
 122
 123     int num_entries;            /* number of ratecontrol_entry_ts */
 124     ratecontrol_entry_t *entry; /* FIXME: copy needed data and free this once init is done */
 125     double last_qscale;
 126     double last_qscale_for[3];  /* last qscale for a specific pict type, used for max_diff & ipb factor stuff */
 127     int last_non_b_pict_type;
 128     double accum_p_qp;          /* for determining I-frame quant */
 129     double accum_p_norm;
 130     double last_accum_p_norm;
 131     double lmin[3];             /* min qscale by frame type */
 132     double lmax[3];
 133     double lstep;               /* max change (multiply) in qscale per frame */
 134     uint16_t *qp_buffer[2];     /* Global buffers for converting MB-tree quantizer data. */
 135     int qpbuf_pos;              /* In order to handle pyramid reordering, QP buffer acts as a stack.
 136                                  * This value is the current position (0 or 1). */
 137
 138     /* MBRC stuff */
 139     float frame_size_estimated; /* Access to this variable must be atomic: double is
 140                                  * not atomic on all arches we care about */
 141     double frame_size_maximum;  /* Maximum frame size due to MinCR */
 142     double frame_size_planned;
 143     double slice_size_planned;
 144     double max_frame_error;
 145     predictor_t (*row_pred)[2];
 146     predictor_t row_preds[3][2];
 147     predictor_t *pred_b_from_p; /* predict B-frame size from P-frame satd */
 148     int bframes;                /* # consecutive B-frames before this P-frame */
 149     int bframe_bits;            /* total cost of those frames */
 150
 151     int i_zones;
 152     x264_zone_t *zones;
 153     x264_zone_t *prev_zone;
 154
 155     /* hrd stuff */
 156     int initial_cpb_removal_delay;
 157     int initial_cpb_removal_delay_offset;
 158     double nrt_first_access_unit; /* nominal removal time */
 159     double previous_cpb_final_arrival_time;
 160     uint64_t hrd_multiply_denom;
 161 };
 162
 163
 164 static int parse_zones( x264_t *h );
 165 static int init_pass2(x264_t *);
 166 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h );
 167 static int update_vbv( x264_t *h, int bits );
 168 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead );
 169 static double predict_size( predictor_t *p, double q, double var );
 170 static void update_predictor( predictor_t *p, double q, double var, double bits );
 171
 172 #define CMP_OPT_FIRST_PASS( opt, param_val )\
 173 {\
 174     if( ( p = strstr( opts, opt "=" ) ) && sscanf( p, opt "=%d" , &i ) && param_val != i )\
 175     {\
 176         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different " opt " setting than first pass (%d vs %d)\n", param_val, i );\
 177         return -1;\
 178     }\
 179 }
 180
 181 /* Terminology:
 182  * qp = h.264's quantizer
 183  * qscale = linearized quantizer = Lagrange multiplier
 184  */
 185 static inline double qp2qscale( double qp )
 186 {
 187     return 0.85 * pow( 2.0, ( qp - 12.0 ) / 6.0 );
 188 }
 189 static inline double qscale2qp( double qscale )
 190 {
 191     return 12.0 + 6.0 * log2( qscale/0.85 );
 192 }
 193
 194 /* Texture bitrate is not quite inversely proportional to qscale,
 195  * probably due the the changing number of SKIP blocks.
 196  * MV bits level off at about qp<=12, because the lambda used
 197  * for motion estimation is constant there. */
 198 static inline double qscale2bits( ratecontrol_entry_t *rce, double qscale )
 199 {
 200     if( qscale<0.1 )
 201         qscale = 0.1;
 202     return (rce->tex_bits + .1) * pow( rce->qscale / qscale, 1.1 )
 203            + rce->mv_bits * pow( X264_MAX(rce->qscale, 1) / X264_MAX(qscale, 1), 0.5 )
 204            + rce->misc_bits;
 205 }
 206
 207 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_var( uint64_t sum_ssd, int shift, x264_frame_t *frame, int i )
 208 {
 209     uint32_t sum = sum_ssd;
 210     uint32_t ssd = sum_ssd >> 32;
 211     frame->i_pixel_sum[i] += sum;
 212     frame->i_pixel_ssd[i] += ssd;
 213     return ssd - ((uint64_t)sum * sum >> shift);
 214 }
 215
 216 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_plane( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame, int i )
 217 {
 218     int w = i ? 8 : 16;
 219     int stride = frame->i_stride[i];
 220     int offset = h->mb.b_interlaced
 221         ? 16 * mb_x + w * (mb_y&~1) * stride + (mb_y&1) * stride
 222         : 16 * mb_x + w * mb_y * stride;
 223     stride <<= h->mb.b_interlaced;
 224     if( i )
 225     {
 226         ALIGNED_ARRAY_16( pixel, pix,[FENC_STRIDE*8] );
 227         h->mc.load_deinterleave_8x8x2_fenc( pix, frame->plane[1] + offset, stride );
 228         return ac_energy_var( h->pixf.var[PIXEL_8x8]( pix, FENC_STRIDE ), 6, frame, i )
 229              + ac_energy_var( h->pixf.var[PIXEL_8x8]( pix+FENC_STRIDE/2, FENC_STRIDE ), 6, frame, i );
 230     }
 231     else
 232         return ac_energy_var( h->pixf.var[PIXEL_16x16]( frame->plane[0] + offset, stride ), 8, frame, i );
 233 }
 234
 235 // Find the total AC energy of the block in all planes.
 236 static NOINLINE uint32_t x264_ac_energy_mb( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame )
 237 {
 238     /* This function contains annoying hacks because GCC has a habit of reordering emms
 239      * and putting it after floating point ops.  As a result, we put the emms at the end of the
 240      * function and make sure that its always called before the float math.  Noinline makes
 241      * sure no reordering goes on. */
 242     uint32_t var = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0 );
 243     var         += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1 );
 244     x264_emms();
 245     return var;
 246 }
 247
 248 void x264_adaptive_quant_frame( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 249 {
 250     /* constants chosen to result in approximately the same overall bitrate as without AQ.
 251      * FIXME: while they're written in 5 significant digits, they're only tuned to 2. */
 252     float strength;
 253     float avg_adj = 0.f;
 254     /* Initialize frame stats */
 255     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 256     {
 257         frame->i_pixel_sum[i] = 0;
 258         frame->i_pixel_ssd[i] = 0;
 259     }
 260
 261     /* Degenerate cases */
 262     if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_NONE || h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 263     {
 264         /* Need to init it anyways for MB tree */
 265         if( h->param.rc.i_aq_mode && h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 266         {
 267             if( quant_offsets )
 268             {
 269                 for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 270                     frame->f_qp_offset[mb_xy] = frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = quant_offsets[mb_xy];
 271                 if( h->frames.b_have_lowres )
 272                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 273                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8( frame->f_qp_offset[mb_xy] );
 274             }
 275             else
 276             {
 277                 memset( frame->f_qp_offset, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 278                 memset( frame->f_qp_offset_aq, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 279                 if( h->frames.b_have_lowres )
 280                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 281                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = 256;
 282             }
 283         }
 284         /* Need variance data for weighted prediction */
 285         if( h->param.analyse.i_weighted_pred == X264_WEIGHTP_FAKE || h->param.analyse.i_weighted_pred == X264_WEIGHTP_SMART )
 286         {
 287             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 288                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 289                     x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 290         }
 291         else
 292             return;
 293     }
 294     /* Actual adaptive quantization */
 295     else
 296     {
 297         if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 298         {
 299             float bit_depth_correction = powf(1 << (BIT_DEPTH-8), 0.5f);
 300             float avg_adj_pow2 = 0.f;
 301             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 302                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 303                 {
 304                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 305                     float qp_adj = powf( energy + 1, 0.125f );
 306                     frame->f_qp_offset[mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride] = qp_adj;
 307                     avg_adj += qp_adj;
 308                     avg_adj_pow2 += qp_adj * qp_adj;
 309                 }
 310             avg_adj /= h->mb.i_mb_count;
 311             avg_adj_pow2 /= h->mb.i_mb_count;
 312             strength = h->param.rc.f_aq_strength * avg_adj / bit_depth_correction;
 313             avg_adj = avg_adj - 0.5f * (avg_adj_pow2 - (14.f * bit_depth_correction)) / avg_adj;
 314         }
 315         else
 316             strength = h->param.rc.f_aq_strength * 1.0397f;
 317
 318         for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 319             for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 320             {
 321                 float qp_adj;
 322                 int mb_xy = mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride;
 323                 if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 324                 {
 325                     qp_adj = frame->f_qp_offset[mb_xy];
 326                     qp_adj = strength * (qp_adj - avg_adj);
 327                 }
 328                 else
 329                 {
 330                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 331                     qp_adj = strength * (x264_log2( X264_MAX(energy, 1) ) - (14.427f + 2*(BIT_DEPTH-8)));
 332                 }
 333                 if( quant_offsets )
 334                     qp_adj += quant_offsets[mb_xy];
 335                 frame->f_qp_offset[mb_xy] =
 336                 frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = qp_adj;
 337                 if( h->frames.b_have_lowres )
 338                     frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8(qp_adj);
 339             }
 340     }
 341
 342     /* Remove mean from SSD calculation */
 343     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 344     {
 345         uint64_t ssd = frame->i_pixel_ssd[i];
 346         uint64_t sum = frame->i_pixel_sum[i];
 347         int width = h->mb.i_mb_width*16>>!!i;
 348         int height = h->mb.i_mb_height*16>>!!i;
 349         frame->i_pixel_ssd[i] = ssd - (sum * sum + width * height / 2) / (width * height);
 350     }
 351 }
 352
 353 int x264_macroblock_tree_read( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 354 {
 355     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 356     uint8_t i_type_actual = rc->entry[frame->i_frame].pict_type;
 357
 358     if( rc->entry[frame->i_frame].kept_as_ref )
 359     {
 360         uint8_t i_type;
 361         if( rc->qpbuf_pos < 0 )
 362         {
 363             do
 364             {
 365                 rc->qpbuf_pos++;
 366
 367                 if( !fread( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_in ) )
 368                     goto fail;
 369                 if( fread( rc->qp_buffer[rc->qpbuf_pos], sizeof(uint16_t), h->mb.i_mb_count, rc->p_mbtree_stat_file_in ) != h->mb.i_mb_count )
 370                     goto fail;
 371
 372                 if( i_type != i_type_actual && rc->qpbuf_pos == 1 )
 373                 {
 374                     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree frametype %d doesn't match actual frametype %d.\n", i_type, i_type_actual);
 375                     return -1;
 376                 }
 377             } while( i_type != i_type_actual );
 378         }
 379
 380         for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
 381         {
 382             frame->f_qp_offset[i] = ((float)(int16_t)endian_fix16( rc->qp_buffer[rc->qpbuf_pos][i] )) * (1/256.0);
 383             if( h->frames.b_have_lowres )
 384                 frame->i_inv_qscale_factor[i] = x264_exp2fix8(frame->f_qp_offset[i]);
 385         }
 386         rc->qpbuf_pos--;
 387     }
 388     else
 389         x264_stack_align( x264_adaptive_quant_frame, h, frame, quant_offsets );
 390     return 0;
 391 fail:
 392     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "Incomplete MB-tree stats file.\n");
 393     return -1;
 394 }
 395
 396 int x264_reference_build_list_optimal( x264_t *h )
 397 {
 398     ratecontrol_entry_t *rce = h->rc->rce;
 399     x264_frame_t *frames[16];
 400     x264_weight_t weights[16][3];
 401     int refcount[16];
 402
 403     if( rce->refs != h->i_ref0 )
 404         return -1;
 405
 406     memcpy( frames, h->fref0, sizeof(frames) );
 407     memcpy( refcount, rce->refcount, sizeof(refcount) );
 408     memcpy( weights, h->fenc->weight, sizeof(weights) );
 409     memset( &h->fenc->weight[1][0], 0, sizeof(x264_weight_t[15][3]) );
 410
 411     /* For now don't reorder ref 0; it seems to lower quality
 412        in most cases due to skips. */
 413     for( int ref = 1; ref < h->i_ref0; ref++ )
 414     {
 415         int max = -1;
 416         int bestref = 1;
 417
 418         for( int i = 1; i < h->i_ref0; i++ )
 419             /* Favor lower POC as a tiebreaker. */
 420             COPY2_IF_GT( max, refcount[i], bestref, i );
 421
 422         /* FIXME: If there are duplicates from frames other than ref0 then it is possible
 423          * that the optimal ordering doesnt place every duplicate. */
 424
 425         refcount[bestref] = -1;
 426         h->fref0[ref] = frames[bestref];
 427         memcpy( h->fenc->weight[ref], weights[bestref], sizeof(weights[bestref]) );
 428     }
 429
 430     return 0;
 431 }
 432
 433 static char *x264_strcat_filename( char *input, char *suffix )
 434 {
 435     char *output = x264_malloc( strlen( input ) + strlen( suffix ) + 1 );
 436     if( !output )
 437         return NULL;
 438     strcpy( output, input );
 439     strcat( output, suffix );
 440     return output;
 441 }
 442
 443 void x264_ratecontrol_init_reconfigurable( x264_t *h, int b_init )
 444 {
 445     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 446     if( !b_init && rc->b_2pass )
 447         return;
 448
 449     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
 450     {
 451         /* Arbitrary rescaling to make CRF somewhat similar to QP.
 452          * Try to compensate for MB-tree's effects as well. */
 453         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
 454         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
 455         rc->rate_factor_constant = pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
 456                                  / qp2qscale( h->param.rc.f_rf_constant + mbtree_offset );
 457     }
 458
 459     if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate > 0 && h->param.rc.i_vbv_buffer_size > 0 )
 460     {
 461         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size < (int)(h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps) )
 462         {
 463             h->param.rc.i_vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps;
 464             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV buffer size cannot be smaller than one frame, using %d kbit\n",
 465                       h->param.rc.i_vbv_buffer_size );
 466         }
 467
 468         /* We don't support changing the ABR bitrate right now,
 469            so if the stream starts as CBR, keep it CBR. */
 470         if( rc->b_vbv_min_rate )
 471             h->param.rc.i_vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_bitrate;
 472
 473         int vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_buffer_size * 1000;
 474         int vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate * 1000;
 475
 476         /* Init HRD */
 477         h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled = vbv_max_bitrate;
 478         h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled = vbv_buffer_size;
 479         if( h->param.i_nal_hrd && b_init )
 480         {
 481             h->sps->vui.hrd.i_cpb_cnt = 1;
 482             h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd = h->param.i_nal_hrd == X264_NAL_HRD_CBR;
 483             h->sps->vui.hrd.i_time_offset_length = 0;
 484
 485             #define BR_SHIFT  6
 486             #define CPB_SHIFT 4
 487
 488             int bitrate = 1000*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate;
 489             int bufsize = 1000*h->param.rc.i_vbv_buffer_size;
 490
 491             // normalize HRD size and rate to the value / scale notation
 492             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale = x264_clip3( x264_ctz( bitrate ) - BR_SHIFT, 0, 15 );
 493             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_value = bitrate >> ( h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale + BR_SHIFT );
 494             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 );
 495             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale = x264_clip3( x264_ctz( bufsize ) - CPB_SHIFT, 0, 15 );
 496             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_value = bufsize >> ( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale + CPB_SHIFT );
 497             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 );
 498
 499             #undef CPB_SHIFT
 500             #undef BR_SHIFT
 501
 502             // arbitrary
 503             #define MAX_DURATION 0.5
 504
 505             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 );
 506             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;
 507             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);
 508
 509             h->sps->vui.hrd.i_initial_cpb_removal_delay_length = 2 + x264_clip3( 32 - x264_clz( max_delay ), 4, 22 );
 510             h->sps->vui.hrd.i_cpb_removal_delay_length = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_cpb_output_delay ), 4, 31 );
 511             h->sps->vui.hrd.i_dpb_output_delay_length  = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_dpb_output_delay ), 4, 31 );
 512
 513             #undef MAX_DURATION
 514
 515             vbv_buffer_size = h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled;
 516             vbv_max_bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
 517         }
 518         else if( h->param.i_nal_hrd && !b_init )
 519         {
 520             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV parameters cannot be changed when NAL HRD is in use\n" );
 521             return;
 522         }
 523
 524         rc->buffer_rate = vbv_max_bitrate / rc->fps;
 525         rc->vbv_max_rate = vbv_max_bitrate;
 526         rc->buffer_size = vbv_buffer_size;
 527         rc->single_frame_vbv = rc->buffer_rate * 1.1 > rc->buffer_size;
 528         rc->cbr_decay = 1.0 - rc->buffer_rate / rc->buffer_size
 529                       * 0.5 * X264_MAX(0, 1.5 - rc->buffer_rate * rc->fps / rc->bitrate);
 530         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.f_rf_constant_max )
 531         {
 532             rc->rate_factor_max_increment = h->param.rc.f_rf_constant_max - h->param.rc.f_rf_constant;
 533             if( rc->rate_factor_max_increment <= 0 )
 534             {
 535                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CRF max must be greater than CRF\n" );
 536                 rc->rate_factor_max_increment = 0;
 537             }
 538         }
 539         if( b_init )
 540         {
 541             if( h->param.rc.f_vbv_buffer_init > 1. )
 542                 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 );
 543             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);
 544             rc->buffer_fill_final = rc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init * h->sps->vui.i_time_scale;
 545             rc->b_vbv = 1;
 546             rc->b_vbv_min_rate = !rc->b_2pass
 547                           && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR
 548                           && h->param.rc.i_vbv_max_bitrate <= h->param.rc.i_bitrate;
 549         }
 550     }
 551 }
 552
 553 int x264_ratecontrol_new( x264_t *h )
 554 {
 555     x264_ratecontrol_t *rc;
 556
 557     x264_emms();
 558
 559     CHECKED_MALLOCZERO( h->rc, h->param.i_threads * sizeof(x264_ratecontrol_t) );
 560     rc = h->rc;
 561
 562     rc->b_abr = h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CQP && !h->param.rc.b_stat_read;
 563     rc->b_2pass = h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && h->param.rc.b_stat_read;
 564
 565     /* FIXME: use integers */
 566     if( h->param.i_fps_num > 0 && h->param.i_fps_den > 0 )
 567         rc->fps = (float) h->param.i_fps_num / h->param.i_fps_den;
 568     else
 569         rc->fps = 25.0;
 570
 571     if( h->param.rc.b_mb_tree )
 572     {
 573         h->param.rc.f_pb_factor = 1;
 574         rc->qcompress = 1;
 575     }
 576     else
 577         rc->qcompress = h->param.rc.f_qcompress;
 578
 579     rc->bitrate = h->param.rc.i_bitrate * 1000.;
 580     rc->rate_tolerance = h->param.rc.f_rate_tolerance;
 581     rc->nmb = h->mb.i_mb_count;
 582     rc->last_non_b_pict_type = -1;
 583     rc->cbr_decay = 1.0;
 584
 585     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.b_stat_read )
 586     {
 587         x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "constant rate-factor is incompatible with 2pass.\n");
 588         return -1;
 589     }
 590
 591     x264_ratecontrol_init_reconfigurable( h, 1 );
 592
 593     if( h->param.i_nal_hrd )
 594     {
 595         uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
 596         uint64_t num = 180000;
 597         x264_reduce_fraction64( &num, &denom );
 598         rc->hrd_multiply_denom = 180000 / num;
 599
 600         double bits_required = log2( 180000 / rc->hrd_multiply_denom )
 601                              + log2( h->sps->vui.i_time_scale )
 602                              + log2( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled );
 603         if( bits_required >= 63 )
 604         {
 605             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "HRD with very large timescale and bufsize not supported\n" );
 606             return -1;
 607         }
 608     }
 609
 610     if( rc->rate_tolerance < 0.01 )
 611     {
 612         x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "bitrate tolerance too small, using .01\n");
 613         rc->rate_tolerance = 0.01;
 614     }
 615
 616     h->mb.b_variable_qp = rc->b_vbv || h->param.rc.i_aq_mode;
 617
 618     if( rc->b_abr )
 619     {
 620         /* FIXME ABR_INIT_QP is actually used only in CRF */
 621 #define ABR_INIT_QP ( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF ? h->param.rc.f_rf_constant : 24 )
 622         rc->accum_p_norm = .01;
 623         rc->accum_p_qp = ABR_INIT_QP * rc->accum_p_norm;
 624         /* estimated ratio that produces a reasonable QP for the first I-frame */
 625         rc->cplxr_sum = .01 * pow( 7.0e5, rc->qcompress ) * pow( h->mb.i_mb_count, 0.5 );
 626         rc->wanted_bits_window = 1.0 * rc->bitrate / rc->fps;
 627         rc->last_non_b_pict_type = SLICE_TYPE_I;
 628     }
 629
 630     rc->ip_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_ip_factor );
 631     rc->pb_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_pb_factor );
 632     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = h->param.rc.i_qp_constant;
 633     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant - rc->ip_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
 634     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant + rc->pb_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
 635     h->mb.ip_offset = rc->ip_offset + 0.5;
 636
 637     rc->lstep = pow( 2, h->param.rc.i_qp_step / 6.0 );
 638     rc->last_qscale = qp2qscale( 26 );
 639     int num_preds = h->param.b_sliced_threads * h->param.i_threads + 1;
 640     CHECKED_MALLOC( rc->pred, 5 * sizeof(predictor_t) * num_preds );
 641     CHECKED_MALLOC( rc->pred_b_from_p, sizeof(predictor_t) );
 642     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 643     {
 644         rc->last_qscale_for[i] = qp2qscale( ABR_INIT_QP );
 645         rc->lmin[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
 646         rc->lmax[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
 647         for( int j = 0; j < num_preds; j++ )
 648         {
 649             rc->pred[i+j*5].coeff= 2.0;
 650             rc->pred[i+j*5].count= 1.0;
 651             rc->pred[i+j*5].decay= 0.5;
 652             rc->pred[i+j*5].offset= 0.0;
 653         }
 654         for( int j = 0; j < 2; j++ )
 655         {
 656             rc->row_preds[i][j].coeff= .25;
 657             rc->row_preds[i][j].count= 1.0;
 658             rc->row_preds[i][j].decay= 0.5;
 659             rc->row_preds[i][j].offset= 0.0;
 660         }
 661     }
 662     *rc->pred_b_from_p = rc->pred[0];
 663
 664     if( parse_zones( h ) < 0 )
 665     {
 666         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to parse zones\n" );
 667         return -1;
 668     }
 669
 670     /* Load stat file and init 2pass algo */
 671     if( h->param.rc.b_stat_read )
 672     {
 673         char *p, *stats_in, *stats_buf;
 674
 675         /* read 1st pass stats */
 676         assert( h->param.rc.psz_stat_in );
 677         stats_buf = stats_in = x264_slurp_file( h->param.rc.psz_stat_in );
 678         if( !stats_buf )
 679         {
 680             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n");
 681             return -1;
 682         }
 683         if( h->param.rc.b_mb_tree )
 684         {
 685             char *mbtree_stats_in = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_in, ".mbtree" );
 686             if( !mbtree_stats_in )
 687                 return -1;
 688             rc->p_mbtree_stat_file_in = fopen( mbtree_stats_in, "rb" );
 689             x264_free( mbtree_stats_in );
 690             if( !rc->p_mbtree_stat_file_in )
 691             {
 692                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n");
 693                 return -1;
 694             }
 695         }
 696
 697         /* check whether 1st pass options were compatible with current options */
 698         if( !strncmp( stats_buf, "#options:", 9 ) )
 699         {
 700             int i, j;
 701             uint32_t k, l;
 702             char *opts = stats_buf;
 703             stats_in = strchr( stats_buf, '\n' );
 704             if( !stats_in )
 705                 return -1;
 706             *stats_in = '\0';
 707             stats_in++;
 708             if( sscanf( opts, "#options: %dx%d", &i, &j ) != 2 )
 709             {
 710                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "resolution specified in stats file not valid\n" );
 711                 return -1;
 712             }
 713             else if( h->param.rc.b_mb_tree && (i != h->param.i_width || j != h->param.i_height)  )
 714             {
 715                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree doesn't support different resolution than 1st pass (%dx%d vs %dx%d)\n",
 716                           h->param.i_width, h->param.i_height, i, j );
 717                 return -1;
 718             }
 719
 720             if( ( p = strstr( opts, "timebase=" ) ) && sscanf( p, "timebase=%u/%u", &k, &l ) != 2 )
 721             {
 722                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase specified in stats file not valid\n" );
 723                 return -1;
 724             }
 725             if( k != h->param.i_timebase_num || l != h->param.i_timebase_den )
 726             {
 727                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase mismatch with 1st pass (%u/%u vs %u/%u)\n",
 728                           h->param.i_timebase_num, h->param.i_timebase_den, k, l );
 729                 return -1;
 730             }
 731
 732             CMP_OPT_FIRST_PASS( "weightp", X264_MAX( 0, h->param.analyse.i_weighted_pred ) );
 733             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bframes", h->param.i_bframe );
 734             CMP_OPT_FIRST_PASS( "b_pyramid", h->param.i_bframe_pyramid );
 735             CMP_OPT_FIRST_PASS( "intra_refresh", h->param.b_intra_refresh );
 736             CMP_OPT_FIRST_PASS( "open_gop", h->param.i_open_gop );
 737
 738             if( (p = strstr( opts, "keyint=" )) )
 739             {
 740                 p += 7;
 741                 char buf[13] = "infinite ";
 742                 if( h->param.i_keyint_max != X264_KEYINT_MAX_INFINITE )
 743                     sprintf( buf, "%d ", h->param.i_keyint_max );
 744                 if( strncmp( p, buf, strlen(buf) ) )
 745                 {
 746                     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different keyint setting than first pass (%.*s vs %.*s)\n",
 747                               strlen(buf)-1, buf, strcspn(p, " "), p );
 748                     return -1;
 749                 }
 750             }
 751
 752             if( strstr( opts, "qp=0" ) && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
 753                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "1st pass was lossless, bitrate prediction will be inaccurate\n" );
 754
 755             if( !strstr( opts, "direct=3" ) && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
 756             {
 757                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "direct=auto not used on the first pass\n" );
 758                 h->mb.b_direct_auto_write = 1;
 759             }
 760
 761             if( ( p = strstr( opts, "b_adapt=" ) ) && sscanf( p, "b_adapt=%d", &i ) && i >= X264_B_ADAPT_NONE && i <= X264_B_ADAPT_TRELLIS )
 762                 h->param.i_bframe_adaptive = i;
 763             else if( h->param.i_bframe )
 764             {
 765                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "b_adapt method specified in stats file not valid\n" );
 766                 return -1;
 767             }
 768
 769             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 ) )
 770                 h->param.rc.i_lookahead = i;
 771         }
 772
 773         /* find number of pics */
 774         p = stats_in;
 775         int num_entries;
 776         for( num_entries = -1; p; num_entries++ )
 777             p = strchr( p + 1, ';' );
 778         if( !num_entries )
 779         {
 780             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "empty stats file\n");
 781             return -1;
 782         }
 783         rc->num_entries = num_entries;
 784
 785         if( h->param.i_frame_total < rc->num_entries && h->param.i_frame_total > 0 )
 786         {
 787             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "2nd pass has fewer frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
 788                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
 789         }
 790         if( h->param.i_frame_total > rc->num_entries )
 791         {
 792             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
 793                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
 794             return -1;
 795         }
 796
 797         CHECKED_MALLOCZERO( rc->entry, rc->num_entries * sizeof(ratecontrol_entry_t) );
 798
 799         /* init all to skipped p frames */
 800         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
 801         {
 802             ratecontrol_entry_t *rce = &rc->entry[i];
 803             rce->pict_type = SLICE_TYPE_P;
 804             rce->qscale = rce->new_qscale = qp2qscale( 20 );
 805             rce->misc_bits = rc->nmb + 10;
 806             rce->new_qp = 0;
 807         }
 808
 809         /* read stats */
 810         p = stats_in;
 811         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
 812         {
 813             ratecontrol_entry_t *rce;
 814             int frame_number;
 815             char pict_type;
 816             int e;
 817             char *next;
 818             float qp;
 819             int ref;
 820
 821             next= strchr(p, ';');
 822             if( next )
 823                 *next++ = 0; //sscanf is unbelievably slow on long strings
 824             e = sscanf( p, " in:%d ", &frame_number );
 825
 826             if( frame_number < 0 || frame_number >= rc->num_entries )
 827             {
 828                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad frame number (%d) at stats line %d\n", frame_number, i );
 829                 return -1;
 830             }
 831             rce = &rc->entry[frame_number];
 832             rce->direct_mode = 0;
 833
 834             e += sscanf( p, " in:%*d out:%*d type:%c dur:%d cpbdur:%d q:%f tex:%d mv:%d misc:%d imb:%d pmb:%d smb:%d d:%c",
 835                    &pict_type, &rce->i_duration, &rce->i_cpb_duration, &qp, &rce->tex_bits,
 836                    &rce->mv_bits, &rce->misc_bits, &rce->i_count, &rce->p_count,
 837                    &rce->s_count, &rce->direct_mode );
 838
 839             p = strstr( p, "ref:" );
 840             if( !p )
 841                 goto parse_error;
 842             p += 4;
 843             for( ref = 0; ref < 16; ref++ )
 844             {
 845                 if( sscanf( p, " %d", &rce->refcount[ref] ) != 1 )
 846                     break;
 847                 p = strchr( p+1, ' ' );
 848                 if( !p )
 849                     goto parse_error;
 850             }
 851             rce->refs = ref;
 852
 853             /* find weights */
 854             rce->i_weight_denom = -1;
 855             char *w = strchr( p, 'w' );
 856             if( w )
 857                 if( sscanf( w, "w:%hd,%hd,%hd", &rce->i_weight_denom, &rce->weight[0], &rce->weight[1] ) != 3 )
 858                     rce->i_weight_denom = -1;
 859
 860             if( pict_type != 'b' )
 861                 rce->kept_as_ref = 1;
 862             switch( pict_type )
 863             {
 864                 case 'I':
 865                     rce->frame_type = X264_TYPE_IDR;
 866                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
 867                     break;
 868                 case 'i':
 869                     rce->frame_type = X264_TYPE_I;
 870                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
 871                     break;
 872                 case 'P':
 873                     rce->frame_type = X264_TYPE_P;
 874                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_P;
 875                     break;
 876                 case 'B':
 877                     rce->frame_type = X264_TYPE_BREF;
 878                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
 879                     break;
 880                 case 'b':
 881                     rce->frame_type = X264_TYPE_B;
 882                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
 883                     break;
 884                 default:  e = -1; break;
 885             }
 886             if( e < 12 )
 887             {
 888 parse_error:
 889                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "statistics are damaged at line %d, parser out=%d\n", i, e );
 890                 return -1;
 891             }
 892             rce->qscale = qp2qscale( qp );
 893             p = next;
 894         }
 895
 896         x264_free( stats_buf );
 897
 898         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
 899         {
 900             if( init_pass2( h ) < 0 )
 901                 return -1;
 902         } /* else we're using constant quant, so no need to run the bitrate allocation */
 903     }
 904
 905     /* Open output file */
 906     /* If input and output files are the same, output to a temp file
 907      * and move it to the real name only when it's complete */
 908     if( h->param.rc.b_stat_write )
 909     {
 910         char *p;
 911         rc->psz_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".temp" );
 912         if( !rc->psz_stat_file_tmpname )
 913             return -1;
 914
 915         rc->p_stat_file_out = fopen( rc->psz_stat_file_tmpname, "wb" );
 916         if( rc->p_stat_file_out == NULL )
 917         {
 918             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n");
 919             return -1;
 920         }
 921
 922         p = x264_param2string( &h->param, 1 );
 923         if( p )
 924             fprintf( rc->p_stat_file_out, "#options: %s\n", p );
 925         x264_free( p );
 926         if( h->param.rc.b_mb_tree && !h->param.rc.b_stat_read )
 927         {
 928             rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree.temp" );
 929             rc->psz_mbtree_stat_file_name = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree" );
 930             if( !rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname || !rc->psz_mbtree_stat_file_name )
 931                 return -1;
 932
 933             rc->p_mbtree_stat_file_out = fopen( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, "wb" );
 934             if( rc->p_mbtree_stat_file_out == NULL )
 935             {
 936                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n");
 937                 return -1;
 938             }
 939         }
 940     }
 941
 942     if( h->param.rc.b_mb_tree && (h->param.rc.b_stat_read || h->param.rc.b_stat_write) )
 943     {
 944         CHECKED_MALLOC( rc->qp_buffer[0], h->mb.i_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 945         if( h->param.i_bframe_pyramid && h->param.rc.b_stat_read )
 946             CHECKED_MALLOC( rc->qp_buffer[1], h->mb.i_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 947         rc->qpbuf_pos = -1;
 948     }
 949
 950     for( int i = 0; i<h->param.i_threads; i++ )
 951     {
 952         h->thread[i]->rc = rc+i;
 953         if( i )
 954         {
 955             rc[i] = rc[0];
 956             h->thread[i]->param = h->param;
 957             h->thread[i]->mb.b_variable_qp = h->mb.b_variable_qp;
 958         }
 959     }
 960
 961     return 0;
 962 fail:
 963     return -1;
 964 }
 965
 966 static int parse_zone( x264_t *h, x264_zone_t *z, char *p )
 967 {
 968     int len = 0;
 969     char *tok, UNUSED *saveptr=NULL;
 970     z->param = NULL;
 971     z->f_bitrate_factor = 1;
 972     if( 3 <= sscanf(p, "%u,%u,q=%u%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->i_qp, &len) )
 973         z->b_force_qp = 1;
 974     else if( 3 <= sscanf(p, "%u,%u,b=%f%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->f_bitrate_factor, &len) )
 975         z->b_force_qp = 0;
 976     else if( 2 <= sscanf(p, "%u,%u%n", &z->i_start, &z->i_end, &len) )
 977         z->b_force_qp = 0;
 978     else
 979     {
 980         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: \"%s\"\n", p );
 981         return -1;
 982     }
 983     p += len;
 984     if( !*p )
 985         return 0;
 986     CHECKED_MALLOC( z->param, sizeof(x264_param_t) );
 987     memcpy( z->param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
 988     z->param->param_free = x264_free;
 989     while( (tok = strtok_r( p, ",", &saveptr )) )
 990     {
 991         char *val = strchr( tok, '=' );
 992         if( val )
 993         {
 994             *val = '\0';
 995             val++;
 996         }
 997         if( x264_param_parse( z->param, tok, val ) )
 998         {
 999             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone param: %s = %s\n", tok, val );
1000             return -1;
1001         }
1002         p = NULL;
1003     }
1004     return 0;
1005 fail:
1006     return -1;
1007 }
1008
1009 static int parse_zones( x264_t *h )
1010 {
1011     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1012     if( h->param.rc.psz_zones && !h->param.rc.i_zones )
1013     {
1014         char *psz_zones, *p;
1015         CHECKED_MALLOC( psz_zones, strlen( h->param.rc.psz_zones )+1 );
1016         strcpy( psz_zones, h->param.rc.psz_zones );
1017         h->param.rc.i_zones = 1;
1018         for( p = psz_zones; *p; p++ )
1019             h->param.rc.i_zones += (*p == '/');
1020         CHECKED_MALLOC( h->param.rc.zones, h->param.rc.i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1021         p = psz_zones;
1022         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1023         {
1024             int i_tok = strcspn( p, "/" );
1025             p[i_tok] = 0;
1026             if( parse_zone( h, &h->param.rc.zones[i], p ) )
1027                 return -1;
1028             p += i_tok + 1;
1029         }
1030         x264_free( psz_zones );
1031     }
1032
1033     if( h->param.rc.i_zones > 0 )
1034     {
1035         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1036         {
1037             x264_zone_t z = h->param.rc.zones[i];
1038             if( z.i_start < 0 || z.i_start > z.i_end )
1039             {
1040                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: start=%d end=%d\n",
1041                           z.i_start, z.i_end );
1042                 return -1;
1043             }
1044             else if( !z.b_force_qp && z.f_bitrate_factor <= 0 )
1045             {
1046                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: bitrate_factor=%f\n",
1047                           z.f_bitrate_factor );
1048                 return -1;
1049             }
1050         }
1051
1052         rc->i_zones = h->param.rc.i_zones + 1;
1053         CHECKED_MALLOC( rc->zones, rc->i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1054         memcpy( rc->zones+1, h->param.rc.zones, (rc->i_zones-1) * sizeof(x264_zone_t) );
1055
1056         // default zone to fall back to if none of the others match
1057         rc->zones[0].i_start = 0;
1058         rc->zones[0].i_end = INT_MAX;
1059         rc->zones[0].b_force_qp = 0;
1060         rc->zones[0].f_bitrate_factor = 1;
1061         CHECKED_MALLOC( rc->zones[0].param, sizeof(x264_param_t) );
1062         memcpy( rc->zones[0].param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
1063         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1064         {
1065             if( !rc->zones[i].param )
1066                 rc->zones[i].param = rc->zones[0].param;
1067         }
1068     }
1069
1070     return 0;
1071 fail:
1072     return -1;
1073 }
1074
1075 static x264_zone_t *get_zone( x264_t *h, int frame_num )
1076 {
1077     for( int i = h->rc->i_zones - 1; i >= 0; i-- )
1078     {
1079         x264_zone_t *z = &h->rc->zones[i];
1080         if( frame_num >= z->i_start && frame_num <= z->i_end )
1081             return z;
1082     }
1083     return NULL;
1084 }
1085
1086 void x264_ratecontrol_summary( x264_t *h )
1087 {
1088     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1089     if( rc->b_abr && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && rc->cbr_decay > .9999 )
1090     {
1091         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
1092         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
1093         x264_log( h, X264_LOG_INFO, "final ratefactor: %.2f\n",
1094                   qscale2qp( pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
1095                              * rc->cplxr_sum / rc->wanted_bits_window ) - mbtree_offset );
1096     }
1097 }
1098
1099 void x264_ratecontrol_delete( x264_t *h )
1100 {
1101     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1102     int b_regular_file;
1103
1104     if( rc->p_stat_file_out )
1105     {
1106         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_stat_file_out );
1107         fclose( rc->p_stat_file_out );
1108         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1109             if( rename( rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out ) != 0 )
1110             {
1111                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1112                           rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out );
1113             }
1114         x264_free( rc->psz_stat_file_tmpname );
1115     }
1116     if( rc->p_mbtree_stat_file_out )
1117     {
1118         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1119         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1120         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1121             if( rename( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name ) != 0 )
1122             {
1123                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1124                           rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1125             }
1126         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname );
1127         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1128     }
1129     if( rc->p_mbtree_stat_file_in )
1130         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_in );
1131     x264_free( rc->pred );
1132     x264_free( rc->pred_b_from_p );
1133     x264_free( rc->entry );
1134     x264_free( rc->qp_buffer[0] );
1135     x264_free( rc->qp_buffer[1] );
1136     if( rc->zones )
1137     {
1138         x264_free( rc->zones[0].param );
1139         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1140             if( rc->zones[i].param != rc->zones[0].param && rc->zones[i].param->param_free )
1141                 rc->zones[i].param->param_free( rc->zones[i].param );
1142         x264_free( rc->zones );
1143     }
1144     x264_free( rc );
1145 }
1146
1147 static void accum_p_qp_update( x264_t *h, float qp )
1148 {
1149     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1150     rc->accum_p_qp   *= .95;
1151     rc->accum_p_norm *= .95;
1152     rc->accum_p_norm += 1;
1153     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I )
1154         rc->accum_p_qp += qp + rc->ip_offset;
1155     else
1156         rc->accum_p_qp += qp;
1157 }
1158
1159 /* Before encoding a frame, choose a QP for it */
1160 void x264_ratecontrol_start( x264_t *h, int i_force_qp, int overhead )
1161 {
1162     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1163     ratecontrol_entry_t *rce = NULL;
1164     x264_zone_t *zone = get_zone( h, h->fenc->i_frame );
1165     float q;
1166
1167     x264_emms();
1168
1169     if( zone && (!rc->prev_zone || zone->param != rc->prev_zone->param) )
1170         x264_encoder_reconfig( h, zone->param );
1171     rc->prev_zone = zone;
1172
1173     rc->qp_force = i_force_qp;
1174
1175     if( h->param.rc.b_stat_read )
1176     {
1177         int frame = h->fenc->i_frame;
1178         assert( frame >= 0 && frame < rc->num_entries );
1179         rce = h->rc->rce = &h->rc->entry[frame];
1180
1181         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B
1182             && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
1183         {
1184             h->sh.b_direct_spatial_mv_pred = ( rce->direct_mode == 's' );
1185             h->mb.b_direct_auto_read = ( rce->direct_mode == 's' || rce->direct_mode == 't' );
1186         }
1187     }
1188
1189     if( rc->b_vbv )
1190     {
1191         memset( h->fdec->i_row_bits, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(int) );
1192         rc->row_pred = &rc->row_preds[h->sh.i_type];
1193         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;
1194         update_vbv_plan( h, overhead );
1195
1196         const x264_level_t *l = x264_levels;
1197         while( l->level_idc != 0 && l->level_idc != h->param.i_level_idc )
1198             l++;
1199
1200         int mincr = l->mincr;
1201
1202         /* Blu-ray requires this */
1203         if( l->level_idc == 41 && h->param.i_nal_hrd )
1204             mincr = 4;
1205
1206         /* High 10 doesn't require minCR, so just set the maximum to a large value. */
1207         if( h->sps->i_profile_idc == PROFILE_HIGH10 )
1208             rc->frame_size_maximum = 1e9;
1209         else
1210         {
1211             /* The spec has a bizarre special case for the first frame. */
1212             if( h->i_frame == 0 )
1213             {
1214                 //384 * ( Max( PicSizeInMbs, fR * MaxMBPS ) + MaxMBPS * ( tr( 0 ) - tr,n( 0 ) ) ) / MinCR
1215                 double fr = 1. / 172;
1216                 int pic_size_in_mbs = h->mb.i_mb_width * h->mb.i_mb_height;
1217                 rc->frame_size_maximum = 384 * BIT_DEPTH * X264_MAX( pic_size_in_mbs, fr*l->mbps ) / mincr;
1218             }
1219             else
1220             {
1221                 //384 * MaxMBPS * ( tr( n ) - tr( n - 1 ) ) / MinCR
1222                 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;
1223             }
1224         }
1225     }
1226
1227     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1228         rc->bframes = h->fenc->i_bframes;
1229
1230     if( i_force_qp )
1231     {
1232         q = i_force_qp - 1;
1233     }
1234     else if( rc->b_abr )
1235     {
1236         q = qscale2qp( rate_estimate_qscale( h ) );
1237     }
1238     else if( rc->b_2pass )
1239     {
1240         rce->new_qscale = rate_estimate_qscale( h );
1241         q = qscale2qp( rce->new_qscale );
1242     }
1243     else /* CQP */
1244     {
1245         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B && h->fdec->b_kept_as_ref )
1246             q = ( rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_B ] + rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_P ] ) / 2;
1247         else
1248             q = rc->qp_constant[ h->sh.i_type ];
1249
1250         if( zone )
1251         {
1252             if( zone->b_force_qp )
1253                 q += zone->i_qp - rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P];
1254             else
1255                 q -= 6*log2f( zone->f_bitrate_factor );
1256         }
1257     }
1258
1259     q = x264_clip3f( q, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1260
1261     rc->qpa_rc =
1262     rc->qpa_aq = 0;
1263     rc->qp = x264_clip3( (int)(q + 0.5), 0, QP_MAX );
1264     h->fdec->f_qp_avg_rc =
1265     h->fdec->f_qp_avg_aq =
1266     rc->qpm = q;
1267     if( rce )
1268         rce->new_qp = rc->qp;
1269
1270     accum_p_qp_update( h, rc->qpm );
1271
1272     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1273         rc->last_non_b_pict_type = h->sh.i_type;
1274 }
1275
1276 static double predict_row_size( x264_t *h, int y, double qp )
1277 {
1278     /* average between two predictors:
1279      * absolute SATD, and scaled bit cost of the colocated row in the previous frame */
1280     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1281     double pred_s = predict_size( rc->row_pred[0], qp2qscale( qp ), h->fdec->i_row_satd[y] );
1282     double pred_t = 0;
1283     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I || qp >= h->fref0[0]->f_row_qp[y] )
1284     {
1285         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P
1286             && h->fref0[0]->i_type == h->fdec->i_type
1287             && h->fref0[0]->i_row_satd[y] > 0
1288             && (abs(h->fref0[0]->i_row_satd[y] - h->fdec->i_row_satd[y]) < h->fdec->i_row_satd[y]/2))
1289         {
1290             pred_t = h->fref0[0]->i_row_bits[y] * h->fdec->i_row_satd[y] / h->fref0[0]->i_row_satd[y]
1291                      * qp2qscale( h->fref0[0]->f_row_qp[y] ) / qp2qscale( qp );
1292         }
1293         if( pred_t == 0 )
1294             pred_t = pred_s;
1295         return (pred_s + pred_t) / 2;
1296     }
1297     /* Our QP is lower than the reference! */
1298     else
1299     {
1300         double pred_intra = predict_size( rc->row_pred[1], qp2qscale( qp ), h->fdec->i_row_satds[0][0][y] );
1301         /* Sum: better to overestimate than underestimate by using only one of the two predictors. */
1302         return pred_intra + pred_s;
1303     }
1304 }
1305
1306 static double row_bits_so_far( x264_t *h, int y )
1307 {
1308     double bits = 0;
1309     for( int i = h->i_threadslice_start; i <= y; i++ )
1310         bits += h->fdec->i_row_bits[i];
1311     return bits;
1312 }
1313
1314 static double predict_row_size_sum( x264_t *h, int y, double qp )
1315 {
1316     double bits = row_bits_so_far(h, y);
1317     for( int i = y+1; i < h->i_threadslice_end; i++ )
1318         bits += predict_row_size( h, i, qp );
1319     return bits;
1320 }
1321
1322
1323 void x264_ratecontrol_mb( x264_t *h, int bits )
1324 {
1325     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1326     const int y = h->mb.i_mb_y;
1327
1328     x264_emms();
1329
1330     h->fdec->i_row_bits[y] += bits;
1331     rc->qpa_rc += rc->qpm;
1332     rc->qpa_aq += h->mb.i_qp;
1333
1334     if( h->mb.i_mb_x != h->mb.i_mb_width - 1 || !rc->b_vbv )
1335         return;
1336
1337     h->fdec->f_row_qp[y] = rc->qpm;
1338
1339     update_predictor( rc->row_pred[0], qp2qscale( rc->qpm ), h->fdec->i_row_satd[y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1340     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && rc->qpm < h->fref0[0]->f_row_qp[y] )
1341         update_predictor( rc->row_pred[1], qp2qscale( rc->qpm ), h->fdec->i_row_satds[0][0][y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1342
1343     /* tweak quality based on difference from predicted size */
1344     if( y < h->i_threadslice_end-1 )
1345     {
1346         float prev_row_qp = h->fdec->f_row_qp[y];
1347         float qp_min = X264_MAX( prev_row_qp - h->param.rc.i_qp_step, h->param.rc.i_qp_min );
1348         float qp_absolute_max = h->param.rc.i_qp_max;
1349         if( rc->rate_factor_max_increment )
1350             qp_absolute_max = X264_MIN( qp_absolute_max, rc->qp_novbv + rc->rate_factor_max_increment );
1351         float qp_max = X264_MIN( prev_row_qp + h->param.rc.i_qp_step, qp_absolute_max );
1352         float step_size = 0.5;
1353
1354         /* B-frames shouldn't use lower QP than their reference frames. */
1355         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1356         {
1357             qp_min = X264_MAX( qp_min, X264_MAX( h->fref0[0]->f_row_qp[y+1], h->fref1[0]->f_row_qp[y+1] ) );
1358             rc->qpm = X264_MAX( rc->qpm, qp_min );
1359         }
1360
1361         float buffer_left_planned = rc->buffer_fill - rc->frame_size_planned;
1362         float slice_size_planned = h->param.b_sliced_threads ? rc->slice_size_planned : rc->frame_size_planned;
1363         float size_of_other_slices = 0;
1364         if( h->param.b_sliced_threads )
1365         {
1366             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1367                 if( h != h->thread[i] )
1368                     size_of_other_slices += h->thread[i]->rc->frame_size_estimated;
1369         }
1370         else
1371             rc->max_frame_error = X264_MAX( 0.05, 1.0 / (h->mb.i_mb_width) );
1372
1373         /* More threads means we have to be more cautious in letting ratecontrol use up extra bits. */
1374         float rc_tol = buffer_left_planned / h->param.i_threads * rc->rate_tolerance;
1375         int b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1376
1377         /* Don't modify the row QPs until a sufficent amount of the bits of the frame have been processed, in case a flat */
1378         /* area at the top of the frame was measured inaccurately. */
1379         if( row_bits_so_far( h, y ) < 0.05 * slice_size_planned )
1380             return;
1381
1382         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I )
1383             rc_tol /= 2;
1384
1385         if( !rc->b_vbv_min_rate )
1386             qp_min = X264_MAX( qp_min, rc->qp_novbv );
1387
1388         while( rc->qpm < qp_max
1389                && ((b1 > rc->frame_size_planned + rc_tol) ||
1390                    (rc->buffer_fill - b1 < buffer_left_planned * 0.5) ||
1391                    (b1 > rc->frame_size_planned && rc->qpm < rc->qp_novbv)) )
1392         {
1393             rc->qpm += step_size;
1394             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1395         }
1396
1397         while( rc->qpm > qp_min
1398                && (rc->qpm > h->fdec->f_row_qp[0] || rc->single_frame_vbv)
1399                && ((b1 < rc->frame_size_planned * 0.8 && rc->qpm <= prev_row_qp)
1400                || b1 < (rc->buffer_fill - rc->buffer_size + rc->buffer_rate) * 1.1) )
1401         {
1402             rc->qpm -= step_size;
1403             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1404         }
1405
1406         /* avoid VBV underflow or MinCR violation */
1407         while( (rc->qpm < qp_absolute_max)
1408                && ((rc->buffer_fill - b1 < rc->buffer_rate * rc->max_frame_error) ||
1409                    (rc->frame_size_maximum - b1 < rc->frame_size_maximum * rc->max_frame_error)))
1410         {
1411             rc->qpm += step_size;
1412             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1413         }
1414
1415         h->rc->frame_size_estimated = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm );
1416     }
1417 }
1418
1419 int x264_ratecontrol_qp( x264_t *h )
1420 {
1421     x264_emms();
1422     return x264_clip3( h->rc->qpm + .5, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1423 }
1424
1425 int x264_ratecontrol_mb_qp( x264_t *h )
1426 {
1427     x264_emms();
1428     float qp = h->rc->qpm;
1429     if( h->param.rc.i_aq_mode )
1430         /* MB-tree currently doesn't adjust quantizers in unreferenced frames. */
1431         qp += 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];
1432     return x264_clip3( qp + .5, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1433 }
1434
1435 /* In 2pass, force the same frame types as in the 1st pass */
1436 int x264_ratecontrol_slice_type( x264_t *h, int frame_num )
1437 {
1438     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1439     if( h->param.rc.b_stat_read )
1440     {
1441         if( frame_num >= rc->num_entries )
1442         {
1443             /* We could try to initialize everything required for ABR and
1444              * adaptive B-frames, but that would be complicated.
1445              * So just calculate the average QP used so far. */
1446             h->param.rc.i_qp_constant = (h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P] == 0) ? 24
1447                                       : 1 + h->stat.f_frame_qp[SLICE_TYPE_P] / h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P];
1448             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant, 0, QP_MAX );
1449             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 );
1450             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 );
1451
1452             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d)\n", rc->num_entries);
1453             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "continuing anyway, at constant QP=%d\n", h->param.rc.i_qp_constant);
1454             if( h->param.i_bframe_adaptive )
1455                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "disabling adaptive B-frames\n");
1456
1457             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1458             {
1459                 h->thread[i]->rc->b_abr = 0;
1460                 h->thread[i]->rc->b_2pass = 0;
1461                 h->thread[i]->param.rc.i_rc_method = X264_RC_CQP;
1462                 h->thread[i]->param.rc.b_stat_read = 0;
1463                 h->thread[i]->param.i_bframe_adaptive = 0;
1464                 h->thread[i]->param.i_scenecut_threshold = 0;
1465                 h->thread[i]->param.rc.b_mb_tree = 0;
1466                 if( h->thread[i]->param.i_bframe > 1 )
1467                     h->thread[i]->param.i_bframe = 1;
1468             }
1469             return X264_TYPE_AUTO;
1470         }
1471         return rc->entry[frame_num].frame_type;
1472     }
1473     else
1474         return X264_TYPE_AUTO;
1475 }
1476
1477 void x264_ratecontrol_set_weights( x264_t *h, x264_frame_t *frm )
1478 {
1479     ratecontrol_entry_t *rce = &h->rc->entry[frm->i_frame];
1480     if( h->param.analyse.i_weighted_pred <= 0 )
1481         return;
1482     if( rce->i_weight_denom >= 0 )
1483         SET_WEIGHT( frm->weight[0][0], 1, rce->weight[0], rce->i_weight_denom, rce->weight[1] );
1484 }
1485
1486 /* After encoding one frame, save stats and update ratecontrol state */
1487 int x264_ratecontrol_end( x264_t *h, int bits, int *filler )
1488 {
1489     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1490     const int *mbs = h->stat.frame.i_mb_count;
1491
1492     x264_emms();
1493
1494     h->stat.frame.i_mb_count_skip = mbs[P_SKIP] + mbs[B_SKIP];
1495     h->stat.frame.i_mb_count_i = mbs[I_16x16] + mbs[I_8x8] + mbs[I_4x4];
1496     h->stat.frame.i_mb_count_p = mbs[P_L0] + mbs[P_8x8];
1497     for( int i = B_DIRECT; i < B_8x8; i++ )
1498         h->stat.frame.i_mb_count_p += mbs[i];
1499
1500     h->fdec->f_qp_avg_rc = rc->qpa_rc /= h->mb.i_mb_count;
1501     h->fdec->f_qp_avg_aq = rc->qpa_aq /= h->mb.i_mb_count;
1502
1503     if( h->param.rc.b_stat_write )
1504     {
1505         char c_type = h->sh.i_type==SLICE_TYPE_I ? (h->fenc->i_poc==0 ? 'I' : 'i')
1506                     : h->sh.i_type==SLICE_TYPE_P ? 'P'
1507                     : h->fenc->b_kept_as_ref ? 'B' : 'b';
1508         int dir_frame = h->stat.frame.i_direct_score[1] - h->stat.frame.i_direct_score[0];
1509         int dir_avg = h->stat.i_direct_score[1] - h->stat.i_direct_score[0];
1510         char c_direct = h->mb.b_direct_auto_write ?
1511                         ( dir_frame>0 ? 's' : dir_frame<0 ? 't' :
1512                           dir_avg>0 ? 's' : dir_avg<0 ? 't' : '-' )
1513                         : '-';
1514         if( fprintf( rc->p_stat_file_out,
1515                  "in:%d out:%d type:%c dur:%d cpbdur:%d q:%.2f tex:%d mv:%d misc:%d imb:%d pmb:%d smb:%d d:%c ref:",
1516                  h->fenc->i_frame, h->i_frame,
1517                  c_type, h->fenc->i_duration,
1518                  h->fenc->i_cpb_duration, rc->qpa_rc,
1519                  h->stat.frame.i_tex_bits,
1520                  h->stat.frame.i_mv_bits,
1521                  h->stat.frame.i_misc_bits,
1522                  h->stat.frame.i_mb_count_i,
1523                  h->stat.frame.i_mb_count_p,
1524                  h->stat.frame.i_mb_count_skip,
1525                  c_direct) < 0 )
1526             goto fail;
1527
1528         /* Only write information for reference reordering once. */
1529         int use_old_stats = h->param.rc.b_stat_read && rc->rce->refs > 1;
1530         for( int i = 0; i < (use_old_stats ? rc->rce->refs : h->i_ref0); i++ )
1531         {
1532             int refcount = use_old_stats         ? rc->rce->refcount[i]
1533                          : h->param.b_interlaced ? h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2]
1534                                                  + h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2+1]
1535                          :                         h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i];
1536             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "%d ", refcount ) < 0 )
1537                 goto fail;
1538         }
1539
1540         if( h->sh.weight[0][0].weightfn )
1541         {
1542             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "w:%"PRId32",%"PRId32",%"PRId32, h->sh.weight[0][0].i_denom, h->sh.weight[0][0].i_scale, h->sh.weight[0][0].i_offset ) < 0 )
1543                 goto fail;
1544         }
1545
1546         if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ";\n") < 0 )
1547             goto fail;
1548
1549         /* Don't re-write the data in multi-pass mode. */
1550         if( h->param.rc.b_mb_tree && h->fenc->b_kept_as_ref && !h->param.rc.b_stat_read )
1551         {
1552             uint8_t i_type = h->sh.i_type;
1553             /* Values are stored as big-endian FIX8.8 */
1554             for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
1555                 rc->qp_buffer[0][i] = endian_fix16( h->fenc->f_qp_offset[i]*256.0 );
1556             if( fwrite( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < 1 )
1557                 goto fail;
1558             if( fwrite( rc->qp_buffer[0], sizeof(uint16_t), h->mb.i_mb_count, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < h->mb.i_mb_count )
1559                 goto fail;
1560         }
1561     }
1562
1563     if( rc->b_abr )
1564     {
1565         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1566             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / rc->last_rceq;
1567         else
1568         {
1569             /* Depends on the fact that B-frame's QP is an offset from the following P-frame's.
1570              * Not perfectly accurate with B-refs, but good enough. */
1571             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / (rc->last_rceq * fabs( h->param.rc.f_pb_factor ));
1572         }
1573         rc->cplxr_sum *= rc->cbr_decay;
1574         double frame_duration = (double)h->fenc->i_duration * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1575
1576         rc->wanted_bits_window += frame_duration * rc->bitrate;
1577         rc->wanted_bits_window *= rc->cbr_decay;
1578     }
1579
1580     if( rc->b_2pass )
1581         rc->expected_bits_sum += qscale2bits( rc->rce, qp2qscale( rc->rce->new_qp ) );
1582
1583     if( h->mb.b_variable_qp )
1584     {
1585         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1586         {
1587             rc->bframe_bits += bits;
1588             if( h->fenc->b_last_minigop_bframe )
1589             {
1590                 update_predictor( rc->pred_b_from_p, qp2qscale( rc->qpa_rc ),
1591                                   h->fref1[h->i_ref1-1]->i_satd, rc->bframe_bits / rc->bframes );
1592                 rc->bframe_bits = 0;
1593             }
1594         }
1595     }
1596
1597     *filler = update_vbv( h, bits );
1598
1599     if( h->sps->vui.b_nal_hrd_parameters_present )
1600     {
1601         if( h->fenc->i_frame == 0 )
1602         {
1603             // access unit initialises the HRD
1604             h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = 0;
1605             rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1606             rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1607             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit = (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1608         }
1609         else
1610         {
1611             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit + (double)h->fenc->i_cpb_delay *
1612                                                    h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1613
1614             double cpb_earliest_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time - (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1615             if( h->fenc->b_keyframe )
1616             {
1617                  rc->nrt_first_access_unit = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1618                  rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1619                  rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1620             }
1621             else
1622                  cpb_earliest_arrival_time -= (double)rc->initial_cpb_removal_delay_offset / 90000;
1623
1624             if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd )
1625                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time;
1626             else
1627                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = X264_MAX( rc->previous_cpb_final_arrival_time, cpb_earliest_arrival_time );
1628         }
1629         int filler_bits = *filler ? X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), *filler )*8 : 0;
1630         // Equation C-6
1631         h->fenc->hrd_timing.cpb_final_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time +
1632                                                      (double)(bits + filler_bits) / h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1633
1634         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 +
1635                                               h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1636     }
1637
1638     return 0;
1639 fail:
1640     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_end: stats file could not be written to\n");
1641     return -1;
1642 }
1643
1644 /****************************************************************************
1645  * 2 pass functions
1646  ***************************************************************************/
1647
1648 /**
1649  * modify the bitrate curve from pass1 for one frame
1650  */
1651 static double get_qscale(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double rate_factor, int frame_num)
1652 {
1653     x264_ratecontrol_t *rcc= h->rc;
1654     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
1655     double q = pow( rce->blurred_complexity, 1 - rcc->qcompress );
1656
1657     // avoid NaN's in the rc_eq
1658     if( !isfinite(q) || rce->tex_bits + rce->mv_bits == 0 )
1659         q = rcc->last_qscale_for[rce->pict_type];
1660     else
1661     {
1662         rcc->last_rceq = q;
1663         q /= rate_factor;
1664         rcc->last_qscale = q;
1665     }
1666
1667     if( zone )
1668     {
1669         if( zone->b_force_qp )
1670             q = qp2qscale( zone->i_qp );
1671         else
1672             q /= zone->f_bitrate_factor;
1673     }
1674
1675     return q;
1676 }
1677
1678 static double get_diff_limited_q(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double q)
1679 {
1680     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1681     const int pict_type = rce->pict_type;
1682
1683     // force I/B quants as a function of P quants
1684     const double last_p_q    = rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P];
1685     const double last_non_b_q= rcc->last_qscale_for[rcc->last_non_b_pict_type];
1686     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
1687     {
1688         double iq = q;
1689         double pq = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
1690         double ip_factor = fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
1691         /* don't apply ip_factor if the following frame is also I */
1692         if( rcc->accum_p_norm <= 0 )
1693             q = iq;
1694         else if( h->param.rc.f_ip_factor < 0 )
1695             q = iq / ip_factor;
1696         else if( rcc->accum_p_norm >= 1 )
1697             q = pq / ip_factor;
1698         else
1699             q = rcc->accum_p_norm * pq / ip_factor + (1 - rcc->accum_p_norm) * iq;
1700     }
1701     else if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
1702     {
1703         if( h->param.rc.f_pb_factor > 0 )
1704             q = last_non_b_q;
1705         if( !rce->kept_as_ref )
1706             q *= fabs( h->param.rc.f_pb_factor );
1707     }
1708     else if( pict_type == SLICE_TYPE_P
1709              && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_P
1710              && rce->tex_bits == 0 )
1711     {
1712         q = last_p_q;
1713     }
1714
1715     /* last qscale / qdiff stuff */
1716     if( rcc->last_non_b_pict_type == pict_type &&
1717         (pict_type!=SLICE_TYPE_I || rcc->last_accum_p_norm < 1) )
1718     {
1719         double last_q = rcc->last_qscale_for[pict_type];
1720         double max_qscale = last_q * rcc->lstep;
1721         double min_qscale = last_q / rcc->lstep;
1722
1723         if     ( q > max_qscale ) q = max_qscale;
1724         else if( q < min_qscale ) q = min_qscale;
1725     }
1726
1727     rcc->last_qscale_for[pict_type] = q;
1728     if( pict_type != SLICE_TYPE_B )
1729         rcc->last_non_b_pict_type = pict_type;
1730     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
1731     {
1732         rcc->last_accum_p_norm = rcc->accum_p_norm;
1733         rcc->accum_p_norm = 0;
1734         rcc->accum_p_qp = 0;
1735     }
1736     if( pict_type == SLICE_TYPE_P )
1737     {
1738         float mask = 1 - pow( (float)rce->i_count / rcc->nmb, 2 );
1739         rcc->accum_p_qp   = mask * (qscale2qp( q ) + rcc->accum_p_qp);
1740         rcc->accum_p_norm = mask * (1 + rcc->accum_p_norm);
1741     }
1742     return q;
1743 }
1744
1745 static double predict_size( predictor_t *p, double q, double var )
1746 {
1747      return (p->coeff*var + p->offset) / (q*p->count);
1748 }
1749
1750 static void update_predictor( predictor_t *p, double q, double var, double bits )
1751 {
1752     const double range = 1.5;
1753     if( var < 10 )
1754         return;
1755     double old_coeff = p->coeff / p->count;
1756     double new_coeff = bits*q / var;
1757     double new_coeff_clipped = x264_clip3f( new_coeff, old_coeff/range, old_coeff*range );
1758     double new_offset = bits*q - new_coeff_clipped * var;
1759     if( new_offset >= 0 )
1760         new_coeff = new_coeff_clipped;
1761     else
1762         new_offset = 0;
1763     p->count  *= p->decay;
1764     p->coeff  *= p->decay;
1765     p->offset *= p->decay;
1766     p->count  ++;
1767     p->coeff  += new_coeff;
1768     p->offset += new_offset;
1769 }
1770
1771 // update VBV after encoding a frame
1772 static int update_vbv( x264_t *h, int bits )
1773 {
1774     int filler = 0;
1775     int bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1776     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1777     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
1778     uint64_t buffer_size = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
1779
1780     if( rcc->last_satd >= h->mb.i_mb_count )
1781         update_predictor( &rct->pred[h->sh.i_type], qp2qscale( rcc->qpa_rc ), rcc->last_satd, bits );
1782
1783     if( !rcc->b_vbv )
1784         return filler;
1785
1786     rct->buffer_fill_final -= (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
1787
1788     if( rct->buffer_fill_final < 0 )
1789         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV underflow (frame %d, %.0f bits)\n", h->i_frame, (double)rct->buffer_fill_final / h->sps->vui.i_time_scale );
1790     rct->buffer_fill_final = X264_MAX( rct->buffer_fill_final, 0 );
1791     rct->buffer_fill_final += (uint64_t)bitrate * h->sps->vui.i_num_units_in_tick * h->fenc->i_cpb_duration;
1792
1793     if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd && rct->buffer_fill_final > buffer_size )
1794     {
1795         filler = ceil( (rct->buffer_fill_final - buffer_size) / (8. * h->sps->vui.i_time_scale) );
1796         bits = X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), filler ) * 8;
1797         rct->buffer_fill_final -= (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
1798     }
1799     else
1800         rct->buffer_fill_final = X264_MIN( rct->buffer_fill_final, buffer_size );
1801
1802     return filler;
1803 }
1804
1805 void x264_hrd_fullness( x264_t *h )
1806 {
1807     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
1808     uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale / rct->hrd_multiply_denom;
1809     uint64_t cpb_state = rct->buffer_fill_final;
1810     uint64_t cpb_size = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
1811     uint64_t multiply_factor = 180000 / rct->hrd_multiply_denom;
1812
1813     if( rct->buffer_fill_final < 0 || rct->buffer_fill_final > cpb_size )
1814     {
1815          x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CPB %s: %.0lf bits in a %.0lf-bit buffer\n",
1816                    rct->buffer_fill_final < 0 ? "underflow" : "overflow", (float)rct->buffer_fill_final/denom, (float)cpb_size/denom );
1817     }
1818
1819     h->initial_cpb_removal_delay = (multiply_factor * cpb_state + denom) / (2*denom);
1820     h->initial_cpb_removal_delay_offset = (multiply_factor * cpb_size + denom) / (2*denom) - h->initial_cpb_removal_delay;
1821 }
1822
1823 // provisionally update VBV according to the planned size of all frames currently in progress
1824 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead )
1825 {
1826     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1827     rcc->buffer_fill = h->thread[0]->rc->buffer_fill_final / h->sps->vui.i_time_scale;
1828     if( h->i_thread_frames > 1 )
1829     {
1830         int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
1831         for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
1832         {
1833             x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
1834             double bits = t->rc->frame_size_planned;
1835             if( !t->b_thread_active )
1836                 continue;
1837             bits  = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
1838             rcc->buffer_fill -= bits;
1839             rcc->buffer_fill = X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0 );
1840             rcc->buffer_fill += t->rc->buffer_rate;
1841             rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
1842         }
1843     }
1844     rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
1845     rcc->buffer_fill -= overhead;
1846 }
1847
1848 // apply VBV constraints and clip qscale to between lmin and lmax
1849 static double clip_qscale( x264_t *h, int pict_type, double q )
1850 {
1851     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1852     double lmin = rcc->lmin[pict_type];
1853     double lmax = rcc->lmax[pict_type];
1854     if( rcc->rate_factor_max_increment )
1855         lmax = X264_MIN( lmax, qp2qscale( rcc->qp_novbv + rcc->rate_factor_max_increment ) );
1856     double q0 = q;
1857
1858     /* B-frames are not directly subject to VBV,
1859      * since they are controlled by the P-frames' QPs. */
1860
1861     if( rcc->b_vbv && rcc->last_satd > 0 )
1862     {
1863         /* Lookahead VBV: raise the quantizer as necessary such that no frames in
1864          * the lookahead overflow and such that the buffer is in a reasonable state
1865          * by the end of the lookahead. */
1866         if( h->param.rc.i_lookahead )
1867         {
1868             int terminate = 0;
1869
1870             /* Avoid an infinite loop. */
1871             for( int iterations = 0; iterations < 1000 && terminate != 3; iterations++ )
1872             {
1873                 double frame_q[3];
1874                 double cur_bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1875                 double buffer_fill_cur = rcc->buffer_fill - cur_bits;
1876                 double target_fill;
1877                 double total_duration = 0;
1878                 frame_q[0] = h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I ? q * h->param.rc.f_ip_factor : q;
1879                 frame_q[1] = frame_q[0] * h->param.rc.f_pb_factor;
1880                 frame_q[2] = frame_q[0] / h->param.rc.f_ip_factor;
1881
1882                 /* Loop over the planned future frames. */
1883                 for( int j = 0; buffer_fill_cur >= 0 && buffer_fill_cur <= rcc->buffer_size; j++ )
1884                 {
1885                     total_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
1886                     buffer_fill_cur += rcc->vbv_max_rate * h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
1887                     int i_type = h->fenc->i_planned_type[j];
1888                     int i_satd = h->fenc->i_planned_satd[j];
1889                     if( i_type == X264_TYPE_AUTO )
1890                         break;
1891                     i_type = IS_X264_TYPE_I( i_type ) ? SLICE_TYPE_I : IS_X264_TYPE_B( i_type ) ? SLICE_TYPE_B : SLICE_TYPE_P;
1892                     cur_bits = predict_size( &rcc->pred[i_type], frame_q[i_type], i_satd );
1893                     buffer_fill_cur -= cur_bits;
1894                 }
1895                 /* Try to get to get the buffer at least 50% filled, but don't set an impossible goal. */
1896                 target_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill + total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.5 );
1897                 if( buffer_fill_cur < target_fill )
1898                 {
1899                     q *= 1.01;
1900                     terminate |= 1;
1901                     continue;
1902                 }
1903                 /* Try to get the buffer no more than 80% filled, but don't set an impossible goal. */
1904                 target_fill = x264_clip3f( rcc->buffer_fill - total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.8, rcc->buffer_size );
1905                 if( rcc->b_vbv_min_rate && buffer_fill_cur > target_fill )
1906                 {
1907                     q /= 1.01;
1908                     terminate |= 2;
1909                     continue;
1910                 }
1911                 break;
1912             }
1913         }
1914         /* Fallback to old purely-reactive algorithm: no lookahead. */
1915         else
1916         {
1917             if( ( pict_type == SLICE_TYPE_P ||
1918                 ( pict_type == SLICE_TYPE_I && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_I ) ) &&
1919                 rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size < 0.5 )
1920             {
1921                 q /= x264_clip3f( 2.0*rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size, 0.5, 1.0 );
1922             }
1923
1924             /* Now a hard threshold to make sure the frame fits in VBV.
1925              * This one is mostly for I-frames. */
1926             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1927             double qf = 1.0;
1928             /* For small VBVs, allow the frame to use up the entire VBV. */
1929             double max_fill_factor = h->param.rc.i_vbv_buffer_size >= 5*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rcc->fps ? 2 : 1;
1930             /* For single-frame VBVs, request that the frame use up the entire VBV. */
1931             double min_fill_factor = rcc->single_frame_vbv ? 1 : 2;
1932
1933             if( bits > rcc->buffer_fill/max_fill_factor )
1934                 qf = x264_clip3f( rcc->buffer_fill/(max_fill_factor*bits), 0.2, 1.0 );
1935             q /= qf;
1936             bits *= qf;
1937             if( bits < rcc->buffer_rate/min_fill_factor )
1938                 q *= bits*min_fill_factor/rcc->buffer_rate;
1939             q = X264_MAX( q0, q );
1940         }
1941
1942         /* Apply MinCR restrictions */
1943         double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1944         if( bits > rcc->frame_size_maximum )
1945             q *= bits / rcc->frame_size_maximum;
1946         bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1947
1948         /* Check B-frame complexity, and use up any bits that would
1949          * overflow before the next P-frame. */
1950         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && !rcc->single_frame_vbv )
1951         {
1952             int nb = rcc->bframes;
1953             double pbbits = bits;
1954             double bbits = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q * h->param.rc.f_pb_factor, rcc->last_satd );
1955             double space;
1956             double bframe_cpb_duration = 0;
1957             double minigop_cpb_duration;
1958             for( int i = 0; i < nb; i++ )
1959                 bframe_cpb_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[1+i];
1960
1961             if( bbits * nb > bframe_cpb_duration * rcc->vbv_max_rate )
1962                 nb = 0;
1963             pbbits += nb * bbits;
1964
1965             minigop_cpb_duration = bframe_cpb_duration + h->fenc->f_planned_cpb_duration[0];
1966             space = rcc->buffer_fill + minigop_cpb_duration*rcc->vbv_max_rate - rcc->buffer_size;
1967             if( pbbits < space )
1968             {
1969                 q *= X264_MAX( pbbits / space, bits / (0.5 * rcc->buffer_size) );
1970             }
1971             q = X264_MAX( q0-5, q );
1972         }
1973
1974         if( !rcc->b_vbv_min_rate )
1975             q = X264_MAX( q0, q );
1976     }
1977
1978     if( lmin==lmax )
1979         return lmin;
1980     else if( rcc->b_2pass )
1981     {
1982         double min2 = log( lmin );
1983         double max2 = log( lmax );
1984         q = (log(q) - min2)/(max2-min2) - 0.5;
1985         q = 1.0/(1.0 + exp( -4*q ));
1986         q = q*(max2-min2) + min2;
1987         return exp( q );
1988     }
1989     else
1990         return x264_clip3f( q, lmin, lmax );
1991 }
1992
1993 // update qscale for 1 frame based on actual bits used so far
1994 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h )
1995 {
1996     float q;
1997     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1998     ratecontrol_entry_t rce;
1999     int pict_type = h->sh.i_type;
2000     int64_t total_bits = 8*(h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_I]
2001                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_P]
2002                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_B]);
2003
2004     if( rcc->b_2pass )
2005     {
2006         rce = *rcc->rce;
2007         if( pict_type != rce.pict_type )
2008         {
2009             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "slice=%c but 2pass stats say %c\n",
2010                       slice_type_to_char[pict_type], slice_type_to_char[rce.pict_type] );
2011         }
2012     }
2013
2014     if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
2015     {
2016         /* B-frames don't have independent ratecontrol, but rather get the
2017          * average QP of the two adjacent P-frames + an offset */
2018
2019         int i0 = IS_X264_TYPE_I(h->fref0[0]->i_type);
2020         int i1 = IS_X264_TYPE_I(h->fref1[0]->i_type);
2021         int dt0 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref0[0]->i_poc);
2022         int dt1 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref1[0]->i_poc);
2023         float q0 = h->fref0[0]->f_qp_avg_rc;
2024         float q1 = h->fref1[0]->f_qp_avg_rc;
2025
2026         if( h->fref0[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2027             q0 -= rcc->pb_offset/2;
2028         if( h->fref1[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2029             q1 -= rcc->pb_offset/2;
2030
2031         if( i0 && i1 )
2032             q = (q0 + q1) / 2 + rcc->ip_offset;
2033         else if( i0 )
2034             q = q1;
2035         else if( i1 )
2036             q = q0;
2037         else
2038             q = (q0*dt1 + q1*dt0) / (dt0 + dt1);
2039
2040         if( h->fenc->b_kept_as_ref )
2041             q += rcc->pb_offset/2;
2042         else
2043             q += rcc->pb_offset;
2044
2045         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
2046             rcc->frame_size_planned = qscale2bits( &rce, q );
2047         else
2048             rcc->frame_size_planned = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q, h->fref1[h->i_ref1-1]->i_satd );
2049         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2050
2051         /* For row SATDs */
2052         if( rcc->b_vbv )
2053             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2054         rcc->qp_novbv = q;
2055         return qp2qscale( q );
2056     }
2057     else
2058     {
2059         double abr_buffer = 2 * rcc->rate_tolerance * rcc->bitrate;
2060
2061         if( rcc->b_2pass )
2062         {
2063             double lmin = rcc->lmin[pict_type];
2064             double lmax = rcc->lmax[pict_type];
2065             int64_t diff;
2066             int64_t predicted_bits = total_bits;
2067
2068             if( rcc->b_vbv )
2069             {
2070                 if( h->i_thread_frames > 1 )
2071                 {
2072                     int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
2073                     for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
2074                     {
2075                         x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
2076                         double bits = t->rc->frame_size_planned;
2077                         if( !t->b_thread_active )
2078                             continue;
2079                         bits  = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
2080                         predicted_bits += (int64_t)bits;
2081                     }
2082                 }
2083             }
2084             else
2085             {
2086                 if( h->i_frame < h->i_thread_frames )
2087                     predicted_bits += (int64_t)h->i_frame * rcc->bitrate / rcc->fps;
2088                 else
2089                     predicted_bits += (int64_t)(h->i_thread_frames - 1) * rcc->bitrate / rcc->fps;
2090             }
2091
2092             /* Adjust ABR buffer based on distance to the end of the video. */
2093             if( rcc->num_entries > h->i_frame )
2094             {
2095                 double final_bits = rcc->entry[rcc->num_entries-1].expected_bits;
2096                 double video_pos = rce.expected_bits / final_bits;
2097                 double scale_factor = sqrt( (1 - video_pos) * rcc->num_entries );
2098                 abr_buffer *= 0.5 * X264_MAX( scale_factor, 0.5 );
2099             }
2100
2101             diff = predicted_bits - (int64_t)rce.expected_bits;
2102             q = rce.new_qscale;
2103             q /= x264_clip3f((double)(abr_buffer - diff) / abr_buffer, .5, 2);
2104             if( ((h->i_frame + 1 - h->i_thread_frames) >= rcc->fps) &&
2105                 (rcc->expected_bits_sum > 0))
2106             {
2107                 /* Adjust quant based on the difference between
2108                  * achieved and expected bitrate so far */
2109                 double cur_time = (double)h->i_frame / rcc->num_entries;
2110                 double w = x264_clip3f( cur_time*100, 0.0, 1.0 );
2111                 q *= pow( (double)total_bits / rcc->expected_bits_sum, w );
2112             }
2113             if( rcc->b_vbv )
2114             {
2115                 /* Do not overflow vbv */
2116                 double expected_size = qscale2bits( &rce, q );
2117                 double expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2118                 double expected_fullness = rce.expected_vbv / rcc->buffer_size;
2119                 double qmax = q*(2 - expected_fullness);
2120                 double size_constraint = 1 + expected_fullness;
2121                 qmax = X264_MAX( qmax, rce.new_qscale );
2122                 if( expected_fullness < .05 )
2123                     qmax = lmax;
2124                 qmax = X264_MIN(qmax, lmax);
2125                 while( ((expected_vbv < rce.expected_vbv/size_constraint) && (q < qmax)) ||
2126                         ((expected_vbv < 0) && (q < lmax)))
2127                 {
2128                     q *= 1.05;
2129                     expected_size = qscale2bits(&rce, q);
2130                     expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2131                 }
2132                 rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2133             }
2134             q = x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2135         }
2136         else /* 1pass ABR */
2137         {
2138             /* Calculate the quantizer which would have produced the desired
2139              * average bitrate if it had been applied to all frames so far.
2140              * Then modulate that quant based on the current frame's complexity
2141              * relative to the average complexity so far (using the 2pass RCEQ).
2142              * Then bias the quant up or down if total size so far was far from
2143              * the target.
2144              * Result: Depending on the value of rate_tolerance, there is a
2145              * tradeoff between quality and bitrate precision. But at large
2146              * tolerances, the bit distribution approaches that of 2pass. */
2147
2148             double wanted_bits, overflow = 1;
2149
2150             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2151             rcc->short_term_cplxsum *= 0.5;
2152             rcc->short_term_cplxcount *= 0.5;
2153             rcc->short_term_cplxsum += rcc->last_satd;
2154             rcc->short_term_cplxcount ++;
2155
2156             rce.tex_bits = rcc->last_satd;
2157             rce.blurred_complexity = rcc->short_term_cplxsum / rcc->short_term_cplxcount;
2158             rce.mv_bits = 0;
2159             rce.p_count = rcc->nmb;
2160             rce.i_count = 0;
2161             rce.s_count = 0;
2162             rce.qscale = 1;
2163             rce.pict_type = pict_type;
2164
2165             if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
2166             {
2167                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->rate_factor_constant, h->fenc->i_frame );
2168             }
2169             else
2170             {
2171                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->wanted_bits_window / rcc->cplxr_sum, h->fenc->i_frame );
2172
2173                 /* ABR code can potentially be counterproductive in CBR, so just don't bother.
2174                  * Don't run it if the frame complexity is zero either. */
2175                 if( !rcc->b_vbv_min_rate && rcc->last_satd )
2176                 {
2177                     // FIXME is it simpler to keep track of wanted_bits in ratecontrol_end?
2178                     int i_frame_done = h->i_frame + 1 - h->i_thread_frames;
2179                     double time_done = i_frame_done / rcc->fps;
2180                     if( h->param.b_vfr_input && i_frame_done > 0 )
2181                         time_done = ((double)(h->fenc->i_reordered_pts - h->i_reordered_pts_delay)) * h->param.i_timebase_num / h->param.i_timebase_den;
2182                     wanted_bits = time_done * rcc->bitrate;
2183                     if( wanted_bits > 0 )
2184                     {
2185                         abr_buffer *= X264_MAX( 1, sqrt( time_done ) );
2186                         overflow = x264_clip3f( 1.0 + (total_bits - wanted_bits) / abr_buffer, .5, 2 );
2187                         q *= overflow;
2188                     }
2189                 }
2190             }
2191
2192             if( pict_type == SLICE_TYPE_I && h->param.i_keyint_max > 1
2193                 /* should test _next_ pict type, but that isn't decided yet */
2194                 && rcc->last_non_b_pict_type != SLICE_TYPE_I )
2195             {
2196                 q = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
2197                 q /= fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2198             }
2199             else if( h->i_frame > 0 )
2200             {
2201                 /* Asymmetric clipping, because symmetric would prevent
2202                  * overflow control in areas of rapidly oscillating complexity */
2203                 double lmin = rcc->last_qscale_for[pict_type] / rcc->lstep;
2204                 double lmax = rcc->last_qscale_for[pict_type] * rcc->lstep;
2205                 if( overflow > 1.1 && h->i_frame > 3 )
2206                     lmax *= rcc->lstep;
2207                 else if( overflow < 0.9 )
2208                     lmin /= rcc->lstep;
2209
2210                 q = x264_clip3f(q, lmin, lmax);
2211             }
2212             else if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && rcc->qcompress != 1 )
2213             {
2214                 q = qp2qscale( ABR_INIT_QP ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2215             }
2216             rcc->qp_novbv = qscale2qp( q );
2217
2218             //FIXME use get_diff_limited_q() ?
2219             q = clip_qscale( h, pict_type, q );
2220         }
2221
2222         rcc->last_qscale_for[pict_type] =
2223         rcc->last_qscale = q;
2224
2225         if( !(rcc->b_2pass && !rcc->b_vbv) && h->fenc->i_frame == 0 )
2226             rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P] = q * fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2227
2228         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
2229             rcc->frame_size_planned = qscale2bits(&rce, q);
2230         else
2231             rcc->frame_size_planned = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2232
2233         /* Always use up the whole VBV in this case. */
2234         if( rcc->single_frame_vbv )
2235             rcc->frame_size_planned = rcc->buffer_rate;
2236         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2237         return q;
2238     }
2239 }
2240
2241 void x264_threads_normalize_predictors( x264_t *h )
2242 {
2243     double totalsize = 0;
2244     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2245         totalsize += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2246     double factor = h->rc->frame_size_planned / totalsize;
2247     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2248         h->thread[i]->rc->slice_size_planned *= factor;
2249 }
2250
2251 void x264_threads_distribute_ratecontrol( x264_t *h )
2252 {
2253     int row;
2254     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2255
2256     /* Initialize row predictors */
2257     if( h->i_frame == 0 )
2258         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2259         {
2260             x264_ratecontrol_t *t = h->thread[i]->rc;
2261             memcpy( t->row_preds, rc->row_preds, sizeof(rc->row_preds) );
2262         }
2263
2264     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2265     {
2266         x264_t *t = h->thread[i];
2267         memcpy( t->rc, rc, offsetof(x264_ratecontrol_t, row_pred) );
2268         t->rc->row_pred = &t->rc->row_preds[h->sh.i_type];
2269         /* Calculate the planned slice size. */
2270         if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2271         {
2272             int size = 0;
2273             for( row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2274                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2275             t->rc->slice_size_planned = predict_size( &rc->pred[h->sh.i_type + (i+1)*5], rc->qpm, size );
2276         }
2277         else
2278             t->rc->slice_size_planned = 0;
2279     }
2280     if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2281     {
2282         x264_threads_normalize_predictors( h );
2283
2284         if( rc->single_frame_vbv )
2285         {
2286             /* Compensate for our max frame error threshold: give more bits (proportionally) to smaller slices. */
2287             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2288             {
2289                 x264_t *t = h->thread[i];
2290                 t->rc->max_frame_error = X264_MAX( 0.05, 1.0 / (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) );
2291                 t->rc->slice_size_planned += 2 * t->rc->max_frame_error * rc->frame_size_planned;
2292             }
2293             x264_threads_normalize_predictors( h );
2294         }
2295
2296         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2297             h->thread[i]->rc->frame_size_estimated = h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2298     }
2299 }
2300
2301 void x264_threads_merge_ratecontrol( x264_t *h )
2302 {
2303     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2304     x264_emms();
2305
2306     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2307     {
2308         x264_t *t = h->thread[i];
2309         x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[i]->rc;
2310         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size )
2311         {
2312             int size = 0;
2313             for( int row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2314                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2315             int bits = t->stat.frame.i_mv_bits + t->stat.frame.i_tex_bits + t->stat.frame.i_misc_bits;
2316             int mb_count = (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) * h->mb.i_mb_width;
2317             update_predictor( &rc->pred[h->sh.i_type+(i+1)*5], qp2qscale( rct->qpa_rc/mb_count ), size, bits );
2318         }
2319         if( !i )
2320             continue;
2321         rc->qpa_rc += rct->qpa_rc;
2322         rc->qpa_aq += rct->qpa_aq;
2323     }
2324 }
2325
2326 void x264_thread_sync_ratecontrol( x264_t *cur, x264_t *prev, x264_t *next )
2327 {
2328     if( cur != prev )
2329     {
2330 #define COPY(var) memcpy(&cur->rc->var, &prev->rc->var, sizeof(cur->rc->var))
2331         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_start()
2332          * so copy them from the context that most recently started (prev)
2333          * to the context that's about to start (cur). */
2334         COPY(accum_p_qp);
2335         COPY(accum_p_norm);
2336         COPY(last_satd);
2337         COPY(last_rceq);
2338         COPY(last_qscale_for);
2339         COPY(last_non_b_pict_type);
2340         COPY(short_term_cplxsum);
2341         COPY(short_term_cplxcount);
2342         COPY(bframes);
2343         COPY(prev_zone);
2344         COPY(qpbuf_pos);
2345         /* these vars can be updated by x264_ratecontrol_init_reconfigurable */
2346         COPY(buffer_rate);
2347         COPY(buffer_size);
2348         COPY(single_frame_vbv);
2349         COPY(cbr_decay);
2350         COPY(b_vbv_min_rate);
2351         COPY(rate_factor_constant);
2352         COPY(bitrate);
2353 #undef COPY
2354     }
2355     if( cur != next )
2356     {
2357 #define COPY(var) next->rc->var = cur->rc->var
2358         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_end()
2359          * so copy them from the context that most recently ended (cur)
2360          * to the context that's about to end (next) */
2361         COPY(cplxr_sum);
2362         COPY(expected_bits_sum);
2363         COPY(wanted_bits_window);
2364         COPY(bframe_bits);
2365         COPY(initial_cpb_removal_delay);
2366         COPY(initial_cpb_removal_delay_offset);
2367         COPY(nrt_first_access_unit);
2368         COPY(previous_cpb_final_arrival_time);
2369 #undef COPY
2370     }
2371     //FIXME row_preds[] (not strictly necessary, but would improve prediction)
2372     /* the rest of the variables are either constant or thread-local */
2373 }
2374
2375 static int find_underflow( x264_t *h, double *fills, int *t0, int *t1, int over )
2376 {
2377     /* find an interval ending on an overflow or underflow (depending on whether
2378      * we're adding or removing bits), and starting on the earliest frame that
2379      * can influence the buffer fill of that end frame. */
2380     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2381     const double buffer_min = (over ? .1 : .1) * rcc->buffer_size;
2382     const double buffer_max = .9 * rcc->buffer_size;
2383     double fill = fills[*t0-1];
2384     double parity = over ? 1. : -1.;
2385     int start = -1, end = -1;
2386     for( int i = *t0; i < rcc->num_entries; i++ )
2387     {
2388         fill += (rcc->entry[i].i_cpb_duration * rcc->vbv_max_rate * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale -
2389                  qscale2bits( &rcc->entry[i], rcc->entry[i].new_qscale )) * parity;
2390         fill = x264_clip3f(fill, 0, rcc->buffer_size);
2391         fills[i] = fill;
2392         if( fill <= buffer_min || i == 0 )
2393         {
2394             if( end >= 0 )
2395                 break;
2396             start = i;
2397         }
2398         else if( fill >= buffer_max && start >= 0 )
2399             end = i;
2400     }
2401     *t0 = start;
2402     *t1 = end;
2403     return start >= 0 && end >= 0;
2404 }
2405
2406 static int fix_underflow( x264_t *h, int t0, int t1, double adjustment, double qscale_min, double qscale_max)
2407 {
2408     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2409     double qscale_orig, qscale_new;
2410     int adjusted = 0;
2411     if( t0 > 0 )
2412         t0++;
2413     for( int i = t0; i <= t1; i++ )
2414     {
2415         qscale_orig = rcc->entry[i].new_qscale;
2416         qscale_orig = x264_clip3f( qscale_orig, qscale_min, qscale_max );
2417         qscale_new  = qscale_orig * adjustment;
2418         qscale_new  = x264_clip3f( qscale_new, qscale_min, qscale_max );
2419         rcc->entry[i].new_qscale = qscale_new;
2420         adjusted = adjusted || (qscale_new != qscale_orig);
2421     }
2422     return adjusted;
2423 }
2424
2425 static double count_expected_bits( x264_t *h )
2426 {
2427     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2428     double expected_bits = 0;
2429     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2430     {
2431         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2432         rce->expected_bits = expected_bits;
2433         expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2434     }
2435     return expected_bits;
2436 }
2437
2438 static int vbv_pass2( x264_t *h, double all_available_bits )
2439 {
2440     /* for each interval of buffer_full .. underflow, uniformly increase the qp of all
2441      * frames in the interval until either buffer is full at some intermediate frame or the
2442      * last frame in the interval no longer underflows.  Recompute intervals and repeat.
2443      * Then do the converse to put bits back into overflow areas until target size is met */
2444
2445     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2446     double *fills;
2447     double expected_bits = 0;
2448     double adjustment;
2449     double prev_bits = 0;
2450     int t0, t1;
2451     double qscale_min = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
2452     double qscale_max = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
2453     int iterations = 0;
2454     int adj_min, adj_max;
2455     CHECKED_MALLOC( fills, (rcc->num_entries+1)*sizeof(double) );
2456
2457     fills++;
2458
2459     /* adjust overall stream size */
2460     do
2461     {
2462         iterations++;
2463         prev_bits = expected_bits;
2464
2465         if( expected_bits )
2466         {   /* not first iteration */
2467             adjustment = X264_MAX(X264_MIN(expected_bits / all_available_bits, 0.999), 0.9);
2468             fills[-1] = rcc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init;
2469             t0 = 0;
2470             /* fix overflows */
2471             adj_min = 1;
2472             while(adj_min && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 1 ))
2473             {
2474                 adj_min = fix_underflow( h, t0, t1, adjustment, qscale_min, qscale_max );
2475                 t0 = t1;
2476             }
2477         }
2478
2479         fills[-1] = rcc->buffer_size * (1. - h->param.rc.f_vbv_buffer_init);
2480         t0 = 0;
2481         /* fix underflows -- should be done after overflow, as we'd better undersize target than underflowing VBV */
2482         adj_max = 1;
2483         while( adj_max && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 0 ) )
2484             adj_max = fix_underflow( h, t0, t1, 1.001, qscale_min, qscale_max );
2485
2486         expected_bits = count_expected_bits( h );
2487     } while( (expected_bits < .995*all_available_bits) && ((int64_t)(expected_bits+.5) > (int64_t)(prev_bits+.5)) );
2488
2489     if( !adj_max )
2490         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "vbv-maxrate issue, qpmax or vbv-maxrate too low\n");
2491
2492     /* store expected vbv filling values for tracking when encoding */
2493     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2494         rcc->entry[i].expected_vbv = rcc->buffer_size - fills[i];
2495
2496     x264_free( fills-1 );
2497     return 0;
2498 fail:
2499     return -1;
2500 }
2501
2502 static int init_pass2( x264_t *h )
2503 {
2504     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2505     uint64_t all_const_bits = 0;
2506     double duration = 0;
2507     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2508         duration += rcc->entry[i].i_duration;
2509     duration *= (double)h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
2510     uint64_t all_available_bits = h->param.rc.i_bitrate * 1000. * duration;
2511     double rate_factor, step_mult;
2512     double qblur = h->param.rc.f_qblur;
2513     double cplxblur = h->param.rc.f_complexity_blur;
2514     const int filter_size = (int)(qblur*4) | 1;
2515     double expected_bits;
2516     double *qscale, *blurred_qscale;
2517
2518     /* find total/average complexity & const_bits */
2519     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2520     {
2521         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2522         all_const_bits += rce->misc_bits;
2523     }
2524
2525     if( all_available_bits < all_const_bits)
2526     {
2527         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "requested bitrate is too low. estimated minimum is %d kbps\n",
2528                  (int)(all_const_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.)) );
2529         return -1;
2530     }
2531
2532     /* Blur complexities, to reduce local fluctuation of QP.
2533      * We don't blur the QPs directly, because then one very simple frame
2534      * could drag down the QP of a nearby complex frame and give it more
2535      * bits than intended. */
2536     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2537     {
2538         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2539         double weight_sum = 0;
2540         double cplx_sum = 0;
2541         double weight = 1.0;
2542         double gaussian_weight;
2543         /* weighted average of cplx of future frames */
2544         for( int j = 1; j < cplxblur*2 && j < rcc->num_entries-i; j++ )
2545         {
2546             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i+j];
2547             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2548             if( weight < .0001 )
2549                 break;
2550             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2551             weight_sum += gaussian_weight;
2552             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits(rcj, 1) - rcj->misc_bits);
2553         }
2554         /* weighted average of cplx of past frames */
2555         weight = 1.0;
2556         for( int j = 0; j <= cplxblur*2 && j <= i; j++ )
2557         {
2558             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i-j];
2559             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2560             weight_sum += gaussian_weight;
2561             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits);
2562             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2563             if( weight < .0001 )
2564                 break;
2565         }
2566         rce->blurred_complexity = cplx_sum / weight_sum;
2567     }
2568
2569     CHECKED_MALLOC( qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2570     if( filter_size > 1 )
2571         CHECKED_MALLOC( blurred_qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2572     else
2573         blurred_qscale = qscale;
2574
2575     /* Search for a factor which, when multiplied by the RCEQ values from
2576      * each frame, adds up to the desired total size.
2577      * There is no exact closed-form solution because of VBV constraints and
2578      * because qscale2bits is not invertible, but we can start with the simple
2579      * approximation of scaling the 1st pass by the ratio of bitrates.
2580      * The search range is probably overkill, but speed doesn't matter here. */
2581
2582     expected_bits = 1;
2583     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2584     {
2585         double q = get_qscale(h, &rcc->entry[i], 1.0, i);
2586         expected_bits += qscale2bits(&rcc->entry[i], q);
2587         rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = q;
2588     }
2589     step_mult = all_available_bits / expected_bits;
2590
2591     rate_factor = 0;
2592     for( double step = 1E4 * step_mult; step > 1E-7 * step_mult; step *= 0.5)
2593     {
2594         expected_bits = 0;
2595         rate_factor += step;
2596
2597         rcc->last_non_b_pict_type = -1;
2598         rcc->last_accum_p_norm = 1;
2599         rcc->accum_p_norm = 0;
2600
2601         /* find qscale */
2602         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2603         {
2604             qscale[i] = get_qscale( h, &rcc->entry[i], rate_factor, i );
2605             rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = qscale[i];
2606         }
2607
2608         /* fixed I/B qscale relative to P */
2609         for( int i = rcc->num_entries-1; i >= 0; i-- )
2610         {
2611             qscale[i] = get_diff_limited_q( h, &rcc->entry[i], qscale[i] );
2612             assert(qscale[i] >= 0);
2613         }
2614
2615         /* smooth curve */
2616         if( filter_size > 1 )
2617         {
2618             assert( filter_size%2 == 1 );
2619             for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2620             {
2621                 ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2622                 double q = 0.0, sum = 0.0;
2623
2624                 for( int j = 0; j < filter_size; j++ )
2625                 {
2626                     int idx = i+j-filter_size/2;
2627                     double d = idx-i;
2628                     double coeff = qblur==0 ? 1.0 : exp( -d*d/(qblur*qblur) );
2629                     if( idx < 0 || idx >= rcc->num_entries )
2630                         continue;
2631                     if( rce->pict_type != rcc->entry[idx].pict_type )
2632                         continue;
2633                     q += qscale[idx] * coeff;
2634                     sum += coeff;
2635                 }
2636                 blurred_qscale[i] = q/sum;
2637             }
2638         }
2639
2640         /* find expected bits */
2641         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2642         {
2643             ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2644             rce->new_qscale = clip_qscale( h, rce->pict_type, blurred_qscale[i] );
2645             assert(rce->new_qscale >= 0);
2646             expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2647         }
2648
2649         if( expected_bits > all_available_bits )
2650             rate_factor -= step;
2651     }
2652
2653     x264_free( qscale );
2654     if( filter_size > 1 )
2655         x264_free( blurred_qscale );
2656
2657     if( rcc->b_vbv )
2658         if( vbv_pass2( h, all_available_bits ) )
2659             return -1;
2660     expected_bits = count_expected_bits( h );
2661
2662     if( fabs( expected_bits/all_available_bits - 1.0 ) > 0.01 )
2663     {
2664         double avgq = 0;
2665         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2666             avgq += rcc->entry[i].new_qscale;
2667         avgq = qscale2qp( avgq / rcc->num_entries );
2668
2669         if( expected_bits > all_available_bits || !rcc->b_vbv )
2670             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "Error: 2pass curve failed to converge\n" );
2671         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "target: %.2f kbit/s, expected: %.2f kbit/s, avg QP: %.4f\n",
2672                   (float)h->param.rc.i_bitrate,
2673                   expected_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.),
2674                   avgq );
2675         if( expected_bits < all_available_bits && avgq < h->param.rc.i_qp_min + 2 )
2676         {
2677             if( h->param.rc.i_qp_min > 0 )
2678                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate or reducing qp_min (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_min );
2679             else
2680                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate\n" );
2681         }
2682         else if( expected_bits > all_available_bits && avgq > h->param.rc.i_qp_max - 2 )
2683         {
2684             if( h->param.rc.i_qp_max < QP_MAX )
2685                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate or increasing qp_max (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_max );
2686             else
2687                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate\n");
2688         }
2689         else if( !(rcc->b_2pass && rcc->b_vbv) )
2690             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "internal error\n" );
2691     }
2692
2693     return 0;
2694 fail:
2695     return -1;
2696 }