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

   1 /*****************************************************************************
   2  * ratecontrol.c: ratecontrol
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 2005-2016 x264 project
   5  *
   6  * Authors: Loren Merritt <lorenm@u.washington.edu>
   7  *          Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
   8  *          Gabriel Bouvigne <gabriel.bouvigne@joost.com>
   9  *          Fiona Glaser <fiona@x264.com>
  10  *          Måns Rullgård <mru@mru.ath.cx>
  11  *
  12  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  13  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  14  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  15  * (at your option) any later version.
  16  *
  17  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  20  * GNU General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  23  * along with this program; if not, write to the Free Software
  24  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02111, USA.
  25  *
  26  * This program is also available under a commercial proprietary license.
  27  * For more information, contact us at licensing@x264.com.
  28  *****************************************************************************/
  29
  30 #define _ISOC99_SOURCE
  31 #undef NDEBUG // always check asserts, the speed effect is far too small to disable them
  32
  33 #include "common/common.h"
  34 #include "ratecontrol.h"
  35 #include "me.h"
  36
  37 typedef struct
  38 {
  39     int pict_type;
  40     int frame_type;
  41     int kept_as_ref;
  42     double qscale;
  43     int mv_bits;
  44     int tex_bits;
  45     int misc_bits;
  46     double expected_bits; /* total expected bits up to the current frame (current one excluded) */
  47     double expected_vbv;
  48     double new_qscale;
  49     float new_qp;
  50     int i_count;
  51     int p_count;
  52     int s_count;
  53     float blurred_complexity;
  54     char direct_mode;
  55     int16_t weight[3][2];
  56     int16_t i_weight_denom[2];
  57     int refcount[16];
  58     int refs;
  59     int64_t i_duration;
  60     int64_t i_cpb_duration;
  61 } ratecontrol_entry_t;
  62
  63 typedef struct
  64 {
  65     float coeff_min;
  66     float coeff;
  67     float count;
  68     float decay;
  69     float offset;
  70 } predictor_t;
  71
  72 struct x264_ratecontrol_t
  73 {
  74     /* constants */
  75     int b_abr;
  76     int b_2pass;
  77     int b_vbv;
  78     int b_vbv_min_rate;
  79     double fps;
  80     double bitrate;
  81     double rate_tolerance;
  82     double qcompress;
  83     int nmb;                    /* number of macroblocks in a frame */
  84     int qp_constant[3];
  85
  86     /* current frame */
  87     ratecontrol_entry_t *rce;
  88     float qpm;                  /* qp for current macroblock: precise float for AQ */
  89     float qpa_rc;               /* average of macroblocks' qp before aq */
  90     float qpa_rc_prev;
  91     int   qpa_aq;               /* average of macroblocks' qp after aq */
  92     int   qpa_aq_prev;
  93     float qp_novbv;             /* QP for the current frame if 1-pass VBV was disabled. */
  94
  95     /* VBV stuff */
  96     double buffer_size;
  97     int64_t buffer_fill_final;
  98     int64_t buffer_fill_final_min;
  99     double buffer_fill;         /* planned buffer, if all in-progress frames hit their bit budget */
 100     double buffer_rate;         /* # of bits added to buffer_fill after each frame */
 101     double vbv_max_rate;        /* # of bits added to buffer_fill per second */
 102     predictor_t *pred;          /* predict frame size from satd */
 103     int single_frame_vbv;
 104     float rate_factor_max_increment; /* Don't allow RF above (CRF + this value). */
 105
 106     /* ABR stuff */
 107     int    last_satd;
 108     double last_rceq;
 109     double cplxr_sum;           /* sum of bits*qscale/rceq */
 110     double expected_bits_sum;   /* sum of qscale2bits after rceq, ratefactor, and overflow, only includes finished frames */
 111     int64_t filler_bits_sum;    /* sum in bits of finished frames' filler data */
 112     double wanted_bits_window;  /* target bitrate * window */
 113     double cbr_decay;
 114     double short_term_cplxsum;
 115     double short_term_cplxcount;
 116     double rate_factor_constant;
 117     double ip_offset;
 118     double pb_offset;
 119
 120     /* 2pass stuff */
 121     FILE *p_stat_file_out;
 122     char *psz_stat_file_tmpname;
 123     FILE *p_mbtree_stat_file_out;
 124     char *psz_mbtree_stat_file_tmpname;
 125     char *psz_mbtree_stat_file_name;
 126     FILE *p_mbtree_stat_file_in;
 127
 128     int num_entries;            /* number of ratecontrol_entry_ts */
 129     ratecontrol_entry_t *entry; /* FIXME: copy needed data and free this once init is done */
 130     double last_qscale;
 131     double last_qscale_for[3];  /* last qscale for a specific pict type, used for max_diff & ipb factor stuff */
 132     int last_non_b_pict_type;
 133     double accum_p_qp;          /* for determining I-frame quant */
 134     double accum_p_norm;
 135     double last_accum_p_norm;
 136     double lmin[3];             /* min qscale by frame type */
 137     double lmax[3];
 138     double lstep;               /* max change (multiply) in qscale per frame */
 139     struct
 140     {
 141         uint16_t *qp_buffer[2]; /* Global buffers for converting MB-tree quantizer data. */
 142         int qpbuf_pos;          /* In order to handle pyramid reordering, QP buffer acts as a stack.
 143                                  * This value is the current position (0 or 1). */
 144         int src_mb_count;
 145
 146         /* For rescaling */
 147         int rescale_enabled;
 148         float *scale_buffer[2]; /* Intermediate buffers */
 149         int filtersize[2];      /* filter size (H/V) */
 150         float *coeffs[2];
 151         int *pos[2];
 152         int srcdim[2];          /* Source dimensions (W/H) */
 153     } mbtree;
 154
 155     /* MBRC stuff */
 156     float frame_size_estimated; /* Access to this variable must be atomic: double is
 157                                  * not atomic on all arches we care about */
 158     double frame_size_maximum;  /* Maximum frame size due to MinCR */
 159     double frame_size_planned;
 160     double slice_size_planned;
 161     predictor_t *row_pred;
 162     predictor_t row_preds[3][2];
 163     predictor_t *pred_b_from_p; /* predict B-frame size from P-frame satd */
 164     int bframes;                /* # consecutive B-frames before this P-frame */
 165     int bframe_bits;            /* total cost of those frames */
 166
 167     int i_zones;
 168     x264_zone_t *zones;
 169     x264_zone_t *prev_zone;
 170
 171     /* hrd stuff */
 172     int initial_cpb_removal_delay;
 173     int initial_cpb_removal_delay_offset;
 174     double nrt_first_access_unit; /* nominal removal time */
 175     double previous_cpb_final_arrival_time;
 176     uint64_t hrd_multiply_denom;
 177 };
 178
 179
 180 static int parse_zones( x264_t *h );
 181 static int init_pass2(x264_t *);
 182 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h );
 183 static int update_vbv( x264_t *h, int bits );
 184 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead );
 185 static float predict_size( predictor_t *p, float q, float var );
 186 static void update_predictor( predictor_t *p, float q, float var, float bits );
 187
 188 #define CMP_OPT_FIRST_PASS( opt, param_val )\
 189 {\
 190     if( ( p = strstr( opts, opt "=" ) ) && sscanf( p, opt "=%d" , &i ) && param_val != i )\
 191     {\
 192         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different " opt " setting than first pass (%d vs %d)\n", param_val, i );\
 193         return -1;\
 194     }\
 195 }
 196
 197 /* Terminology:
 198  * qp = h.264's quantizer
 199  * qscale = linearized quantizer = Lagrange multiplier
 200  */
 201 static inline float qp2qscale( float qp )
 202 {
 203     return 0.85f * powf( 2.0f, ( qp - (12.0f + QP_BD_OFFSET) ) / 6.0f );
 204 }
 205 static inline float qscale2qp( float qscale )
 206 {
 207     return (12.0f + QP_BD_OFFSET) + 6.0f * log2f( qscale/0.85f );
 208 }
 209
 210 /* Texture bitrate is not quite inversely proportional to qscale,
 211  * probably due the the changing number of SKIP blocks.
 212  * MV bits level off at about qp<=12, because the lambda used
 213  * for motion estimation is constant there. */
 214 static inline double qscale2bits( ratecontrol_entry_t *rce, double qscale )
 215 {
 216     if( qscale<0.1 )
 217         qscale = 0.1;
 218     return (rce->tex_bits + .1) * pow( rce->qscale / qscale, 1.1 )
 219            + rce->mv_bits * pow( X264_MAX(rce->qscale, 1) / X264_MAX(qscale, 1), 0.5 )
 220            + rce->misc_bits;
 221 }
 222
 223 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_var( uint64_t sum_ssd, int shift, x264_frame_t *frame, int i, int b_store )
 224 {
 225     uint32_t sum = sum_ssd;
 226     uint32_t ssd = sum_ssd >> 32;
 227     if( b_store )
 228     {
 229         frame->i_pixel_sum[i] += sum;
 230         frame->i_pixel_ssd[i] += ssd;
 231     }
 232     return ssd - ((uint64_t)sum * sum >> shift);
 233 }
 234
 235 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_plane( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame, int i, int b_chroma, int b_field, int b_store )
 236 {
 237     int height = b_chroma ? 16>>CHROMA_V_SHIFT : 16;
 238     int stride = frame->i_stride[i];
 239     int offset = b_field
 240         ? 16 * mb_x + height * (mb_y&~1) * stride + (mb_y&1) * stride
 241         : 16 * mb_x + height * mb_y * stride;
 242     stride <<= b_field;
 243     if( b_chroma )
 244     {
 245         ALIGNED_ARRAY_16( pixel, pix,[FENC_STRIDE*16] );
 246         int chromapix = h->luma2chroma_pixel[PIXEL_16x16];
 247         int shift = 7 - CHROMA_V_SHIFT;
 248
 249         h->mc.load_deinterleave_chroma_fenc( pix, frame->plane[1] + offset, stride, height );
 250         return ac_energy_var( h->pixf.var[chromapix]( pix,               FENC_STRIDE ), shift, frame, 1, b_store )
 251              + ac_energy_var( h->pixf.var[chromapix]( pix+FENC_STRIDE/2, FENC_STRIDE ), shift, frame, 2, b_store );
 252     }
 253     else
 254         return ac_energy_var( h->pixf.var[PIXEL_16x16]( frame->plane[i] + offset, stride ), 8, frame, i, b_store );
 255 }
 256
 257 // Find the total AC energy of the block in all planes.
 258 static NOINLINE uint32_t x264_ac_energy_mb( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame )
 259 {
 260     /* This function contains annoying hacks because GCC has a habit of reordering emms
 261      * and putting it after floating point ops.  As a result, we put the emms at the end of the
 262      * function and make sure that its always called before the float math.  Noinline makes
 263      * sure no reordering goes on. */
 264     uint32_t var;
 265     x264_prefetch_fenc( h, frame, mb_x, mb_y );
 266     if( h->mb.b_adaptive_mbaff )
 267     {
 268         /* We don't know the super-MB mode we're going to pick yet, so
 269          * simply try both and pick the lower of the two. */
 270         uint32_t var_interlaced, var_progressive;
 271         var_interlaced   = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0, 0, 1, 1 );
 272         var_progressive  = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0, 0, 0, 0 );
 273         if( CHROMA444 )
 274         {
 275             var_interlaced  += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 0, 1, 1 );
 276             var_progressive += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 0, 0, 0 );
 277             var_interlaced  += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 2, 0, 1, 1 );
 278             var_progressive += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 2, 0, 0, 0 );
 279         }
 280         else
 281         {
 282             var_interlaced  += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 1, 1, 1 );
 283             var_progressive += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 1, 0, 0 );
 284         }
 285         var = X264_MIN( var_interlaced, var_progressive );
 286     }
 287     else
 288     {
 289         var  = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0, 0, PARAM_INTERLACED, 1 );
 290         if( CHROMA444 )
 291         {
 292             var += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 0, PARAM_INTERLACED, 1 );
 293             var += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 2, 0, PARAM_INTERLACED, 1 );
 294         }
 295         else
 296             var += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 1, PARAM_INTERLACED, 1 );
 297     }
 298     x264_emms();
 299     return var;
 300 }
 301
 302 void x264_adaptive_quant_frame( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 303 {
 304     /* Initialize frame stats */
 305     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 306     {
 307         frame->i_pixel_sum[i] = 0;
 308         frame->i_pixel_ssd[i] = 0;
 309     }
 310
 311     /* Degenerate cases */
 312     if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_NONE || h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 313     {
 314         /* Need to init it anyways for MB tree */
 315         if( h->param.rc.i_aq_mode && h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 316         {
 317             if( quant_offsets )
 318             {
 319                 for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 320                     frame->f_qp_offset[mb_xy] = frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = quant_offsets[mb_xy];
 321                 if( h->frames.b_have_lowres )
 322                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 323                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8( frame->f_qp_offset[mb_xy] );
 324             }
 325             else
 326             {
 327                 memset( frame->f_qp_offset, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 328                 memset( frame->f_qp_offset_aq, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 329                 if( h->frames.b_have_lowres )
 330                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 331                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = 256;
 332             }
 333         }
 334         /* Need variance data for weighted prediction */
 335         if( h->param.analyse.i_weighted_pred )
 336         {
 337             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 338                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 339                     x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 340         }
 341         else
 342             return;
 343     }
 344     /* Actual adaptive quantization */
 345     else
 346     {
 347         /* constants chosen to result in approximately the same overall bitrate as without AQ.
 348          * FIXME: while they're written in 5 significant digits, they're only tuned to 2. */
 349         float strength;
 350         float avg_adj = 0.f;
 351         float bias_strength = 0.f;
 352
 353         if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE || h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE_BIASED )
 354         {
 355             float bit_depth_correction = 1.f / (1 << (2*(BIT_DEPTH-8)));
 356             float avg_adj_pow2 = 0.f;
 357             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 358                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 359                 {
 360                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 361                     float qp_adj = powf( energy * bit_depth_correction + 1, 0.125f );
 362                     frame->f_qp_offset[mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride] = qp_adj;
 363                     avg_adj += qp_adj;
 364                     avg_adj_pow2 += qp_adj * qp_adj;
 365                 }
 366             avg_adj /= h->mb.i_mb_count;
 367             avg_adj_pow2 /= h->mb.i_mb_count;
 368             strength = h->param.rc.f_aq_strength * avg_adj;
 369             avg_adj = avg_adj - 0.5f * (avg_adj_pow2 - 14.f) / avg_adj;
 370             bias_strength = h->param.rc.f_aq_strength;
 371         }
 372         else
 373             strength = h->param.rc.f_aq_strength * 1.0397f;
 374
 375         for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 376             for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 377             {
 378                 float qp_adj;
 379                 int mb_xy = mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride;
 380                 if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE_BIASED )
 381                 {
 382                     qp_adj = frame->f_qp_offset[mb_xy];
 383                     qp_adj = strength * (qp_adj - avg_adj) + bias_strength * (1.f - 14.f / (qp_adj * qp_adj));
 384                 }
 385                 else if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 386                 {
 387                     qp_adj = frame->f_qp_offset[mb_xy];
 388                     qp_adj = strength * (qp_adj - avg_adj);
 389                 }
 390                 else
 391                 {
 392                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 393                     qp_adj = strength * (x264_log2( X264_MAX(energy, 1) ) - (14.427f + 2*(BIT_DEPTH-8)));
 394                 }
 395                 if( quant_offsets )
 396                     qp_adj += quant_offsets[mb_xy];
 397                 frame->f_qp_offset[mb_xy] =
 398                 frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = qp_adj;
 399                 if( h->frames.b_have_lowres )
 400                     frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8(qp_adj);
 401             }
 402     }
 403
 404     /* Remove mean from SSD calculation */
 405     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 406     {
 407         uint64_t ssd = frame->i_pixel_ssd[i];
 408         uint64_t sum = frame->i_pixel_sum[i];
 409         int width  = 16*h->mb.i_mb_width  >> (i && CHROMA_H_SHIFT);
 410         int height = 16*h->mb.i_mb_height >> (i && CHROMA_V_SHIFT);
 411         frame->i_pixel_ssd[i] = ssd - (sum * sum + width * height / 2) / (width * height);
 412     }
 413 }
 414
 415 static int x264_macroblock_tree_rescale_init( x264_t *h, x264_ratecontrol_t *rc )
 416 {
 417     /* Use fractional QP array dimensions to compensate for edge padding */
 418     float srcdim[2] = {rc->mbtree.srcdim[0] / 16.f, rc->mbtree.srcdim[1] / 16.f};
 419     float dstdim[2] = {    h->param.i_width / 16.f,    h->param.i_height / 16.f};
 420     int srcdimi[2] = {ceil(srcdim[0]), ceil(srcdim[1])};
 421     int dstdimi[2] = {ceil(dstdim[0]), ceil(dstdim[1])};
 422     if( PARAM_INTERLACED )
 423     {
 424         srcdimi[1] = (srcdimi[1]+1)&~1;
 425         dstdimi[1] = (dstdimi[1]+1)&~1;
 426     }
 427
 428     rc->mbtree.src_mb_count = srcdimi[0] * srcdimi[1];
 429
 430     CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.qp_buffer[0], rc->mbtree.src_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 431     if( h->param.i_bframe_pyramid && h->param.rc.b_stat_read )
 432         CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.qp_buffer[1], rc->mbtree.src_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 433     rc->mbtree.qpbuf_pos = -1;
 434
 435     /* No rescaling to do */
 436     if( srcdimi[0] == dstdimi[0] && srcdimi[1] == dstdimi[1] )
 437         return 0;
 438
 439     rc->mbtree.rescale_enabled = 1;
 440
 441     /* Allocate intermediate scaling buffers */
 442     CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.scale_buffer[0], srcdimi[0] * srcdimi[1] * sizeof(float) );
 443     CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.scale_buffer[1], dstdimi[0] * srcdimi[1] * sizeof(float) );
 444
 445     /* Allocate and calculate resize filter parameters and coefficients */
 446     for( int i = 0; i < 2; i++ )
 447     {
 448         if( srcdim[i] > dstdim[i] ) // downscale
 449             rc->mbtree.filtersize[i] = 1 + (2 * srcdimi[i] + dstdimi[i] - 1) / dstdimi[i];
 450         else                        // upscale
 451             rc->mbtree.filtersize[i] = 3;
 452
 453         CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.coeffs[i], rc->mbtree.filtersize[i] * dstdimi[i] * sizeof(float) );
 454         CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.pos[i], dstdimi[i] * sizeof(int) );
 455
 456         /* Initialize filter coefficients */
 457         float inc = srcdim[i] / dstdim[i];
 458         float dmul = inc > 1.f ? dstdim[i] / srcdim[i] : 1.f;
 459         float dstinsrc = 0.5f * inc - 0.5f;
 460         int filtersize = rc->mbtree.filtersize[i];
 461         for( int j = 0; j < dstdimi[i]; j++ )
 462         {
 463             int pos = dstinsrc - (filtersize - 2.f) * 0.5f;
 464             float sum = 0.0;
 465             rc->mbtree.pos[i][j] = pos;
 466             for( int k = 0; k < filtersize; k++ )
 467             {
 468                 float d = fabs( pos + k - dstinsrc ) * dmul;
 469                 float coeff = X264_MAX( 1.f - d, 0 );
 470                 rc->mbtree.coeffs[i][j * filtersize + k] = coeff;
 471                 sum += coeff;
 472             }
 473             sum = 1.0f / sum;
 474             for( int k = 0; k < filtersize; k++ )
 475                 rc->mbtree.coeffs[i][j * filtersize + k] *= sum;
 476             dstinsrc += inc;
 477         }
 478     }
 479
 480     /* Write back actual qp array dimensions */
 481     rc->mbtree.srcdim[0] = srcdimi[0];
 482     rc->mbtree.srcdim[1] = srcdimi[1];
 483     return 0;
 484 fail:
 485     return -1;
 486 }
 487
 488 static void x264_macroblock_tree_rescale_destroy( x264_ratecontrol_t *rc )
 489 {
 490     for( int i = 0; i < 2; i++ )
 491     {
 492         x264_free( rc->mbtree.qp_buffer[i] );
 493         x264_free( rc->mbtree.scale_buffer[i] );
 494         x264_free( rc->mbtree.coeffs[i] );
 495         x264_free( rc->mbtree.pos[i] );
 496     }
 497 }
 498
 499 static ALWAYS_INLINE float tapfilter( float *src, int pos, int max, int stride, float *coeff, int filtersize )
 500 {
 501     float sum = 0.f;
 502     for( int i = 0; i < filtersize; i++, pos++ )
 503         sum += src[x264_clip3( pos, 0, max-1 )*stride] * coeff[i];
 504     return sum;
 505 }
 506
 507 static void x264_macroblock_tree_rescale( x264_t *h, x264_ratecontrol_t *rc, float *dst )
 508 {
 509     float *input, *output;
 510     int filtersize, stride, height;
 511
 512     /* H scale first */
 513     input = rc->mbtree.scale_buffer[0];
 514     output = rc->mbtree.scale_buffer[1];
 515     filtersize = rc->mbtree.filtersize[0];
 516     stride = rc->mbtree.srcdim[0];
 517     height = rc->mbtree.srcdim[1];
 518     for( int y = 0; y < height; y++, input += stride, output += h->mb.i_mb_width )
 519     {
 520         float *coeff = rc->mbtree.coeffs[0];
 521         for( int x = 0; x < h->mb.i_mb_width; x++, coeff+=filtersize )
 522             output[x] = tapfilter( input, rc->mbtree.pos[0][x], stride, 1, coeff, filtersize );
 523     }
 524
 525     /* V scale next */
 526     input = rc->mbtree.scale_buffer[1];
 527     output = dst;
 528     filtersize = rc->mbtree.filtersize[1];
 529     stride = h->mb.i_mb_width;
 530     height = rc->mbtree.srcdim[1];
 531     for( int x = 0; x < h->mb.i_mb_width; x++, input++, output++ )
 532     {
 533         float *coeff = rc->mbtree.coeffs[1];
 534         for( int y = 0; y < h->mb.i_mb_height; y++, coeff+=filtersize )
 535             output[y*stride] = tapfilter( input, rc->mbtree.pos[1][y], height, stride, coeff, filtersize );
 536     }
 537 }
 538
 539 int x264_macroblock_tree_read( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 540 {
 541     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 542     uint8_t i_type_actual = rc->entry[frame->i_frame].pict_type;
 543
 544     if( rc->entry[frame->i_frame].kept_as_ref )
 545     {
 546         uint8_t i_type;
 547         if( rc->mbtree.qpbuf_pos < 0 )
 548         {
 549             do
 550             {
 551                 rc->mbtree.qpbuf_pos++;
 552
 553                 if( !fread( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_in ) )
 554                     goto fail;
 555                 if( fread( rc->mbtree.qp_buffer[rc->mbtree.qpbuf_pos], sizeof(uint16_t), rc->mbtree.src_mb_count, rc->p_mbtree_stat_file_in ) != rc->mbtree.src_mb_count )
 556                     goto fail;
 557
 558                 if( i_type != i_type_actual && rc->mbtree.qpbuf_pos == 1 )
 559                 {
 560                     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree frametype %d doesn't match actual frametype %d.\n", i_type, i_type_actual );
 561                     return -1;
 562                 }
 563             } while( i_type != i_type_actual );
 564         }
 565
 566         float *dst = rc->mbtree.rescale_enabled ? rc->mbtree.scale_buffer[0] : frame->f_qp_offset;
 567         for( int i = 0; i < rc->mbtree.src_mb_count; i++ )
 568         {
 569             int16_t qp_fix8 = endian_fix16( rc->mbtree.qp_buffer[rc->mbtree.qpbuf_pos][i] );
 570             dst[i] = qp_fix8 * (1.f/256.f);
 571         }
 572         if( rc->mbtree.rescale_enabled )
 573             x264_macroblock_tree_rescale( h, rc, frame->f_qp_offset );
 574         if( h->frames.b_have_lowres )
 575             for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
 576                 frame->i_inv_qscale_factor[i] = x264_exp2fix8( frame->f_qp_offset[i] );
 577         rc->mbtree.qpbuf_pos--;
 578     }
 579     else
 580         x264_stack_align( x264_adaptive_quant_frame, h, frame, quant_offsets );
 581     return 0;
 582 fail:
 583     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "Incomplete MB-tree stats file.\n" );
 584     return -1;
 585 }
 586
 587 int x264_reference_build_list_optimal( x264_t *h )
 588 {
 589     ratecontrol_entry_t *rce = h->rc->rce;
 590     x264_frame_t *frames[16];
 591     x264_weight_t weights[16][3];
 592     int refcount[16];
 593
 594     if( rce->refs != h->i_ref[0] )
 595         return -1;
 596
 597     memcpy( frames, h->fref[0], sizeof(frames) );
 598     memcpy( refcount, rce->refcount, sizeof(refcount) );
 599     memcpy( weights, h->fenc->weight, sizeof(weights) );
 600     memset( &h->fenc->weight[1][0], 0, sizeof(x264_weight_t[15][3]) );
 601
 602     /* For now don't reorder ref 0; it seems to lower quality
 603        in most cases due to skips. */
 604     for( int ref = 1; ref < h->i_ref[0]; ref++ )
 605     {
 606         int max = -1;
 607         int bestref = 1;
 608
 609         for( int i = 1; i < h->i_ref[0]; i++ )
 610             /* Favor lower POC as a tiebreaker. */
 611             COPY2_IF_GT( max, refcount[i], bestref, i );
 612
 613         /* FIXME: If there are duplicates from frames other than ref0 then it is possible
 614          * that the optimal ordering doesnt place every duplicate. */
 615
 616         refcount[bestref] = -1;
 617         h->fref[0][ref] = frames[bestref];
 618         memcpy( h->fenc->weight[ref], weights[bestref], sizeof(weights[bestref]) );
 619     }
 620
 621     return 0;
 622 }
 623
 624 static char *x264_strcat_filename( char *input, char *suffix )
 625 {
 626     char *output = x264_malloc( strlen( input ) + strlen( suffix ) + 1 );
 627     if( !output )
 628         return NULL;
 629     strcpy( output, input );
 630     strcat( output, suffix );
 631     return output;
 632 }
 633
 634 void x264_ratecontrol_init_reconfigurable( x264_t *h, int b_init )
 635 {
 636     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 637     if( !b_init && rc->b_2pass )
 638         return;
 639
 640     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
 641     {
 642         /* Arbitrary rescaling to make CRF somewhat similar to QP.
 643          * Try to compensate for MB-tree's effects as well. */
 644         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
 645         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
 646         rc->rate_factor_constant = pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
 647                                  / qp2qscale( h->param.rc.f_rf_constant + mbtree_offset + QP_BD_OFFSET );
 648     }
 649
 650     if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate > 0 && h->param.rc.i_vbv_buffer_size > 0 )
 651     {
 652         /* We don't support changing the ABR bitrate right now,
 653            so if the stream starts as CBR, keep it CBR. */
 654         if( rc->b_vbv_min_rate )
 655             h->param.rc.i_vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_bitrate;
 656
 657         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size < (int)(h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps) )
 658         {
 659             h->param.rc.i_vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps;
 660             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV buffer size cannot be smaller than one frame, using %d kbit\n",
 661                       h->param.rc.i_vbv_buffer_size );
 662         }
 663
 664         int kilobit_size = h->param.i_avcintra_class ? 1024 : 1000;
 665         int vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_buffer_size * kilobit_size;
 666         int vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate * kilobit_size;
 667
 668         /* Init HRD */
 669         if( h->param.i_nal_hrd && b_init )
 670         {
 671             h->sps->vui.hrd.i_cpb_cnt = 1;
 672             h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd = h->param.i_nal_hrd == X264_NAL_HRD_CBR;
 673             h->sps->vui.hrd.i_time_offset_length = 0;
 674
 675             #define BR_SHIFT  6
 676             #define CPB_SHIFT 4
 677
 678             // normalize HRD size and rate to the value / scale notation
 679             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale = x264_clip3( x264_ctz( vbv_max_bitrate ) - BR_SHIFT, 0, 15 );
 680             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_value = vbv_max_bitrate >> ( h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale + BR_SHIFT );
 681             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 );
 682             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale = x264_clip3( x264_ctz( vbv_buffer_size ) - CPB_SHIFT, 0, 15 );
 683             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_value = vbv_buffer_size >> ( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale + CPB_SHIFT );
 684             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 );
 685
 686             #undef CPB_SHIFT
 687             #undef BR_SHIFT
 688
 689             // arbitrary
 690             #define MAX_DURATION 0.5
 691
 692             int max_cpb_output_delay = X264_MIN( h->param.i_keyint_max * MAX_DURATION * h->sps->vui.i_time_scale / h->sps->vui.i_num_units_in_tick, INT_MAX );
 693             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;
 694             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);
 695
 696             h->sps->vui.hrd.i_initial_cpb_removal_delay_length = 2 + x264_clip3( 32 - x264_clz( max_delay ), 4, 22 );
 697             h->sps->vui.hrd.i_cpb_removal_delay_length = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_cpb_output_delay ), 4, 31 );
 698             h->sps->vui.hrd.i_dpb_output_delay_length  = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_dpb_output_delay ), 4, 31 );
 699
 700             #undef MAX_DURATION
 701
 702             vbv_buffer_size = h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled;
 703             vbv_max_bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
 704         }
 705         else if( h->param.i_nal_hrd && !b_init )
 706         {
 707             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV parameters cannot be changed when NAL HRD is in use\n" );
 708             return;
 709         }
 710         h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled = vbv_max_bitrate;
 711         h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled = vbv_buffer_size;
 712
 713         if( rc->b_vbv_min_rate )
 714             rc->bitrate = (double)h->param.rc.i_bitrate * kilobit_size;
 715         rc->buffer_rate = vbv_max_bitrate / rc->fps;
 716         rc->vbv_max_rate = vbv_max_bitrate;
 717         rc->buffer_size = vbv_buffer_size;
 718         rc->single_frame_vbv = rc->buffer_rate * 1.1 > rc->buffer_size;
 719         rc->cbr_decay = 1.0 - rc->buffer_rate / rc->buffer_size
 720                       * 0.5 * X264_MAX(0, 1.5 - rc->buffer_rate * rc->fps / rc->bitrate);
 721         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.f_rf_constant_max )
 722         {
 723             rc->rate_factor_max_increment = h->param.rc.f_rf_constant_max - h->param.rc.f_rf_constant;
 724             if( rc->rate_factor_max_increment <= 0 )
 725             {
 726                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CRF max must be greater than CRF\n" );
 727                 rc->rate_factor_max_increment = 0;
 728             }
 729         }
 730         if( b_init )
 731         {
 732             if( h->param.rc.f_vbv_buffer_init > 1. )
 733                 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 );
 734             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);
 735             rc->buffer_fill_final =
 736             rc->buffer_fill_final_min = rc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init * h->sps->vui.i_time_scale;
 737             rc->b_vbv = 1;
 738             rc->b_vbv_min_rate = !rc->b_2pass
 739                           && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR
 740                           && h->param.rc.i_vbv_max_bitrate <= h->param.rc.i_bitrate;
 741         }
 742     }
 743 }
 744
 745 int x264_ratecontrol_new( x264_t *h )
 746 {
 747     x264_ratecontrol_t *rc;
 748
 749     x264_emms();
 750
 751     CHECKED_MALLOCZERO( h->rc, h->param.i_threads * sizeof(x264_ratecontrol_t) );
 752     rc = h->rc;
 753
 754     rc->b_abr = h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CQP && !h->param.rc.b_stat_read;
 755     rc->b_2pass = h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && h->param.rc.b_stat_read;
 756
 757     /* FIXME: use integers */
 758     if( h->param.i_fps_num > 0 && h->param.i_fps_den > 0 )
 759         rc->fps = (float) h->param.i_fps_num / h->param.i_fps_den;
 760     else
 761         rc->fps = 25.0;
 762
 763     if( h->param.rc.b_mb_tree )
 764     {
 765         h->param.rc.f_pb_factor = 1;
 766         rc->qcompress = 1;
 767     }
 768     else
 769         rc->qcompress = h->param.rc.f_qcompress;
 770
 771     rc->bitrate = h->param.rc.i_bitrate * (h->param.i_avcintra_class ? 1024. : 1000.);
 772     rc->rate_tolerance = h->param.rc.f_rate_tolerance;
 773     rc->nmb = h->mb.i_mb_count;
 774     rc->last_non_b_pict_type = -1;
 775     rc->cbr_decay = 1.0;
 776
 777     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.b_stat_read )
 778     {
 779         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "constant rate-factor is incompatible with 2pass.\n" );
 780         return -1;
 781     }
 782
 783     x264_ratecontrol_init_reconfigurable( h, 1 );
 784
 785     if( h->param.i_nal_hrd )
 786     {
 787         uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
 788         uint64_t num = 90000;
 789         x264_reduce_fraction64( &num, &denom );
 790         rc->hrd_multiply_denom = 90000 / num;
 791
 792         double bits_required = log2( 90000 / rc->hrd_multiply_denom )
 793                              + log2( h->sps->vui.i_time_scale )
 794                              + log2( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled );
 795         if( bits_required >= 63 )
 796         {
 797             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "HRD with very large timescale and bufsize not supported\n" );
 798             return -1;
 799         }
 800     }
 801
 802     if( rc->rate_tolerance < 0.01 )
 803     {
 804         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "bitrate tolerance too small, using .01\n" );
 805         rc->rate_tolerance = 0.01;
 806     }
 807
 808     h->mb.b_variable_qp = rc->b_vbv || h->param.rc.i_aq_mode;
 809
 810     if( rc->b_abr )
 811     {
 812         /* FIXME ABR_INIT_QP is actually used only in CRF */
 813 #define ABR_INIT_QP (( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF ? h->param.rc.f_rf_constant : 24 ) + QP_BD_OFFSET)
 814         rc->accum_p_norm = .01;
 815         rc->accum_p_qp = ABR_INIT_QP * rc->accum_p_norm;
 816         /* estimated ratio that produces a reasonable QP for the first I-frame */
 817         rc->cplxr_sum = .01 * pow( 7.0e5, rc->qcompress ) * pow( h->mb.i_mb_count, 0.5 );
 818         rc->wanted_bits_window = 1.0 * rc->bitrate / rc->fps;
 819         rc->last_non_b_pict_type = SLICE_TYPE_I;
 820     }
 821
 822     rc->ip_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_ip_factor );
 823     rc->pb_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_pb_factor );
 824     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = h->param.rc.i_qp_constant;
 825     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant - rc->ip_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
 826     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant + rc->pb_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
 827     h->mb.ip_offset = rc->ip_offset + 0.5;
 828
 829     rc->lstep = pow( 2, h->param.rc.i_qp_step / 6.0 );
 830     rc->last_qscale = qp2qscale( 26 + QP_BD_OFFSET );
 831     int num_preds = h->param.b_sliced_threads * h->param.i_threads + 1;
 832     CHECKED_MALLOC( rc->pred, 5 * sizeof(predictor_t) * num_preds );
 833     CHECKED_MALLOC( rc->pred_b_from_p, sizeof(predictor_t) );
 834     static const float pred_coeff_table[3] = { 1.0, 1.0, 1.5 };
 835     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 836     {
 837         rc->last_qscale_for[i] = qp2qscale( ABR_INIT_QP );
 838         rc->lmin[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
 839         rc->lmax[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
 840         for( int j = 0; j < num_preds; j++ )
 841         {
 842             rc->pred[i+j*5].coeff_min = pred_coeff_table[i] / 2;
 843             rc->pred[i+j*5].coeff = pred_coeff_table[i];
 844             rc->pred[i+j*5].count = 1.0;
 845             rc->pred[i+j*5].decay = 0.5;
 846             rc->pred[i+j*5].offset = 0.0;
 847         }
 848         for( int j = 0; j < 2; j++ )
 849         {
 850             rc->row_preds[i][j].coeff_min = .25 / 4;
 851             rc->row_preds[i][j].coeff = .25;
 852             rc->row_preds[i][j].count = 1.0;
 853             rc->row_preds[i][j].decay = 0.5;
 854             rc->row_preds[i][j].offset = 0.0;
 855         }
 856     }
 857     rc->pred_b_from_p->coeff_min = 0.5 / 2;
 858     rc->pred_b_from_p->coeff = 0.5;
 859     rc->pred_b_from_p->count = 1.0;
 860     rc->pred_b_from_p->decay = 0.5;
 861     rc->pred_b_from_p->offset = 0.0;
 862
 863     if( parse_zones( h ) < 0 )
 864     {
 865         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to parse zones\n" );
 866         return -1;
 867     }
 868
 869     /* Load stat file and init 2pass algo */
 870     if( h->param.rc.b_stat_read )
 871     {
 872         char *p, *stats_in, *stats_buf;
 873
 874         /* read 1st pass stats */
 875         assert( h->param.rc.psz_stat_in );
 876         stats_buf = stats_in = x264_slurp_file( h->param.rc.psz_stat_in );
 877         if( !stats_buf )
 878         {
 879             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n" );
 880             return -1;
 881         }
 882         if( h->param.rc.b_mb_tree )
 883         {
 884             char *mbtree_stats_in = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_in, ".mbtree" );
 885             if( !mbtree_stats_in )
 886                 return -1;
 887             rc->p_mbtree_stat_file_in = x264_fopen( mbtree_stats_in, "rb" );
 888             x264_free( mbtree_stats_in );
 889             if( !rc->p_mbtree_stat_file_in )
 890             {
 891                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n" );
 892                 return -1;
 893             }
 894         }
 895
 896         /* check whether 1st pass options were compatible with current options */
 897         if( strncmp( stats_buf, "#options:", 9 ) )
 898         {
 899             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "options list in stats file not valid\n" );
 900             return -1;
 901         }
 902
 903         float res_factor, res_factor_bits;
 904         {
 905             int i, j;
 906             uint32_t k, l;
 907             char *opts = stats_buf;
 908             stats_in = strchr( stats_buf, '\n' );
 909             if( !stats_in )
 910                 return -1;
 911             *stats_in = '\0';
 912             stats_in++;
 913             if( sscanf( opts, "#options: %dx%d", &i, &j ) != 2 )
 914             {
 915                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "resolution specified in stats file not valid\n" );
 916                 return -1;
 917             }
 918             else if( h->param.rc.b_mb_tree )
 919             {
 920                 rc->mbtree.srcdim[0] = i;
 921                 rc->mbtree.srcdim[1] = j;
 922             }
 923             res_factor = (float)h->param.i_width * h->param.i_height / (i*j);
 924             /* Change in bits relative to resolution isn't quite linear on typical sources,
 925              * so we'll at least try to roughly approximate this effect. */
 926             res_factor_bits = powf( res_factor, 0.7 );
 927
 928             if( !( p = strstr( opts, "timebase=" ) ) || sscanf( p, "timebase=%u/%u", &k, &l ) != 2 )
 929             {
 930                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase specified in stats file not valid\n" );
 931                 return -1;
 932             }
 933             if( k != h->param.i_timebase_num || l != h->param.i_timebase_den )
 934             {
 935                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase mismatch with 1st pass (%u/%u vs %u/%u)\n",
 936                           h->param.i_timebase_num, h->param.i_timebase_den, k, l );
 937                 return -1;
 938             }
 939
 940             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bitdepth", BIT_DEPTH );
 941             CMP_OPT_FIRST_PASS( "weightp", X264_MAX( 0, h->param.analyse.i_weighted_pred ) );
 942             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bframes", h->param.i_bframe );
 943             CMP_OPT_FIRST_PASS( "b_pyramid", h->param.i_bframe_pyramid );
 944             CMP_OPT_FIRST_PASS( "intra_refresh", h->param.b_intra_refresh );
 945             CMP_OPT_FIRST_PASS( "open_gop", h->param.b_open_gop );
 946             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bluray_compat", h->param.b_bluray_compat );
 947
 948             if( (p = strstr( opts, "interlaced=" )) )
 949             {
 950                 char *current = h->param.b_interlaced ? h->param.b_tff ? "tff" : "bff" : h->param.b_fake_interlaced ? "fake" : "0";
 951                 char buf[5];
 952                 sscanf( p, "interlaced=%4s", buf );
 953                 if( strcmp( current, buf ) )
 954                 {
 955                     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different interlaced setting than first pass (%s vs %s)\n", current, buf );
 956                     return -1;
 957                 }
 958             }
 959
 960             if( (p = strstr( opts, "keyint=" )) )
 961             {
 962                 p += 7;
 963                 char buf[13] = "infinite ";
 964                 if( h->param.i_keyint_max != X264_KEYINT_MAX_INFINITE )
 965                     sprintf( buf, "%d ", h->param.i_keyint_max );
 966                 if( strncmp( p, buf, strlen(buf) ) )
 967                 {
 968                     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different keyint setting than first pass (%.*s vs %.*s)\n",
 969                               strlen(buf)-1, buf, strcspn(p, " "), p );
 970                     return -1;
 971                 }
 972             }
 973
 974             if( strstr( opts, "qp=0" ) && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
 975                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "1st pass was lossless, bitrate prediction will be inaccurate\n" );
 976
 977             if( !strstr( opts, "direct=3" ) && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
 978             {
 979                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "direct=auto not used on the first pass\n" );
 980                 h->mb.b_direct_auto_write = 1;
 981             }
 982
 983             if( ( p = strstr( opts, "b_adapt=" ) ) && sscanf( p, "b_adapt=%d", &i ) && i >= X264_B_ADAPT_NONE && i <= X264_B_ADAPT_TRELLIS )
 984                 h->param.i_bframe_adaptive = i;
 985             else if( h->param.i_bframe )
 986             {
 987                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "b_adapt method specified in stats file not valid\n" );
 988                 return -1;
 989             }
 990
 991             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 ) )
 992                 h->param.rc.i_lookahead = i;
 993         }
 994
 995         /* find number of pics */
 996         p = stats_in;
 997         int num_entries;
 998         for( num_entries = -1; p; num_entries++ )
 999             p = strchr( p + 1, ';' );
1000         if( !num_entries )
1001         {
1002             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "empty stats file\n" );
1003             return -1;
1004         }
1005         rc->num_entries = num_entries;
1006
1007         if( h->param.i_frame_total < rc->num_entries && h->param.i_frame_total > 0 )
1008         {
1009             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "2nd pass has fewer frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
1010                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
1011         }
1012         if( h->param.i_frame_total > rc->num_entries )
1013         {
1014             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
1015                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
1016             return -1;
1017         }
1018
1019         CHECKED_MALLOCZERO( rc->entry, rc->num_entries * sizeof(ratecontrol_entry_t) );
1020
1021         /* init all to skipped p frames */
1022         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
1023         {
1024             ratecontrol_entry_t *rce = &rc->entry[i];
1025             rce->pict_type = SLICE_TYPE_P;
1026             rce->qscale = rce->new_qscale = qp2qscale( 20 + QP_BD_OFFSET );
1027             rce->misc_bits = rc->nmb + 10;
1028             rce->new_qp = 0;
1029         }
1030
1031         /* read stats */
1032         p = stats_in;
1033         double total_qp_aq = 0;
1034         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
1035         {
1036             ratecontrol_entry_t *rce;
1037             int frame_number;
1038             char pict_type;
1039             int e;
1040             char *next;
1041             float qp_rc, qp_aq;
1042             int ref;
1043
1044             next= strchr(p, ';');
1045             if( next )
1046                 *next++ = 0; //sscanf is unbelievably slow on long strings
1047             e = sscanf( p, " in:%d ", &frame_number );
1048
1049             if( frame_number < 0 || frame_number >= rc->num_entries )
1050             {
1051                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad frame number (%d) at stats line %d\n", frame_number, i );
1052                 return -1;
1053             }
1054             rce = &rc->entry[frame_number];
1055             rce->direct_mode = 0;
1056
1057             e += sscanf( p, " in:%*d out:%*d type:%c dur:%"SCNd64" cpbdur:%"SCNd64" q:%f aq:%f tex:%d mv:%d misc:%d imb:%d pmb:%d smb:%d d:%c",
1058                    &pict_type, &rce->i_duration, &rce->i_cpb_duration, &qp_rc, &qp_aq, &rce->tex_bits,
1059                    &rce->mv_bits, &rce->misc_bits, &rce->i_count, &rce->p_count,
1060                    &rce->s_count, &rce->direct_mode );
1061             rce->tex_bits  *= res_factor_bits;
1062             rce->mv_bits   *= res_factor_bits;
1063             rce->misc_bits *= res_factor_bits;
1064             rce->i_count   *= res_factor;
1065             rce->p_count   *= res_factor;
1066             rce->s_count   *= res_factor;
1067
1068             p = strstr( p, "ref:" );
1069             if( !p )
1070                 goto parse_error;
1071             p += 4;
1072             for( ref = 0; ref < 16; ref++ )
1073             {
1074                 if( sscanf( p, " %d", &rce->refcount[ref] ) != 1 )
1075                     break;
1076                 p = strchr( p+1, ' ' );
1077                 if( !p )
1078                     goto parse_error;
1079             }
1080             rce->refs = ref;
1081
1082             /* find weights */
1083             rce->i_weight_denom[0] = rce->i_weight_denom[1] = -1;
1084             char *w = strchr( p, 'w' );
1085             if( w )
1086             {
1087                 int count = sscanf( w, "w:%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd",
1088                                     &rce->i_weight_denom[0], &rce->weight[0][0], &rce->weight[0][1],
1089                                     &rce->i_weight_denom[1], &rce->weight[1][0], &rce->weight[1][1],
1090                                     &rce->weight[2][0], &rce->weight[2][1] );
1091                 if( count == 3 )
1092                     rce->i_weight_denom[1] = -1;
1093                 else if ( count != 8 )
1094                     rce->i_weight_denom[0] = rce->i_weight_denom[1] = -1;
1095             }
1096
1097             if( pict_type != 'b' )
1098                 rce->kept_as_ref = 1;
1099             switch( pict_type )
1100             {
1101                 case 'I':
1102                     rce->frame_type = X264_TYPE_IDR;
1103                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
1104                     break;
1105                 case 'i':
1106                     rce->frame_type = X264_TYPE_I;
1107                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
1108                     break;
1109                 case 'P':
1110                     rce->frame_type = X264_TYPE_P;
1111                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_P;
1112                     break;
1113                 case 'B':
1114                     rce->frame_type = X264_TYPE_BREF;
1115                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
1116                     break;
1117                 case 'b':
1118                     rce->frame_type = X264_TYPE_B;
1119                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
1120                     break;
1121                 default:  e = -1; break;
1122             }
1123             if( e < 13 )
1124             {
1125 parse_error:
1126                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "statistics are damaged at line %d, parser out=%d\n", i, e );
1127                 return -1;
1128             }
1129             rce->qscale = qp2qscale( qp_rc );
1130             total_qp_aq += qp_aq;
1131             p = next;
1132         }
1133         if( !h->param.b_stitchable )
1134             h->pps->i_pic_init_qp = SPEC_QP( (int)(total_qp_aq / rc->num_entries + 0.5) );
1135
1136         x264_free( stats_buf );
1137
1138         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
1139         {
1140             if( init_pass2( h ) < 0 )
1141                 return -1;
1142         } /* else we're using constant quant, so no need to run the bitrate allocation */
1143     }
1144
1145     /* Open output file */
1146     /* If input and output files are the same, output to a temp file
1147      * and move it to the real name only when it's complete */
1148     if( h->param.rc.b_stat_write )
1149     {
1150         char *p;
1151         rc->psz_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".temp" );
1152         if( !rc->psz_stat_file_tmpname )
1153             return -1;
1154
1155         rc->p_stat_file_out = x264_fopen( rc->psz_stat_file_tmpname, "wb" );
1156         if( rc->p_stat_file_out == NULL )
1157         {
1158             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n" );
1159             return -1;
1160         }
1161
1162         p = x264_param2string( &h->param, 1 );
1163         if( p )
1164             fprintf( rc->p_stat_file_out, "#options: %s\n", p );
1165         x264_free( p );
1166         if( h->param.rc.b_mb_tree && !h->param.rc.b_stat_read )
1167         {
1168             rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree.temp" );
1169             rc->psz_mbtree_stat_file_name = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree" );
1170             if( !rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname || !rc->psz_mbtree_stat_file_name )
1171                 return -1;
1172
1173             rc->p_mbtree_stat_file_out = x264_fopen( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, "wb" );
1174             if( rc->p_mbtree_stat_file_out == NULL )
1175             {
1176                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n" );
1177                 return -1;
1178             }
1179         }
1180     }
1181
1182     if( h->param.rc.b_mb_tree && (h->param.rc.b_stat_read || h->param.rc.b_stat_write) )
1183     {
1184         if( !h->param.rc.b_stat_read )
1185         {
1186             rc->mbtree.srcdim[0] = h->param.i_width;
1187             rc->mbtree.srcdim[1] = h->param.i_height;
1188         }
1189         if( x264_macroblock_tree_rescale_init( h, rc ) < 0 )
1190             return -1;
1191     }
1192
1193     for( int i = 0; i<h->param.i_threads; i++ )
1194     {
1195         h->thread[i]->rc = rc+i;
1196         if( i )
1197         {
1198             rc[i] = rc[0];
1199             h->thread[i]->param = h->param;
1200             h->thread[i]->mb.b_variable_qp = h->mb.b_variable_qp;
1201             h->thread[i]->mb.ip_offset = h->mb.ip_offset;
1202         }
1203     }
1204
1205     return 0;
1206 fail:
1207     return -1;
1208 }
1209
1210 static int parse_zone( x264_t *h, x264_zone_t *z, char *p )
1211 {
1212     int len = 0;
1213     char *tok, UNUSED *saveptr=NULL;
1214     z->param = NULL;
1215     z->f_bitrate_factor = 1;
1216     if( 3 <= sscanf(p, "%d,%d,q=%d%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->i_qp, &len) )
1217         z->b_force_qp = 1;
1218     else if( 3 <= sscanf(p, "%d,%d,b=%f%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->f_bitrate_factor, &len) )
1219         z->b_force_qp = 0;
1220     else if( 2 <= sscanf(p, "%d,%d%n", &z->i_start, &z->i_end, &len) )
1221         z->b_force_qp = 0;
1222     else
1223     {
1224         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: \"%s\"\n", p );
1225         return -1;
1226     }
1227     p += len;
1228     if( !*p )
1229         return 0;
1230     CHECKED_MALLOC( z->param, sizeof(x264_param_t) );
1231     memcpy( z->param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
1232     z->param->param_free = x264_free;
1233     while( (tok = strtok_r( p, ",", &saveptr )) )
1234     {
1235         char *val = strchr( tok, '=' );
1236         if( val )
1237         {
1238             *val = '\0';
1239             val++;
1240         }
1241         if( x264_param_parse( z->param, tok, val ) )
1242         {
1243             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone param: %s = %s\n", tok, val );
1244             return -1;
1245         }
1246         p = NULL;
1247     }
1248     return 0;
1249 fail:
1250     return -1;
1251 }
1252
1253 static int parse_zones( x264_t *h )
1254 {
1255     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1256     if( h->param.rc.psz_zones && !h->param.rc.i_zones )
1257     {
1258         char *psz_zones, *p;
1259         CHECKED_MALLOC( psz_zones, strlen( h->param.rc.psz_zones )+1 );
1260         strcpy( psz_zones, h->param.rc.psz_zones );
1261         h->param.rc.i_zones = 1;
1262         for( p = psz_zones; *p; p++ )
1263             h->param.rc.i_zones += (*p == '/');
1264         CHECKED_MALLOC( h->param.rc.zones, h->param.rc.i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1265         p = psz_zones;
1266         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1267         {
1268             int i_tok = strcspn( p, "/" );
1269             p[i_tok] = 0;
1270             if( parse_zone( h, &h->param.rc.zones[i], p ) )
1271                 return -1;
1272             p += i_tok + 1;
1273         }
1274         x264_free( psz_zones );
1275     }
1276
1277     if( h->param.rc.i_zones > 0 )
1278     {
1279         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1280         {
1281             x264_zone_t z = h->param.rc.zones[i];
1282             if( z.i_start < 0 || z.i_start > z.i_end )
1283             {
1284                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: start=%d end=%d\n",
1285                           z.i_start, z.i_end );
1286                 return -1;
1287             }
1288             else if( !z.b_force_qp && z.f_bitrate_factor <= 0 )
1289             {
1290                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: bitrate_factor=%f\n",
1291                           z.f_bitrate_factor );
1292                 return -1;
1293             }
1294         }
1295
1296         rc->i_zones = h->param.rc.i_zones + 1;
1297         CHECKED_MALLOC( rc->zones, rc->i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1298         memcpy( rc->zones+1, h->param.rc.zones, (rc->i_zones-1) * sizeof(x264_zone_t) );
1299
1300         // default zone to fall back to if none of the others match
1301         rc->zones[0].i_start = 0;
1302         rc->zones[0].i_end = INT_MAX;
1303         rc->zones[0].b_force_qp = 0;
1304         rc->zones[0].f_bitrate_factor = 1;
1305         CHECKED_MALLOC( rc->zones[0].param, sizeof(x264_param_t) );
1306         memcpy( rc->zones[0].param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
1307         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1308         {
1309             if( !rc->zones[i].param )
1310                 rc->zones[i].param = rc->zones[0].param;
1311         }
1312     }
1313
1314     return 0;
1315 fail:
1316     return -1;
1317 }
1318
1319 static x264_zone_t *get_zone( x264_t *h, int frame_num )
1320 {
1321     for( int i = h->rc->i_zones - 1; i >= 0; i-- )
1322     {
1323         x264_zone_t *z = &h->rc->zones[i];
1324         if( frame_num >= z->i_start && frame_num <= z->i_end )
1325             return z;
1326     }
1327     return NULL;
1328 }
1329
1330 void x264_ratecontrol_summary( x264_t *h )
1331 {
1332     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1333     if( rc->b_abr && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && rc->cbr_decay > .9999 )
1334     {
1335         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
1336         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
1337         x264_log( h, X264_LOG_INFO, "final ratefactor: %.2f\n",
1338                   qscale2qp( pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
1339                              * rc->cplxr_sum / rc->wanted_bits_window ) - mbtree_offset - QP_BD_OFFSET );
1340     }
1341 }
1342
1343 void x264_ratecontrol_delete( x264_t *h )
1344 {
1345     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1346     int b_regular_file;
1347
1348     if( rc->p_stat_file_out )
1349     {
1350         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_stat_file_out );
1351         fclose( rc->p_stat_file_out );
1352         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1353             if( x264_rename( rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out ) != 0 )
1354             {
1355                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1356                           rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out );
1357             }
1358         x264_free( rc->psz_stat_file_tmpname );
1359     }
1360     if( rc->p_mbtree_stat_file_out )
1361     {
1362         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1363         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1364         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1365             if( x264_rename( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name ) != 0 )
1366             {
1367                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1368                           rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1369             }
1370         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname );
1371         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1372     }
1373     if( rc->p_mbtree_stat_file_in )
1374         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_in );
1375     x264_free( rc->pred );
1376     x264_free( rc->pred_b_from_p );
1377     x264_free( rc->entry );
1378     x264_macroblock_tree_rescale_destroy( rc );
1379     if( rc->zones )
1380     {
1381         x264_free( rc->zones[0].param );
1382         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1383             if( rc->zones[i].param != rc->zones[0].param && rc->zones[i].param->param_free )
1384                 rc->zones[i].param->param_free( rc->zones[i].param );
1385         x264_free( rc->zones );
1386     }
1387     x264_free( rc );
1388 }
1389
1390 static void accum_p_qp_update( x264_t *h, float qp )
1391 {
1392     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1393     rc->accum_p_qp   *= .95;
1394     rc->accum_p_norm *= .95;
1395     rc->accum_p_norm += 1;
1396     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I )
1397         rc->accum_p_qp += qp + rc->ip_offset;
1398     else
1399         rc->accum_p_qp += qp;
1400 }
1401
1402 /* Before encoding a frame, choose a QP for it */
1403 void x264_ratecontrol_start( x264_t *h, int i_force_qp, int overhead )
1404 {
1405     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1406     ratecontrol_entry_t *rce = NULL;
1407     x264_zone_t *zone = get_zone( h, h->fenc->i_frame );
1408     float q;
1409
1410     x264_emms();
1411
1412     if( zone && (!rc->prev_zone || zone->param != rc->prev_zone->param) )
1413         x264_encoder_reconfig_apply( h, zone->param );
1414     rc->prev_zone = zone;
1415
1416     if( h->param.rc.b_stat_read )
1417     {
1418         int frame = h->fenc->i_frame;
1419         assert( frame >= 0 && frame < rc->num_entries );
1420         rce = h->rc->rce = &h->rc->entry[frame];
1421
1422         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B
1423             && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
1424         {
1425             h->sh.b_direct_spatial_mv_pred = ( rce->direct_mode == 's' );
1426             h->mb.b_direct_auto_read = ( rce->direct_mode == 's' || rce->direct_mode == 't' );
1427         }
1428     }
1429
1430     if( rc->b_vbv )
1431     {
1432         memset( h->fdec->i_row_bits, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(int) );
1433         memset( h->fdec->f_row_qp, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(float) );
1434         memset( h->fdec->f_row_qscale, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(float) );
1435         rc->row_pred = rc->row_preds[h->sh.i_type];
1436         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;
1437         update_vbv_plan( h, overhead );
1438
1439         const x264_level_t *l = x264_levels;
1440         while( l->level_idc != 0 && l->level_idc != h->param.i_level_idc )
1441             l++;
1442
1443         int mincr = l->mincr;
1444
1445         if( h->param.b_bluray_compat )
1446             mincr = 4;
1447
1448         /* Profiles above High don't require minCR, so just set the maximum to a large value. */
1449         if( h->sps->i_profile_idc > PROFILE_HIGH )
1450             rc->frame_size_maximum = 1e9;
1451         else
1452         {
1453             /* The spec has a bizarre special case for the first frame. */
1454             if( h->i_frame == 0 )
1455             {
1456                 //384 * ( Max( PicSizeInMbs, fR * MaxMBPS ) + MaxMBPS * ( tr( 0 ) - tr,n( 0 ) ) ) / MinCR
1457                 double fr = 1. / 172;
1458                 int pic_size_in_mbs = h->mb.i_mb_width * h->mb.i_mb_height;
1459                 rc->frame_size_maximum = 384 * BIT_DEPTH * X264_MAX( pic_size_in_mbs, fr*l->mbps ) / mincr;
1460             }
1461             else
1462             {
1463                 //384 * MaxMBPS * ( tr( n ) - tr( n - 1 ) ) / MinCR
1464                 rc->frame_size_maximum = 384 * BIT_DEPTH * ((double)h->fenc->i_cpb_duration * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale) * l->mbps / mincr;
1465             }
1466         }
1467     }
1468
1469     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1470         rc->bframes = h->fenc->i_bframes;
1471
1472     if( rc->b_abr )
1473     {
1474         q = qscale2qp( rate_estimate_qscale( h ) );
1475     }
1476     else if( rc->b_2pass )
1477     {
1478         rce->new_qscale = rate_estimate_qscale( h );
1479         q = qscale2qp( rce->new_qscale );
1480     }
1481     else /* CQP */
1482     {
1483         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B && h->fdec->b_kept_as_ref )
1484             q = ( rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_B ] + rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_P ] ) / 2;
1485         else
1486             q = rc->qp_constant[ h->sh.i_type ];
1487
1488         if( zone )
1489         {
1490             if( zone->b_force_qp )
1491                 q += zone->i_qp - rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P];
1492             else
1493                 q -= 6*log2f( zone->f_bitrate_factor );
1494         }
1495     }
1496     if( i_force_qp != X264_QP_AUTO )
1497         q = i_force_qp - 1;
1498
1499     q = x264_clip3f( q, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1500
1501     rc->qpa_rc = rc->qpa_rc_prev =
1502     rc->qpa_aq = rc->qpa_aq_prev = 0;
1503     h->fdec->f_qp_avg_rc =
1504     h->fdec->f_qp_avg_aq =
1505     rc->qpm = q;
1506     if( rce )
1507         rce->new_qp = q;
1508
1509     accum_p_qp_update( h, rc->qpm );
1510
1511     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1512         rc->last_non_b_pict_type = h->sh.i_type;
1513 }
1514
1515 static float predict_row_size( x264_t *h, int y, float qscale )
1516 {
1517     /* average between two predictors:
1518      * absolute SATD, and scaled bit cost of the colocated row in the previous frame */
1519     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1520     float pred_s = predict_size( &rc->row_pred[0], qscale, h->fdec->i_row_satd[y] );
1521     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I || qscale >= h->fref[0][0]->f_row_qscale[y] )
1522     {
1523         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P
1524             && h->fref[0][0]->i_type == h->fdec->i_type
1525             && h->fref[0][0]->f_row_qscale[y] > 0
1526             && h->fref[0][0]->i_row_satd[y] > 0
1527             && (abs(h->fref[0][0]->i_row_satd[y] - h->fdec->i_row_satd[y]) < h->fdec->i_row_satd[y]/2))
1528         {
1529             float pred_t = h->fref[0][0]->i_row_bits[y] * h->fdec->i_row_satd[y] / h->fref[0][0]->i_row_satd[y]
1530                          * h->fref[0][0]->f_row_qscale[y] / qscale;
1531             return (pred_s + pred_t) * 0.5f;
1532         }
1533         return pred_s;
1534     }
1535     /* Our QP is lower than the reference! */
1536     else
1537     {
1538         float pred_intra = predict_size( &rc->row_pred[1], qscale, h->fdec->i_row_satds[0][0][y] );
1539         /* Sum: better to overestimate than underestimate by using only one of the two predictors. */
1540         return pred_intra + pred_s;
1541     }
1542 }
1543
1544 static int row_bits_so_far( x264_t *h, int y )
1545 {
1546     int bits = 0;
1547     for( int i = h->i_threadslice_start; i <= y; i++ )
1548         bits += h->fdec->i_row_bits[i];
1549     return bits;
1550 }
1551
1552 static float predict_row_size_to_end( x264_t *h, int y, float qp )
1553 {
1554     float qscale = qp2qscale( qp );
1555     float bits = 0;
1556     for( int i = y+1; i < h->i_threadslice_end; i++ )
1557         bits += predict_row_size( h, i, qscale );
1558     return bits;
1559 }
1560
1561 /* TODO:
1562  *  eliminate all use of qp in row ratecontrol: make it entirely qscale-based.
1563  *  make this function stop being needlessly O(N^2)
1564  *  update more often than once per row? */
1565 int x264_ratecontrol_mb( x264_t *h, int bits )
1566 {
1567     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1568     const int y = h->mb.i_mb_y;
1569
1570     h->fdec->i_row_bits[y] += bits;
1571     rc->qpa_aq += h->mb.i_qp;
1572
1573     if( h->mb.i_mb_x != h->mb.i_mb_width - 1 )
1574         return 0;
1575
1576     x264_emms();
1577     rc->qpa_rc += rc->qpm * h->mb.i_mb_width;
1578
1579     if( !rc->b_vbv )
1580         return 0;
1581
1582     float qscale = qp2qscale( rc->qpm );
1583     h->fdec->f_row_qp[y] = rc->qpm;
1584     h->fdec->f_row_qscale[y] = qscale;
1585
1586     update_predictor( &rc->row_pred[0], qscale, h->fdec->i_row_satd[y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1587     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I && rc->qpm < h->fref[0][0]->f_row_qp[y] )
1588         update_predictor( &rc->row_pred[1], qscale, h->fdec->i_row_satds[0][0][y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1589
1590     /* update ratecontrol per-mbpair in MBAFF */
1591     if( SLICE_MBAFF && !(y&1) )
1592         return 0;
1593
1594     /* FIXME: We don't currently support the case where there's a slice
1595      * boundary in between. */
1596     int can_reencode_row = h->sh.i_first_mb <= ((h->mb.i_mb_y - SLICE_MBAFF) * h->mb.i_mb_stride);
1597
1598     /* tweak quality based on difference from predicted size */
1599     float prev_row_qp = h->fdec->f_row_qp[y];
1600     float qp_absolute_max = h->param.rc.i_qp_max;
1601     if( rc->rate_factor_max_increment )
1602         qp_absolute_max = X264_MIN( qp_absolute_max, rc->qp_novbv + rc->rate_factor_max_increment );
1603     float qp_max = X264_MIN( prev_row_qp + h->param.rc.i_qp_step, qp_absolute_max );
1604     float qp_min = X264_MAX( prev_row_qp - h->param.rc.i_qp_step, h->param.rc.i_qp_min );
1605     float step_size = 0.5f;
1606     float slice_size_planned = h->param.b_sliced_threads ? rc->slice_size_planned : rc->frame_size_planned;
1607     float bits_so_far = row_bits_so_far( h, y );
1608     float max_frame_error = x264_clip3f( 1.0 / h->mb.i_mb_height, 0.05, 0.25 );
1609     float max_frame_size = rc->frame_size_maximum - rc->frame_size_maximum * max_frame_error;
1610     max_frame_size = X264_MIN( max_frame_size, rc->buffer_fill - rc->buffer_rate * max_frame_error );
1611     float size_of_other_slices = 0;
1612     if( h->param.b_sliced_threads )
1613     {
1614         float size_of_other_slices_planned = 0;
1615         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1616             if( h != h->thread[i] )
1617             {
1618                 size_of_other_slices += h->thread[i]->rc->frame_size_estimated;
1619                 size_of_other_slices_planned += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
1620             }
1621         float weight = rc->slice_size_planned / rc->frame_size_planned;
1622         size_of_other_slices = (size_of_other_slices - size_of_other_slices_planned) * weight + size_of_other_slices_planned;
1623     }
1624     if( y < h->i_threadslice_end-1 )
1625     {
1626         /* B-frames shouldn't use lower QP than their reference frames. */
1627         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1628         {
1629             qp_min = X264_MAX( qp_min, X264_MAX( h->fref[0][0]->f_row_qp[y+1], h->fref[1][0]->f_row_qp[y+1] ) );
1630             rc->qpm = X264_MAX( rc->qpm, qp_min );
1631         }
1632
1633         float buffer_left_planned = rc->buffer_fill - rc->frame_size_planned;
1634         buffer_left_planned = X264_MAX( buffer_left_planned, 0.f );
1635         /* More threads means we have to be more cautious in letting ratecontrol use up extra bits. */
1636         float rc_tol = buffer_left_planned / h->param.i_threads * rc->rate_tolerance;
1637         float b1 = bits_so_far + predict_row_size_to_end( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1638         float trust_coeff = x264_clip3f( bits_so_far / slice_size_planned, 0.0, 1.0 );
1639
1640         /* Don't increase the row QPs until a sufficent amount of the bits of the frame have been processed, in case a flat */
1641         /* area at the top of the frame was measured inaccurately. */
1642         if( trust_coeff < 0.05f )
1643             qp_max = qp_absolute_max = prev_row_qp;
1644
1645         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I )
1646             rc_tol *= 0.5f;
1647
1648         if( !rc->b_vbv_min_rate )
1649             qp_min = X264_MAX( qp_min, rc->qp_novbv );
1650
1651         while( rc->qpm < qp_max
1652                && ((b1 > rc->frame_size_planned + rc_tol) ||
1653                    (b1 > rc->frame_size_planned && rc->qpm < rc->qp_novbv) ||
1654                    (b1 > rc->buffer_fill - buffer_left_planned * 0.5f)) )
1655         {
1656             rc->qpm += step_size;
1657             b1 = bits_so_far + predict_row_size_to_end( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1658         }
1659
1660         float b_max = b1 + ((rc->buffer_fill - rc->buffer_size + rc->buffer_rate) * 0.90f - b1) * trust_coeff;
1661         rc->qpm -= step_size;
1662         float b2 = bits_so_far + predict_row_size_to_end( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1663         while( rc->qpm > qp_min && rc->qpm < prev_row_qp
1664                && (rc->qpm > h->fdec->f_row_qp[0] || rc->single_frame_vbv)
1665                && (b2 < max_frame_size)
1666                && ((b2 < rc->frame_size_planned * 0.8f) || (b2 < b_max)) )
1667         {
1668             b1 = b2;
1669             rc->qpm -= step_size;
1670             b2 = bits_so_far + predict_row_size_to_end( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1671         }
1672         rc->qpm += step_size;
1673
1674         /* avoid VBV underflow or MinCR violation */
1675         while( rc->qpm < qp_absolute_max && (b1 > max_frame_size) )
1676         {
1677             rc->qpm += step_size;
1678             b1 = bits_so_far + predict_row_size_to_end( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1679         }
1680
1681         h->rc->frame_size_estimated = b1 - size_of_other_slices;
1682
1683         /* If the current row was large enough to cause a large QP jump, try re-encoding it. */
1684         if( rc->qpm > qp_max && prev_row_qp < qp_max && can_reencode_row )
1685         {
1686             /* Bump QP to halfway in between... close enough. */
1687             rc->qpm = x264_clip3f( (prev_row_qp + rc->qpm)*0.5f, prev_row_qp + 1.0f, qp_max );
1688             rc->qpa_rc = rc->qpa_rc_prev;
1689             rc->qpa_aq = rc->qpa_aq_prev;
1690             h->fdec->i_row_bits[y] = 0;
1691             h->fdec->i_row_bits[y-SLICE_MBAFF] = 0;
1692             return -1;
1693         }
1694     }
1695     else
1696     {
1697         h->rc->frame_size_estimated = bits_so_far;
1698
1699         /* Last-ditch attempt: if the last row of the frame underflowed the VBV,
1700          * try again. */
1701         if( rc->qpm < qp_max && can_reencode_row
1702             && (h->rc->frame_size_estimated + size_of_other_slices > X264_MIN( rc->frame_size_maximum, rc->buffer_fill )) )
1703         {
1704             rc->qpm = qp_max;
1705             rc->qpa_rc = rc->qpa_rc_prev;
1706             rc->qpa_aq = rc->qpa_aq_prev;
1707             h->fdec->i_row_bits[y] = 0;
1708             h->fdec->i_row_bits[y-SLICE_MBAFF] = 0;
1709             return -1;
1710         }
1711     }
1712
1713     rc->qpa_rc_prev = rc->qpa_rc;
1714     rc->qpa_aq_prev = rc->qpa_aq;
1715
1716     return 0;
1717 }
1718
1719 int x264_ratecontrol_qp( x264_t *h )
1720 {
1721     x264_emms();
1722     return x264_clip3( h->rc->qpm + 0.5f, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1723 }
1724
1725 int x264_ratecontrol_mb_qp( x264_t *h )
1726 {
1727     x264_emms();
1728     float qp = h->rc->qpm;
1729     if( h->param.rc.i_aq_mode )
1730     {
1731          /* MB-tree currently doesn't adjust quantizers in unreferenced frames. */
1732         float qp_offset = h->fdec->b_kept_as_ref ? h->fenc->f_qp_offset[h->mb.i_mb_xy] : h->fenc->f_qp_offset_aq[h->mb.i_mb_xy];
1733         /* Scale AQ's effect towards zero in emergency mode. */
1734         if( qp > QP_MAX_SPEC )
1735             qp_offset *= (QP_MAX - qp) / (QP_MAX - QP_MAX_SPEC);
1736         qp += qp_offset;
1737     }
1738     return x264_clip3( qp + 0.5f, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1739 }
1740
1741 /* In 2pass, force the same frame types as in the 1st pass */
1742 int x264_ratecontrol_slice_type( x264_t *h, int frame_num )
1743 {
1744     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1745     if( h->param.rc.b_stat_read )
1746     {
1747         if( frame_num >= rc->num_entries )
1748         {
1749             /* We could try to initialize everything required for ABR and
1750              * adaptive B-frames, but that would be complicated.
1751              * So just calculate the average QP used so far. */
1752             h->param.rc.i_qp_constant = (h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P] == 0) ? 24 + QP_BD_OFFSET
1753                                       : 1 + h->stat.f_frame_qp[SLICE_TYPE_P] / h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P];
1754             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant, 0, QP_MAX );
1755             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( (int)( qscale2qp( qp2qscale( h->param.rc.i_qp_constant ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor )) + 0.5 ), 0, QP_MAX );
1756             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( (int)( qscale2qp( qp2qscale( h->param.rc.i_qp_constant ) * fabs( h->param.rc.f_pb_factor )) + 0.5 ), 0, QP_MAX );
1757
1758             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d)\n", rc->num_entries );
1759             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "continuing anyway, at constant QP=%d\n", h->param.rc.i_qp_constant );
1760             if( h->param.i_bframe_adaptive )
1761                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "disabling adaptive B-frames\n" );
1762
1763             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1764             {
1765                 h->thread[i]->rc->b_abr = 0;
1766                 h->thread[i]->rc->b_2pass = 0;
1767                 h->thread[i]->param.rc.i_rc_method = X264_RC_CQP;
1768                 h->thread[i]->param.rc.b_stat_read = 0;
1769                 h->thread[i]->param.i_bframe_adaptive = 0;
1770                 h->thread[i]->param.i_scenecut_threshold = 0;
1771                 h->thread[i]->param.rc.b_mb_tree = 0;
1772                 if( h->thread[i]->param.i_bframe > 1 )
1773                     h->thread[i]->param.i_bframe = 1;
1774             }
1775             return X264_TYPE_AUTO;
1776         }
1777         return rc->entry[frame_num].frame_type;
1778     }
1779     else
1780         return X264_TYPE_AUTO;
1781 }
1782
1783 void x264_ratecontrol_set_weights( x264_t *h, x264_frame_t *frm )
1784 {
1785     ratecontrol_entry_t *rce = &h->rc->entry[frm->i_frame];
1786     if( h->param.analyse.i_weighted_pred <= 0 )
1787         return;
1788
1789     if( rce->i_weight_denom[0] >= 0 )
1790         SET_WEIGHT( frm->weight[0][0], 1, rce->weight[0][0], rce->i_weight_denom[0], rce->weight[0][1] );
1791
1792     if( rce->i_weight_denom[1] >= 0 )
1793     {
1794         SET_WEIGHT( frm->weight[0][1], 1, rce->weight[1][0], rce->i_weight_denom[1], rce->weight[1][1] );
1795         SET_WEIGHT( frm->weight[0][2], 1, rce->weight[2][0], rce->i_weight_denom[1], rce->weight[2][1] );
1796     }
1797 }
1798
1799 /* After encoding one frame, save stats and update ratecontrol state */
1800 int x264_ratecontrol_end( x264_t *h, int bits, int *filler )
1801 {
1802     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1803     const int *mbs = h->stat.frame.i_mb_count;
1804
1805     x264_emms();
1806
1807     h->stat.frame.i_mb_count_skip = mbs[P_SKIP] + mbs[B_SKIP];
1808     h->stat.frame.i_mb_count_i = mbs[I_16x16] + mbs[I_8x8] + mbs[I_4x4];
1809     h->stat.frame.i_mb_count_p = mbs[P_L0] + mbs[P_8x8];
1810     for( int i = B_DIRECT; i < B_8x8; i++ )
1811         h->stat.frame.i_mb_count_p += mbs[i];
1812
1813     h->fdec->f_qp_avg_rc = rc->qpa_rc /= h->mb.i_mb_count;
1814     h->fdec->f_qp_avg_aq = (float)rc->qpa_aq / h->mb.i_mb_count;
1815     h->fdec->f_crf_avg = h->param.rc.f_rf_constant + h->fdec->f_qp_avg_rc - rc->qp_novbv;
1816
1817     if( h->param.rc.b_stat_write )
1818     {
1819         char c_type = h->sh.i_type==SLICE_TYPE_I ? (h->fenc->i_poc==0 ? 'I' : 'i')
1820                     : h->sh.i_type==SLICE_TYPE_P ? 'P'
1821                     : h->fenc->b_kept_as_ref ? 'B' : 'b';
1822         int dir_frame = h->stat.frame.i_direct_score[1] - h->stat.frame.i_direct_score[0];
1823         int dir_avg = h->stat.i_direct_score[1] - h->stat.i_direct_score[0];
1824         char c_direct = h->mb.b_direct_auto_write ?
1825                         ( dir_frame>0 ? 's' : dir_frame<0 ? 't' :
1826                           dir_avg>0 ? 's' : dir_avg<0 ? 't' : '-' )
1827                         : '-';
1828         if( fprintf( rc->p_stat_file_out,
1829                  "in:%d out:%d type:%c dur:%"PRId64" cpbdur:%"PRId64" q:%.2f aq:%.2f tex:%d mv:%d misc:%d imb:%d pmb:%d smb:%d d:%c ref:",
1830                  h->fenc->i_frame, h->i_frame,
1831                  c_type, h->fenc->i_duration,
1832                  h->fenc->i_cpb_duration,
1833                  rc->qpa_rc, h->fdec->f_qp_avg_aq,
1834                  h->stat.frame.i_tex_bits,
1835                  h->stat.frame.i_mv_bits,
1836                  h->stat.frame.i_misc_bits,
1837                  h->stat.frame.i_mb_count_i,
1838                  h->stat.frame.i_mb_count_p,
1839                  h->stat.frame.i_mb_count_skip,
1840                  c_direct) < 0 )
1841             goto fail;
1842
1843         /* Only write information for reference reordering once. */
1844         int use_old_stats = h->param.rc.b_stat_read && rc->rce->refs > 1;
1845         for( int i = 0; i < (use_old_stats ? rc->rce->refs : h->i_ref[0]); i++ )
1846         {
1847             int refcount = use_old_stats         ? rc->rce->refcount[i]
1848                          : PARAM_INTERLACED      ? h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2]
1849                                                  + h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2+1]
1850                          :                         h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i];
1851             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "%d ", refcount ) < 0 )
1852                 goto fail;
1853         }
1854
1855         if( h->param.analyse.i_weighted_pred >= X264_WEIGHTP_SIMPLE && h->sh.weight[0][0].weightfn )
1856         {
1857             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "w:%d,%d,%d",
1858                          h->sh.weight[0][0].i_denom, h->sh.weight[0][0].i_scale, h->sh.weight[0][0].i_offset ) < 0 )
1859                 goto fail;
1860             if( h->sh.weight[0][1].weightfn || h->sh.weight[0][2].weightfn )
1861             {
1862                 if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ",%d,%d,%d,%d,%d ",
1863                              h->sh.weight[0][1].i_denom, h->sh.weight[0][1].i_scale, h->sh.weight[0][1].i_offset,
1864                              h->sh.weight[0][2].i_scale, h->sh.weight[0][2].i_offset ) < 0 )
1865                     goto fail;
1866             }
1867             else if( fprintf( rc->p_stat_file_out, " " ) < 0 )
1868                 goto fail;
1869         }
1870
1871         if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ";\n") < 0 )
1872             goto fail;
1873
1874         /* Don't re-write the data in multi-pass mode. */
1875         if( h->param.rc.b_mb_tree && h->fenc->b_kept_as_ref && !h->param.rc.b_stat_read )
1876         {
1877             uint8_t i_type = h->sh.i_type;
1878             /* Values are stored as big-endian FIX8.8 */
1879             for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
1880                 rc->mbtree.qp_buffer[0][i] = endian_fix16( h->fenc->f_qp_offset[i]*256.0 );
1881             if( fwrite( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < 1 )
1882                 goto fail;
1883             if( fwrite( rc->mbtree.qp_buffer[0], sizeof(uint16_t), h->mb.i_mb_count, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < h->mb.i_mb_count )
1884                 goto fail;
1885         }
1886     }
1887
1888     if( rc->b_abr )
1889     {
1890         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1891             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / rc->last_rceq;
1892         else
1893         {
1894             /* Depends on the fact that B-frame's QP is an offset from the following P-frame's.
1895              * Not perfectly accurate with B-refs, but good enough. */
1896             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / (rc->last_rceq * fabs( h->param.rc.f_pb_factor ));
1897         }
1898         rc->cplxr_sum *= rc->cbr_decay;
1899         rc->wanted_bits_window += h->fenc->f_duration * rc->bitrate;
1900         rc->wanted_bits_window *= rc->cbr_decay;
1901     }
1902
1903     if( rc->b_2pass )
1904         rc->expected_bits_sum += qscale2bits( rc->rce, qp2qscale( rc->rce->new_qp ) );
1905
1906     if( h->mb.b_variable_qp )
1907     {
1908         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1909         {
1910             rc->bframe_bits += bits;
1911             if( h->fenc->b_last_minigop_bframe )
1912             {
1913                 update_predictor( rc->pred_b_from_p, qp2qscale( rc->qpa_rc ),
1914                                   h->fref[1][h->i_ref[1]-1]->i_satd, rc->bframe_bits / rc->bframes );
1915                 rc->bframe_bits = 0;
1916             }
1917         }
1918     }
1919
1920     *filler = update_vbv( h, bits );
1921     rc->filler_bits_sum += *filler * 8;
1922
1923     if( h->sps->vui.b_nal_hrd_parameters_present )
1924     {
1925         if( h->fenc->i_frame == 0 )
1926         {
1927             // access unit initialises the HRD
1928             h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = 0;
1929             rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1930             rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1931             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit = (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1932         }
1933         else
1934         {
1935             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit + (double)(h->fenc->i_cpb_delay - h->i_cpb_delay_pir_offset) *
1936                                                    h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1937
1938             if( h->fenc->b_keyframe )
1939             {
1940                 rc->nrt_first_access_unit = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1941                 rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1942                 rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1943             }
1944
1945             double cpb_earliest_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time - (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1946             if( !h->fenc->b_keyframe )
1947                 cpb_earliest_arrival_time -= (double)rc->initial_cpb_removal_delay_offset / 90000;
1948
1949             if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd )
1950                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time;
1951             else
1952                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = X264_MAX( rc->previous_cpb_final_arrival_time, cpb_earliest_arrival_time );
1953         }
1954         int filler_bits = *filler ? X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), *filler )*8 : 0;
1955         // Equation C-6
1956         h->fenc->hrd_timing.cpb_final_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time +
1957                                                      (double)(bits + filler_bits) / h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1958
1959         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 +
1960                                               h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1961     }
1962
1963     return 0;
1964 fail:
1965     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_end: stats file could not be written to\n" );
1966     return -1;
1967 }
1968
1969 /****************************************************************************
1970  * 2 pass functions
1971  ***************************************************************************/
1972
1973 /**
1974  * modify the bitrate curve from pass1 for one frame
1975  */
1976 static double get_qscale(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double rate_factor, int frame_num)
1977 {
1978     x264_ratecontrol_t *rcc= h->rc;
1979     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
1980     double q;
1981     if( h->param.rc.b_mb_tree )
1982     {
1983         double timescale = (double)h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1984         q = pow( BASE_FRAME_DURATION / CLIP_DURATION(rce->i_duration * timescale), 1 - h->param.rc.f_qcompress );
1985     }
1986     else
1987         q = pow( rce->blurred_complexity, 1 - rcc->qcompress );
1988
1989     // avoid NaN's in the rc_eq
1990     if( !isfinite(q) || rce->tex_bits + rce->mv_bits == 0 )
1991         q = rcc->last_qscale_for[rce->pict_type];
1992     else
1993     {
1994         rcc->last_rceq = q;
1995         q /= rate_factor;
1996         rcc->last_qscale = q;
1997     }
1998
1999     if( zone )
2000     {
2001         if( zone->b_force_qp )
2002             q = qp2qscale( zone->i_qp );
2003         else
2004             q /= zone->f_bitrate_factor;
2005     }
2006
2007     return q;
2008 }
2009
2010 static double get_diff_limited_q(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double q, int frame_num)
2011 {
2012     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2013     const int pict_type = rce->pict_type;
2014     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
2015
2016     // force I/B quants as a function of P quants
2017     const double last_p_q    = rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P];
2018     const double last_non_b_q= rcc->last_qscale_for[rcc->last_non_b_pict_type];
2019     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
2020     {
2021         double iq = q;
2022         double pq = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
2023         double ip_factor = fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2024         /* don't apply ip_factor if the following frame is also I */
2025         if( rcc->accum_p_norm <= 0 )
2026             q = iq;
2027         else if( h->param.rc.f_ip_factor < 0 )
2028             q = iq / ip_factor;
2029         else if( rcc->accum_p_norm >= 1 )
2030             q = pq / ip_factor;
2031         else
2032             q = rcc->accum_p_norm * pq / ip_factor + (1 - rcc->accum_p_norm) * iq;
2033     }
2034     else if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
2035     {
2036         if( h->param.rc.f_pb_factor > 0 )
2037             q = last_non_b_q;
2038         if( !rce->kept_as_ref )
2039             q *= fabs( h->param.rc.f_pb_factor );
2040     }
2041     else if( pict_type == SLICE_TYPE_P
2042              && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_P
2043              && rce->tex_bits == 0 )
2044     {
2045         q = last_p_q;
2046     }
2047
2048     /* last qscale / qdiff stuff */
2049     if( rcc->last_non_b_pict_type == pict_type &&
2050         (pict_type!=SLICE_TYPE_I || rcc->last_accum_p_norm < 1) )
2051     {
2052         double last_q = rcc->last_qscale_for[pict_type];
2053         double max_qscale = last_q * rcc->lstep;
2054         double min_qscale = last_q / rcc->lstep;
2055
2056         if     ( q > max_qscale ) q = max_qscale;
2057         else if( q < min_qscale ) q = min_qscale;
2058     }
2059
2060     rcc->last_qscale_for[pict_type] = q;
2061     if( pict_type != SLICE_TYPE_B )
2062         rcc->last_non_b_pict_type = pict_type;
2063     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
2064     {
2065         rcc->last_accum_p_norm = rcc->accum_p_norm;
2066         rcc->accum_p_norm = 0;
2067         rcc->accum_p_qp = 0;
2068     }
2069     if( pict_type == SLICE_TYPE_P )
2070     {
2071         float mask = 1 - pow( (float)rce->i_count / rcc->nmb, 2 );
2072         rcc->accum_p_qp   = mask * (qscale2qp( q ) + rcc->accum_p_qp);
2073         rcc->accum_p_norm = mask * (1 + rcc->accum_p_norm);
2074     }
2075
2076     if( zone )
2077     {
2078         if( zone->b_force_qp )
2079             q = qp2qscale( zone->i_qp );
2080         else
2081             q /= zone->f_bitrate_factor;
2082     }
2083
2084     return q;
2085 }
2086
2087 static float predict_size( predictor_t *p, float q, float var )
2088 {
2089     return (p->coeff*var + p->offset) / (q*p->count);
2090 }
2091
2092 static void update_predictor( predictor_t *p, float q, float var, float bits )
2093 {
2094     float range = 1.5;
2095     if( var < 10 )
2096         return;
2097     float old_coeff = p->coeff / p->count;
2098     float old_offset = p->offset / p->count;
2099     float new_coeff = X264_MAX( (bits*q - old_offset) / var, p->coeff_min );
2100     float new_coeff_clipped = x264_clip3f( new_coeff, old_coeff/range, old_coeff*range );
2101     float new_offset = bits*q - new_coeff_clipped * var;
2102     if( new_offset >= 0 )
2103         new_coeff = new_coeff_clipped;
2104     else
2105         new_offset = 0;
2106     p->count  *= p->decay;
2107     p->coeff  *= p->decay;
2108     p->offset *= p->decay;
2109     p->count  ++;
2110     p->coeff  += new_coeff;
2111     p->offset += new_offset;
2112 }
2113
2114 // update VBV after encoding a frame
2115 static int update_vbv( x264_t *h, int bits )
2116 {
2117     int filler = 0;
2118     int bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
2119     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2120     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
2121     int64_t buffer_size = (int64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
2122
2123     if( rcc->last_satd >= h->mb.i_mb_count )
2124         update_predictor( &rct->pred[h->sh.i_type], qp2qscale( rcc->qpa_rc ), rcc->last_satd, bits );
2125
2126     if( !rcc->b_vbv )
2127         return filler;
2128
2129     uint64_t buffer_diff = (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
2130     rct->buffer_fill_final -= buffer_diff;
2131     rct->buffer_fill_final_min -= buffer_diff;
2132
2133     if( rct->buffer_fill_final_min < 0 )
2134     {
2135         double underflow = (double)rct->buffer_fill_final_min / h->sps->vui.i_time_scale;
2136         if( rcc->rate_factor_max_increment && rcc->qpm >= rcc->qp_novbv + rcc->rate_factor_max_increment )
2137             x264_log( h, X264_LOG_DEBUG, "VBV underflow due to CRF-max (frame %d, %.0f bits)\n", h->i_frame, underflow );
2138         else
2139             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV underflow (frame %d, %.0f bits)\n", h->i_frame, underflow );
2140         rct->buffer_fill_final =
2141         rct->buffer_fill_final_min = 0;
2142     }
2143
2144     if( h->param.i_avcintra_class )
2145         buffer_diff = buffer_size;
2146     else
2147         buffer_diff = (uint64_t)bitrate * h->sps->vui.i_num_units_in_tick * h->fenc->i_cpb_duration;
2148     rct->buffer_fill_final += buffer_diff;
2149     rct->buffer_fill_final_min += buffer_diff;
2150
2151     if( rct->buffer_fill_final > buffer_size )
2152     {
2153         if( h->param.rc.b_filler )
2154         {
2155             int64_t scale = (int64_t)h->sps->vui.i_time_scale * 8;
2156             filler = (rct->buffer_fill_final - buffer_size + scale - 1) / scale;
2157             bits = h->param.i_avcintra_class ? filler * 8 : X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), filler ) * 8;
2158             buffer_diff = (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
2159             rct->buffer_fill_final -= buffer_diff;
2160             rct->buffer_fill_final_min -= buffer_diff;
2161         }
2162         else
2163         {
2164             rct->buffer_fill_final = X264_MIN( rct->buffer_fill_final, buffer_size );
2165             rct->buffer_fill_final_min = X264_MIN( rct->buffer_fill_final_min, buffer_size );
2166         }
2167     }
2168
2169     return filler;
2170 }
2171
2172 void x264_hrd_fullness( x264_t *h )
2173 {
2174     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
2175     uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale / rct->hrd_multiply_denom;
2176     uint64_t cpb_state = rct->buffer_fill_final;
2177     uint64_t cpb_size = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
2178     uint64_t multiply_factor = 90000 / rct->hrd_multiply_denom;
2179
2180     if( rct->buffer_fill_final < 0 || rct->buffer_fill_final > (int64_t)cpb_size )
2181     {
2182          x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CPB %s: %.0f bits in a %.0f-bit buffer\n",
2183                    rct->buffer_fill_final < 0 ? "underflow" : "overflow",
2184                    (double)rct->buffer_fill_final / h->sps->vui.i_time_scale, (double)cpb_size / h->sps->vui.i_time_scale );
2185     }
2186
2187     h->initial_cpb_removal_delay = (multiply_factor * cpb_state) / denom;
2188     h->initial_cpb_removal_delay_offset = (multiply_factor * cpb_size) / denom - h->initial_cpb_removal_delay;
2189
2190     int64_t decoder_buffer_fill = h->initial_cpb_removal_delay * denom / multiply_factor;
2191     rct->buffer_fill_final_min = X264_MIN( rct->buffer_fill_final_min, decoder_buffer_fill );
2192 }
2193
2194 // provisionally update VBV according to the planned size of all frames currently in progress
2195 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead )
2196 {
2197     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2198     rcc->buffer_fill = h->thread[0]->rc->buffer_fill_final_min / h->sps->vui.i_time_scale;
2199     if( h->i_thread_frames > 1 )
2200     {
2201         int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
2202         for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
2203         {
2204             x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
2205             double bits = t->rc->frame_size_planned;
2206             if( !t->b_thread_active )
2207                 continue;
2208             bits = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
2209             rcc->buffer_fill -= bits;
2210             rcc->buffer_fill = X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0 );
2211             rcc->buffer_fill += t->rc->buffer_rate;
2212             rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
2213         }
2214     }
2215     rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
2216     rcc->buffer_fill -= overhead;
2217 }
2218
2219 // apply VBV constraints and clip qscale to between lmin and lmax
2220 static double clip_qscale( x264_t *h, int pict_type, double q )
2221 {
2222     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2223     double lmin = rcc->lmin[pict_type];
2224     double lmax = rcc->lmax[pict_type];
2225     if( rcc->rate_factor_max_increment )
2226         lmax = X264_MIN( lmax, qp2qscale( rcc->qp_novbv + rcc->rate_factor_max_increment ) );
2227     double q0 = q;
2228
2229     /* B-frames are not directly subject to VBV,
2230      * since they are controlled by the P-frames' QPs. */
2231
2232     if( rcc->b_vbv && rcc->last_satd > 0 )
2233     {
2234         double fenc_cpb_duration = (double)h->fenc->i_cpb_duration *
2235                                    h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
2236         /* Lookahead VBV: raise the quantizer as necessary such that no frames in
2237          * the lookahead overflow and such that the buffer is in a reasonable state
2238          * by the end of the lookahead. */
2239         if( h->param.rc.i_lookahead )
2240         {
2241             int terminate = 0;
2242
2243             /* Avoid an infinite loop. */
2244             for( int iterations = 0; iterations < 1000 && terminate != 3; iterations++ )
2245             {
2246                 double frame_q[3];
2247                 double cur_bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2248                 double buffer_fill_cur = rcc->buffer_fill - cur_bits;
2249                 double target_fill;
2250                 double total_duration = 0;
2251                 double last_duration = fenc_cpb_duration;
2252                 frame_q[0] = h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I ? q * h->param.rc.f_ip_factor : q;
2253                 frame_q[1] = frame_q[0] * h->param.rc.f_pb_factor;
2254                 frame_q[2] = frame_q[0] / h->param.rc.f_ip_factor;
2255
2256                 /* Loop over the planned future frames. */
2257                 for( int j = 0; buffer_fill_cur >= 0 && buffer_fill_cur <= rcc->buffer_size; j++ )
2258                 {
2259                     total_duration += last_duration;
2260                     buffer_fill_cur += rcc->vbv_max_rate * last_duration;
2261                     int i_type = h->fenc->i_planned_type[j];
2262                     int i_satd = h->fenc->i_planned_satd[j];
2263                     if( i_type == X264_TYPE_AUTO )
2264                         break;
2265                     i_type = IS_X264_TYPE_I( i_type ) ? SLICE_TYPE_I : IS_X264_TYPE_B( i_type ) ? SLICE_TYPE_B : SLICE_TYPE_P;
2266                     cur_bits = predict_size( &rcc->pred[i_type], frame_q[i_type], i_satd );
2267                     buffer_fill_cur -= cur_bits;
2268                     last_duration = h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
2269                 }
2270                 /* Try to get to get the buffer at least 50% filled, but don't set an impossible goal. */
2271                 target_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill + total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.5 );
2272                 if( buffer_fill_cur < target_fill )
2273                 {
2274                     q *= 1.01;
2275                     terminate |= 1;
2276                     continue;
2277                 }
2278                 /* Try to get the buffer no more than 80% filled, but don't set an impossible goal. */
2279                 target_fill = x264_clip3f( rcc->buffer_fill - total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.8, rcc->buffer_size );
2280                 if( rcc->b_vbv_min_rate && buffer_fill_cur > target_fill )
2281                 {
2282                     q /= 1.01;
2283                     terminate |= 2;
2284                     continue;
2285                 }
2286                 break;
2287             }
2288         }
2289         /* Fallback to old purely-reactive algorithm: no lookahead. */
2290         else
2291         {
2292             if( ( pict_type == SLICE_TYPE_P ||
2293                 ( pict_type == SLICE_TYPE_I && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_I ) ) &&
2294                 rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size < 0.5 )
2295             {
2296                 q /= x264_clip3f( 2.0*rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size, 0.5, 1.0 );
2297             }
2298
2299             /* Now a hard threshold to make sure the frame fits in VBV.
2300              * This one is mostly for I-frames. */
2301             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2302             /* For small VBVs, allow the frame to use up the entire VBV. */
2303             double max_fill_factor = h->param.rc.i_vbv_buffer_size >= 5*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rcc->fps ? 2 : 1;
2304             /* For single-frame VBVs, request that the frame use up the entire VBV. */
2305             double min_fill_factor = rcc->single_frame_vbv ? 1 : 2;
2306
2307             if( bits > rcc->buffer_fill/max_fill_factor )
2308             {
2309                 double qf = x264_clip3f( rcc->buffer_fill/(max_fill_factor*bits), 0.2, 1.0 );
2310                 q /= qf;
2311                 bits *= qf;
2312             }
2313             if( bits < rcc->buffer_rate/min_fill_factor )
2314             {
2315                 double qf = x264_clip3f( bits*min_fill_factor/rcc->buffer_rate, 0.001, 1.0 );
2316                 q *= qf;
2317             }
2318             q = X264_MAX( q0, q );
2319         }
2320
2321         /* Check B-frame complexity, and use up any bits that would
2322          * overflow before the next P-frame. */
2323         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && !rcc->single_frame_vbv )
2324         {
2325             int nb = rcc->bframes;
2326             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2327             double pbbits = bits;
2328             double bbits = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q * h->param.rc.f_pb_factor, rcc->last_satd );
2329             double space;
2330             double bframe_cpb_duration = 0;
2331             double minigop_cpb_duration;
2332             for( int i = 0; i < nb; i++ )
2333                 bframe_cpb_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[i];
2334
2335             if( bbits * nb > bframe_cpb_duration * rcc->vbv_max_rate )
2336                 nb = 0;
2337             pbbits += nb * bbits;
2338
2339             minigop_cpb_duration = bframe_cpb_duration + fenc_cpb_duration;
2340             space = rcc->buffer_fill + minigop_cpb_duration*rcc->vbv_max_rate - rcc->buffer_size;
2341             if( pbbits < space )
2342             {
2343                 q *= X264_MAX( pbbits / space, bits / (0.5 * rcc->buffer_size) );
2344             }
2345             q = X264_MAX( q0/2, q );
2346         }
2347
2348         /* Apply MinCR and buffer fill restrictions */
2349         double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2350         double frame_size_maximum = X264_MIN( rcc->frame_size_maximum, X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0.001 ) );
2351         if( bits > frame_size_maximum )
2352             q *= bits / frame_size_maximum;
2353
2354         if( !rcc->b_vbv_min_rate )
2355             q = X264_MAX( q0, q );
2356     }
2357
2358     if( lmin==lmax )
2359         return lmin;
2360     else if( rcc->b_2pass )
2361     {
2362         double min2 = log( lmin );
2363         double max2 = log( lmax );
2364         q = (log(q) - min2)/(max2-min2) - 0.5;
2365         q = 1.0/(1.0 + exp( -4*q ));
2366         q = q*(max2-min2) + min2;
2367         return exp( q );
2368     }
2369     else
2370         return x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2371 }
2372
2373 // update qscale for 1 frame based on actual bits used so far
2374 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h )
2375 {
2376     float q;
2377     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2378     ratecontrol_entry_t rce = {0};
2379     int pict_type = h->sh.i_type;
2380     int64_t total_bits = 8*(h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_I]
2381                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_P]
2382                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_B])
2383                        - rcc->filler_bits_sum;
2384
2385     if( rcc->b_2pass )
2386     {
2387         rce = *rcc->rce;
2388         if( pict_type != rce.pict_type )
2389         {
2390             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "slice=%c but 2pass stats say %c\n",
2391                       slice_type_to_char[pict_type], slice_type_to_char[rce.pict_type] );
2392         }
2393     }
2394
2395     if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
2396     {
2397         /* B-frames don't have independent ratecontrol, but rather get the
2398          * average QP of the two adjacent P-frames + an offset */
2399
2400         int i0 = IS_X264_TYPE_I(h->fref_nearest[0]->i_type);
2401         int i1 = IS_X264_TYPE_I(h->fref_nearest[1]->i_type);
2402         int dt0 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref_nearest[0]->i_poc);
2403         int dt1 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref_nearest[1]->i_poc);
2404         float q0 = h->fref_nearest[0]->f_qp_avg_rc;
2405         float q1 = h->fref_nearest[1]->f_qp_avg_rc;
2406
2407         if( h->fref_nearest[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2408             q0 -= rcc->pb_offset/2;
2409         if( h->fref_nearest[1]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2410             q1 -= rcc->pb_offset/2;
2411
2412         if( i0 && i1 )
2413             q = (q0 + q1) / 2 + rcc->ip_offset;
2414         else if( i0 )
2415             q = q1;
2416         else if( i1 )
2417             q = q0;
2418         else
2419             q = (q0*dt1 + q1*dt0) / (dt0 + dt1);
2420
2421         if( h->fenc->b_kept_as_ref )
2422             q += rcc->pb_offset/2;
2423         else
2424             q += rcc->pb_offset;
2425
2426         rcc->qp_novbv = q;
2427         q = qp2qscale( q );
2428         if( rcc->b_2pass )
2429             rcc->frame_size_planned = qscale2bits( &rce, q );
2430         else
2431             rcc->frame_size_planned = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q, h->fref[1][h->i_ref[1]-1]->i_satd );
2432         /* Limit planned size by MinCR */
2433         if( rcc->b_vbv )
2434             rcc->frame_size_planned = X264_MIN( rcc->frame_size_planned, rcc->frame_size_maximum );
2435         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2436
2437         /* For row SATDs */
2438         if( rcc->b_vbv )
2439             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2440         return q;
2441     }
2442     else
2443     {
2444         double abr_buffer = 2 * rcc->rate_tolerance * rcc->bitrate;
2445         double predicted_bits = total_bits;
2446         if( h->i_thread_frames > 1 )
2447         {
2448             int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
2449             for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
2450             {
2451                 x264_t *t = h->thread[(j+i) % h->i_thread_frames];
2452                 double bits = t->rc->frame_size_planned;
2453                 if( !t->b_thread_active )
2454                     continue;
2455                 bits = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
2456                 predicted_bits += bits;
2457             }
2458         }
2459
2460         if( rcc->b_2pass )
2461         {
2462             double lmin = rcc->lmin[pict_type];
2463             double lmax = rcc->lmax[pict_type];
2464             double diff;
2465
2466             /* Adjust ABR buffer based on distance to the end of the video. */
2467             if( rcc->num_entries > h->i_frame )
2468             {
2469                 double final_bits = rcc->entry[rcc->num_entries-1].expected_bits;
2470                 double video_pos = rce.expected_bits / final_bits;
2471                 double scale_factor = sqrt( (1 - video_pos) * rcc->num_entries );
2472                 abr_buffer *= 0.5 * X264_MAX( scale_factor, 0.5 );
2473             }
2474
2475             diff = predicted_bits - rce.expected_bits;
2476             q = rce.new_qscale;
2477             q /= x264_clip3f((abr_buffer - diff) / abr_buffer, .5, 2);
2478             if( h->i_frame >= rcc->fps && rcc->expected_bits_sum >= 1 )
2479             {
2480                 /* Adjust quant based on the difference between
2481                  * achieved and expected bitrate so far */
2482                 double cur_time = (double)h->i_frame / rcc->num_entries;
2483                 double w = x264_clip3f( cur_time*100, 0.0, 1.0 );
2484                 q *= pow( (double)total_bits / rcc->expected_bits_sum, w );
2485             }
2486             rcc->qp_novbv = qscale2qp( q );
2487             if( rcc->b_vbv )
2488             {
2489                 /* Do not overflow vbv */
2490                 double expected_size = qscale2bits( &rce, q );
2491                 double expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2492                 double expected_fullness = rce.expected_vbv / rcc->buffer_size;
2493                 double qmax = q*(2 - expected_fullness);
2494                 double size_constraint = 1 + expected_fullness;
2495                 qmax = X264_MAX( qmax, rce.new_qscale );
2496                 if( expected_fullness < .05 )
2497                     qmax = lmax;
2498                 qmax = X264_MIN(qmax, lmax);
2499                 while( ((expected_vbv < rce.expected_vbv/size_constraint) && (q < qmax)) ||
2500                         ((expected_vbv < 0) && (q < lmax)))
2501                 {
2502                     q *= 1.05;
2503                     expected_size = qscale2bits(&rce, q);
2504                     expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2505                 }
2506                 rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2507             }
2508             q = x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2509         }
2510         else /* 1pass ABR */
2511         {
2512             /* Calculate the quantizer which would have produced the desired
2513              * average bitrate if it had been applied to all frames so far.
2514              * Then modulate that quant based on the current frame's complexity
2515              * relative to the average complexity so far (using the 2pass RCEQ).
2516              * Then bias the quant up or down if total size so far was far from
2517              * the target.
2518              * Result: Depending on the value of rate_tolerance, there is a
2519              * tradeoff between quality and bitrate precision. But at large
2520              * tolerances, the bit distribution approaches that of 2pass. */
2521
2522             double wanted_bits, overflow = 1;
2523
2524             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2525             rcc->short_term_cplxsum *= 0.5;
2526             rcc->short_term_cplxcount *= 0.5;
2527             rcc->short_term_cplxsum += rcc->last_satd / (CLIP_DURATION(h->fenc->f_duration) / BASE_FRAME_DURATION);
2528             rcc->short_term_cplxcount ++;
2529
2530             rce.tex_bits = rcc->last_satd;
2531             rce.blurred_complexity = rcc->short_term_cplxsum / rcc->short_term_cplxcount;
2532             rce.mv_bits = 0;
2533             rce.p_count = rcc->nmb;
2534             rce.i_count = 0;
2535             rce.s_count = 0;
2536             rce.qscale = 1;
2537             rce.pict_type = pict_type;
2538             rce.i_duration = h->fenc->i_duration;
2539
2540             if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
2541             {
2542                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->rate_factor_constant, h->fenc->i_frame );
2543             }
2544             else
2545             {
2546                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->wanted_bits_window / rcc->cplxr_sum, h->fenc->i_frame );
2547
2548                 /* ABR code can potentially be counterproductive in CBR, so just don't bother.
2549                  * Don't run it if the frame complexity is zero either. */
2550                 if( !rcc->b_vbv_min_rate && rcc->last_satd )
2551                 {
2552                     // FIXME is it simpler to keep track of wanted_bits in ratecontrol_end?
2553                     int i_frame_done = h->i_frame;
2554                     double time_done = i_frame_done / rcc->fps;
2555                     if( h->param.b_vfr_input && i_frame_done > 0 )
2556                         time_done = ((double)(h->fenc->i_reordered_pts - h->i_reordered_pts_delay)) * h->param.i_timebase_num / h->param.i_timebase_den;
2557                     wanted_bits = time_done * rcc->bitrate;
2558                     if( wanted_bits > 0 )
2559                     {
2560                         abr_buffer *= X264_MAX( 1, sqrt( time_done ) );
2561                         overflow = x264_clip3f( 1.0 + (predicted_bits - wanted_bits) / abr_buffer, .5, 2 );
2562                         q *= overflow;
2563                     }
2564                 }
2565             }
2566
2567             if( pict_type == SLICE_TYPE_I && h->param.i_keyint_max > 1
2568                 /* should test _next_ pict type, but that isn't decided yet */
2569                 && rcc->last_non_b_pict_type != SLICE_TYPE_I )
2570             {
2571                 q = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
2572                 q /= fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2573             }
2574             else if( h->i_frame > 0 )
2575             {
2576                 if( h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CRF )
2577                 {
2578                     /* Asymmetric clipping, because symmetric would prevent
2579                      * overflow control in areas of rapidly oscillating complexity */
2580                     double lmin = rcc->last_qscale_for[pict_type] / rcc->lstep;
2581                     double lmax = rcc->last_qscale_for[pict_type] * rcc->lstep;
2582                     if( overflow > 1.1 && h->i_frame > 3 )
2583                         lmax *= rcc->lstep;
2584                     else if( overflow < 0.9 )
2585                         lmin /= rcc->lstep;
2586
2587                     q = x264_clip3f(q, lmin, lmax);
2588                 }
2589             }
2590             else if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && rcc->qcompress != 1 )
2591             {
2592                 q = qp2qscale( ABR_INIT_QP ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2593             }
2594             rcc->qp_novbv = qscale2qp( q );
2595
2596             //FIXME use get_diff_limited_q() ?
2597             q = clip_qscale( h, pict_type, q );
2598         }
2599
2600         rcc->last_qscale_for[pict_type] =
2601         rcc->last_qscale = q;
2602
2603         if( !(rcc->b_2pass && !rcc->b_vbv) && h->fenc->i_frame == 0 )
2604             rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P] = q * fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2605
2606         if( rcc->b_2pass )
2607             rcc->frame_size_planned = qscale2bits( &rce, q );
2608         else
2609             rcc->frame_size_planned = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2610
2611         /* Always use up the whole VBV in this case. */
2612         if( rcc->single_frame_vbv )
2613             rcc->frame_size_planned = rcc->buffer_rate;
2614         /* Limit planned size by MinCR */
2615         if( rcc->b_vbv )
2616             rcc->frame_size_planned = X264_MIN( rcc->frame_size_planned, rcc->frame_size_maximum );
2617         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2618         return q;
2619     }
2620 }
2621
2622 static void x264_threads_normalize_predictors( x264_t *h )
2623 {
2624     double totalsize = 0;
2625     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2626         totalsize += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2627     double factor = h->rc->frame_size_planned / totalsize;
2628     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2629         h->thread[i]->rc->slice_size_planned *= factor;
2630 }
2631
2632 void x264_threads_distribute_ratecontrol( x264_t *h )
2633 {
2634     int row;
2635     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2636     x264_emms();
2637     float qscale = qp2qscale( rc->qpm );
2638
2639     /* Initialize row predictors */
2640     if( h->i_frame == 0 )
2641         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2642         {
2643             x264_t *t = h->thread[i];
2644             if( t != h )
2645                 memcpy( t->rc->row_preds, rc->row_preds, sizeof(rc->row_preds) );
2646         }
2647
2648     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2649     {
2650         x264_t *t = h->thread[i];
2651         if( t != h )
2652             memcpy( t->rc, rc, offsetof(x264_ratecontrol_t, row_pred) );
2653         t->rc->row_pred = t->rc->row_preds[h->sh.i_type];
2654         /* Calculate the planned slice size. */
2655         if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2656         {
2657             int size = 0;
2658             for( row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2659                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2660             t->rc->slice_size_planned = predict_size( &rc->pred[h->sh.i_type + (i+1)*5], qscale, size );
2661         }
2662         else
2663             t->rc->slice_size_planned = 0;
2664     }
2665     if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2666     {
2667         x264_threads_normalize_predictors( h );
2668
2669         if( rc->single_frame_vbv )
2670         {
2671             /* Compensate for our max frame error threshold: give more bits (proportionally) to smaller slices. */
2672             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2673             {
2674                 x264_t *t = h->thread[i];
2675                 float max_frame_error = x264_clip3f( 1.0 / (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start), 0.05, 0.25 );
2676                 t->rc->slice_size_planned += 2 * max_frame_error * rc->frame_size_planned;
2677             }
2678             x264_threads_normalize_predictors( h );
2679         }
2680
2681         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2682             h->thread[i]->rc->frame_size_estimated = h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2683     }
2684 }
2685
2686 void x264_threads_merge_ratecontrol( x264_t *h )
2687 {
2688     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2689     x264_emms();
2690
2691     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2692     {
2693         x264_t *t = h->thread[i];
2694         x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[i]->rc;
2695         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size )
2696         {
2697             int size = 0;
2698             for( int row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2699                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2700             int bits = t->stat.frame.i_mv_bits + t->stat.frame.i_tex_bits + t->stat.frame.i_misc_bits;
2701             int mb_count = (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) * h->mb.i_mb_width;
2702             update_predictor( &rc->pred[h->sh.i_type+(i+1)*5], qp2qscale( rct->qpa_rc/mb_count ), size, bits );
2703         }
2704         if( !i )
2705             continue;
2706         rc->qpa_rc += rct->qpa_rc;
2707         rc->qpa_aq += rct->qpa_aq;
2708     }
2709 }
2710
2711 void x264_thread_sync_ratecontrol( x264_t *cur, x264_t *prev, x264_t *next )
2712 {
2713     if( cur != prev )
2714     {
2715 #define COPY(var) memcpy(&cur->rc->var, &prev->rc->var, sizeof(cur->rc->var))
2716         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_start()
2717          * so copy them from the context that most recently started (prev)
2718          * to the context that's about to start (cur). */
2719         COPY(accum_p_qp);
2720         COPY(accum_p_norm);
2721         COPY(last_satd);
2722         COPY(last_rceq);
2723         COPY(last_qscale_for);
2724         COPY(last_non_b_pict_type);
2725         COPY(short_term_cplxsum);
2726         COPY(short_term_cplxcount);
2727         COPY(bframes);
2728         COPY(prev_zone);
2729         COPY(mbtree.qpbuf_pos);
2730         /* these vars can be updated by x264_ratecontrol_init_reconfigurable */
2731         COPY(bitrate);
2732         COPY(buffer_size);
2733         COPY(buffer_rate);
2734         COPY(vbv_max_rate);
2735         COPY(single_frame_vbv);
2736         COPY(cbr_decay);
2737         COPY(rate_factor_constant);
2738         COPY(rate_factor_max_increment);
2739 #undef COPY
2740     }
2741     if( cur != next )
2742     {
2743 #define COPY(var) next->rc->var = cur->rc->var
2744         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_end()
2745          * so copy them from the context that most recently ended (cur)
2746          * to the context that's about to end (next) */
2747         COPY(cplxr_sum);
2748         COPY(expected_bits_sum);
2749         COPY(filler_bits_sum);
2750         COPY(wanted_bits_window);
2751         COPY(bframe_bits);
2752         COPY(initial_cpb_removal_delay);
2753         COPY(initial_cpb_removal_delay_offset);
2754         COPY(nrt_first_access_unit);
2755         COPY(previous_cpb_final_arrival_time);
2756 #undef COPY
2757     }
2758     //FIXME row_preds[] (not strictly necessary, but would improve prediction)
2759     /* the rest of the variables are either constant or thread-local */
2760 }
2761
2762 static int find_underflow( x264_t *h, double *fills, int *t0, int *t1, int over )
2763 {
2764     /* find an interval ending on an overflow or underflow (depending on whether
2765      * we're adding or removing bits), and starting on the earliest frame that
2766      * can influence the buffer fill of that end frame. */
2767     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2768     const double buffer_min = .1 * rcc->buffer_size;
2769     const double buffer_max = .9 * rcc->buffer_size;
2770     double fill = fills[*t0-1];
2771     double parity = over ? 1. : -1.;
2772     int start = -1, end = -1;
2773     for( int i = *t0; i < rcc->num_entries; i++ )
2774     {
2775         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 -
2776                  qscale2bits( &rcc->entry[i], rcc->entry[i].new_qscale )) * parity;
2777         fill = x264_clip3f(fill, 0, rcc->buffer_size);
2778         fills[i] = fill;
2779         if( fill <= buffer_min || i == 0 )
2780         {
2781             if( end >= 0 )
2782                 break;
2783             start = i;
2784         }
2785         else if( fill >= buffer_max && start >= 0 )
2786             end = i;
2787     }
2788     *t0 = start;
2789     *t1 = end;
2790     return start >= 0 && end >= 0;
2791 }
2792
2793 static int fix_underflow( x264_t *h, int t0, int t1, double adjustment, double qscale_min, double qscale_max)
2794 {
2795     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2796     double qscale_orig, qscale_new;
2797     int adjusted = 0;
2798     if( t0 > 0 )
2799         t0++;
2800     for( int i = t0; i <= t1; i++ )
2801     {
2802         qscale_orig = rcc->entry[i].new_qscale;
2803         qscale_orig = x264_clip3f( qscale_orig, qscale_min, qscale_max );
2804         qscale_new  = qscale_orig * adjustment;
2805         qscale_new  = x264_clip3f( qscale_new, qscale_min, qscale_max );
2806         rcc->entry[i].new_qscale = qscale_new;
2807         adjusted = adjusted || (qscale_new != qscale_orig);
2808     }
2809     return adjusted;
2810 }
2811
2812 static double count_expected_bits( x264_t *h )
2813 {
2814     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2815     double expected_bits = 0;
2816     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2817     {
2818         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2819         rce->expected_bits = expected_bits;
2820         expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2821     }
2822     return expected_bits;
2823 }
2824
2825 static int vbv_pass2( x264_t *h, double all_available_bits )
2826 {
2827     /* for each interval of buffer_full .. underflow, uniformly increase the qp of all
2828      * frames in the interval until either buffer is full at some intermediate frame or the
2829      * last frame in the interval no longer underflows.  Recompute intervals and repeat.
2830      * Then do the converse to put bits back into overflow areas until target size is met */
2831
2832     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2833     double *fills;
2834     double expected_bits = 0;
2835     double adjustment;
2836     double prev_bits = 0;
2837     int t0, t1;
2838     double qscale_min = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
2839     double qscale_max = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
2840     int iterations = 0;
2841     int adj_min, adj_max;
2842     CHECKED_MALLOC( fills, (rcc->num_entries+1)*sizeof(double) );
2843
2844     fills++;
2845
2846     /* adjust overall stream size */
2847     do
2848     {
2849         iterations++;
2850         prev_bits = expected_bits;
2851
2852         if( expected_bits )
2853         {   /* not first iteration */
2854             adjustment = X264_MAX(X264_MIN(expected_bits / all_available_bits, 0.999), 0.9);
2855             fills[-1] = rcc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init;
2856             t0 = 0;
2857             /* fix overflows */
2858             adj_min = 1;
2859             while(adj_min && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 1 ))
2860             {
2861                 adj_min = fix_underflow( h, t0, t1, adjustment, qscale_min, qscale_max );
2862                 t0 = t1;
2863             }
2864         }
2865
2866         fills[-1] = rcc->buffer_size * (1. - h->param.rc.f_vbv_buffer_init);
2867         t0 = 0;
2868         /* fix underflows -- should be done after overflow, as we'd better undersize target than underflowing VBV */
2869         adj_max = 1;
2870         while( adj_max && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 0 ) )
2871             adj_max = fix_underflow( h, t0, t1, 1.001, qscale_min, qscale_max );
2872
2873         expected_bits = count_expected_bits( h );
2874     } while( (expected_bits < .995*all_available_bits) && ((int64_t)(expected_bits+.5) > (int64_t)(prev_bits+.5)) );
2875
2876     if( !adj_max )
2877         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "vbv-maxrate issue, qpmax or vbv-maxrate too low\n");
2878
2879     /* store expected vbv filling values for tracking when encoding */
2880     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2881         rcc->entry[i].expected_vbv = rcc->buffer_size - fills[i];
2882
2883     x264_free( fills-1 );
2884     return 0;
2885 fail:
2886     return -1;
2887 }
2888
2889 static int init_pass2( x264_t *h )
2890 {
2891     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2892     uint64_t all_const_bits = 0;
2893     double timescale = (double)h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
2894     double duration = 0;
2895     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2896         duration += rcc->entry[i].i_duration;
2897     duration *= timescale;
2898     uint64_t all_available_bits = h->param.rc.i_bitrate * 1000. * duration;
2899     double rate_factor, step_mult;
2900     double qblur = h->param.rc.f_qblur;
2901     double cplxblur = h->param.rc.f_complexity_blur;
2902     const int filter_size = (int)(qblur*4) | 1;
2903     double expected_bits;
2904     double *qscale, *blurred_qscale;
2905     double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
2906
2907     /* find total/average complexity & const_bits */
2908     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2909     {
2910         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2911         all_const_bits += rce->misc_bits;
2912     }
2913
2914     if( all_available_bits < all_const_bits)
2915     {
2916         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "requested bitrate is too low. estimated minimum is %d kbps\n",
2917                  (int)(all_const_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.)) );
2918         return -1;
2919     }
2920
2921     /* Blur complexities, to reduce local fluctuation of QP.
2922      * We don't blur the QPs directly, because then one very simple frame
2923      * could drag down the QP of a nearby complex frame and give it more
2924      * bits than intended. */
2925     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2926     {
2927         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2928         double weight_sum = 0;
2929         double cplx_sum = 0;
2930         double weight = 1.0;
2931         double gaussian_weight;
2932         /* weighted average of cplx of future frames */
2933         for( int j = 1; j < cplxblur*2 && j < rcc->num_entries-i; j++ )
2934         {
2935             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i+j];
2936             double frame_duration = CLIP_DURATION(rcj->i_duration * timescale) / BASE_FRAME_DURATION;
2937             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2938             if( weight < .0001 )
2939                 break;
2940             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2941             weight_sum += gaussian_weight;
2942             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits) / frame_duration;
2943         }
2944         /* weighted average of cplx of past frames */
2945         weight = 1.0;
2946         for( int j = 0; j <= cplxblur*2 && j <= i; j++ )
2947         {
2948             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i-j];
2949             double frame_duration = CLIP_DURATION(rcj->i_duration * timescale) / BASE_FRAME_DURATION;
2950             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2951             weight_sum += gaussian_weight;
2952             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits) / frame_duration;
2953             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2954             if( weight < .0001 )
2955                 break;
2956         }
2957         rce->blurred_complexity = cplx_sum / weight_sum;
2958     }
2959
2960     CHECKED_MALLOC( qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2961     if( filter_size > 1 )
2962         CHECKED_MALLOC( blurred_qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2963     else
2964         blurred_qscale = qscale;
2965
2966     /* Search for a factor which, when multiplied by the RCEQ values from
2967      * each frame, adds up to the desired total size.
2968      * There is no exact closed-form solution because of VBV constraints and
2969      * because qscale2bits is not invertible, but we can start with the simple
2970      * approximation of scaling the 1st pass by the ratio of bitrates.
2971      * The search range is probably overkill, but speed doesn't matter here. */
2972
2973     expected_bits = 1;
2974     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2975     {
2976         double q = get_qscale(h, &rcc->entry[i], 1.0, i);
2977         expected_bits += qscale2bits(&rcc->entry[i], q);
2978         rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = q;
2979     }
2980     step_mult = all_available_bits / expected_bits;
2981
2982     rate_factor = 0;
2983     for( double step = 1E4 * step_mult; step > 1E-7 * step_mult; step *= 0.5)
2984     {
2985         expected_bits = 0;
2986         rate_factor += step;
2987
2988         rcc->last_non_b_pict_type = -1;
2989         rcc->last_accum_p_norm = 1;
2990         rcc->accum_p_norm = 0;
2991
2992         rcc->last_qscale_for[0] =
2993         rcc->last_qscale_for[1] =
2994         rcc->last_qscale_for[2] = pow( base_cplx, 1 - rcc->qcompress ) / rate_factor;
2995
2996         /* find qscale */
2997         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2998         {
2999             qscale[i] = get_qscale( h, &rcc->entry[i], rate_factor, -1 );
3000             rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = qscale[i];
3001         }
3002
3003         /* fixed I/B qscale relative to P */
3004         for( int i = rcc->num_entries-1; i >= 0; i-- )
3005         {
3006             qscale[i] = get_diff_limited_q( h, &rcc->entry[i], qscale[i], i );
3007             assert(qscale[i] >= 0);
3008         }
3009
3010         /* smooth curve */
3011         if( filter_size > 1 )
3012         {
3013             assert( filter_size%2 == 1 );
3014             for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
3015             {
3016                 ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
3017                 double q = 0.0, sum = 0.0;
3018
3019                 for( int j = 0; j < filter_size; j++ )
3020                 {
3021                     int idx = i+j-filter_size/2;
3022                     double d = idx-i;
3023                     double coeff = qblur==0 ? 1.0 : exp( -d*d/(qblur*qblur) );
3024                     if( idx < 0 || idx >= rcc->num_entries )
3025                         continue;
3026                     if( rce->pict_type != rcc->entry[idx].pict_type )
3027                         continue;
3028                     q += qscale[idx] * coeff;
3029                     sum += coeff;
3030                 }
3031                 blurred_qscale[i] = q/sum;
3032             }
3033         }
3034
3035         /* find expected bits */
3036         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
3037         {
3038             ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
3039             rce->new_qscale = clip_qscale( h, rce->pict_type, blurred_qscale[i] );
3040             assert(rce->new_qscale >= 0);
3041             expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
3042         }
3043
3044         if( expected_bits > all_available_bits )
3045             rate_factor -= step;
3046     }
3047
3048     x264_free( qscale );
3049     if( filter_size > 1 )
3050         x264_free( blurred_qscale );
3051
3052     if( rcc->b_vbv )
3053         if( vbv_pass2( h, all_available_bits ) )
3054             return -1;
3055     expected_bits = count_expected_bits( h );
3056
3057     if( fabs( expected_bits/all_available_bits - 1.0 ) > 0.01 )
3058     {
3059         double avgq = 0;
3060         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
3061             avgq += rcc->entry[i].new_qscale;
3062         avgq = qscale2qp( avgq / rcc->num_entries );
3063
3064         if( expected_bits > all_available_bits || !rcc->b_vbv )
3065             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "Error: 2pass curve failed to converge\n" );
3066         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "target: %.2f kbit/s, expected: %.2f kbit/s, avg QP: %.4f\n",
3067                   (float)h->param.rc.i_bitrate,
3068                   expected_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.),
3069                   avgq );
3070         if( expected_bits < all_available_bits && avgq < h->param.rc.i_qp_min + 2 )
3071         {
3072             if( h->param.rc.i_qp_min > 0 )
3073                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate or reducing qp_min (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_min );
3074             else
3075                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate\n" );
3076         }
3077         else if( expected_bits > all_available_bits && avgq > h->param.rc.i_qp_max - 2 )
3078         {
3079             if( h->param.rc.i_qp_max < QP_MAX )
3080                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate or increasing qp_max (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_max );
3081             else
3082                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate\n");
3083         }
3084         else if( !(rcc->b_2pass && rcc->b_vbv) )
3085             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "internal error\n" );
3086     }
3087
3088     return 0;
3089 fail:
3090     return -1;
3091 }