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

   1 /*****************************************************************************
   2  * ratecontrol.c: ratecontrol
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 2005-2011 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     uint64_t expected_bits; /*total expected bits up to the current frame (current one excluded)*/
  47     double expected_vbv;
  48     double new_qscale;
  49     int 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     double coeff;
  66     double count;
  67     double decay;
  68     double offset;
  69 } predictor_t;
  70
  71 struct x264_ratecontrol_t
  72 {
  73     /* constants */
  74     int b_abr;
  75     int b_2pass;
  76     int b_vbv;
  77     int b_vbv_min_rate;
  78     double fps;
  79     double bitrate;
  80     double rate_tolerance;
  81     double qcompress;
  82     int nmb;                    /* number of macroblocks in a frame */
  83     int qp_constant[3];
  84
  85     /* current frame */
  86     ratecontrol_entry_t *rce;
  87     int qp;                     /* qp for current frame */
  88     float qpm;                  /* qp for current macroblock: precise float for AQ */
  89     float qpa_rc;               /* average of macroblocks' qp before aq */
  90     float qpa_aq;               /* average of macroblocks' qp after aq */
  91     float qp_novbv;             /* QP for the current frame if 1-pass VBV was disabled. */
  92
  93     /* VBV stuff */
  94     double buffer_size;
  95     int64_t buffer_fill_final;
  96     double buffer_fill;         /* planned buffer, if all in-progress frames hit their bit budget */
  97     double buffer_rate;         /* # of bits added to buffer_fill after each frame */
  98     double vbv_max_rate;        /* # of bits added to buffer_fill per second */
  99     predictor_t *pred;          /* predict frame size from satd */
 100     int single_frame_vbv;
 101     double rate_factor_max_increment; /* Don't allow RF above (CRF + this value). */
 102
 103     /* ABR stuff */
 104     int    last_satd;
 105     double last_rceq;
 106     double cplxr_sum;           /* sum of bits*qscale/rceq */
 107     double expected_bits_sum;   /* sum of qscale2bits after rceq, ratefactor, and overflow, only includes finished frames */
 108     int64_t filler_bits_sum;    /* sum in bits of finished frames' filler data */
 109     double wanted_bits_window;  /* target bitrate * window */
 110     double cbr_decay;
 111     double short_term_cplxsum;
 112     double short_term_cplxcount;
 113     double rate_factor_constant;
 114     double ip_offset;
 115     double pb_offset;
 116
 117     /* 2pass stuff */
 118     FILE *p_stat_file_out;
 119     char *psz_stat_file_tmpname;
 120     FILE *p_mbtree_stat_file_out;
 121     char *psz_mbtree_stat_file_tmpname;
 122     char *psz_mbtree_stat_file_name;
 123     FILE *p_mbtree_stat_file_in;
 124
 125     int num_entries;            /* number of ratecontrol_entry_ts */
 126     ratecontrol_entry_t *entry; /* FIXME: copy needed data and free this once init is done */
 127     double last_qscale;
 128     double last_qscale_for[3];  /* last qscale for a specific pict type, used for max_diff & ipb factor stuff */
 129     int last_non_b_pict_type;
 130     double accum_p_qp;          /* for determining I-frame quant */
 131     double accum_p_norm;
 132     double last_accum_p_norm;
 133     double lmin[3];             /* min qscale by frame type */
 134     double lmax[3];
 135     double lstep;               /* max change (multiply) in qscale per frame */
 136     uint16_t *qp_buffer[2];     /* Global buffers for converting MB-tree quantizer data. */
 137     int qpbuf_pos;              /* In order to handle pyramid reordering, QP buffer acts as a stack.
 138                                  * This value is the current position (0 or 1). */
 139
 140     /* MBRC stuff */
 141     float frame_size_estimated; /* Access to this variable must be atomic: double is
 142                                  * not atomic on all arches we care about */
 143     double frame_size_maximum;  /* Maximum frame size due to MinCR */
 144     double frame_size_planned;
 145     double slice_size_planned;
 146     predictor_t (*row_pred)[2];
 147     predictor_t row_preds[3][2];
 148     predictor_t *pred_b_from_p; /* predict B-frame size from P-frame satd */
 149     int bframes;                /* # consecutive B-frames before this P-frame */
 150     int bframe_bits;            /* total cost of those frames */
 151
 152     int i_zones;
 153     x264_zone_t *zones;
 154     x264_zone_t *prev_zone;
 155
 156     /* hrd stuff */
 157     int initial_cpb_removal_delay;
 158     int initial_cpb_removal_delay_offset;
 159     double nrt_first_access_unit; /* nominal removal time */
 160     double previous_cpb_final_arrival_time;
 161     uint64_t hrd_multiply_denom;
 162 };
 163
 164
 165 static int parse_zones( x264_t *h );
 166 static int init_pass2(x264_t *);
 167 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h );
 168 static int update_vbv( x264_t *h, int bits );
 169 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead );
 170 static double predict_size( predictor_t *p, double q, double var );
 171 static void update_predictor( predictor_t *p, double q, double var, double bits );
 172
 173 #define CMP_OPT_FIRST_PASS( opt, param_val )\
 174 {\
 175     if( ( p = strstr( opts, opt "=" ) ) && sscanf( p, opt "=%d" , &i ) && param_val != i )\
 176     {\
 177         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different " opt " setting than first pass (%d vs %d)\n", param_val, i );\
 178         return -1;\
 179     }\
 180 }
 181
 182 /* Terminology:
 183  * qp = h.264's quantizer
 184  * qscale = linearized quantizer = Lagrange multiplier
 185  */
 186 static inline double qp2qscale( double qp )
 187 {
 188     return 0.85 * pow( 2.0, ( qp - 12.0 ) / 6.0 );
 189 }
 190 static inline double qscale2qp( double qscale )
 191 {
 192     return 12.0 + 6.0 * log2( qscale/0.85 );
 193 }
 194
 195 /* Texture bitrate is not quite inversely proportional to qscale,
 196  * probably due the the changing number of SKIP blocks.
 197  * MV bits level off at about qp<=12, because the lambda used
 198  * for motion estimation is constant there. */
 199 static inline double qscale2bits( ratecontrol_entry_t *rce, double qscale )
 200 {
 201     if( qscale<0.1 )
 202         qscale = 0.1;
 203     return (rce->tex_bits + .1) * pow( rce->qscale / qscale, 1.1 )
 204            + rce->mv_bits * pow( X264_MAX(rce->qscale, 1) / X264_MAX(qscale, 1), 0.5 )
 205            + rce->misc_bits;
 206 }
 207
 208 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_var( uint64_t sum_ssd, int shift, x264_frame_t *frame, int i )
 209 {
 210     uint32_t sum = sum_ssd;
 211     uint32_t ssd = sum_ssd >> 32;
 212     frame->i_pixel_sum[i] += sum;
 213     frame->i_pixel_ssd[i] += ssd;
 214     return ssd - ((uint64_t)sum * sum >> shift);
 215 }
 216
 217 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_plane( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame, int i )
 218 {
 219     int w = i ? 8 : 16;
 220     int stride = frame->i_stride[i];
 221     int offset = h->mb.b_interlaced
 222         ? 16 * mb_x + w * (mb_y&~1) * stride + (mb_y&1) * stride
 223         : 16 * mb_x + w * mb_y * stride;
 224     stride <<= h->mb.b_interlaced;
 225     if( i )
 226     {
 227         ALIGNED_ARRAY_16( pixel, pix,[FENC_STRIDE*8] );
 228         h->mc.load_deinterleave_8x8x2_fenc( pix, frame->plane[1] + offset, stride );
 229         return ac_energy_var( h->pixf.var[PIXEL_8x8]( pix, FENC_STRIDE ), 6, frame, 1 )
 230              + ac_energy_var( h->pixf.var[PIXEL_8x8]( pix+FENC_STRIDE/2, FENC_STRIDE ), 6, frame, 2 );
 231     }
 232     else
 233         return ac_energy_var( h->pixf.var[PIXEL_16x16]( frame->plane[0] + offset, stride ), 8, frame, 0 );
 234 }
 235
 236 // Find the total AC energy of the block in all planes.
 237 static NOINLINE uint32_t x264_ac_energy_mb( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame )
 238 {
 239     /* This function contains annoying hacks because GCC has a habit of reordering emms
 240      * and putting it after floating point ops.  As a result, we put the emms at the end of the
 241      * function and make sure that its always called before the float math.  Noinline makes
 242      * sure no reordering goes on. */
 243     uint32_t var = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0 );
 244     var         += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1 );
 245     x264_emms();
 246     return var;
 247 }
 248
 249 void x264_adaptive_quant_frame( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 250 {
 251     /* constants chosen to result in approximately the same overall bitrate as without AQ.
 252      * FIXME: while they're written in 5 significant digits, they're only tuned to 2. */
 253     float strength;
 254     float avg_adj = 0.f;
 255     /* Initialize frame stats */
 256     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 257     {
 258         frame->i_pixel_sum[i] = 0;
 259         frame->i_pixel_ssd[i] = 0;
 260     }
 261
 262     /* Degenerate cases */
 263     if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_NONE || h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 264     {
 265         /* Need to init it anyways for MB tree */
 266         if( h->param.rc.i_aq_mode && h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 267         {
 268             if( quant_offsets )
 269             {
 270                 for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 271                     frame->f_qp_offset[mb_xy] = frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = quant_offsets[mb_xy];
 272                 if( h->frames.b_have_lowres )
 273                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 274                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8( frame->f_qp_offset[mb_xy] );
 275             }
 276             else
 277             {
 278                 memset( frame->f_qp_offset, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 279                 memset( frame->f_qp_offset_aq, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 280                 if( h->frames.b_have_lowres )
 281                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 282                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = 256;
 283             }
 284         }
 285         /* Need variance data for weighted prediction */
 286         if( h->param.analyse.i_weighted_pred )
 287         {
 288             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 289                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 290                     x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 291         }
 292         else
 293             return;
 294     }
 295     /* Actual adaptive quantization */
 296     else
 297     {
 298         if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 299         {
 300             float bit_depth_correction = powf(1 << (BIT_DEPTH-8), 0.5f);
 301             float avg_adj_pow2 = 0.f;
 302             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 303                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 304                 {
 305                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 306                     float qp_adj = powf( energy + 1, 0.125f );
 307                     frame->f_qp_offset[mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride] = qp_adj;
 308                     avg_adj += qp_adj;
 309                     avg_adj_pow2 += qp_adj * qp_adj;
 310                 }
 311             avg_adj /= h->mb.i_mb_count;
 312             avg_adj_pow2 /= h->mb.i_mb_count;
 313             strength = h->param.rc.f_aq_strength * avg_adj / bit_depth_correction;
 314             avg_adj = avg_adj - 0.5f * (avg_adj_pow2 - (14.f * bit_depth_correction)) / avg_adj;
 315         }
 316         else
 317             strength = h->param.rc.f_aq_strength * 1.0397f;
 318
 319         for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 320             for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 321             {
 322                 float qp_adj;
 323                 int mb_xy = mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride;
 324                 if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 325                 {
 326                     qp_adj = frame->f_qp_offset[mb_xy];
 327                     qp_adj = strength * (qp_adj - avg_adj);
 328                 }
 329                 else
 330                 {
 331                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 332                     qp_adj = strength * (x264_log2( X264_MAX(energy, 1) ) - (14.427f + 2*(BIT_DEPTH-8)));
 333                 }
 334                 if( quant_offsets )
 335                     qp_adj += quant_offsets[mb_xy];
 336                 frame->f_qp_offset[mb_xy] =
 337                 frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = qp_adj;
 338                 if( h->frames.b_have_lowres )
 339                     frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8(qp_adj);
 340             }
 341     }
 342
 343     /* Remove mean from SSD calculation */
 344     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 345     {
 346         uint64_t ssd = frame->i_pixel_ssd[i];
 347         uint64_t sum = frame->i_pixel_sum[i];
 348         int width = h->mb.i_mb_width*16>>!!i;
 349         int height = h->mb.i_mb_height*16>>!!i;
 350         frame->i_pixel_ssd[i] = ssd - (sum * sum + width * height / 2) / (width * height);
 351     }
 352 }
 353
 354 int x264_macroblock_tree_read( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 355 {
 356     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 357     uint8_t i_type_actual = rc->entry[frame->i_frame].pict_type;
 358
 359     if( rc->entry[frame->i_frame].kept_as_ref )
 360     {
 361         uint8_t i_type;
 362         if( rc->qpbuf_pos < 0 )
 363         {
 364             do
 365             {
 366                 rc->qpbuf_pos++;
 367
 368                 if( !fread( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_in ) )
 369                     goto fail;
 370                 if( fread( rc->qp_buffer[rc->qpbuf_pos], sizeof(uint16_t), h->mb.i_mb_count, rc->p_mbtree_stat_file_in ) != h->mb.i_mb_count )
 371                     goto fail;
 372
 373                 if( i_type != i_type_actual && rc->qpbuf_pos == 1 )
 374                 {
 375                     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree frametype %d doesn't match actual frametype %d.\n", i_type, i_type_actual);
 376                     return -1;
 377                 }
 378             } while( i_type != i_type_actual );
 379         }
 380
 381         for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
 382         {
 383             frame->f_qp_offset[i] = ((float)(int16_t)endian_fix16( rc->qp_buffer[rc->qpbuf_pos][i] )) * (1/256.0);
 384             if( h->frames.b_have_lowres )
 385                 frame->i_inv_qscale_factor[i] = x264_exp2fix8(frame->f_qp_offset[i]);
 386         }
 387         rc->qpbuf_pos--;
 388     }
 389     else
 390         x264_stack_align( x264_adaptive_quant_frame, h, frame, quant_offsets );
 391     return 0;
 392 fail:
 393     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "Incomplete MB-tree stats file.\n");
 394     return -1;
 395 }
 396
 397 int x264_reference_build_list_optimal( x264_t *h )
 398 {
 399     ratecontrol_entry_t *rce = h->rc->rce;
 400     x264_frame_t *frames[16];
 401     x264_weight_t weights[16][3];
 402     int refcount[16];
 403
 404     if( rce->refs != h->i_ref[0] )
 405         return -1;
 406
 407     memcpy( frames, h->fref[0], sizeof(frames) );
 408     memcpy( refcount, rce->refcount, sizeof(refcount) );
 409     memcpy( weights, h->fenc->weight, sizeof(weights) );
 410     memset( &h->fenc->weight[1][0], 0, sizeof(x264_weight_t[15][3]) );
 411
 412     /* For now don't reorder ref 0; it seems to lower quality
 413        in most cases due to skips. */
 414     for( int ref = 1; ref < h->i_ref[0]; ref++ )
 415     {
 416         int max = -1;
 417         int bestref = 1;
 418
 419         for( int i = 1; i < h->i_ref[0]; i++ )
 420             /* Favor lower POC as a tiebreaker. */
 421             COPY2_IF_GT( max, refcount[i], bestref, i );
 422
 423         /* FIXME: If there are duplicates from frames other than ref0 then it is possible
 424          * that the optimal ordering doesnt place every duplicate. */
 425
 426         refcount[bestref] = -1;
 427         h->fref[0][ref] = frames[bestref];
 428         memcpy( h->fenc->weight[ref], weights[bestref], sizeof(weights[bestref]) );
 429     }
 430
 431     return 0;
 432 }
 433
 434 static char *x264_strcat_filename( char *input, char *suffix )
 435 {
 436     char *output = x264_malloc( strlen( input ) + strlen( suffix ) + 1 );
 437     if( !output )
 438         return NULL;
 439     strcpy( output, input );
 440     strcat( output, suffix );
 441     return output;
 442 }
 443
 444 void x264_ratecontrol_init_reconfigurable( x264_t *h, int b_init )
 445 {
 446     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 447     if( !b_init && rc->b_2pass )
 448         return;
 449
 450     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
 451     {
 452         /* Arbitrary rescaling to make CRF somewhat similar to QP.
 453          * Try to compensate for MB-tree's effects as well. */
 454         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
 455         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
 456         rc->rate_factor_constant = pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
 457                                  / qp2qscale( h->param.rc.f_rf_constant + mbtree_offset + QP_BD_OFFSET );
 458     }
 459
 460     if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate > 0 && h->param.rc.i_vbv_buffer_size > 0 )
 461     {
 462         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size < (int)(h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps) )
 463         {
 464             h->param.rc.i_vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps;
 465             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV buffer size cannot be smaller than one frame, using %d kbit\n",
 466                       h->param.rc.i_vbv_buffer_size );
 467         }
 468
 469         /* We don't support changing the ABR bitrate right now,
 470            so if the stream starts as CBR, keep it CBR. */
 471         if( rc->b_vbv_min_rate )
 472             h->param.rc.i_vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_bitrate;
 473
 474         int vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_buffer_size * 1000;
 475         int vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate * 1000;
 476
 477         /* Init HRD */
 478         h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled = vbv_max_bitrate;
 479         h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled = vbv_buffer_size;
 480         if( h->param.i_nal_hrd && b_init )
 481         {
 482             h->sps->vui.hrd.i_cpb_cnt = 1;
 483             h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd = h->param.i_nal_hrd == X264_NAL_HRD_CBR;
 484             h->sps->vui.hrd.i_time_offset_length = 0;
 485
 486             #define BR_SHIFT  6
 487             #define CPB_SHIFT 4
 488
 489             int bitrate = 1000*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate;
 490             int bufsize = 1000*h->param.rc.i_vbv_buffer_size;
 491
 492             // normalize HRD size and rate to the value / scale notation
 493             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale = x264_clip3( x264_ctz( bitrate ) - BR_SHIFT, 0, 15 );
 494             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_value = bitrate >> ( h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale + BR_SHIFT );
 495             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 );
 496             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale = x264_clip3( x264_ctz( bufsize ) - CPB_SHIFT, 0, 15 );
 497             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_value = bufsize >> ( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale + CPB_SHIFT );
 498             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 );
 499
 500             #undef CPB_SHIFT
 501             #undef BR_SHIFT
 502
 503             // arbitrary
 504             #define MAX_DURATION 0.5
 505
 506             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 );
 507             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;
 508             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);
 509
 510             h->sps->vui.hrd.i_initial_cpb_removal_delay_length = 2 + x264_clip3( 32 - x264_clz( max_delay ), 4, 22 );
 511             h->sps->vui.hrd.i_cpb_removal_delay_length = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_cpb_output_delay ), 4, 31 );
 512             h->sps->vui.hrd.i_dpb_output_delay_length  = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_dpb_output_delay ), 4, 31 );
 513
 514             #undef MAX_DURATION
 515
 516             vbv_buffer_size = h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled;
 517             vbv_max_bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
 518         }
 519         else if( h->param.i_nal_hrd && !b_init )
 520         {
 521             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV parameters cannot be changed when NAL HRD is in use\n" );
 522             return;
 523         }
 524
 525         rc->buffer_rate = vbv_max_bitrate / rc->fps;
 526         rc->vbv_max_rate = vbv_max_bitrate;
 527         rc->buffer_size = vbv_buffer_size;
 528         rc->single_frame_vbv = rc->buffer_rate * 1.1 > rc->buffer_size;
 529         rc->cbr_decay = 1.0 - rc->buffer_rate / rc->buffer_size
 530                       * 0.5 * X264_MAX(0, 1.5 - rc->buffer_rate * rc->fps / rc->bitrate);
 531         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.f_rf_constant_max )
 532         {
 533             rc->rate_factor_max_increment = h->param.rc.f_rf_constant_max - h->param.rc.f_rf_constant;
 534             if( rc->rate_factor_max_increment <= 0 )
 535             {
 536                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CRF max must be greater than CRF\n" );
 537                 rc->rate_factor_max_increment = 0;
 538             }
 539         }
 540         if( b_init )
 541         {
 542             if( h->param.rc.f_vbv_buffer_init > 1. )
 543                 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 );
 544             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);
 545             rc->buffer_fill_final = rc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init * h->sps->vui.i_time_scale;
 546             rc->b_vbv = 1;
 547             rc->b_vbv_min_rate = !rc->b_2pass
 548                           && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR
 549                           && h->param.rc.i_vbv_max_bitrate <= h->param.rc.i_bitrate;
 550         }
 551     }
 552 }
 553
 554 int x264_ratecontrol_new( x264_t *h )
 555 {
 556     x264_ratecontrol_t *rc;
 557
 558     x264_emms();
 559
 560     CHECKED_MALLOCZERO( h->rc, h->param.i_threads * sizeof(x264_ratecontrol_t) );
 561     rc = h->rc;
 562
 563     rc->b_abr = h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CQP && !h->param.rc.b_stat_read;
 564     rc->b_2pass = h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && h->param.rc.b_stat_read;
 565
 566     /* FIXME: use integers */
 567     if( h->param.i_fps_num > 0 && h->param.i_fps_den > 0 )
 568         rc->fps = (float) h->param.i_fps_num / h->param.i_fps_den;
 569     else
 570         rc->fps = 25.0;
 571
 572     if( h->param.rc.b_mb_tree )
 573     {
 574         h->param.rc.f_pb_factor = 1;
 575         rc->qcompress = 1;
 576     }
 577     else
 578         rc->qcompress = h->param.rc.f_qcompress;
 579
 580     rc->bitrate = h->param.rc.i_bitrate * 1000.;
 581     rc->rate_tolerance = h->param.rc.f_rate_tolerance;
 582     rc->nmb = h->mb.i_mb_count;
 583     rc->last_non_b_pict_type = -1;
 584     rc->cbr_decay = 1.0;
 585
 586     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.b_stat_read )
 587     {
 588         x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "constant rate-factor is incompatible with 2pass.\n");
 589         return -1;
 590     }
 591
 592     x264_ratecontrol_init_reconfigurable( h, 1 );
 593
 594     if( h->param.i_nal_hrd )
 595     {
 596         uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
 597         uint64_t num = 180000;
 598         x264_reduce_fraction64( &num, &denom );
 599         rc->hrd_multiply_denom = 180000 / num;
 600
 601         double bits_required = log2( 180000 / rc->hrd_multiply_denom )
 602                              + log2( h->sps->vui.i_time_scale )
 603                              + log2( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled );
 604         if( bits_required >= 63 )
 605         {
 606             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "HRD with very large timescale and bufsize not supported\n" );
 607             return -1;
 608         }
 609     }
 610
 611     if( rc->rate_tolerance < 0.01 )
 612     {
 613         x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "bitrate tolerance too small, using .01\n");
 614         rc->rate_tolerance = 0.01;
 615     }
 616
 617     h->mb.b_variable_qp = rc->b_vbv || h->param.rc.i_aq_mode;
 618
 619     if( rc->b_abr )
 620     {
 621         /* FIXME ABR_INIT_QP is actually used only in CRF */
 622 #define ABR_INIT_QP (( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF ? h->param.rc.f_rf_constant : 24 ) + QP_BD_OFFSET)
 623         rc->accum_p_norm = .01;
 624         rc->accum_p_qp = ABR_INIT_QP * rc->accum_p_norm;
 625         /* estimated ratio that produces a reasonable QP for the first I-frame */
 626         rc->cplxr_sum = .01 * pow( 7.0e5, rc->qcompress ) * pow( h->mb.i_mb_count, 0.5 );
 627         rc->wanted_bits_window = 1.0 * rc->bitrate / rc->fps;
 628         rc->last_non_b_pict_type = SLICE_TYPE_I;
 629     }
 630
 631     rc->ip_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_ip_factor );
 632     rc->pb_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_pb_factor );
 633     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = h->param.rc.i_qp_constant;
 634     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant - rc->ip_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
 635     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant + rc->pb_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
 636     h->mb.ip_offset = rc->ip_offset + 0.5;
 637
 638     rc->lstep = pow( 2, h->param.rc.i_qp_step / 6.0 );
 639     rc->last_qscale = qp2qscale( 26 );
 640     int num_preds = h->param.b_sliced_threads * h->param.i_threads + 1;
 641     CHECKED_MALLOC( rc->pred, 5 * sizeof(predictor_t) * num_preds );
 642     CHECKED_MALLOC( rc->pred_b_from_p, sizeof(predictor_t) );
 643     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 644     {
 645         rc->last_qscale_for[i] = qp2qscale( ABR_INIT_QP );
 646         rc->lmin[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
 647         rc->lmax[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
 648         for( int j = 0; j < num_preds; j++ )
 649         {
 650             rc->pred[i+j*5].coeff= 2.0;
 651             rc->pred[i+j*5].count= 1.0;
 652             rc->pred[i+j*5].decay= 0.5;
 653             rc->pred[i+j*5].offset= 0.0;
 654         }
 655         for( int j = 0; j < 2; j++ )
 656         {
 657             rc->row_preds[i][j].coeff= .25;
 658             rc->row_preds[i][j].count= 1.0;
 659             rc->row_preds[i][j].decay= 0.5;
 660             rc->row_preds[i][j].offset= 0.0;
 661         }
 662     }
 663     *rc->pred_b_from_p = rc->pred[0];
 664
 665     if( parse_zones( h ) < 0 )
 666     {
 667         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to parse zones\n" );
 668         return -1;
 669     }
 670
 671     /* Load stat file and init 2pass algo */
 672     if( h->param.rc.b_stat_read )
 673     {
 674         char *p, *stats_in, *stats_buf;
 675
 676         /* read 1st pass stats */
 677         assert( h->param.rc.psz_stat_in );
 678         stats_buf = stats_in = x264_slurp_file( h->param.rc.psz_stat_in );
 679         if( !stats_buf )
 680         {
 681             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n");
 682             return -1;
 683         }
 684         if( h->param.rc.b_mb_tree )
 685         {
 686             char *mbtree_stats_in = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_in, ".mbtree" );
 687             if( !mbtree_stats_in )
 688                 return -1;
 689             rc->p_mbtree_stat_file_in = fopen( mbtree_stats_in, "rb" );
 690             x264_free( mbtree_stats_in );
 691             if( !rc->p_mbtree_stat_file_in )
 692             {
 693                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n");
 694                 return -1;
 695             }
 696         }
 697
 698         /* check whether 1st pass options were compatible with current options */
 699         if( !strncmp( stats_buf, "#options:", 9 ) )
 700         {
 701             int i, j;
 702             uint32_t k, l;
 703             char *opts = stats_buf;
 704             stats_in = strchr( stats_buf, '\n' );
 705             if( !stats_in )
 706                 return -1;
 707             *stats_in = '\0';
 708             stats_in++;
 709             if( sscanf( opts, "#options: %dx%d", &i, &j ) != 2 )
 710             {
 711                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "resolution specified in stats file not valid\n" );
 712                 return -1;
 713             }
 714             else if( h->param.rc.b_mb_tree && (i != h->param.i_width || j != h->param.i_height)  )
 715             {
 716                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree doesn't support different resolution than 1st pass (%dx%d vs %dx%d)\n",
 717                           h->param.i_width, h->param.i_height, i, j );
 718                 return -1;
 719             }
 720
 721             if( ( p = strstr( opts, "timebase=" ) ) && sscanf( p, "timebase=%u/%u", &k, &l ) != 2 )
 722             {
 723                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase specified in stats file not valid\n" );
 724                 return -1;
 725             }
 726             if( k != h->param.i_timebase_num || l != h->param.i_timebase_den )
 727             {
 728                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase mismatch with 1st pass (%u/%u vs %u/%u)\n",
 729                           h->param.i_timebase_num, h->param.i_timebase_den, k, l );
 730                 return -1;
 731             }
 732
 733             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bitdepth", BIT_DEPTH );
 734             CMP_OPT_FIRST_PASS( "weightp", X264_MAX( 0, h->param.analyse.i_weighted_pred ) );
 735             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bframes", h->param.i_bframe );
 736             CMP_OPT_FIRST_PASS( "b_pyramid", h->param.i_bframe_pyramid );
 737             CMP_OPT_FIRST_PASS( "intra_refresh", h->param.b_intra_refresh );
 738             CMP_OPT_FIRST_PASS( "open_gop", h->param.i_open_gop );
 739
 740             if( (p = strstr( opts, "keyint=" )) )
 741             {
 742                 p += 7;
 743                 char buf[13] = "infinite ";
 744                 if( h->param.i_keyint_max != X264_KEYINT_MAX_INFINITE )
 745                     sprintf( buf, "%d ", h->param.i_keyint_max );
 746                 if( strncmp( p, buf, strlen(buf) ) )
 747                 {
 748                     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different keyint setting than first pass (%.*s vs %.*s)\n",
 749                               strlen(buf)-1, buf, strcspn(p, " "), p );
 750                     return -1;
 751                 }
 752             }
 753
 754             if( strstr( opts, "qp=0" ) && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
 755                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "1st pass was lossless, bitrate prediction will be inaccurate\n" );
 756
 757             if( !strstr( opts, "direct=3" ) && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
 758             {
 759                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "direct=auto not used on the first pass\n" );
 760                 h->mb.b_direct_auto_write = 1;
 761             }
 762
 763             if( ( p = strstr( opts, "b_adapt=" ) ) && sscanf( p, "b_adapt=%d", &i ) && i >= X264_B_ADAPT_NONE && i <= X264_B_ADAPT_TRELLIS )
 764                 h->param.i_bframe_adaptive = i;
 765             else if( h->param.i_bframe )
 766             {
 767                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "b_adapt method specified in stats file not valid\n" );
 768                 return -1;
 769             }
 770
 771             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 ) )
 772                 h->param.rc.i_lookahead = i;
 773         }
 774
 775         /* find number of pics */
 776         p = stats_in;
 777         int num_entries;
 778         for( num_entries = -1; p; num_entries++ )
 779             p = strchr( p + 1, ';' );
 780         if( !num_entries )
 781         {
 782             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "empty stats file\n");
 783             return -1;
 784         }
 785         rc->num_entries = num_entries;
 786
 787         if( h->param.i_frame_total < rc->num_entries && h->param.i_frame_total > 0 )
 788         {
 789             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "2nd pass has fewer frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
 790                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
 791         }
 792         if( h->param.i_frame_total > rc->num_entries )
 793         {
 794             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
 795                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
 796             return -1;
 797         }
 798
 799         CHECKED_MALLOCZERO( rc->entry, rc->num_entries * sizeof(ratecontrol_entry_t) );
 800
 801         /* init all to skipped p frames */
 802         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
 803         {
 804             ratecontrol_entry_t *rce = &rc->entry[i];
 805             rce->pict_type = SLICE_TYPE_P;
 806             rce->qscale = rce->new_qscale = qp2qscale( 20 );
 807             rce->misc_bits = rc->nmb + 10;
 808             rce->new_qp = 0;
 809         }
 810
 811         /* read stats */
 812         p = stats_in;
 813         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
 814         {
 815             ratecontrol_entry_t *rce;
 816             int frame_number;
 817             char pict_type;
 818             int e;
 819             char *next;
 820             float qp;
 821             int ref;
 822
 823             next= strchr(p, ';');
 824             if( next )
 825                 *next++ = 0; //sscanf is unbelievably slow on long strings
 826             e = sscanf( p, " in:%d ", &frame_number );
 827
 828             if( frame_number < 0 || frame_number >= rc->num_entries )
 829             {
 830                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad frame number (%d) at stats line %d\n", frame_number, i );
 831                 return -1;
 832             }
 833             rce = &rc->entry[frame_number];
 834             rce->direct_mode = 0;
 835
 836             e += sscanf( p, " in:%*d out:%*d type:%c dur:%"SCNd64" cpbdur:%"SCNd64" q:%f tex:%d mv:%d misc:%d imb:%d pmb:%d smb:%d d:%c",
 837                    &pict_type, &rce->i_duration, &rce->i_cpb_duration, &qp, &rce->tex_bits,
 838                    &rce->mv_bits, &rce->misc_bits, &rce->i_count, &rce->p_count,
 839                    &rce->s_count, &rce->direct_mode );
 840
 841             p = strstr( p, "ref:" );
 842             if( !p )
 843                 goto parse_error;
 844             p += 4;
 845             for( ref = 0; ref < 16; ref++ )
 846             {
 847                 if( sscanf( p, " %d", &rce->refcount[ref] ) != 1 )
 848                     break;
 849                 p = strchr( p+1, ' ' );
 850                 if( !p )
 851                     goto parse_error;
 852             }
 853             rce->refs = ref;
 854
 855             /* find weights */
 856             rce->i_weight_denom[0] = rce->i_weight_denom[1] = -1;
 857             char *w = strchr( p, 'w' );
 858             if( w )
 859             {
 860                 int count = sscanf( w, "w:%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd",
 861                                     &rce->i_weight_denom[0], &rce->weight[0][0], &rce->weight[0][1],
 862                                     &rce->i_weight_denom[1], &rce->weight[1][0], &rce->weight[1][1],
 863                                     &rce->weight[2][0], &rce->weight[2][1] );
 864                 if( count == 3 )
 865                     rce->i_weight_denom[1] = -1;
 866                 else if ( count != 8 )
 867                     rce->i_weight_denom[0] = rce->i_weight_denom[1] = -1;
 868             }
 869
 870             if( pict_type != 'b' )
 871                 rce->kept_as_ref = 1;
 872             switch( pict_type )
 873             {
 874                 case 'I':
 875                     rce->frame_type = X264_TYPE_IDR;
 876                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
 877                     break;
 878                 case 'i':
 879                     rce->frame_type = X264_TYPE_I;
 880                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
 881                     break;
 882                 case 'P':
 883                     rce->frame_type = X264_TYPE_P;
 884                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_P;
 885                     break;
 886                 case 'B':
 887                     rce->frame_type = X264_TYPE_BREF;
 888                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
 889                     break;
 890                 case 'b':
 891                     rce->frame_type = X264_TYPE_B;
 892                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
 893                     break;
 894                 default:  e = -1; break;
 895             }
 896             if( e < 12 )
 897             {
 898 parse_error:
 899                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "statistics are damaged at line %d, parser out=%d\n", i, e );
 900                 return -1;
 901             }
 902             rce->qscale = qp2qscale( qp );
 903             p = next;
 904         }
 905
 906         x264_free( stats_buf );
 907
 908         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
 909         {
 910             if( init_pass2( h ) < 0 )
 911                 return -1;
 912         } /* else we're using constant quant, so no need to run the bitrate allocation */
 913     }
 914
 915     /* Open output file */
 916     /* If input and output files are the same, output to a temp file
 917      * and move it to the real name only when it's complete */
 918     if( h->param.rc.b_stat_write )
 919     {
 920         char *p;
 921         rc->psz_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".temp" );
 922         if( !rc->psz_stat_file_tmpname )
 923             return -1;
 924
 925         rc->p_stat_file_out = fopen( rc->psz_stat_file_tmpname, "wb" );
 926         if( rc->p_stat_file_out == NULL )
 927         {
 928             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n");
 929             return -1;
 930         }
 931
 932         p = x264_param2string( &h->param, 1 );
 933         if( p )
 934             fprintf( rc->p_stat_file_out, "#options: %s\n", p );
 935         x264_free( p );
 936         if( h->param.rc.b_mb_tree && !h->param.rc.b_stat_read )
 937         {
 938             rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree.temp" );
 939             rc->psz_mbtree_stat_file_name = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree" );
 940             if( !rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname || !rc->psz_mbtree_stat_file_name )
 941                 return -1;
 942
 943             rc->p_mbtree_stat_file_out = fopen( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, "wb" );
 944             if( rc->p_mbtree_stat_file_out == NULL )
 945             {
 946                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n");
 947                 return -1;
 948             }
 949         }
 950     }
 951
 952     if( h->param.rc.b_mb_tree && (h->param.rc.b_stat_read || h->param.rc.b_stat_write) )
 953     {
 954         CHECKED_MALLOC( rc->qp_buffer[0], h->mb.i_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 955         if( h->param.i_bframe_pyramid && h->param.rc.b_stat_read )
 956             CHECKED_MALLOC( rc->qp_buffer[1], h->mb.i_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 957         rc->qpbuf_pos = -1;
 958     }
 959
 960     for( int i = 0; i<h->param.i_threads; i++ )
 961     {
 962         h->thread[i]->rc = rc+i;
 963         if( i )
 964         {
 965             rc[i] = rc[0];
 966             h->thread[i]->param = h->param;
 967             h->thread[i]->mb.b_variable_qp = h->mb.b_variable_qp;
 968             h->thread[i]->mb.ip_offset = h->mb.ip_offset;
 969         }
 970     }
 971
 972     return 0;
 973 fail:
 974     return -1;
 975 }
 976
 977 static int parse_zone( x264_t *h, x264_zone_t *z, char *p )
 978 {
 979     int len = 0;
 980     char *tok, UNUSED *saveptr=NULL;
 981     z->param = NULL;
 982     z->f_bitrate_factor = 1;
 983     if( 3 <= sscanf(p, "%d,%d,q=%d%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->i_qp, &len) )
 984         z->b_force_qp = 1;
 985     else if( 3 <= sscanf(p, "%d,%d,b=%f%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->f_bitrate_factor, &len) )
 986         z->b_force_qp = 0;
 987     else if( 2 <= sscanf(p, "%d,%d%n", &z->i_start, &z->i_end, &len) )
 988         z->b_force_qp = 0;
 989     else
 990     {
 991         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: \"%s\"\n", p );
 992         return -1;
 993     }
 994     p += len;
 995     if( !*p )
 996         return 0;
 997     CHECKED_MALLOC( z->param, sizeof(x264_param_t) );
 998     memcpy( z->param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
 999     z->param->param_free = x264_free;
1000     while( (tok = strtok_r( p, ",", &saveptr )) )
1001     {
1002         char *val = strchr( tok, '=' );
1003         if( val )
1004         {
1005             *val = '\0';
1006             val++;
1007         }
1008         if( x264_param_parse( z->param, tok, val ) )
1009         {
1010             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone param: %s = %s\n", tok, val );
1011             return -1;
1012         }
1013         p = NULL;
1014     }
1015     return 0;
1016 fail:
1017     return -1;
1018 }
1019
1020 static int parse_zones( x264_t *h )
1021 {
1022     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1023     if( h->param.rc.psz_zones && !h->param.rc.i_zones )
1024     {
1025         char *psz_zones, *p;
1026         CHECKED_MALLOC( psz_zones, strlen( h->param.rc.psz_zones )+1 );
1027         strcpy( psz_zones, h->param.rc.psz_zones );
1028         h->param.rc.i_zones = 1;
1029         for( p = psz_zones; *p; p++ )
1030             h->param.rc.i_zones += (*p == '/');
1031         CHECKED_MALLOC( h->param.rc.zones, h->param.rc.i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1032         p = psz_zones;
1033         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1034         {
1035             int i_tok = strcspn( p, "/" );
1036             p[i_tok] = 0;
1037             if( parse_zone( h, &h->param.rc.zones[i], p ) )
1038                 return -1;
1039             p += i_tok + 1;
1040         }
1041         x264_free( psz_zones );
1042     }
1043
1044     if( h->param.rc.i_zones > 0 )
1045     {
1046         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1047         {
1048             x264_zone_t z = h->param.rc.zones[i];
1049             if( z.i_start < 0 || z.i_start > z.i_end )
1050             {
1051                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: start=%d end=%d\n",
1052                           z.i_start, z.i_end );
1053                 return -1;
1054             }
1055             else if( !z.b_force_qp && z.f_bitrate_factor <= 0 )
1056             {
1057                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: bitrate_factor=%f\n",
1058                           z.f_bitrate_factor );
1059                 return -1;
1060             }
1061         }
1062
1063         rc->i_zones = h->param.rc.i_zones + 1;
1064         CHECKED_MALLOC( rc->zones, rc->i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1065         memcpy( rc->zones+1, h->param.rc.zones, (rc->i_zones-1) * sizeof(x264_zone_t) );
1066
1067         // default zone to fall back to if none of the others match
1068         rc->zones[0].i_start = 0;
1069         rc->zones[0].i_end = INT_MAX;
1070         rc->zones[0].b_force_qp = 0;
1071         rc->zones[0].f_bitrate_factor = 1;
1072         CHECKED_MALLOC( rc->zones[0].param, sizeof(x264_param_t) );
1073         memcpy( rc->zones[0].param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
1074         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1075         {
1076             if( !rc->zones[i].param )
1077                 rc->zones[i].param = rc->zones[0].param;
1078         }
1079     }
1080
1081     return 0;
1082 fail:
1083     return -1;
1084 }
1085
1086 static x264_zone_t *get_zone( x264_t *h, int frame_num )
1087 {
1088     for( int i = h->rc->i_zones - 1; i >= 0; i-- )
1089     {
1090         x264_zone_t *z = &h->rc->zones[i];
1091         if( frame_num >= z->i_start && frame_num <= z->i_end )
1092             return z;
1093     }
1094     return NULL;
1095 }
1096
1097 void x264_ratecontrol_summary( x264_t *h )
1098 {
1099     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1100     if( rc->b_abr && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && rc->cbr_decay > .9999 )
1101     {
1102         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
1103         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
1104         x264_log( h, X264_LOG_INFO, "final ratefactor: %.2f\n",
1105                   qscale2qp( pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
1106                              * rc->cplxr_sum / rc->wanted_bits_window ) - mbtree_offset - QP_BD_OFFSET );
1107     }
1108 }
1109
1110 void x264_ratecontrol_delete( x264_t *h )
1111 {
1112     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1113     int b_regular_file;
1114
1115     if( rc->p_stat_file_out )
1116     {
1117         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_stat_file_out );
1118         fclose( rc->p_stat_file_out );
1119         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1120             if( rename( rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out ) != 0 )
1121             {
1122                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1123                           rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out );
1124             }
1125         x264_free( rc->psz_stat_file_tmpname );
1126     }
1127     if( rc->p_mbtree_stat_file_out )
1128     {
1129         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1130         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1131         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1132             if( rename( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name ) != 0 )
1133             {
1134                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1135                           rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1136             }
1137         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname );
1138         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1139     }
1140     if( rc->p_mbtree_stat_file_in )
1141         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_in );
1142     x264_free( rc->pred );
1143     x264_free( rc->pred_b_from_p );
1144     x264_free( rc->entry );
1145     x264_free( rc->qp_buffer[0] );
1146     x264_free( rc->qp_buffer[1] );
1147     if( rc->zones )
1148     {
1149         x264_free( rc->zones[0].param );
1150         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1151             if( rc->zones[i].param != rc->zones[0].param && rc->zones[i].param->param_free )
1152                 rc->zones[i].param->param_free( rc->zones[i].param );
1153         x264_free( rc->zones );
1154     }
1155     x264_free( rc );
1156 }
1157
1158 static void accum_p_qp_update( x264_t *h, float qp )
1159 {
1160     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1161     rc->accum_p_qp   *= .95;
1162     rc->accum_p_norm *= .95;
1163     rc->accum_p_norm += 1;
1164     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I )
1165         rc->accum_p_qp += qp + rc->ip_offset;
1166     else
1167         rc->accum_p_qp += qp;
1168 }
1169
1170 /* Before encoding a frame, choose a QP for it */
1171 void x264_ratecontrol_start( x264_t *h, int i_force_qp, int overhead )
1172 {
1173     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1174     ratecontrol_entry_t *rce = NULL;
1175     x264_zone_t *zone = get_zone( h, h->fenc->i_frame );
1176     float q;
1177
1178     x264_emms();
1179
1180     if( zone && (!rc->prev_zone || zone->param != rc->prev_zone->param) )
1181         x264_encoder_reconfig( h, zone->param );
1182     rc->prev_zone = zone;
1183
1184     if( h->param.rc.b_stat_read )
1185     {
1186         int frame = h->fenc->i_frame;
1187         assert( frame >= 0 && frame < rc->num_entries );
1188         rce = h->rc->rce = &h->rc->entry[frame];
1189
1190         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B
1191             && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
1192         {
1193             h->sh.b_direct_spatial_mv_pred = ( rce->direct_mode == 's' );
1194             h->mb.b_direct_auto_read = ( rce->direct_mode == 's' || rce->direct_mode == 't' );
1195         }
1196     }
1197
1198     if( rc->b_vbv )
1199     {
1200         memset( h->fdec->i_row_bits, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(int) );
1201         rc->row_pred = &rc->row_preds[h->sh.i_type];
1202         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;
1203         update_vbv_plan( h, overhead );
1204
1205         const x264_level_t *l = x264_levels;
1206         while( l->level_idc != 0 && l->level_idc != h->param.i_level_idc )
1207             l++;
1208
1209         int mincr = l->mincr;
1210
1211         /* Blu-ray requires this */
1212         if( l->level_idc == 41 && h->param.i_nal_hrd )
1213             mincr = 4;
1214
1215         /* High 10 doesn't require minCR, so just set the maximum to a large value. */
1216         if( h->sps->i_profile_idc == PROFILE_HIGH10 )
1217             rc->frame_size_maximum = 1e9;
1218         else
1219         {
1220             /* The spec has a bizarre special case for the first frame. */
1221             if( h->i_frame == 0 )
1222             {
1223                 //384 * ( Max( PicSizeInMbs, fR * MaxMBPS ) + MaxMBPS * ( tr( 0 ) - tr,n( 0 ) ) ) / MinCR
1224                 double fr = 1. / 172;
1225                 int pic_size_in_mbs = h->mb.i_mb_width * h->mb.i_mb_height;
1226                 rc->frame_size_maximum = 384 * BIT_DEPTH * X264_MAX( pic_size_in_mbs, fr*l->mbps ) / mincr;
1227             }
1228             else
1229             {
1230                 //384 * MaxMBPS * ( tr( n ) - tr( n - 1 ) ) / MinCR
1231                 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;
1232             }
1233         }
1234     }
1235
1236     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1237         rc->bframes = h->fenc->i_bframes;
1238
1239     if( i_force_qp != X264_QP_AUTO )
1240     {
1241         q = i_force_qp - 1;
1242     }
1243     else if( rc->b_abr )
1244     {
1245         q = qscale2qp( rate_estimate_qscale( h ) );
1246     }
1247     else if( rc->b_2pass )
1248     {
1249         rce->new_qscale = rate_estimate_qscale( h );
1250         q = qscale2qp( rce->new_qscale );
1251     }
1252     else /* CQP */
1253     {
1254         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B && h->fdec->b_kept_as_ref )
1255             q = ( rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_B ] + rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_P ] ) / 2;
1256         else
1257             q = rc->qp_constant[ h->sh.i_type ];
1258
1259         if( zone )
1260         {
1261             if( zone->b_force_qp )
1262                 q += zone->i_qp - rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P];
1263             else
1264                 q -= 6*log2f( zone->f_bitrate_factor );
1265         }
1266     }
1267
1268     q = x264_clip3f( q, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1269
1270     rc->qpa_rc =
1271     rc->qpa_aq = 0;
1272     rc->qp = x264_clip3( (int)(q + 0.5), 0, QP_MAX );
1273     h->fdec->f_qp_avg_rc =
1274     h->fdec->f_qp_avg_aq =
1275     rc->qpm = q;
1276     if( rce )
1277         rce->new_qp = rc->qp;
1278
1279     accum_p_qp_update( h, rc->qpm );
1280
1281     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1282         rc->last_non_b_pict_type = h->sh.i_type;
1283 }
1284
1285 static double predict_row_size( x264_t *h, int y, double qp )
1286 {
1287     /* average between two predictors:
1288      * absolute SATD, and scaled bit cost of the colocated row in the previous frame */
1289     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1290     double pred_s = predict_size( rc->row_pred[0], qp2qscale( qp ), h->fdec->i_row_satd[y] );
1291     double pred_t = 0;
1292     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I || qp >= h->fref[0][0]->f_row_qp[y] )
1293     {
1294         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P
1295             && h->fref[0][0]->i_type == h->fdec->i_type
1296             && h->fref[0][0]->i_row_satd[y] > 0
1297             && (abs(h->fref[0][0]->i_row_satd[y] - h->fdec->i_row_satd[y]) < h->fdec->i_row_satd[y]/2))
1298         {
1299             pred_t = h->fref[0][0]->i_row_bits[y] * h->fdec->i_row_satd[y] / h->fref[0][0]->i_row_satd[y]
1300                      * qp2qscale( h->fref[0][0]->f_row_qp[y] ) / qp2qscale( qp );
1301         }
1302         if( pred_t == 0 )
1303             pred_t = pred_s;
1304         return (pred_s + pred_t) / 2;
1305     }
1306     /* Our QP is lower than the reference! */
1307     else
1308     {
1309         double pred_intra = predict_size( rc->row_pred[1], qp2qscale( qp ), h->fdec->i_row_satds[0][0][y] );
1310         /* Sum: better to overestimate than underestimate by using only one of the two predictors. */
1311         return pred_intra + pred_s;
1312     }
1313 }
1314
1315 static double row_bits_so_far( x264_t *h, int y )
1316 {
1317     double bits = 0;
1318     for( int i = h->i_threadslice_start; i <= y; i++ )
1319         bits += h->fdec->i_row_bits[i];
1320     return bits;
1321 }
1322
1323 static double predict_row_size_sum( x264_t *h, int y, double qp )
1324 {
1325     double bits = row_bits_so_far(h, y);
1326     for( int i = y+1; i < h->i_threadslice_end; i++ )
1327         bits += predict_row_size( h, i, qp );
1328     return bits;
1329 }
1330
1331
1332 void x264_ratecontrol_mb( x264_t *h, int bits )
1333 {
1334     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1335     const int y = h->mb.i_mb_y;
1336
1337     x264_emms();
1338
1339     h->fdec->i_row_bits[y] += bits;
1340     rc->qpa_rc += rc->qpm;
1341     rc->qpa_aq += h->mb.i_qp;
1342
1343     if( h->mb.i_mb_x != h->mb.i_mb_width - 1 || !rc->b_vbv )
1344         return;
1345
1346     h->fdec->f_row_qp[y] = rc->qpm;
1347
1348     update_predictor( rc->row_pred[0], qp2qscale( rc->qpm ), h->fdec->i_row_satd[y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1349     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && rc->qpm < h->fref[0][0]->f_row_qp[y] )
1350         update_predictor( rc->row_pred[1], qp2qscale( rc->qpm ), h->fdec->i_row_satds[0][0][y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1351
1352     /* tweak quality based on difference from predicted size */
1353     if( y < h->i_threadslice_end-1 )
1354     {
1355         float prev_row_qp = h->fdec->f_row_qp[y];
1356         float qp_min = X264_MAX( prev_row_qp - h->param.rc.i_qp_step, h->param.rc.i_qp_min );
1357         float qp_absolute_max = h->param.rc.i_qp_max;
1358         if( rc->rate_factor_max_increment )
1359             qp_absolute_max = X264_MIN( qp_absolute_max, rc->qp_novbv + rc->rate_factor_max_increment );
1360         float qp_max = X264_MIN( prev_row_qp + h->param.rc.i_qp_step, qp_absolute_max );
1361         float step_size = 0.5;
1362
1363         /* B-frames shouldn't use lower QP than their reference frames. */
1364         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1365         {
1366             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] ) );
1367             rc->qpm = X264_MAX( rc->qpm, qp_min );
1368         }
1369
1370         float buffer_left_planned = rc->buffer_fill - rc->frame_size_planned;
1371         float slice_size_planned = h->param.b_sliced_threads ? rc->slice_size_planned : rc->frame_size_planned;
1372         float max_frame_error = X264_MAX( 0.05, 1.0 / (h->mb.i_mb_height) );
1373         float size_of_other_slices = 0;
1374         if( h->param.b_sliced_threads )
1375         {
1376             float size_of_other_slices_planned = 0;
1377             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1378                 if( h != h->thread[i] )
1379                 {
1380                     size_of_other_slices += h->thread[i]->rc->frame_size_estimated;
1381                     size_of_other_slices_planned += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
1382                 }
1383             float weight = rc->slice_size_planned / rc->frame_size_planned;
1384             size_of_other_slices = (size_of_other_slices - size_of_other_slices_planned) * weight + size_of_other_slices_planned;
1385         }
1386
1387         /* More threads means we have to be more cautious in letting ratecontrol use up extra bits. */
1388         float rc_tol = buffer_left_planned / h->param.i_threads * rc->rate_tolerance;
1389         int b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1390
1391         /* Don't modify the row QPs until a sufficent amount of the bits of the frame have been processed, in case a flat */
1392         /* area at the top of the frame was measured inaccurately. */
1393         if( row_bits_so_far( h, y ) < 0.05 * slice_size_planned )
1394             return;
1395
1396         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I )
1397             rc_tol /= 2;
1398
1399         if( !rc->b_vbv_min_rate )
1400             qp_min = X264_MAX( qp_min, rc->qp_novbv );
1401
1402         while( rc->qpm < qp_max
1403                && ((b1 > rc->frame_size_planned + rc_tol) ||
1404                    (rc->buffer_fill - b1 < buffer_left_planned * 0.5) ||
1405                    (b1 > rc->frame_size_planned && rc->qpm < rc->qp_novbv)) )
1406         {
1407             rc->qpm += step_size;
1408             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1409         }
1410
1411         while( rc->qpm > qp_min
1412                && (rc->qpm > h->fdec->f_row_qp[0] || rc->single_frame_vbv)
1413                && ((b1 < rc->frame_size_planned * 0.8 && rc->qpm <= prev_row_qp)
1414                || b1 < (rc->buffer_fill - rc->buffer_size + rc->buffer_rate) * 1.1) )
1415         {
1416             rc->qpm -= step_size;
1417             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1418         }
1419
1420         /* avoid VBV underflow or MinCR violation */
1421         while( (rc->qpm < qp_absolute_max)
1422                && ((rc->buffer_fill - b1 < rc->buffer_rate * max_frame_error) ||
1423                    (rc->frame_size_maximum - b1 < rc->frame_size_maximum * max_frame_error)))
1424         {
1425             rc->qpm += step_size;
1426             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1427         }
1428
1429         h->rc->frame_size_estimated = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm );
1430     }
1431 }
1432
1433 int x264_ratecontrol_qp( x264_t *h )
1434 {
1435     x264_emms();
1436     return x264_clip3( h->rc->qpm + .5, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1437 }
1438
1439 int x264_ratecontrol_mb_qp( x264_t *h )
1440 {
1441     x264_emms();
1442     float qp = h->rc->qpm;
1443     if( h->param.rc.i_aq_mode )
1444     {
1445          /* MB-tree currently doesn't adjust quantizers in unreferenced frames. */
1446         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];
1447         /* Scale AQ's effect towards zero in emergency mode. */
1448         if( qp > QP_MAX_SPEC )
1449             qp_offset *= (QP_MAX - qp) / (QP_MAX - QP_MAX_SPEC);
1450         qp += qp_offset;
1451     }
1452     return x264_clip3( qp + .5, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1453 }
1454
1455 /* In 2pass, force the same frame types as in the 1st pass */
1456 int x264_ratecontrol_slice_type( x264_t *h, int frame_num )
1457 {
1458     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1459     if( h->param.rc.b_stat_read )
1460     {
1461         if( frame_num >= rc->num_entries )
1462         {
1463             /* We could try to initialize everything required for ABR and
1464              * adaptive B-frames, but that would be complicated.
1465              * So just calculate the average QP used so far. */
1466             h->param.rc.i_qp_constant = (h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P] == 0) ? 24 + QP_BD_OFFSET
1467                                       : 1 + h->stat.f_frame_qp[SLICE_TYPE_P] / h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P];
1468             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant, 0, QP_MAX );
1469             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 );
1470             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 );
1471
1472             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d)\n", rc->num_entries);
1473             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "continuing anyway, at constant QP=%d\n", h->param.rc.i_qp_constant);
1474             if( h->param.i_bframe_adaptive )
1475                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "disabling adaptive B-frames\n");
1476
1477             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1478             {
1479                 h->thread[i]->rc->b_abr = 0;
1480                 h->thread[i]->rc->b_2pass = 0;
1481                 h->thread[i]->param.rc.i_rc_method = X264_RC_CQP;
1482                 h->thread[i]->param.rc.b_stat_read = 0;
1483                 h->thread[i]->param.i_bframe_adaptive = 0;
1484                 h->thread[i]->param.i_scenecut_threshold = 0;
1485                 h->thread[i]->param.rc.b_mb_tree = 0;
1486                 if( h->thread[i]->param.i_bframe > 1 )
1487                     h->thread[i]->param.i_bframe = 1;
1488             }
1489             return X264_TYPE_AUTO;
1490         }
1491         return rc->entry[frame_num].frame_type;
1492     }
1493     else
1494         return X264_TYPE_AUTO;
1495 }
1496
1497 void x264_ratecontrol_set_weights( x264_t *h, x264_frame_t *frm )
1498 {
1499     ratecontrol_entry_t *rce = &h->rc->entry[frm->i_frame];
1500     if( h->param.analyse.i_weighted_pred <= 0 )
1501         return;
1502
1503     if( rce->i_weight_denom[0] >= 0 )
1504         SET_WEIGHT( frm->weight[0][0], 1, rce->weight[0][0], rce->i_weight_denom[0], rce->weight[0][1] );
1505
1506     if( rce->i_weight_denom[1] >= 0 )
1507     {
1508         SET_WEIGHT( frm->weight[0][1], 1, rce->weight[1][0], rce->i_weight_denom[1], rce->weight[1][1] );
1509         SET_WEIGHT( frm->weight[0][2], 1, rce->weight[2][0], rce->i_weight_denom[1], rce->weight[2][1] );
1510     }
1511 }
1512
1513 /* After encoding one frame, save stats and update ratecontrol state */
1514 int x264_ratecontrol_end( x264_t *h, int bits, int *filler )
1515 {
1516     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1517     const int *mbs = h->stat.frame.i_mb_count;
1518
1519     x264_emms();
1520
1521     h->stat.frame.i_mb_count_skip = mbs[P_SKIP] + mbs[B_SKIP];
1522     h->stat.frame.i_mb_count_i = mbs[I_16x16] + mbs[I_8x8] + mbs[I_4x4];
1523     h->stat.frame.i_mb_count_p = mbs[P_L0] + mbs[P_8x8];
1524     for( int i = B_DIRECT; i < B_8x8; i++ )
1525         h->stat.frame.i_mb_count_p += mbs[i];
1526
1527     h->fdec->f_qp_avg_rc = rc->qpa_rc /= h->mb.i_mb_count;
1528     h->fdec->f_qp_avg_aq = rc->qpa_aq /= h->mb.i_mb_count;
1529
1530     if( h->param.rc.b_stat_write )
1531     {
1532         char c_type = h->sh.i_type==SLICE_TYPE_I ? (h->fenc->i_poc==0 ? 'I' : 'i')
1533                     : h->sh.i_type==SLICE_TYPE_P ? 'P'
1534                     : h->fenc->b_kept_as_ref ? 'B' : 'b';
1535         int dir_frame = h->stat.frame.i_direct_score[1] - h->stat.frame.i_direct_score[0];
1536         int dir_avg = h->stat.i_direct_score[1] - h->stat.i_direct_score[0];
1537         char c_direct = h->mb.b_direct_auto_write ?
1538                         ( dir_frame>0 ? 's' : dir_frame<0 ? 't' :
1539                           dir_avg>0 ? 's' : dir_avg<0 ? 't' : '-' )
1540                         : '-';
1541         if( fprintf( rc->p_stat_file_out,
1542                  "in:%d out:%d type:%c dur:%"PRId64" cpbdur:%"PRId64" q:%.2f tex:%d mv:%d misc:%d imb:%d pmb:%d smb:%d d:%c ref:",
1543                  h->fenc->i_frame, h->i_frame,
1544                  c_type, h->fenc->i_duration,
1545                  h->fenc->i_cpb_duration, rc->qpa_rc,
1546                  h->stat.frame.i_tex_bits,
1547                  h->stat.frame.i_mv_bits,
1548                  h->stat.frame.i_misc_bits,
1549                  h->stat.frame.i_mb_count_i,
1550                  h->stat.frame.i_mb_count_p,
1551                  h->stat.frame.i_mb_count_skip,
1552                  c_direct) < 0 )
1553             goto fail;
1554
1555         /* Only write information for reference reordering once. */
1556         int use_old_stats = h->param.rc.b_stat_read && rc->rce->refs > 1;
1557         for( int i = 0; i < (use_old_stats ? rc->rce->refs : h->i_ref[0]); i++ )
1558         {
1559             int refcount = use_old_stats         ? rc->rce->refcount[i]
1560                          : h->param.b_interlaced ? h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2]
1561                                                  + h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2+1]
1562                          :                         h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i];
1563             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "%d ", refcount ) < 0 )
1564                 goto fail;
1565         }
1566
1567         if( h->param.analyse.i_weighted_pred >= X264_WEIGHTP_SIMPLE && h->sh.weight[0][0].weightfn )
1568         {
1569             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "w:%d,%d,%d",
1570                          h->sh.weight[0][0].i_denom, h->sh.weight[0][0].i_scale, h->sh.weight[0][0].i_offset ) < 0 )
1571                 goto fail;
1572             if( h->sh.weight[0][1].weightfn || h->sh.weight[0][2].weightfn )
1573             {
1574                 if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ",%d,%d,%d,%d,%d ",
1575                              h->sh.weight[0][1].i_denom, h->sh.weight[0][1].i_scale, h->sh.weight[0][1].i_offset,
1576                              h->sh.weight[0][2].i_scale, h->sh.weight[0][2].i_offset ) < 0 )
1577                     goto fail;
1578             }
1579             else if( fprintf( rc->p_stat_file_out, " " ) < 0 )
1580                 goto fail;
1581         }
1582
1583         if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ";\n") < 0 )
1584             goto fail;
1585
1586         /* Don't re-write the data in multi-pass mode. */
1587         if( h->param.rc.b_mb_tree && h->fenc->b_kept_as_ref && !h->param.rc.b_stat_read )
1588         {
1589             uint8_t i_type = h->sh.i_type;
1590             /* Values are stored as big-endian FIX8.8 */
1591             for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
1592                 rc->qp_buffer[0][i] = endian_fix16( h->fenc->f_qp_offset[i]*256.0 );
1593             if( fwrite( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < 1 )
1594                 goto fail;
1595             if( fwrite( rc->qp_buffer[0], sizeof(uint16_t), h->mb.i_mb_count, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < h->mb.i_mb_count )
1596                 goto fail;
1597         }
1598     }
1599
1600     if( rc->b_abr )
1601     {
1602         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1603             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / rc->last_rceq;
1604         else
1605         {
1606             /* Depends on the fact that B-frame's QP is an offset from the following P-frame's.
1607              * Not perfectly accurate with B-refs, but good enough. */
1608             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / (rc->last_rceq * fabs( h->param.rc.f_pb_factor ));
1609         }
1610         rc->cplxr_sum *= rc->cbr_decay;
1611         rc->wanted_bits_window += h->fenc->f_duration * rc->bitrate;
1612         rc->wanted_bits_window *= rc->cbr_decay;
1613     }
1614
1615     if( rc->b_2pass )
1616         rc->expected_bits_sum += qscale2bits( rc->rce, qp2qscale( rc->rce->new_qp ) );
1617
1618     if( h->mb.b_variable_qp )
1619     {
1620         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1621         {
1622             rc->bframe_bits += bits;
1623             if( h->fenc->b_last_minigop_bframe )
1624             {
1625                 update_predictor( rc->pred_b_from_p, qp2qscale( rc->qpa_rc ),
1626                                   h->fref[1][h->i_ref[1]-1]->i_satd, rc->bframe_bits / rc->bframes );
1627                 rc->bframe_bits = 0;
1628             }
1629         }
1630     }
1631
1632     *filler = update_vbv( h, bits );
1633     rc->filler_bits_sum += *filler * 8;
1634
1635     if( h->sps->vui.b_nal_hrd_parameters_present )
1636     {
1637         if( h->fenc->i_frame == 0 )
1638         {
1639             // access unit initialises the HRD
1640             h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = 0;
1641             rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1642             rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1643             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit = (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1644         }
1645         else
1646         {
1647             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit + (double)(h->fenc->i_cpb_delay - h->i_cpb_delay_pir_offset) *
1648                                                    h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1649
1650             double cpb_earliest_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time - (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1651             if( h->fenc->b_keyframe )
1652             {
1653                  rc->nrt_first_access_unit = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1654                  rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1655                  rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1656             }
1657             else
1658                  cpb_earliest_arrival_time -= (double)rc->initial_cpb_removal_delay_offset / 90000;
1659
1660             if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd )
1661                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time;
1662             else
1663                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = X264_MAX( rc->previous_cpb_final_arrival_time, cpb_earliest_arrival_time );
1664         }
1665         int filler_bits = *filler ? X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), *filler )*8 : 0;
1666         // Equation C-6
1667         h->fenc->hrd_timing.cpb_final_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time +
1668                                                      (double)(bits + filler_bits) / h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1669
1670         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 +
1671                                               h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1672     }
1673
1674     return 0;
1675 fail:
1676     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_end: stats file could not be written to\n");
1677     return -1;
1678 }
1679
1680 /****************************************************************************
1681  * 2 pass functions
1682  ***************************************************************************/
1683
1684 /**
1685  * modify the bitrate curve from pass1 for one frame
1686  */
1687 static double get_qscale(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double rate_factor, int frame_num)
1688 {
1689     x264_ratecontrol_t *rcc= h->rc;
1690     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
1691     double q = pow( rce->blurred_complexity, 1 - rcc->qcompress );
1692
1693     // avoid NaN's in the rc_eq
1694     if( !isfinite(q) || rce->tex_bits + rce->mv_bits == 0 )
1695         q = rcc->last_qscale_for[rce->pict_type];
1696     else
1697     {
1698         rcc->last_rceq = q;
1699         q /= rate_factor;
1700         rcc->last_qscale = q;
1701     }
1702
1703     if( zone )
1704     {
1705         if( zone->b_force_qp )
1706             q = qp2qscale( zone->i_qp );
1707         else
1708             q /= zone->f_bitrate_factor;
1709     }
1710
1711     return q;
1712 }
1713
1714 static double get_diff_limited_q(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double q)
1715 {
1716     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1717     const int pict_type = rce->pict_type;
1718
1719     // force I/B quants as a function of P quants
1720     const double last_p_q    = rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P];
1721     const double last_non_b_q= rcc->last_qscale_for[rcc->last_non_b_pict_type];
1722     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
1723     {
1724         double iq = q;
1725         double pq = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
1726         double ip_factor = fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
1727         /* don't apply ip_factor if the following frame is also I */
1728         if( rcc->accum_p_norm <= 0 )
1729             q = iq;
1730         else if( h->param.rc.f_ip_factor < 0 )
1731             q = iq / ip_factor;
1732         else if( rcc->accum_p_norm >= 1 )
1733             q = pq / ip_factor;
1734         else
1735             q = rcc->accum_p_norm * pq / ip_factor + (1 - rcc->accum_p_norm) * iq;
1736     }
1737     else if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
1738     {
1739         if( h->param.rc.f_pb_factor > 0 )
1740             q = last_non_b_q;
1741         if( !rce->kept_as_ref )
1742             q *= fabs( h->param.rc.f_pb_factor );
1743     }
1744     else if( pict_type == SLICE_TYPE_P
1745              && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_P
1746              && rce->tex_bits == 0 )
1747     {
1748         q = last_p_q;
1749     }
1750
1751     /* last qscale / qdiff stuff */
1752     if( rcc->last_non_b_pict_type == pict_type &&
1753         (pict_type!=SLICE_TYPE_I || rcc->last_accum_p_norm < 1) )
1754     {
1755         double last_q = rcc->last_qscale_for[pict_type];
1756         double max_qscale = last_q * rcc->lstep;
1757         double min_qscale = last_q / rcc->lstep;
1758
1759         if     ( q > max_qscale ) q = max_qscale;
1760         else if( q < min_qscale ) q = min_qscale;
1761     }
1762
1763     rcc->last_qscale_for[pict_type] = q;
1764     if( pict_type != SLICE_TYPE_B )
1765         rcc->last_non_b_pict_type = pict_type;
1766     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
1767     {
1768         rcc->last_accum_p_norm = rcc->accum_p_norm;
1769         rcc->accum_p_norm = 0;
1770         rcc->accum_p_qp = 0;
1771     }
1772     if( pict_type == SLICE_TYPE_P )
1773     {
1774         float mask = 1 - pow( (float)rce->i_count / rcc->nmb, 2 );
1775         rcc->accum_p_qp   = mask * (qscale2qp( q ) + rcc->accum_p_qp);
1776         rcc->accum_p_norm = mask * (1 + rcc->accum_p_norm);
1777     }
1778     return q;
1779 }
1780
1781 static double predict_size( predictor_t *p, double q, double var )
1782 {
1783      return (p->coeff*var + p->offset) / (q*p->count);
1784 }
1785
1786 static void update_predictor( predictor_t *p, double q, double var, double bits )
1787 {
1788     const double range = 1.5;
1789     if( var < 10 )
1790         return;
1791     double old_coeff = p->coeff / p->count;
1792     double new_coeff = bits*q / var;
1793     double new_coeff_clipped = x264_clip3f( new_coeff, old_coeff/range, old_coeff*range );
1794     double new_offset = bits*q - new_coeff_clipped * var;
1795     if( new_offset >= 0 )
1796         new_coeff = new_coeff_clipped;
1797     else
1798         new_offset = 0;
1799     p->count  *= p->decay;
1800     p->coeff  *= p->decay;
1801     p->offset *= p->decay;
1802     p->count  ++;
1803     p->coeff  += new_coeff;
1804     p->offset += new_offset;
1805 }
1806
1807 // update VBV after encoding a frame
1808 static int update_vbv( x264_t *h, int bits )
1809 {
1810     int filler = 0;
1811     int bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1812     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1813     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
1814     uint64_t buffer_size = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
1815
1816     if( rcc->last_satd >= h->mb.i_mb_count )
1817         update_predictor( &rct->pred[h->sh.i_type], qp2qscale( rcc->qpa_rc ), rcc->last_satd, bits );
1818
1819     if( !rcc->b_vbv )
1820         return filler;
1821
1822     rct->buffer_fill_final -= (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
1823
1824     if( rct->buffer_fill_final < 0 )
1825         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV underflow (frame %d, %.0f bits)\n", h->i_frame, (double)rct->buffer_fill_final / h->sps->vui.i_time_scale );
1826     rct->buffer_fill_final = X264_MAX( rct->buffer_fill_final, 0 );
1827     rct->buffer_fill_final += (uint64_t)bitrate * h->sps->vui.i_num_units_in_tick * h->fenc->i_cpb_duration;
1828
1829     if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd && rct->buffer_fill_final > buffer_size )
1830     {
1831         filler = ceil( (rct->buffer_fill_final - buffer_size) / (8. * h->sps->vui.i_time_scale) );
1832         bits = X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), filler ) * 8;
1833         rct->buffer_fill_final -= (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
1834     }
1835     else
1836         rct->buffer_fill_final = X264_MIN( rct->buffer_fill_final, buffer_size );
1837
1838     return filler;
1839 }
1840
1841 void x264_hrd_fullness( x264_t *h )
1842 {
1843     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
1844     uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale / rct->hrd_multiply_denom;
1845     uint64_t cpb_state = rct->buffer_fill_final;
1846     uint64_t cpb_size = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
1847     uint64_t multiply_factor = 180000 / rct->hrd_multiply_denom;
1848
1849     if( rct->buffer_fill_final < 0 || rct->buffer_fill_final > cpb_size )
1850     {
1851          x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CPB %s: %.0lf bits in a %.0lf-bit buffer\n",
1852                    rct->buffer_fill_final < 0 ? "underflow" : "overflow", (float)rct->buffer_fill_final/denom, (float)cpb_size/denom );
1853     }
1854
1855     h->initial_cpb_removal_delay = (multiply_factor * cpb_state + denom) / (2*denom);
1856     h->initial_cpb_removal_delay_offset = (multiply_factor * cpb_size + denom) / (2*denom) - h->initial_cpb_removal_delay;
1857 }
1858
1859 // provisionally update VBV according to the planned size of all frames currently in progress
1860 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead )
1861 {
1862     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1863     rcc->buffer_fill = h->thread[0]->rc->buffer_fill_final / h->sps->vui.i_time_scale;
1864     if( h->i_thread_frames > 1 )
1865     {
1866         int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
1867         for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
1868         {
1869             x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
1870             double bits = t->rc->frame_size_planned;
1871             if( !t->b_thread_active )
1872                 continue;
1873             bits  = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
1874             rcc->buffer_fill -= bits;
1875             rcc->buffer_fill = X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0 );
1876             rcc->buffer_fill += t->rc->buffer_rate;
1877             rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
1878         }
1879     }
1880     rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
1881     rcc->buffer_fill -= overhead;
1882 }
1883
1884 // apply VBV constraints and clip qscale to between lmin and lmax
1885 static double clip_qscale( x264_t *h, int pict_type, double q )
1886 {
1887     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1888     double lmin = rcc->lmin[pict_type];
1889     double lmax = rcc->lmax[pict_type];
1890     if( rcc->rate_factor_max_increment )
1891         lmax = X264_MIN( lmax, qp2qscale( rcc->qp_novbv + rcc->rate_factor_max_increment ) );
1892     double q0 = q;
1893
1894     /* B-frames are not directly subject to VBV,
1895      * since they are controlled by the P-frames' QPs. */
1896
1897     if( rcc->b_vbv && rcc->last_satd > 0 )
1898     {
1899         /* Lookahead VBV: raise the quantizer as necessary such that no frames in
1900          * the lookahead overflow and such that the buffer is in a reasonable state
1901          * by the end of the lookahead. */
1902         if( h->param.rc.i_lookahead )
1903         {
1904             int terminate = 0;
1905
1906             /* Avoid an infinite loop. */
1907             for( int iterations = 0; iterations < 1000 && terminate != 3; iterations++ )
1908             {
1909                 double frame_q[3];
1910                 double cur_bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1911                 double buffer_fill_cur = rcc->buffer_fill - cur_bits;
1912                 double target_fill;
1913                 double total_duration = 0;
1914                 frame_q[0] = h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I ? q * h->param.rc.f_ip_factor : q;
1915                 frame_q[1] = frame_q[0] * h->param.rc.f_pb_factor;
1916                 frame_q[2] = frame_q[0] / h->param.rc.f_ip_factor;
1917
1918                 /* Loop over the planned future frames. */
1919                 for( int j = 0; buffer_fill_cur >= 0 && buffer_fill_cur <= rcc->buffer_size; j++ )
1920                 {
1921                     total_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
1922                     buffer_fill_cur += rcc->vbv_max_rate * h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
1923                     int i_type = h->fenc->i_planned_type[j];
1924                     int i_satd = h->fenc->i_planned_satd[j];
1925                     if( i_type == X264_TYPE_AUTO )
1926                         break;
1927                     i_type = IS_X264_TYPE_I( i_type ) ? SLICE_TYPE_I : IS_X264_TYPE_B( i_type ) ? SLICE_TYPE_B : SLICE_TYPE_P;
1928                     cur_bits = predict_size( &rcc->pred[i_type], frame_q[i_type], i_satd );
1929                     buffer_fill_cur -= cur_bits;
1930                 }
1931                 /* Try to get to get the buffer at least 50% filled, but don't set an impossible goal. */
1932                 target_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill + total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.5 );
1933                 if( buffer_fill_cur < target_fill )
1934                 {
1935                     q *= 1.01;
1936                     terminate |= 1;
1937                     continue;
1938                 }
1939                 /* Try to get the buffer no more than 80% filled, but don't set an impossible goal. */
1940                 target_fill = x264_clip3f( rcc->buffer_fill - total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.8, rcc->buffer_size );
1941                 if( rcc->b_vbv_min_rate && buffer_fill_cur > target_fill )
1942                 {
1943                     q /= 1.01;
1944                     terminate |= 2;
1945                     continue;
1946                 }
1947                 break;
1948             }
1949         }
1950         /* Fallback to old purely-reactive algorithm: no lookahead. */
1951         else
1952         {
1953             if( ( pict_type == SLICE_TYPE_P ||
1954                 ( pict_type == SLICE_TYPE_I && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_I ) ) &&
1955                 rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size < 0.5 )
1956             {
1957                 q /= x264_clip3f( 2.0*rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size, 0.5, 1.0 );
1958             }
1959
1960             /* Now a hard threshold to make sure the frame fits in VBV.
1961              * This one is mostly for I-frames. */
1962             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1963             double qf = 1.0;
1964             /* For small VBVs, allow the frame to use up the entire VBV. */
1965             double max_fill_factor = h->param.rc.i_vbv_buffer_size >= 5*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rcc->fps ? 2 : 1;
1966             /* For single-frame VBVs, request that the frame use up the entire VBV. */
1967             double min_fill_factor = rcc->single_frame_vbv ? 1 : 2;
1968
1969             if( bits > rcc->buffer_fill/max_fill_factor )
1970                 qf = x264_clip3f( rcc->buffer_fill/(max_fill_factor*bits), 0.2, 1.0 );
1971             q /= qf;
1972             bits *= qf;
1973             if( bits < rcc->buffer_rate/min_fill_factor )
1974                 q *= bits*min_fill_factor/rcc->buffer_rate;
1975             q = X264_MAX( q0, q );
1976         }
1977
1978         /* Apply MinCR restrictions */
1979         double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1980         if( bits > rcc->frame_size_maximum )
1981             q *= bits / rcc->frame_size_maximum;
1982         bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1983
1984         /* Check B-frame complexity, and use up any bits that would
1985          * overflow before the next P-frame. */
1986         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && !rcc->single_frame_vbv )
1987         {
1988             int nb = rcc->bframes;
1989             double pbbits = bits;
1990             double bbits = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q * h->param.rc.f_pb_factor, rcc->last_satd );
1991             double space;
1992             double bframe_cpb_duration = 0;
1993             double minigop_cpb_duration;
1994             for( int i = 0; i < nb; i++ )
1995                 bframe_cpb_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[1+i];
1996
1997             if( bbits * nb > bframe_cpb_duration * rcc->vbv_max_rate )
1998                 nb = 0;
1999             pbbits += nb * bbits;
2000
2001             minigop_cpb_duration = bframe_cpb_duration + h->fenc->f_planned_cpb_duration[0];
2002             space = rcc->buffer_fill + minigop_cpb_duration*rcc->vbv_max_rate - rcc->buffer_size;
2003             if( pbbits < space )
2004             {
2005                 q *= X264_MAX( pbbits / space, bits / (0.5 * rcc->buffer_size) );
2006             }
2007             q = X264_MAX( q0/2, q );
2008         }
2009
2010         if( !rcc->b_vbv_min_rate )
2011             q = X264_MAX( q0, q );
2012     }
2013
2014     if( lmin==lmax )
2015         return lmin;
2016     else if( rcc->b_2pass )
2017     {
2018         double min2 = log( lmin );
2019         double max2 = log( lmax );
2020         q = (log(q) - min2)/(max2-min2) - 0.5;
2021         q = 1.0/(1.0 + exp( -4*q ));
2022         q = q*(max2-min2) + min2;
2023         return exp( q );
2024     }
2025     else
2026         return x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2027 }
2028
2029 // update qscale for 1 frame based on actual bits used so far
2030 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h )
2031 {
2032     float q;
2033     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2034     ratecontrol_entry_t UNINIT(rce);
2035     int pict_type = h->sh.i_type;
2036     int64_t total_bits = 8*(h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_I]
2037                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_P]
2038                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_B])
2039                        - rcc->filler_bits_sum;
2040
2041     if( rcc->b_2pass )
2042     {
2043         rce = *rcc->rce;
2044         if( pict_type != rce.pict_type )
2045         {
2046             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "slice=%c but 2pass stats say %c\n",
2047                       slice_type_to_char[pict_type], slice_type_to_char[rce.pict_type] );
2048         }
2049     }
2050
2051     if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
2052     {
2053         /* B-frames don't have independent ratecontrol, but rather get the
2054          * average QP of the two adjacent P-frames + an offset */
2055
2056         int i0 = IS_X264_TYPE_I(h->fref_nearest[0]->i_type);
2057         int i1 = IS_X264_TYPE_I(h->fref_nearest[1]->i_type);
2058         int dt0 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref_nearest[0]->i_poc);
2059         int dt1 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref_nearest[1]->i_poc);
2060         float q0 = h->fref_nearest[0]->f_qp_avg_rc;
2061         float q1 = h->fref_nearest[1]->f_qp_avg_rc;
2062
2063         if( h->fref_nearest[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2064             q0 -= rcc->pb_offset/2;
2065         if( h->fref_nearest[1]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2066             q1 -= rcc->pb_offset/2;
2067
2068         if( i0 && i1 )
2069             q = (q0 + q1) / 2 + rcc->ip_offset;
2070         else if( i0 )
2071             q = q1;
2072         else if( i1 )
2073             q = q0;
2074         else
2075             q = (q0*dt1 + q1*dt0) / (dt0 + dt1);
2076
2077         if( h->fenc->b_kept_as_ref )
2078             q += rcc->pb_offset/2;
2079         else
2080             q += rcc->pb_offset;
2081
2082         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
2083             rcc->frame_size_planned = qscale2bits( &rce, qp2qscale( q ) );
2084         else
2085             rcc->frame_size_planned = predict_size( rcc->pred_b_from_p, qp2qscale( q ), h->fref[1][h->i_ref[1]-1]->i_satd );
2086         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2087
2088         /* For row SATDs */
2089         if( rcc->b_vbv )
2090             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2091         rcc->qp_novbv = q;
2092         return qp2qscale( q );
2093     }
2094     else
2095     {
2096         double abr_buffer = 2 * rcc->rate_tolerance * rcc->bitrate;
2097
2098         if( rcc->b_2pass )
2099         {
2100             double lmin = rcc->lmin[pict_type];
2101             double lmax = rcc->lmax[pict_type];
2102             int64_t diff;
2103             int64_t predicted_bits = total_bits;
2104
2105             if( rcc->b_vbv )
2106             {
2107                 if( h->i_thread_frames > 1 )
2108                 {
2109                     int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
2110                     for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
2111                     {
2112                         x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
2113                         double bits = t->rc->frame_size_planned;
2114                         if( !t->b_thread_active )
2115                             continue;
2116                         bits  = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
2117                         predicted_bits += (int64_t)bits;
2118                     }
2119                 }
2120             }
2121             else
2122             {
2123                 if( h->i_frame < h->i_thread_frames )
2124                     predicted_bits += (int64_t)h->i_frame * rcc->bitrate / rcc->fps;
2125                 else
2126                     predicted_bits += (int64_t)(h->i_thread_frames - 1) * rcc->bitrate / rcc->fps;
2127             }
2128
2129             /* Adjust ABR buffer based on distance to the end of the video. */
2130             if( rcc->num_entries > h->i_frame )
2131             {
2132                 double final_bits = rcc->entry[rcc->num_entries-1].expected_bits;
2133                 double video_pos = rce.expected_bits / final_bits;
2134                 double scale_factor = sqrt( (1 - video_pos) * rcc->num_entries );
2135                 abr_buffer *= 0.5 * X264_MAX( scale_factor, 0.5 );
2136             }
2137
2138             diff = predicted_bits - (int64_t)rce.expected_bits;
2139             q = rce.new_qscale;
2140             q /= x264_clip3f((double)(abr_buffer - diff) / abr_buffer, .5, 2);
2141             if( ((h->i_frame + 1 - h->i_thread_frames) >= rcc->fps) &&
2142                 (rcc->expected_bits_sum > 0))
2143             {
2144                 /* Adjust quant based on the difference between
2145                  * achieved and expected bitrate so far */
2146                 double cur_time = (double)h->i_frame / rcc->num_entries;
2147                 double w = x264_clip3f( cur_time*100, 0.0, 1.0 );
2148                 q *= pow( (double)total_bits / rcc->expected_bits_sum, w );
2149             }
2150             if( rcc->b_vbv )
2151             {
2152                 /* Do not overflow vbv */
2153                 double expected_size = qscale2bits( &rce, q );
2154                 double expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2155                 double expected_fullness = rce.expected_vbv / rcc->buffer_size;
2156                 double qmax = q*(2 - expected_fullness);
2157                 double size_constraint = 1 + expected_fullness;
2158                 qmax = X264_MAX( qmax, rce.new_qscale );
2159                 if( expected_fullness < .05 )
2160                     qmax = lmax;
2161                 qmax = X264_MIN(qmax, lmax);
2162                 while( ((expected_vbv < rce.expected_vbv/size_constraint) && (q < qmax)) ||
2163                         ((expected_vbv < 0) && (q < lmax)))
2164                 {
2165                     q *= 1.05;
2166                     expected_size = qscale2bits(&rce, q);
2167                     expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2168                 }
2169                 rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2170             }
2171             q = x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2172         }
2173         else /* 1pass ABR */
2174         {
2175             /* Calculate the quantizer which would have produced the desired
2176              * average bitrate if it had been applied to all frames so far.
2177              * Then modulate that quant based on the current frame's complexity
2178              * relative to the average complexity so far (using the 2pass RCEQ).
2179              * Then bias the quant up or down if total size so far was far from
2180              * the target.
2181              * Result: Depending on the value of rate_tolerance, there is a
2182              * tradeoff between quality and bitrate precision. But at large
2183              * tolerances, the bit distribution approaches that of 2pass. */
2184
2185             double wanted_bits, overflow = 1;
2186
2187             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2188             rcc->short_term_cplxsum *= 0.5;
2189             rcc->short_term_cplxcount *= 0.5;
2190             rcc->short_term_cplxsum += rcc->last_satd / (CLIP_DURATION(h->fenc->f_duration) / BASE_FRAME_DURATION);
2191             rcc->short_term_cplxcount ++;
2192
2193             rce.tex_bits = rcc->last_satd;
2194             rce.blurred_complexity = rcc->short_term_cplxsum / rcc->short_term_cplxcount;
2195             rce.mv_bits = 0;
2196             rce.p_count = rcc->nmb;
2197             rce.i_count = 0;
2198             rce.s_count = 0;
2199             rce.qscale = 1;
2200             rce.pict_type = pict_type;
2201
2202             if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
2203             {
2204                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->rate_factor_constant, h->fenc->i_frame );
2205             }
2206             else
2207             {
2208                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->wanted_bits_window / rcc->cplxr_sum, h->fenc->i_frame );
2209
2210                 /* ABR code can potentially be counterproductive in CBR, so just don't bother.
2211                  * Don't run it if the frame complexity is zero either. */
2212                 if( !rcc->b_vbv_min_rate && rcc->last_satd )
2213                 {
2214                     // FIXME is it simpler to keep track of wanted_bits in ratecontrol_end?
2215                     int i_frame_done = h->i_frame + 1 - h->i_thread_frames;
2216                     double time_done = i_frame_done / rcc->fps;
2217                     if( h->param.b_vfr_input && i_frame_done > 0 )
2218                         time_done = ((double)(h->fenc->i_reordered_pts - h->i_reordered_pts_delay)) * h->param.i_timebase_num / h->param.i_timebase_den;
2219                     wanted_bits = time_done * rcc->bitrate;
2220                     if( wanted_bits > 0 )
2221                     {
2222                         abr_buffer *= X264_MAX( 1, sqrt( time_done ) );
2223                         overflow = x264_clip3f( 1.0 + (total_bits - wanted_bits) / abr_buffer, .5, 2 );
2224                         q *= overflow;
2225                     }
2226                 }
2227             }
2228
2229             if( pict_type == SLICE_TYPE_I && h->param.i_keyint_max > 1
2230                 /* should test _next_ pict type, but that isn't decided yet */
2231                 && rcc->last_non_b_pict_type != SLICE_TYPE_I )
2232             {
2233                 q = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
2234                 q /= fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2235             }
2236             else if( h->i_frame > 0 )
2237             {
2238                 if( h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CRF )
2239                 {
2240                     /* Asymmetric clipping, because symmetric would prevent
2241                      * overflow control in areas of rapidly oscillating complexity */
2242                     double lmin = rcc->last_qscale_for[pict_type] / rcc->lstep;
2243                     double lmax = rcc->last_qscale_for[pict_type] * rcc->lstep;
2244                     if( overflow > 1.1 && h->i_frame > 3 )
2245                         lmax *= rcc->lstep;
2246                     else if( overflow < 0.9 )
2247                         lmin /= rcc->lstep;
2248
2249                     q = x264_clip3f(q, lmin, lmax);
2250                 }
2251             }
2252             else if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && rcc->qcompress != 1 )
2253             {
2254                 q = qp2qscale( ABR_INIT_QP ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2255             }
2256             rcc->qp_novbv = qscale2qp( q );
2257
2258             //FIXME use get_diff_limited_q() ?
2259             q = clip_qscale( h, pict_type, q );
2260         }
2261
2262         rcc->last_qscale_for[pict_type] =
2263         rcc->last_qscale = q;
2264
2265         if( !(rcc->b_2pass && !rcc->b_vbv) && h->fenc->i_frame == 0 )
2266             rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P] = q * fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2267
2268         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
2269             rcc->frame_size_planned = qscale2bits(&rce, q);
2270         else
2271             rcc->frame_size_planned = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2272
2273         /* Always use up the whole VBV in this case. */
2274         if( rcc->single_frame_vbv )
2275             rcc->frame_size_planned = rcc->buffer_rate;
2276         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2277         return q;
2278     }
2279 }
2280
2281 void x264_threads_normalize_predictors( x264_t *h )
2282 {
2283     double totalsize = 0;
2284     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2285         totalsize += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2286     double factor = h->rc->frame_size_planned / totalsize;
2287     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2288         h->thread[i]->rc->slice_size_planned *= factor;
2289 }
2290
2291 void x264_threads_distribute_ratecontrol( x264_t *h )
2292 {
2293     int row;
2294     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2295
2296     /* Initialize row predictors */
2297     if( h->i_frame == 0 )
2298         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2299         {
2300             x264_ratecontrol_t *t = h->thread[i]->rc;
2301             memcpy( t->row_preds, rc->row_preds, sizeof(rc->row_preds) );
2302         }
2303
2304     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2305     {
2306         x264_t *t = h->thread[i];
2307         memcpy( t->rc, rc, offsetof(x264_ratecontrol_t, row_pred) );
2308         t->rc->row_pred = &t->rc->row_preds[h->sh.i_type];
2309         /* Calculate the planned slice size. */
2310         if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2311         {
2312             int size = 0;
2313             for( row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2314                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2315             t->rc->slice_size_planned = predict_size( &rc->pred[h->sh.i_type + (i+1)*5], rc->qpm, size );
2316         }
2317         else
2318             t->rc->slice_size_planned = 0;
2319     }
2320     if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2321     {
2322         x264_threads_normalize_predictors( h );
2323
2324         if( rc->single_frame_vbv )
2325         {
2326             /* Compensate for our max frame error threshold: give more bits (proportionally) to smaller slices. */
2327             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2328             {
2329                 x264_t *t = h->thread[i];
2330                 float max_frame_error = X264_MAX( 0.05, 1.0 / (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) );
2331                 t->rc->slice_size_planned += 2 * max_frame_error * rc->frame_size_planned;
2332             }
2333             x264_threads_normalize_predictors( h );
2334         }
2335
2336         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2337             h->thread[i]->rc->frame_size_estimated = h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2338     }
2339 }
2340
2341 void x264_threads_merge_ratecontrol( x264_t *h )
2342 {
2343     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2344     x264_emms();
2345
2346     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2347     {
2348         x264_t *t = h->thread[i];
2349         x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[i]->rc;
2350         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size )
2351         {
2352             int size = 0;
2353             for( int row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2354                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2355             int bits = t->stat.frame.i_mv_bits + t->stat.frame.i_tex_bits + t->stat.frame.i_misc_bits;
2356             int mb_count = (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) * h->mb.i_mb_width;
2357             update_predictor( &rc->pred[h->sh.i_type+(i+1)*5], qp2qscale( rct->qpa_rc/mb_count ), size, bits );
2358         }
2359         if( !i )
2360             continue;
2361         rc->qpa_rc += rct->qpa_rc;
2362         rc->qpa_aq += rct->qpa_aq;
2363     }
2364 }
2365
2366 void x264_thread_sync_ratecontrol( x264_t *cur, x264_t *prev, x264_t *next )
2367 {
2368     if( cur != prev )
2369     {
2370 #define COPY(var) memcpy(&cur->rc->var, &prev->rc->var, sizeof(cur->rc->var))
2371         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_start()
2372          * so copy them from the context that most recently started (prev)
2373          * to the context that's about to start (cur). */
2374         COPY(accum_p_qp);
2375         COPY(accum_p_norm);
2376         COPY(last_satd);
2377         COPY(last_rceq);
2378         COPY(last_qscale_for);
2379         COPY(last_non_b_pict_type);
2380         COPY(short_term_cplxsum);
2381         COPY(short_term_cplxcount);
2382         COPY(bframes);
2383         COPY(prev_zone);
2384         COPY(qpbuf_pos);
2385         /* these vars can be updated by x264_ratecontrol_init_reconfigurable */
2386         COPY(buffer_rate);
2387         COPY(buffer_size);
2388         COPY(single_frame_vbv);
2389         COPY(cbr_decay);
2390         COPY(b_vbv_min_rate);
2391         COPY(rate_factor_constant);
2392         COPY(bitrate);
2393 #undef COPY
2394     }
2395     if( cur != next )
2396     {
2397 #define COPY(var) next->rc->var = cur->rc->var
2398         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_end()
2399          * so copy them from the context that most recently ended (cur)
2400          * to the context that's about to end (next) */
2401         COPY(cplxr_sum);
2402         COPY(expected_bits_sum);
2403         COPY(filler_bits_sum);
2404         COPY(wanted_bits_window);
2405         COPY(bframe_bits);
2406         COPY(initial_cpb_removal_delay);
2407         COPY(initial_cpb_removal_delay_offset);
2408         COPY(nrt_first_access_unit);
2409         COPY(previous_cpb_final_arrival_time);
2410 #undef COPY
2411     }
2412     //FIXME row_preds[] (not strictly necessary, but would improve prediction)
2413     /* the rest of the variables are either constant or thread-local */
2414 }
2415
2416 static int find_underflow( x264_t *h, double *fills, int *t0, int *t1, int over )
2417 {
2418     /* find an interval ending on an overflow or underflow (depending on whether
2419      * we're adding or removing bits), and starting on the earliest frame that
2420      * can influence the buffer fill of that end frame. */
2421     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2422     const double buffer_min = (over ? .1 : .1) * rcc->buffer_size;
2423     const double buffer_max = .9 * rcc->buffer_size;
2424     double fill = fills[*t0-1];
2425     double parity = over ? 1. : -1.;
2426     int start = -1, end = -1;
2427     for( int i = *t0; i < rcc->num_entries; i++ )
2428     {
2429         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 -
2430                  qscale2bits( &rcc->entry[i], rcc->entry[i].new_qscale )) * parity;
2431         fill = x264_clip3f(fill, 0, rcc->buffer_size);
2432         fills[i] = fill;
2433         if( fill <= buffer_min || i == 0 )
2434         {
2435             if( end >= 0 )
2436                 break;
2437             start = i;
2438         }
2439         else if( fill >= buffer_max && start >= 0 )
2440             end = i;
2441     }
2442     *t0 = start;
2443     *t1 = end;
2444     return start >= 0 && end >= 0;
2445 }
2446
2447 static int fix_underflow( x264_t *h, int t0, int t1, double adjustment, double qscale_min, double qscale_max)
2448 {
2449     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2450     double qscale_orig, qscale_new;
2451     int adjusted = 0;
2452     if( t0 > 0 )
2453         t0++;
2454     for( int i = t0; i <= t1; i++ )
2455     {
2456         qscale_orig = rcc->entry[i].new_qscale;
2457         qscale_orig = x264_clip3f( qscale_orig, qscale_min, qscale_max );
2458         qscale_new  = qscale_orig * adjustment;
2459         qscale_new  = x264_clip3f( qscale_new, qscale_min, qscale_max );
2460         rcc->entry[i].new_qscale = qscale_new;
2461         adjusted = adjusted || (qscale_new != qscale_orig);
2462     }
2463     return adjusted;
2464 }
2465
2466 static double count_expected_bits( x264_t *h )
2467 {
2468     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2469     double expected_bits = 0;
2470     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2471     {
2472         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2473         rce->expected_bits = expected_bits;
2474         expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2475     }
2476     return expected_bits;
2477 }
2478
2479 static int vbv_pass2( x264_t *h, double all_available_bits )
2480 {
2481     /* for each interval of buffer_full .. underflow, uniformly increase the qp of all
2482      * frames in the interval until either buffer is full at some intermediate frame or the
2483      * last frame in the interval no longer underflows.  Recompute intervals and repeat.
2484      * Then do the converse to put bits back into overflow areas until target size is met */
2485
2486     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2487     double *fills;
2488     double expected_bits = 0;
2489     double adjustment;
2490     double prev_bits = 0;
2491     int t0, t1;
2492     double qscale_min = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
2493     double qscale_max = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
2494     int iterations = 0;
2495     int adj_min, adj_max;
2496     CHECKED_MALLOC( fills, (rcc->num_entries+1)*sizeof(double) );
2497
2498     fills++;
2499
2500     /* adjust overall stream size */
2501     do
2502     {
2503         iterations++;
2504         prev_bits = expected_bits;
2505
2506         if( expected_bits )
2507         {   /* not first iteration */
2508             adjustment = X264_MAX(X264_MIN(expected_bits / all_available_bits, 0.999), 0.9);
2509             fills[-1] = rcc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init;
2510             t0 = 0;
2511             /* fix overflows */
2512             adj_min = 1;
2513             while(adj_min && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 1 ))
2514             {
2515                 adj_min = fix_underflow( h, t0, t1, adjustment, qscale_min, qscale_max );
2516                 t0 = t1;
2517             }
2518         }
2519
2520         fills[-1] = rcc->buffer_size * (1. - h->param.rc.f_vbv_buffer_init);
2521         t0 = 0;
2522         /* fix underflows -- should be done after overflow, as we'd better undersize target than underflowing VBV */
2523         adj_max = 1;
2524         while( adj_max && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 0 ) )
2525             adj_max = fix_underflow( h, t0, t1, 1.001, qscale_min, qscale_max );
2526
2527         expected_bits = count_expected_bits( h );
2528     } while( (expected_bits < .995*all_available_bits) && ((int64_t)(expected_bits+.5) > (int64_t)(prev_bits+.5)) );
2529
2530     if( !adj_max )
2531         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "vbv-maxrate issue, qpmax or vbv-maxrate too low\n");
2532
2533     /* store expected vbv filling values for tracking when encoding */
2534     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2535         rcc->entry[i].expected_vbv = rcc->buffer_size - fills[i];
2536
2537     x264_free( fills-1 );
2538     return 0;
2539 fail:
2540     return -1;
2541 }
2542
2543 static int init_pass2( x264_t *h )
2544 {
2545     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2546     uint64_t all_const_bits = 0;
2547     double timescale = (double)h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
2548     double duration = 0;
2549     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2550         duration += rcc->entry[i].i_duration;
2551     duration *= timescale;
2552     uint64_t all_available_bits = h->param.rc.i_bitrate * 1000. * duration;
2553     double rate_factor, step_mult;
2554     double qblur = h->param.rc.f_qblur;
2555     double cplxblur = h->param.rc.f_complexity_blur;
2556     const int filter_size = (int)(qblur*4) | 1;
2557     double expected_bits;
2558     double *qscale, *blurred_qscale;
2559     double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
2560
2561     /* find total/average complexity & const_bits */
2562     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2563     {
2564         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2565         all_const_bits += rce->misc_bits;
2566     }
2567
2568     if( all_available_bits < all_const_bits)
2569     {
2570         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "requested bitrate is too low. estimated minimum is %d kbps\n",
2571                  (int)(all_const_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.)) );
2572         return -1;
2573     }
2574
2575     /* Blur complexities, to reduce local fluctuation of QP.
2576      * We don't blur the QPs directly, because then one very simple frame
2577      * could drag down the QP of a nearby complex frame and give it more
2578      * bits than intended. */
2579     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2580     {
2581         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2582         double weight_sum = 0;
2583         double cplx_sum = 0;
2584         double weight = 1.0;
2585         double gaussian_weight;
2586         /* weighted average of cplx of future frames */
2587         for( int j = 1; j < cplxblur*2 && j < rcc->num_entries-i; j++ )
2588         {
2589             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i+j];
2590             double frame_duration = CLIP_DURATION(rcj->i_duration * timescale) / BASE_FRAME_DURATION;
2591             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2592             if( weight < .0001 )
2593                 break;
2594             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2595             weight_sum += gaussian_weight;
2596             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits) / frame_duration;
2597         }
2598         /* weighted average of cplx of past frames */
2599         weight = 1.0;
2600         for( int j = 0; j <= cplxblur*2 && j <= i; j++ )
2601         {
2602             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i-j];
2603             double frame_duration = CLIP_DURATION(rcj->i_duration * timescale) / BASE_FRAME_DURATION;
2604             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2605             weight_sum += gaussian_weight;
2606             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits) / frame_duration;
2607             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2608             if( weight < .0001 )
2609                 break;
2610         }
2611         rce->blurred_complexity = cplx_sum / weight_sum;
2612     }
2613
2614     CHECKED_MALLOC( qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2615     if( filter_size > 1 )
2616         CHECKED_MALLOC( blurred_qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2617     else
2618         blurred_qscale = qscale;
2619
2620     /* Search for a factor which, when multiplied by the RCEQ values from
2621      * each frame, adds up to the desired total size.
2622      * There is no exact closed-form solution because of VBV constraints and
2623      * because qscale2bits is not invertible, but we can start with the simple
2624      * approximation of scaling the 1st pass by the ratio of bitrates.
2625      * The search range is probably overkill, but speed doesn't matter here. */
2626
2627     expected_bits = 1;
2628     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2629     {
2630         double q = get_qscale(h, &rcc->entry[i], 1.0, i);
2631         expected_bits += qscale2bits(&rcc->entry[i], q);
2632         rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = q;
2633     }
2634     step_mult = all_available_bits / expected_bits;
2635
2636     rate_factor = 0;
2637     for( double step = 1E4 * step_mult; step > 1E-7 * step_mult; step *= 0.5)
2638     {
2639         expected_bits = 0;
2640         rate_factor += step;
2641
2642         rcc->last_non_b_pict_type = -1;
2643         rcc->last_accum_p_norm = 1;
2644         rcc->accum_p_norm = 0;
2645
2646         rcc->last_qscale_for[0] =
2647         rcc->last_qscale_for[1] =
2648         rcc->last_qscale_for[2] = pow( base_cplx, 1 - rcc->qcompress ) / rate_factor;
2649
2650         /* find qscale */
2651         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2652         {
2653             qscale[i] = get_qscale( h, &rcc->entry[i], rate_factor, i );
2654             rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = qscale[i];
2655         }
2656
2657         /* fixed I/B qscale relative to P */
2658         for( int i = rcc->num_entries-1; i >= 0; i-- )
2659         {
2660             qscale[i] = get_diff_limited_q( h, &rcc->entry[i], qscale[i] );
2661             assert(qscale[i] >= 0);
2662         }
2663
2664         /* smooth curve */
2665         if( filter_size > 1 )
2666         {
2667             assert( filter_size%2 == 1 );
2668             for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2669             {
2670                 ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2671                 double q = 0.0, sum = 0.0;
2672
2673                 for( int j = 0; j < filter_size; j++ )
2674                 {
2675                     int idx = i+j-filter_size/2;
2676                     double d = idx-i;
2677                     double coeff = qblur==0 ? 1.0 : exp( -d*d/(qblur*qblur) );
2678                     if( idx < 0 || idx >= rcc->num_entries )
2679                         continue;
2680                     if( rce->pict_type != rcc->entry[idx].pict_type )
2681                         continue;
2682                     q += qscale[idx] * coeff;
2683                     sum += coeff;
2684                 }
2685                 blurred_qscale[i] = q/sum;
2686             }
2687         }
2688
2689         /* find expected bits */
2690         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2691         {
2692             ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2693             rce->new_qscale = clip_qscale( h, rce->pict_type, blurred_qscale[i] );
2694             assert(rce->new_qscale >= 0);
2695             expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2696         }
2697
2698         if( expected_bits > all_available_bits )
2699             rate_factor -= step;
2700     }
2701
2702     x264_free( qscale );
2703     if( filter_size > 1 )
2704         x264_free( blurred_qscale );
2705
2706     if( rcc->b_vbv )
2707         if( vbv_pass2( h, all_available_bits ) )
2708             return -1;
2709     expected_bits = count_expected_bits( h );
2710
2711     if( fabs( expected_bits/all_available_bits - 1.0 ) > 0.01 )
2712     {
2713         double avgq = 0;
2714         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2715             avgq += rcc->entry[i].new_qscale;
2716         avgq = qscale2qp( avgq / rcc->num_entries );
2717
2718         if( expected_bits > all_available_bits || !rcc->b_vbv )
2719             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "Error: 2pass curve failed to converge\n" );
2720         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "target: %.2f kbit/s, expected: %.2f kbit/s, avg QP: %.4f\n",
2721                   (float)h->param.rc.i_bitrate,
2722                   expected_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.),
2723                   avgq );
2724         if( expected_bits < all_available_bits && avgq < h->param.rc.i_qp_min + 2 )
2725         {
2726             if( h->param.rc.i_qp_min > 0 )
2727                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate or reducing qp_min (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_min );
2728             else
2729                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate\n" );
2730         }
2731         else if( expected_bits > all_available_bits && avgq > h->param.rc.i_qp_max - 2 )
2732         {
2733             if( h->param.rc.i_qp_max < QP_MAX )
2734                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate or increasing qp_max (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_max );
2735             else
2736                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate\n");
2737         }
2738         else if( !(rcc->b_2pass && rcc->b_vbv) )
2739             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "internal error\n" );
2740     }
2741
2742     return 0;
2743 fail:
2744     return -1;
2745 }