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