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

   1 /*****************************************************************************
   2  * ratecontrol.c: h264 encoder library (Rate Control)
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 2005-2008 x264 project
   5  *
   6  * Authors: Loren Merritt <lorenm@u.washington.edu>
   7  *          Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
   8  *          Gabriel Bouvigne <gabriel.bouvigne@joost.com>
   9  *          Fiona Glaser <fiona@x264.com>
  10  *          Måns Rullgård <mru@mru.ath.cx>
  11  *
  12  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  13  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  14  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  15  * (at your option) any later version.
  16  *
  17  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  20  * GNU General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  23  * along with this program; if not, write to the Free Software
  24  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02111, USA.
  25  *****************************************************************************/
  26
  27 #define _ISOC99_SOURCE
  28 #undef NDEBUG // always check asserts, the speed effect is far too small to disable them
  29 #include <math.h>
  30
  31 #include "common/common.h"
  32 #include "ratecontrol.h"
  33 #include "me.h"
  34
  35 typedef struct
  36 {
  37     int pict_type;
  38     int frame_type;
  39     int kept_as_ref;
  40     double qscale;
  41     int mv_bits;
  42     int tex_bits;
  43     int misc_bits;
  44     uint64_t expected_bits; /*total expected bits up to the current frame (current one excluded)*/
  45     double expected_vbv;
  46     double new_qscale;
  47     int new_qp;
  48     int i_count;
  49     int p_count;
  50     int s_count;
  51     float blurred_complexity;
  52     char direct_mode;
  53     int16_t weight[2];
  54     int16_t i_weight_denom;
  55     int refcount[16];
  56     int refs;
  57     int i_duration;
  58     int i_cpb_duration;
  59 } ratecontrol_entry_t;
  60
  61 typedef struct
  62 {
  63     double coeff;
  64     double count;
  65     double decay;
  66     double offset;
  67 } predictor_t;
  68
  69 struct x264_ratecontrol_t
  70 {
  71     /* constants */
  72     int b_abr;
  73     int b_2pass;
  74     int b_vbv;
  75     int b_vbv_min_rate;
  76     double fps;
  77     double bitrate;
  78     double rate_tolerance;
  79     double qcompress;
  80     int nmb;                    /* number of macroblocks in a frame */
  81     int qp_constant[5];
  82
  83     /* current frame */
  84     ratecontrol_entry_t *rce;
  85     int qp;                     /* qp for current frame */
  86     float qpm;                  /* qp for current macroblock: precise float for AQ */
  87     float qpa_rc;               /* average of macroblocks' qp before aq */
  88     float qpa_aq;               /* average of macroblocks' qp after aq */
  89     float qp_novbv;             /* QP for the current frame if 1-pass VBV was disabled. */
  90     int qp_force;
  91
  92     /* VBV stuff */
  93     double buffer_size;
  94     double buffer_fill_final;   /* real buffer as of the last finished frame */
  95     double buffer_fill;         /* planned buffer, if all in-progress frames hit their bit budget */
  96     double buffer_rate;         /* # of bits added to buffer_fill after each frame */
  97     double vbv_max_rate;        /* # of bits added to buffer_fill per second */
  98     predictor_t *pred;          /* predict frame size from satd */
  99     int single_frame_vbv;
 100     double rate_factor_max_increment; /* Don't allow RF above (CRF + this value). */
 101
 102     /* ABR stuff */
 103     int    last_satd;
 104     double last_rceq;
 105     double cplxr_sum;           /* sum of bits*qscale/rceq */
 106     double expected_bits_sum;   /* sum of qscale2bits after rceq, ratefactor, and overflow, only includes finished frames */
 107     double wanted_bits_window;  /* target bitrate * window */
 108     double cbr_decay;
 109     double short_term_cplxsum;
 110     double short_term_cplxcount;
 111     double rate_factor_constant;
 112     double ip_offset;
 113     double pb_offset;
 114
 115     /* 2pass stuff */
 116     FILE *p_stat_file_out;
 117     char *psz_stat_file_tmpname;
 118     FILE *p_mbtree_stat_file_out;
 119     char *psz_mbtree_stat_file_tmpname;
 120     char *psz_mbtree_stat_file_name;
 121     FILE *p_mbtree_stat_file_in;
 122
 123     int num_entries;            /* number of ratecontrol_entry_ts */
 124     ratecontrol_entry_t *entry; /* FIXME: copy needed data and free this once init is done */
 125     double last_qscale;
 126     double last_qscale_for[5];  /* last qscale for a specific pict type, used for max_diff & ipb factor stuff  */
 127     int last_non_b_pict_type;
 128     double accum_p_qp;          /* for determining I-frame quant */
 129     double accum_p_norm;
 130     double last_accum_p_norm;
 131     double lmin[5];             /* min qscale by frame type */
 132     double lmax[5];
 133     double lstep;               /* max change (multiply) in qscale per frame */
 134     uint16_t *qp_buffer[2];     /* Global buffers for converting MB-tree quantizer data. */
 135     int qpbuf_pos;              /* In order to handle pyramid reordering, QP buffer acts as a stack.
 136                                  * This value is the current position (0 or 1). */
 137
 138     /* MBRC stuff */
 139     float frame_size_estimated; /* Access to this variable must be atomic: double is
 140                                  * not atomic on all arches we care about */
 141     double frame_size_maximum;  /* Maximum frame size due to MinCR */
 142     double frame_size_planned;
 143     double slice_size_planned;
 144     double max_frame_error;
 145     predictor_t (*row_pred)[2];
 146     predictor_t row_preds[5][2];
 147     predictor_t *pred_b_from_p; /* predict B-frame size from P-frame satd */
 148     int bframes;                /* # consecutive B-frames before this P-frame */
 149     int bframe_bits;            /* total cost of those frames */
 150
 151     int i_zones;
 152     x264_zone_t *zones;
 153     x264_zone_t *prev_zone;
 154
 155     /* hrd stuff */
 156     int initial_cpb_removal_delay;
 157     int initial_cpb_removal_delay_offset;
 158     double nrt_first_access_unit; /* nominal removal time */
 159     double previous_cpb_final_arrival_time;
 160 };
 161
 162
 163 static int parse_zones( x264_t *h );
 164 static int init_pass2(x264_t *);
 165 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h );
 166 static int update_vbv( x264_t *h, int bits );
 167 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead );
 168 static double predict_size( predictor_t *p, double q, double var );
 169 static void update_predictor( predictor_t *p, double q, double var, double bits );
 170
 171 #define CMP_OPT_FIRST_PASS( opt, param_val )\
 172 {\
 173     if( ( p = strstr( opts, opt "=" ) ) && sscanf( p, opt "=%d" , &i ) && param_val != i )\
 174     {\
 175         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different " opt " setting than first pass (%d vs %d)\n", param_val, i );\
 176         return -1;\
 177     }\
 178 }
 179
 180 /* Terminology:
 181  * qp = h.264's quantizer
 182  * qscale = linearized quantizer = Lagrange multiplier
 183  */
 184 static inline double qp2qscale( double qp )
 185 {
 186     return 0.85 * pow( 2.0, ( qp - 12.0 ) / 6.0 );
 187 }
 188 static inline double qscale2qp( double qscale )
 189 {
 190     return 12.0 + 6.0 * log2( qscale/0.85 );
 191 }
 192
 193 /* Texture bitrate is not quite inversely proportional to qscale,
 194  * probably due the the changing number of SKIP blocks.
 195  * MV bits level off at about qp<=12, because the lambda used
 196  * for motion estimation is constant there. */
 197 static inline double qscale2bits( ratecontrol_entry_t *rce, double qscale )
 198 {
 199     if( qscale<0.1 )
 200         qscale = 0.1;
 201     return (rce->tex_bits + .1) * pow( rce->qscale / qscale, 1.1 )
 202            + rce->mv_bits * pow( X264_MAX(rce->qscale, 1) / X264_MAX(qscale, 1), 0.5 )
 203            + rce->misc_bits;
 204 }
 205
 206 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_plane( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame, int i )
 207 {
 208     int w = i ? 8 : 16;
 209     int shift = i ? 6 : 8;
 210     int stride = frame->i_stride[i];
 211     int offset = h->mb.b_interlaced
 212         ? w * (mb_x + (mb_y&~1) * stride) + (mb_y&1) * stride
 213         : w * (mb_x + mb_y * stride);
 214     int pix = i ? PIXEL_8x8 : PIXEL_16x16;
 215     stride <<= h->mb.b_interlaced;
 216     uint64_t res = h->pixf.var[pix]( frame->plane[i] + offset, stride );
 217     uint32_t sum = (uint32_t)res;
 218     uint32_t ssd = res >> 32;
 219     frame->i_pixel_sum[i] += sum;
 220     frame->i_pixel_ssd[i] += ssd;
 221     return ssd - (sum * sum >> shift);
 222 }
 223
 224 // Find the total AC energy of the block in all planes.
 225 static NOINLINE uint32_t x264_ac_energy_mb( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame )
 226 {
 227     /* This function contains annoying hacks because GCC has a habit of reordering emms
 228      * and putting it after floating point ops.  As a result, we put the emms at the end of the
 229      * function and make sure that its always called before the float math.  Noinline makes
 230      * sure no reordering goes on. */
 231     uint32_t var = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0 );
 232     var         += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1 );
 233     var         += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 2 );
 234     x264_emms();
 235     return var;
 236 }
 237
 238 void x264_adaptive_quant_frame( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 239 {
 240     /* constants chosen to result in approximately the same overall bitrate as without AQ.
 241      * FIXME: while they're written in 5 significant digits, they're only tuned to 2. */
 242     float strength;
 243     float avg_adj = 0.f;
 244     /* Initialize frame stats */
 245     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 246     {
 247         frame->i_pixel_sum[i] = 0;
 248         frame->i_pixel_ssd[i] = 0;
 249     }
 250
 251     /* Degenerate cases */
 252     if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_NONE || h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 253     {
 254         /* Need to init it anyways for MB tree */
 255         if( h->param.rc.i_aq_mode && h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 256         {
 257             if( quant_offsets )
 258             {
 259                 for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 260                     frame->f_qp_offset[mb_xy] = frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = quant_offsets[mb_xy];
 261                 if( h->frames.b_have_lowres )
 262                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 263                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8( frame->f_qp_offset[mb_xy] );
 264             }
 265             else
 266             {
 267                 memset( frame->f_qp_offset, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 268                 memset( frame->f_qp_offset_aq, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 269                 if( h->frames.b_have_lowres )
 270                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 271                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = 256;
 272             }
 273         }
 274         /* Need variance data for weighted prediction */
 275         if( h->param.analyse.i_weighted_pred == X264_WEIGHTP_FAKE || h->param.analyse.i_weighted_pred == X264_WEIGHTP_SMART )
 276         {
 277             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 278                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 279                     x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 280         }
 281         else
 282             return;
 283     }
 284     /* Actual adaptive quantization */
 285     else
 286     {
 287         if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 288         {
 289             float avg_adj_pow2 = 0.f;
 290             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 291                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 292                 {
 293                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 294                     float qp_adj = powf( energy + 1, 0.125f );
 295                     frame->f_qp_offset[mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride] = qp_adj;
 296                     avg_adj += qp_adj;
 297                     avg_adj_pow2 += qp_adj * qp_adj;
 298                 }
 299             avg_adj /= h->mb.i_mb_count;
 300             avg_adj_pow2 /= h->mb.i_mb_count;
 301             strength = h->param.rc.f_aq_strength * avg_adj;
 302             avg_adj = avg_adj - 0.5f * (avg_adj_pow2 - 14.f) / avg_adj;
 303         }
 304         else
 305             strength = h->param.rc.f_aq_strength * 1.0397f;
 306
 307         for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 308             for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 309             {
 310                 float qp_adj;
 311                 int mb_xy = mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride;
 312                 if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 313                 {
 314                     qp_adj = frame->f_qp_offset[mb_xy];
 315                     qp_adj = strength * (qp_adj - avg_adj);
 316                 }
 317                 else
 318                 {
 319                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 320                     qp_adj = strength * (x264_log2( X264_MAX(energy, 1) ) - 14.427f);
 321                 }
 322                 if( quant_offsets )
 323                     qp_adj += quant_offsets[mb_xy];
 324                 frame->f_qp_offset[mb_xy] =
 325                 frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = qp_adj;
 326                 if( h->frames.b_have_lowres )
 327                     frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8(qp_adj);
 328             }
 329     }
 330
 331     /* Remove mean from SSD calculation */
 332     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 333     {
 334         uint64_t ssd = frame->i_pixel_ssd[i];
 335         uint64_t sum = frame->i_pixel_sum[i];
 336         int width = h->mb.i_mb_width*16>>!!i;
 337         int height = h->mb.i_mb_height*16>>!!i;
 338         frame->i_pixel_ssd[i] = ssd - (sum * sum + width * height / 2) / (width * height);
 339     }
 340 }
 341
 342 int x264_macroblock_tree_read( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 343 {
 344     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 345     uint8_t i_type_actual = rc->entry[frame->i_frame].pict_type;
 346
 347     if( rc->entry[frame->i_frame].kept_as_ref )
 348     {
 349         uint8_t i_type;
 350         if( rc->qpbuf_pos < 0 )
 351         {
 352             do
 353             {
 354                 rc->qpbuf_pos++;
 355
 356                 if( !fread( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_in ) )
 357                     goto fail;
 358                 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 )
 359                     goto fail;
 360
 361                 if( i_type != i_type_actual && rc->qpbuf_pos == 1 )
 362                 {
 363                     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree frametype %d doesn't match actual frametype %d.\n", i_type, i_type_actual);
 364                     return -1;
 365                 }
 366             } while( i_type != i_type_actual );
 367         }
 368
 369         for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
 370         {
 371             frame->f_qp_offset[i] = ((float)(int16_t)endian_fix16( rc->qp_buffer[rc->qpbuf_pos][i] )) * (1/256.0);
 372             if( h->frames.b_have_lowres )
 373                 frame->i_inv_qscale_factor[i] = x264_exp2fix8(frame->f_qp_offset[i]);
 374         }
 375         rc->qpbuf_pos--;
 376     }
 377     else
 378         x264_adaptive_quant_frame( h, frame, quant_offsets );
 379     return 0;
 380 fail:
 381     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "Incomplete MB-tree stats file.\n");
 382     return -1;
 383 }
 384
 385 int x264_reference_build_list_optimal( x264_t *h )
 386 {
 387     ratecontrol_entry_t *rce = h->rc->rce;
 388     x264_frame_t *frames[16];
 389     x264_weight_t weights[16][3];
 390     int refcount[16];
 391
 392     if( rce->refs != h->i_ref0 )
 393         return -1;
 394
 395     memcpy( frames, h->fref0, sizeof(frames) );
 396     memcpy( refcount, rce->refcount, sizeof(refcount) );
 397     memcpy( weights, h->fenc->weight, sizeof(weights) );
 398     memset( &h->fenc->weight[1][0], 0, sizeof(x264_weight_t[15][3]) );
 399
 400     /* For now don't reorder ref 0; it seems to lower quality
 401        in most cases due to skips. */
 402     for( int ref = 1; ref < h->i_ref0; ref++ )
 403     {
 404         int max = -1;
 405         int bestref = 1;
 406
 407         for( int i = 1; i < h->i_ref0; i++ )
 408             /* Favor lower POC as a tiebreaker. */
 409             COPY2_IF_GT( max, refcount[i], bestref, i );
 410
 411         /* FIXME: If there are duplicates from frames other than ref0 then it is possible
 412          * that the optimal ordering doesnt place every duplicate. */
 413
 414         refcount[bestref] = -1;
 415         h->fref0[ref] = frames[bestref];
 416         memcpy( h->fenc->weight[ref], weights[bestref], sizeof(weights[bestref]) );
 417     }
 418
 419     return 0;
 420 }
 421
 422 static char *x264_strcat_filename( char *input, char *suffix )
 423 {
 424     char *output = x264_malloc( strlen( input ) + strlen( suffix ) + 1 );
 425     if( !output )
 426         return NULL;
 427     strcpy( output, input );
 428     strcat( output, suffix );
 429     return output;
 430 }
 431
 432 void x264_ratecontrol_init_reconfigurable( x264_t *h, int b_init )
 433 {
 434     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 435     if( !b_init && rc->b_2pass )
 436         return;
 437
 438     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
 439     {
 440         /* Arbitrary rescaling to make CRF somewhat similar to QP.
 441          * Try to compensate for MB-tree's effects as well. */
 442         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
 443         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
 444         rc->rate_factor_constant = pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
 445                                  / qp2qscale( h->param.rc.f_rf_constant + mbtree_offset );
 446     }
 447
 448     if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate > 0 && h->param.rc.i_vbv_buffer_size > 0 )
 449     {
 450         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size < (int)(h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps) )
 451         {
 452             h->param.rc.i_vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps;
 453             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV buffer size cannot be smaller than one frame, using %d kbit\n",
 454                       h->param.rc.i_vbv_buffer_size );
 455         }
 456
 457         /* We don't support changing the ABR bitrate right now,
 458            so if the stream starts as CBR, keep it CBR. */
 459         if( rc->b_vbv_min_rate )
 460             h->param.rc.i_vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_bitrate;
 461
 462         int vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_buffer_size * 1000;
 463         int vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate * 1000;
 464
 465         /* Init HRD */
 466         if( h->param.i_nal_hrd && b_init )
 467         {
 468             h->sps->vui.hrd.i_cpb_cnt = 1;
 469             h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd = h->param.i_nal_hrd == X264_NAL_HRD_CBR;
 470             h->sps->vui.hrd.i_time_offset_length = 0;
 471
 472             #define BR_SHIFT  6
 473             #define CPB_SHIFT 4
 474
 475             int bitrate = 1000*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate;
 476             int bufsize = 1000*h->param.rc.i_vbv_buffer_size;
 477
 478             // normalize HRD size and rate to the value / scale notation
 479             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale = x264_clip3( x264_ctz( bitrate ) - BR_SHIFT, 0, 15 );
 480             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_value = bitrate >> ( h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale + BR_SHIFT );
 481             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 );
 482             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale = x264_clip3( x264_ctz( bufsize ) - CPB_SHIFT, 0, 15 );
 483             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_value = bufsize >> ( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale + CPB_SHIFT );
 484             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 );
 485
 486             #undef CPB_SHIFT
 487             #undef BR_SHIFT
 488
 489             // arbitrary
 490             #define MAX_DURATION 0.5
 491
 492             int max_cpb_output_delay = h->param.i_keyint_max * MAX_DURATION * h->sps->vui.i_time_scale / h->sps->vui.i_num_units_in_tick;
 493             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;
 494             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);
 495
 496             h->sps->vui.hrd.i_initial_cpb_removal_delay_length = 2 + x264_clip3( 32 - x264_clz( max_delay ), 4, 22 );
 497             h->sps->vui.hrd.i_cpb_removal_delay_length = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_cpb_output_delay ), 4, 32 );
 498             h->sps->vui.hrd.i_dpb_output_delay_length  = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_dpb_output_delay ), 4, 32 );
 499
 500             #undef MAX_DURATION
 501
 502             vbv_buffer_size = X264_MIN( vbv_buffer_size, h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled );
 503             vbv_max_bitrate = X264_MIN( vbv_max_bitrate, h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled );
 504         }
 505         else if( h->param.i_nal_hrd && !b_init )
 506         {
 507             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV parameters cannot be changed when NAL HRD is in use\n" );
 508             return;
 509         }
 510
 511         rc->buffer_rate = vbv_max_bitrate / rc->fps;
 512         rc->vbv_max_rate = vbv_max_bitrate;
 513         rc->buffer_size = vbv_buffer_size;
 514         rc->single_frame_vbv = rc->buffer_rate * 1.1 > rc->buffer_size;
 515         rc->cbr_decay = 1.0 - rc->buffer_rate / rc->buffer_size
 516                       * 0.5 * X264_MAX(0, 1.5 - rc->buffer_rate * rc->fps / rc->bitrate);
 517         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.f_rf_constant_max )
 518         {
 519             rc->rate_factor_max_increment = h->param.rc.f_rf_constant_max - h->param.rc.f_rf_constant;
 520             if( rc->rate_factor_max_increment <= 0 )
 521             {
 522                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CRF max must be greater than CRF\n" );
 523                 rc->rate_factor_max_increment = 0;
 524             }
 525         }
 526         if( b_init )
 527         {
 528             if( h->param.rc.f_vbv_buffer_init > 1. )
 529                 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 );
 530             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);
 531             rc->buffer_fill_final = rc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init;
 532             rc->b_vbv = 1;
 533             rc->b_vbv_min_rate = !rc->b_2pass
 534                           && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR
 535                           && h->param.rc.i_vbv_max_bitrate <= h->param.rc.i_bitrate;
 536         }
 537     }
 538 }
 539
 540 int x264_ratecontrol_new( x264_t *h )
 541 {
 542     x264_ratecontrol_t *rc;
 543
 544     x264_emms();
 545
 546     CHECKED_MALLOCZERO( h->rc, h->param.i_threads * sizeof(x264_ratecontrol_t) );
 547     rc = h->rc;
 548
 549     rc->b_abr = h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CQP && !h->param.rc.b_stat_read;
 550     rc->b_2pass = h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && h->param.rc.b_stat_read;
 551
 552     /* FIXME: use integers */
 553     if( h->param.i_fps_num > 0 && h->param.i_fps_den > 0 )
 554         rc->fps = (float) h->param.i_fps_num / h->param.i_fps_den;
 555     else
 556         rc->fps = 25.0;
 557
 558     if( h->param.rc.b_mb_tree )
 559     {
 560         h->param.rc.f_pb_factor = 1;
 561         rc->qcompress = 1;
 562     }
 563     else
 564         rc->qcompress = h->param.rc.f_qcompress;
 565
 566     rc->bitrate = h->param.rc.i_bitrate * 1000.;
 567     rc->rate_tolerance = h->param.rc.f_rate_tolerance;
 568     rc->nmb = h->mb.i_mb_count;
 569     rc->last_non_b_pict_type = -1;
 570     rc->cbr_decay = 1.0;
 571
 572     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.b_stat_read )
 573     {
 574         x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "constant rate-factor is incompatible with 2pass.\n");
 575         return -1;
 576     }
 577
 578     x264_ratecontrol_init_reconfigurable( h, 1 );
 579
 580     if( rc->rate_tolerance < 0.01 )
 581     {
 582         x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "bitrate tolerance too small, using .01\n");
 583         rc->rate_tolerance = 0.01;
 584     }
 585
 586     h->mb.b_variable_qp = rc->b_vbv || h->param.rc.i_aq_mode;
 587
 588     if( rc->b_abr )
 589     {
 590         /* FIXME ABR_INIT_QP is actually used only in CRF */
 591 #define ABR_INIT_QP ( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF ? h->param.rc.f_rf_constant : 24 )
 592         rc->accum_p_norm = .01;
 593         rc->accum_p_qp = ABR_INIT_QP * rc->accum_p_norm;
 594         /* estimated ratio that produces a reasonable QP for the first I-frame */
 595         rc->cplxr_sum = .01 * pow( 7.0e5, rc->qcompress ) * pow( h->mb.i_mb_count, 0.5 );
 596         rc->wanted_bits_window = 1.0 * rc->bitrate / rc->fps;
 597         rc->last_non_b_pict_type = SLICE_TYPE_I;
 598     }
 599
 600     rc->ip_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_ip_factor );
 601     rc->pb_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_pb_factor );
 602     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = h->param.rc.i_qp_constant;
 603     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant - rc->ip_offset + 0.5, 0, 51 );
 604     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant + rc->pb_offset + 0.5, 0, 51 );
 605     h->mb.ip_offset = rc->ip_offset + 0.5;
 606
 607     rc->lstep = pow( 2, h->param.rc.i_qp_step / 6.0 );
 608     rc->last_qscale = qp2qscale( 26 );
 609     int num_preds = h->param.b_sliced_threads * h->param.i_threads + 1;
 610     CHECKED_MALLOC( rc->pred, 5 * sizeof(predictor_t) * num_preds );
 611     CHECKED_MALLOC( rc->pred_b_from_p, sizeof(predictor_t) );
 612     for( int i = 0; i < 5; i++ )
 613     {
 614         rc->last_qscale_for[i] = qp2qscale( ABR_INIT_QP );
 615         rc->lmin[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
 616         rc->lmax[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
 617         for( int j = 0; j < num_preds; j++ )
 618         {
 619             rc->pred[i+j*5].coeff= 2.0;
 620             rc->pred[i+j*5].count= 1.0;
 621             rc->pred[i+j*5].decay= 0.5;
 622             rc->pred[i+j*5].offset= 0.0;
 623         }
 624         for( int j = 0; j < 2; j++ )
 625         {
 626             rc->row_preds[i][j].coeff= .25;
 627             rc->row_preds[i][j].count= 1.0;
 628             rc->row_preds[i][j].decay= 0.5;
 629             rc->row_preds[i][j].offset= 0.0;
 630         }
 631     }
 632     *rc->pred_b_from_p = rc->pred[0];
 633
 634     if( parse_zones( h ) < 0 )
 635     {
 636         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to parse zones\n" );
 637         return -1;
 638     }
 639
 640     /* Load stat file and init 2pass algo */
 641     if( h->param.rc.b_stat_read )
 642     {
 643         char *p, *stats_in, *stats_buf;
 644
 645         /* read 1st pass stats */
 646         assert( h->param.rc.psz_stat_in );
 647         stats_buf = stats_in = x264_slurp_file( h->param.rc.psz_stat_in );
 648         if( !stats_buf )
 649         {
 650             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n");
 651             return -1;
 652         }
 653         if( h->param.rc.b_mb_tree )
 654         {
 655             char *mbtree_stats_in = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_in, ".mbtree" );
 656             if( !mbtree_stats_in )
 657                 return -1;
 658             rc->p_mbtree_stat_file_in = fopen( mbtree_stats_in, "rb" );
 659             x264_free( mbtree_stats_in );
 660             if( !rc->p_mbtree_stat_file_in )
 661             {
 662                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n");
 663                 return -1;
 664             }
 665         }
 666
 667         /* check whether 1st pass options were compatible with current options */
 668         if( !strncmp( stats_buf, "#options:", 9 ) )
 669         {
 670             int i, j;
 671             uint32_t k, l;
 672             char *opts = stats_buf;
 673             stats_in = strchr( stats_buf, '\n' );
 674             if( !stats_in )
 675                 return -1;
 676             *stats_in = '\0';
 677             stats_in++;
 678             if( sscanf( opts, "#options: %dx%d", &i, &j ) != 2 )
 679             {
 680                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "resolution specified in stats file not valid\n" );
 681                 return -1;
 682             }
 683             else if( h->param.rc.b_mb_tree && (i != h->param.i_width || j != h->param.i_height)  )
 684             {
 685                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree doesn't support different resolution than 1st pass (%dx%d vs %dx%d)\n",
 686                           h->param.i_width, h->param.i_height, i, j );
 687                 return -1;
 688             }
 689
 690             if( ( p = strstr( opts, "timebase=" ) ) && sscanf( p, "timebase=%u/%u", &k, &l ) != 2 )
 691             {
 692                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase specified in stats file not valid\n" );
 693                 return -1;
 694             }
 695             if( k != h->param.i_timebase_num || l != h->param.i_timebase_den )
 696             {
 697                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase mismatch with 1st pass (%u/%u vs %u/%u)\n",
 698                           h->param.i_timebase_num, h->param.i_timebase_den, k, l );
 699                 return -1;
 700             }
 701
 702             CMP_OPT_FIRST_PASS( "weightp", X264_MAX( 0, h->param.analyse.i_weighted_pred ) );
 703             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bframes", h->param.i_bframe );
 704             CMP_OPT_FIRST_PASS( "b_pyramid", h->param.i_bframe_pyramid );
 705             CMP_OPT_FIRST_PASS( "intra_refresh", h->param.b_intra_refresh );
 706             CMP_OPT_FIRST_PASS( "keyint", h->param.i_keyint_max );
 707
 708             if( strstr( opts, "qp=0" ) && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
 709                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "1st pass was lossless, bitrate prediction will be inaccurate\n" );
 710
 711             if( !strstr( opts, "direct=3" ) && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
 712             {
 713                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "direct=auto not used on the first pass\n" );
 714                 h->mb.b_direct_auto_write = 1;
 715             }
 716
 717             if( ( p = strstr( opts, "b_adapt=" ) ) && sscanf( p, "b_adapt=%d", &i ) && i >= X264_B_ADAPT_NONE && i <= X264_B_ADAPT_TRELLIS )
 718                 h->param.i_bframe_adaptive = i;
 719             else if( h->param.i_bframe )
 720             {
 721                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "b_adapt method specified in stats file not valid\n" );
 722                 return -1;
 723             }
 724
 725             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 ) )
 726                 h->param.rc.i_lookahead = i;
 727         }
 728
 729         /* find number of pics */
 730         p = stats_in;
 731         int num_entries;
 732         for( num_entries = -1; p; num_entries++ )
 733             p = strchr( p + 1, ';' );
 734         if( !num_entries )
 735         {
 736             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "empty stats file\n");
 737             return -1;
 738         }
 739         rc->num_entries = num_entries;
 740
 741         if( h->param.i_frame_total < rc->num_entries && h->param.i_frame_total > 0 )
 742         {
 743             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "2nd pass has fewer frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
 744                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
 745         }
 746         if( h->param.i_frame_total > rc->num_entries )
 747         {
 748             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
 749                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
 750             return -1;
 751         }
 752
 753         CHECKED_MALLOCZERO( rc->entry, rc->num_entries * sizeof(ratecontrol_entry_t) );
 754
 755         /* init all to skipped p frames */
 756         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
 757         {
 758             ratecontrol_entry_t *rce = &rc->entry[i];
 759             rce->pict_type = SLICE_TYPE_P;
 760             rce->qscale = rce->new_qscale = qp2qscale( 20 );
 761             rce->misc_bits = rc->nmb + 10;
 762             rce->new_qp = 0;
 763         }
 764
 765         /* read stats */
 766         p = stats_in;
 767         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
 768         {
 769             ratecontrol_entry_t *rce;
 770             int frame_number;
 771             char pict_type;
 772             int e;
 773             char *next;
 774             float qp;
 775             int ref;
 776
 777             next= strchr(p, ';');
 778             if( next )
 779                 *next++ = 0; //sscanf is unbelievably slow on long strings
 780             e = sscanf( p, " in:%d ", &frame_number );
 781
 782             if( frame_number < 0 || frame_number >= rc->num_entries )
 783             {
 784                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad frame number (%d) at stats line %d\n", frame_number, i );
 785                 return -1;
 786             }
 787             rce = &rc->entry[frame_number];
 788             rce->direct_mode = 0;
 789
 790             e += sscanf( p, " in:%*d out:%*d type:%c dur:%d cpbdur:%d q:%f tex:%d mv:%d misc:%d imb:%d pmb:%d smb:%d d:%c",
 791                    &pict_type, &rce->i_duration, &rce->i_cpb_duration, &qp, &rce->tex_bits,
 792                    &rce->mv_bits, &rce->misc_bits, &rce->i_count, &rce->p_count,
 793                    &rce->s_count, &rce->direct_mode );
 794
 795             p = strstr( p, "ref:" );
 796             if( !p )
 797                 goto parse_error;
 798             p += 4;
 799             for( ref = 0; ref < 16; ref++ )
 800             {
 801                 if( sscanf( p, " %d", &rce->refcount[ref] ) != 1 )
 802                     break;
 803                 p = strchr( p+1, ' ' );
 804                 if( !p )
 805                     goto parse_error;
 806             }
 807             rce->refs = ref;
 808
 809             /* find weights */
 810             rce->i_weight_denom = -1;
 811             char *w = strchr( p, 'w' );
 812             if( w )
 813                 if( sscanf( w, "w:%hd,%hd,%hd", &rce->i_weight_denom, &rce->weight[0], &rce->weight[1] ) != 3 )
 814                     rce->i_weight_denom = -1;
 815
 816             if( pict_type != 'b' )
 817                 rce->kept_as_ref = 1;
 818             switch( pict_type )
 819             {
 820                 case 'I':
 821                     rce->frame_type = X264_TYPE_IDR;
 822                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
 823                     break;
 824                 case 'i':
 825                     rce->frame_type = X264_TYPE_I;
 826                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
 827                     break;
 828                 case 'P':
 829                     rce->frame_type = X264_TYPE_P;
 830                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_P;
 831                     break;
 832                 case 'B':
 833                     rce->frame_type = X264_TYPE_BREF;
 834                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
 835                     break;
 836                 case 'b':
 837                     rce->frame_type = X264_TYPE_B;
 838                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
 839                     break;
 840                 default:  e = -1; break;
 841             }
 842             if( e < 12 )
 843             {
 844 parse_error:
 845                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "statistics are damaged at line %d, parser out=%d\n", i, e );
 846                 return -1;
 847             }
 848             rce->qscale = qp2qscale( qp );
 849             p = next;
 850         }
 851
 852         x264_free( stats_buf );
 853
 854         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
 855         {
 856             if( init_pass2( h ) < 0 )
 857                 return -1;
 858         } /* else we're using constant quant, so no need to run the bitrate allocation */
 859     }
 860
 861     /* Open output file */
 862     /* If input and output files are the same, output to a temp file
 863      * and move it to the real name only when it's complete */
 864     if( h->param.rc.b_stat_write )
 865     {
 866         char *p;
 867         rc->psz_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".temp" );
 868         if( !rc->psz_stat_file_tmpname )
 869             return -1;
 870
 871         rc->p_stat_file_out = fopen( rc->psz_stat_file_tmpname, "wb" );
 872         if( rc->p_stat_file_out == NULL )
 873         {
 874             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n");
 875             return -1;
 876         }
 877
 878         p = x264_param2string( &h->param, 1 );
 879         if( p )
 880             fprintf( rc->p_stat_file_out, "#options: %s\n", p );
 881         x264_free( p );
 882         if( h->param.rc.b_mb_tree && !h->param.rc.b_stat_read )
 883         {
 884             rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree.temp" );
 885             rc->psz_mbtree_stat_file_name = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree" );
 886             if( !rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname || !rc->psz_mbtree_stat_file_name )
 887                 return -1;
 888
 889             rc->p_mbtree_stat_file_out = fopen( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, "wb" );
 890             if( rc->p_mbtree_stat_file_out == NULL )
 891             {
 892                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n");
 893                 return -1;
 894             }
 895         }
 896     }
 897
 898     if( h->param.rc.b_mb_tree && (h->param.rc.b_stat_read || h->param.rc.b_stat_write) )
 899     {
 900         CHECKED_MALLOC( rc->qp_buffer[0], h->mb.i_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 901         if( h->param.i_bframe_pyramid && h->param.rc.b_stat_read )
 902             CHECKED_MALLOC( rc->qp_buffer[1], h->mb.i_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 903         rc->qpbuf_pos = -1;
 904     }
 905
 906     for( int i = 0; i<h->param.i_threads; i++ )
 907     {
 908         h->thread[i]->rc = rc+i;
 909         if( i )
 910         {
 911             rc[i] = rc[0];
 912             h->thread[i]->param = h->param;
 913             h->thread[i]->mb.b_variable_qp = h->mb.b_variable_qp;
 914         }
 915     }
 916
 917     return 0;
 918 fail:
 919     return -1;
 920 }
 921
 922 static int parse_zone( x264_t *h, x264_zone_t *z, char *p )
 923 {
 924     int len = 0;
 925     char *tok, UNUSED *saveptr=NULL;
 926     z->param = NULL;
 927     z->f_bitrate_factor = 1;
 928     if( 3 <= sscanf(p, "%u,%u,q=%u%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->i_qp, &len) )
 929         z->b_force_qp = 1;
 930     else if( 3 <= sscanf(p, "%u,%u,b=%f%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->f_bitrate_factor, &len) )
 931         z->b_force_qp = 0;
 932     else if( 2 <= sscanf(p, "%u,%u%n", &z->i_start, &z->i_end, &len) )
 933         z->b_force_qp = 0;
 934     else
 935     {
 936         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: \"%s\"\n", p );
 937         return -1;
 938     }
 939     p += len;
 940     if( !*p )
 941         return 0;
 942     CHECKED_MALLOC( z->param, sizeof(x264_param_t) );
 943     memcpy( z->param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
 944     z->param->param_free = x264_free;
 945     while( (tok = strtok_r( p, ",", &saveptr )) )
 946     {
 947         char *val = strchr( tok, '=' );
 948         if( val )
 949         {
 950             *val = '\0';
 951             val++;
 952         }
 953         if( x264_param_parse( z->param, tok, val ) )
 954         {
 955             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone param: %s = %s\n", tok, val );
 956             return -1;
 957         }
 958         p = NULL;
 959     }
 960     return 0;
 961 fail:
 962     return -1;
 963 }
 964
 965 static int parse_zones( x264_t *h )
 966 {
 967     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 968     if( h->param.rc.psz_zones && !h->param.rc.i_zones )
 969     {
 970         char *psz_zones, *p;
 971         CHECKED_MALLOC( psz_zones, strlen( h->param.rc.psz_zones )+1 );
 972         strcpy( psz_zones, h->param.rc.psz_zones );
 973         h->param.rc.i_zones = 1;
 974         for( p = psz_zones; *p; p++ )
 975             h->param.rc.i_zones += (*p == '/');
 976         CHECKED_MALLOC( h->param.rc.zones, h->param.rc.i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
 977         p = psz_zones;
 978         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
 979         {
 980             int i_tok = strcspn( p, "/" );
 981             p[i_tok] = 0;
 982             if( parse_zone( h, &h->param.rc.zones[i], p ) )
 983                 return -1;
 984             p += i_tok + 1;
 985         }
 986         x264_free( psz_zones );
 987     }
 988
 989     if( h->param.rc.i_zones > 0 )
 990     {
 991         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
 992         {
 993             x264_zone_t z = h->param.rc.zones[i];
 994             if( z.i_start < 0 || z.i_start > z.i_end )
 995             {
 996                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: start=%d end=%d\n",
 997                           z.i_start, z.i_end );
 998                 return -1;
 999             }
1000             else if( !z.b_force_qp && z.f_bitrate_factor <= 0 )
1001             {
1002                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: bitrate_factor=%f\n",
1003                           z.f_bitrate_factor );
1004                 return -1;
1005             }
1006         }
1007
1008         rc->i_zones = h->param.rc.i_zones + 1;
1009         CHECKED_MALLOC( rc->zones, rc->i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1010         memcpy( rc->zones+1, h->param.rc.zones, (rc->i_zones-1) * sizeof(x264_zone_t) );
1011
1012         // default zone to fall back to if none of the others match
1013         rc->zones[0].i_start = 0;
1014         rc->zones[0].i_end = INT_MAX;
1015         rc->zones[0].b_force_qp = 0;
1016         rc->zones[0].f_bitrate_factor = 1;
1017         CHECKED_MALLOC( rc->zones[0].param, sizeof(x264_param_t) );
1018         memcpy( rc->zones[0].param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
1019         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1020         {
1021             if( !rc->zones[i].param )
1022                 rc->zones[i].param = rc->zones[0].param;
1023         }
1024     }
1025
1026     return 0;
1027 fail:
1028     return -1;
1029 }
1030
1031 static x264_zone_t *get_zone( x264_t *h, int frame_num )
1032 {
1033     for( int i = h->rc->i_zones - 1; i >= 0; i-- )
1034     {
1035         x264_zone_t *z = &h->rc->zones[i];
1036         if( frame_num >= z->i_start && frame_num <= z->i_end )
1037             return z;
1038     }
1039     return NULL;
1040 }
1041
1042 void x264_ratecontrol_summary( x264_t *h )
1043 {
1044     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1045     if( rc->b_abr && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && rc->cbr_decay > .9999 )
1046     {
1047         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
1048         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
1049         x264_log( h, X264_LOG_INFO, "final ratefactor: %.2f\n",
1050                   qscale2qp( pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
1051                              * rc->cplxr_sum / rc->wanted_bits_window ) - mbtree_offset );
1052     }
1053 }
1054
1055 void x264_ratecontrol_delete( x264_t *h )
1056 {
1057     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1058     int b_regular_file;
1059
1060     if( rc->p_stat_file_out )
1061     {
1062         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_stat_file_out );
1063         fclose( rc->p_stat_file_out );
1064         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1065             if( rename( rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out ) != 0 )
1066             {
1067                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1068                           rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out );
1069             }
1070         x264_free( rc->psz_stat_file_tmpname );
1071     }
1072     if( rc->p_mbtree_stat_file_out )
1073     {
1074         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1075         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1076         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1077             if( rename( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name ) != 0 )
1078             {
1079                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1080                           rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1081             }
1082         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname );
1083         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1084     }
1085     if( rc->p_mbtree_stat_file_in )
1086         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_in );
1087     x264_free( rc->pred );
1088     x264_free( rc->pred_b_from_p );
1089     x264_free( rc->entry );
1090     x264_free( rc->qp_buffer[0] );
1091     x264_free( rc->qp_buffer[1] );
1092     if( rc->zones )
1093     {
1094         x264_free( rc->zones[0].param );
1095         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1096             if( rc->zones[i].param != rc->zones[0].param && rc->zones[i].param->param_free )
1097                 rc->zones[i].param->param_free( rc->zones[i].param );
1098         x264_free( rc->zones );
1099     }
1100     x264_free( rc );
1101 }
1102
1103 static void accum_p_qp_update( x264_t *h, float qp )
1104 {
1105     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1106     rc->accum_p_qp   *= .95;
1107     rc->accum_p_norm *= .95;
1108     rc->accum_p_norm += 1;
1109     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I )
1110         rc->accum_p_qp += qp + rc->ip_offset;
1111     else
1112         rc->accum_p_qp += qp;
1113 }
1114
1115 /* Before encoding a frame, choose a QP for it */
1116 void x264_ratecontrol_start( x264_t *h, int i_force_qp, int overhead )
1117 {
1118     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1119     ratecontrol_entry_t *rce = NULL;
1120     x264_zone_t *zone = get_zone( h, h->fenc->i_frame );
1121     float q;
1122
1123     x264_emms();
1124
1125     if( zone && (!rc->prev_zone || zone->param != rc->prev_zone->param) )
1126         x264_encoder_reconfig( h, zone->param );
1127     rc->prev_zone = zone;
1128
1129     rc->qp_force = i_force_qp;
1130
1131     if( h->param.rc.b_stat_read )
1132     {
1133         int frame = h->fenc->i_frame;
1134         assert( frame >= 0 && frame < rc->num_entries );
1135         rce = h->rc->rce = &h->rc->entry[frame];
1136
1137         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B
1138             && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
1139         {
1140             h->sh.b_direct_spatial_mv_pred = ( rce->direct_mode == 's' );
1141             h->mb.b_direct_auto_read = ( rce->direct_mode == 's' || rce->direct_mode == 't' );
1142         }
1143     }
1144
1145     if( rc->b_vbv )
1146     {
1147         memset( h->fdec->i_row_bits, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(int) );
1148         rc->row_pred = &rc->row_preds[h->sh.i_type];
1149         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;
1150         update_vbv_plan( h, overhead );
1151
1152         const x264_level_t *l = x264_levels;
1153         while( l->level_idc != 0 && l->level_idc != h->param.i_level_idc )
1154             l++;
1155
1156         int mincr = l->mincr;
1157
1158         /* Blu-ray requires this */
1159         if( l->level_idc == 41 && h->param.i_nal_hrd )
1160             mincr = 4;
1161
1162         /* The spec has a bizarre special case for the first frame. */
1163         if( h->i_frame == 0 )
1164         {
1165             //384 * ( Max( PicSizeInMbs, fR * MaxMBPS ) + MaxMBPS * ( tr( 0 ) - tr,n( 0 ) ) ) / MinCR
1166             double fr = 1. / 172;
1167             int pic_size_in_mbs = h->mb.i_mb_width * h->mb.i_mb_height;
1168             rc->frame_size_maximum = 384 * 8 * X264_MAX( pic_size_in_mbs, fr*l->mbps ) / mincr;
1169         }
1170         else
1171         {
1172             //384 * MaxMBPS * ( tr( n ) - tr( n - 1 ) ) / MinCR
1173             rc->frame_size_maximum = 384 * 8 * ((double)h->fenc->i_cpb_duration * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale) * l->mbps / mincr;
1174         }
1175     }
1176
1177     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1178         rc->bframes = h->fenc->i_bframes;
1179
1180     if( i_force_qp )
1181     {
1182         q = i_force_qp - 1;
1183     }
1184     else if( rc->b_abr )
1185     {
1186         q = qscale2qp( rate_estimate_qscale( h ) );
1187     }
1188     else if( rc->b_2pass )
1189     {
1190         rce->new_qscale = rate_estimate_qscale( h );
1191         q = qscale2qp( rce->new_qscale );
1192     }
1193     else /* CQP */
1194     {
1195         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B && h->fdec->b_kept_as_ref )
1196             q = ( rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_B ] + rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_P ] ) / 2;
1197         else
1198             q = rc->qp_constant[ h->sh.i_type ];
1199
1200         if( zone )
1201         {
1202             if( zone->b_force_qp )
1203                 q += zone->i_qp - rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P];
1204             else
1205                 q -= 6*log2f( zone->f_bitrate_factor );
1206         }
1207     }
1208
1209     q = x264_clip3f( q, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1210
1211     rc->qpa_rc =
1212     rc->qpa_aq = 0;
1213     rc->qp = x264_clip3( (int)(q + 0.5), 0, 51 );
1214     h->fdec->f_qp_avg_rc =
1215     h->fdec->f_qp_avg_aq =
1216     rc->qpm = q;
1217     if( rce )
1218         rce->new_qp = rc->qp;
1219
1220     accum_p_qp_update( h, rc->qpm );
1221
1222     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1223         rc->last_non_b_pict_type = h->sh.i_type;
1224 }
1225
1226 static double predict_row_size( x264_t *h, int y, double qp )
1227 {
1228     /* average between two predictors:
1229      * absolute SATD, and scaled bit cost of the colocated row in the previous frame */
1230     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1231     double pred_s = predict_size( rc->row_pred[0], qp2qscale( qp ), h->fdec->i_row_satd[y] );
1232     double pred_t = 0;
1233     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I || qp >= h->fref0[0]->f_row_qp[y] )
1234     {
1235         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P
1236             && h->fref0[0]->i_type == h->fdec->i_type
1237             && h->fref0[0]->i_row_satd[y] > 0
1238             && (abs(h->fref0[0]->i_row_satd[y] - h->fdec->i_row_satd[y]) < h->fdec->i_row_satd[y]/2))
1239         {
1240             pred_t = h->fref0[0]->i_row_bits[y] * h->fdec->i_row_satd[y] / h->fref0[0]->i_row_satd[y]
1241                      * qp2qscale( h->fref0[0]->f_row_qp[y] ) / qp2qscale( qp );
1242         }
1243         if( pred_t == 0 )
1244             pred_t = pred_s;
1245         return (pred_s + pred_t) / 2;
1246     }
1247     /* Our QP is lower than the reference! */
1248     else
1249     {
1250         double pred_intra = predict_size( rc->row_pred[1], qp2qscale( qp ), h->fdec->i_row_satds[0][0][y] );
1251         /* Sum: better to overestimate than underestimate by using only one of the two predictors. */
1252         return pred_intra + pred_s;
1253     }
1254 }
1255
1256 static double row_bits_so_far( x264_t *h, int y )
1257 {
1258     double bits = 0;
1259     for( int i = h->i_threadslice_start; i <= y; i++ )
1260         bits += h->fdec->i_row_bits[i];
1261     return bits;
1262 }
1263
1264 static double predict_row_size_sum( x264_t *h, int y, double qp )
1265 {
1266     double bits = row_bits_so_far(h, y);
1267     for( int i = y+1; i < h->i_threadslice_end; i++ )
1268         bits += predict_row_size( h, i, qp );
1269     return bits;
1270 }
1271
1272
1273 void x264_ratecontrol_mb( x264_t *h, int bits )
1274 {
1275     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1276     const int y = h->mb.i_mb_y;
1277
1278     x264_emms();
1279
1280     h->fdec->i_row_bits[y] += bits;
1281     rc->qpa_rc += rc->qpm;
1282     rc->qpa_aq += h->mb.i_qp;
1283
1284     if( h->mb.i_mb_x != h->mb.i_mb_width - 1 || !rc->b_vbv )
1285         return;
1286
1287     h->fdec->f_row_qp[y] = rc->qpm;
1288
1289     update_predictor( rc->row_pred[0], qp2qscale( rc->qpm ), h->fdec->i_row_satd[y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1290     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && rc->qpm < h->fref0[0]->f_row_qp[y] )
1291         update_predictor( rc->row_pred[1], qp2qscale( rc->qpm ), h->fdec->i_row_satds[0][0][y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1292
1293     /* tweak quality based on difference from predicted size */
1294     if( y < h->i_threadslice_end-1 )
1295     {
1296         float prev_row_qp = h->fdec->f_row_qp[y];
1297         float qp_min = X264_MAX( prev_row_qp - h->param.rc.i_qp_step, h->param.rc.i_qp_min );
1298         float qp_absolute_max = h->param.rc.i_qp_max;
1299         if( rc->rate_factor_max_increment )
1300             qp_absolute_max = X264_MIN( qp_absolute_max, rc->qp_novbv + rc->rate_factor_max_increment );
1301         float qp_max = X264_MIN( prev_row_qp + h->param.rc.i_qp_step, qp_absolute_max );
1302         float step_size = 0.5;
1303
1304         /* B-frames shouldn't use lower QP than their reference frames. */
1305         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1306         {
1307             qp_min = X264_MAX( qp_min, X264_MAX( h->fref0[0]->f_row_qp[y+1], h->fref1[0]->f_row_qp[y+1] ) );
1308             rc->qpm = X264_MAX( rc->qpm, qp_min );
1309         }
1310
1311         float buffer_left_planned = rc->buffer_fill - rc->frame_size_planned;
1312         float slice_size_planned = h->param.b_sliced_threads ? rc->slice_size_planned : rc->frame_size_planned;
1313         float size_of_other_slices = 0;
1314         if( h->param.b_sliced_threads )
1315         {
1316             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1317                 if( h != h->thread[i] )
1318                     size_of_other_slices += h->thread[i]->rc->frame_size_estimated;
1319         }
1320         else
1321             rc->max_frame_error = X264_MAX( 0.05, 1.0 / (h->mb.i_mb_width) );
1322
1323         /* More threads means we have to be more cautious in letting ratecontrol use up extra bits. */
1324         float rc_tol = buffer_left_planned / h->param.i_threads * rc->rate_tolerance;
1325         int b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1326
1327         /* Don't modify the row QPs until a sufficent amount of the bits of the frame have been processed, in case a flat */
1328         /* area at the top of the frame was measured inaccurately. */
1329         if( row_bits_so_far( h, y ) < 0.05 * slice_size_planned )
1330             return;
1331
1332         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I )
1333             rc_tol /= 2;
1334
1335         if( !rc->b_vbv_min_rate )
1336             qp_min = X264_MAX( qp_min, rc->qp_novbv );
1337
1338         while( rc->qpm < qp_max
1339                && ((b1 > rc->frame_size_planned + rc_tol) ||
1340                    (rc->buffer_fill - b1 < buffer_left_planned * 0.5) ||
1341                    (b1 > rc->frame_size_planned && rc->qpm < rc->qp_novbv)) )
1342         {
1343             rc->qpm += step_size;
1344             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1345         }
1346
1347         while( rc->qpm > qp_min
1348                && (rc->qpm > h->fdec->f_row_qp[0] || rc->single_frame_vbv)
1349                && ((b1 < rc->frame_size_planned * 0.8 && rc->qpm <= prev_row_qp)
1350                || b1 < (rc->buffer_fill - rc->buffer_size + rc->buffer_rate) * 1.1) )
1351         {
1352             rc->qpm -= step_size;
1353             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1354         }
1355
1356         /* avoid VBV underflow or MinCR violation */
1357         while( (rc->qpm < qp_absolute_max)
1358                && ((rc->buffer_fill - b1 < rc->buffer_rate * rc->max_frame_error) ||
1359                    (rc->frame_size_maximum - b1 < rc->frame_size_maximum * rc->max_frame_error)))
1360         {
1361             rc->qpm += step_size;
1362             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1363         }
1364
1365         h->rc->frame_size_estimated = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm );
1366     }
1367 }
1368
1369 int x264_ratecontrol_qp( x264_t *h )
1370 {
1371     x264_emms();
1372     return x264_clip3( h->rc->qpm + .5, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1373 }
1374
1375 int x264_ratecontrol_mb_qp( x264_t *h )
1376 {
1377     x264_emms();
1378     float qp = h->rc->qpm;
1379     if( h->param.rc.i_aq_mode )
1380         /* MB-tree currently doesn't adjust quantizers in unreferenced frames. */
1381         qp += h->fdec->b_kept_as_ref ? h->fenc->f_qp_offset[h->mb.i_mb_xy] : h->fenc->f_qp_offset_aq[h->mb.i_mb_xy];
1382     return x264_clip3( qp + .5, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1383 }
1384
1385 /* In 2pass, force the same frame types as in the 1st pass */
1386 int x264_ratecontrol_slice_type( x264_t *h, int frame_num )
1387 {
1388     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1389     if( h->param.rc.b_stat_read )
1390     {
1391         if( frame_num >= rc->num_entries )
1392         {
1393             /* We could try to initialize everything required for ABR and
1394              * adaptive B-frames, but that would be complicated.
1395              * So just calculate the average QP used so far. */
1396             h->param.rc.i_qp_constant = (h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P] == 0) ? 24
1397                                       : 1 + h->stat.f_frame_qp[SLICE_TYPE_P] / h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P];
1398             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant, 0, 51 );
1399             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( (int)( qscale2qp( qp2qscale( h->param.rc.i_qp_constant ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor )) + 0.5 ), 0, 51 );
1400             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( (int)( qscale2qp( qp2qscale( h->param.rc.i_qp_constant ) * fabs( h->param.rc.f_pb_factor )) + 0.5 ), 0, 51 );
1401
1402             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d)\n", rc->num_entries);
1403             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "continuing anyway, at constant QP=%d\n", h->param.rc.i_qp_constant);
1404             if( h->param.i_bframe_adaptive )
1405                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "disabling adaptive B-frames\n");
1406
1407             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1408             {
1409                 h->thread[i]->rc->b_abr = 0;
1410                 h->thread[i]->rc->b_2pass = 0;
1411                 h->thread[i]->param.rc.i_rc_method = X264_RC_CQP;
1412                 h->thread[i]->param.rc.b_stat_read = 0;
1413                 h->thread[i]->param.i_bframe_adaptive = 0;
1414                 h->thread[i]->param.i_scenecut_threshold = 0;
1415                 h->thread[i]->param.rc.b_mb_tree = 0;
1416                 if( h->thread[i]->param.i_bframe > 1 )
1417                     h->thread[i]->param.i_bframe = 1;
1418             }
1419             return X264_TYPE_AUTO;
1420         }
1421         return rc->entry[frame_num].frame_type;
1422     }
1423     else
1424         return X264_TYPE_AUTO;
1425 }
1426
1427 void x264_ratecontrol_set_weights( x264_t *h, x264_frame_t *frm )
1428 {
1429     ratecontrol_entry_t *rce = &h->rc->entry[frm->i_frame];
1430     if( h->param.analyse.i_weighted_pred <= 0 )
1431         return;
1432     if( rce->i_weight_denom >= 0 )
1433         SET_WEIGHT( frm->weight[0][0], 1, rce->weight[0], rce->i_weight_denom, rce->weight[1] );
1434 }
1435
1436 /* After encoding one frame, save stats and update ratecontrol state */
1437 int x264_ratecontrol_end( x264_t *h, int bits, int *filler )
1438 {
1439     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1440     const int *mbs = h->stat.frame.i_mb_count;
1441
1442     x264_emms();
1443
1444     h->stat.frame.i_mb_count_skip = mbs[P_SKIP] + mbs[B_SKIP];
1445     h->stat.frame.i_mb_count_i = mbs[I_16x16] + mbs[I_8x8] + mbs[I_4x4];
1446     h->stat.frame.i_mb_count_p = mbs[P_L0] + mbs[P_8x8];
1447     for( int i = B_DIRECT; i < B_8x8; i++ )
1448         h->stat.frame.i_mb_count_p += mbs[i];
1449
1450     h->fdec->f_qp_avg_rc = rc->qpa_rc /= h->mb.i_mb_count;
1451     h->fdec->f_qp_avg_aq = rc->qpa_aq /= h->mb.i_mb_count;
1452
1453     if( h->param.rc.b_stat_write )
1454     {
1455         char c_type = h->sh.i_type==SLICE_TYPE_I ? (h->fenc->i_poc==0 ? 'I' : 'i')
1456                     : h->sh.i_type==SLICE_TYPE_P ? 'P'
1457                     : h->fenc->b_kept_as_ref ? 'B' : 'b';
1458         int dir_frame = h->stat.frame.i_direct_score[1] - h->stat.frame.i_direct_score[0];
1459         int dir_avg = h->stat.i_direct_score[1] - h->stat.i_direct_score[0];
1460         char c_direct = h->mb.b_direct_auto_write ?
1461                         ( dir_frame>0 ? 's' : dir_frame<0 ? 't' :
1462                           dir_avg>0 ? 's' : dir_avg<0 ? 't' : '-' )
1463                         : '-';
1464         if( fprintf( rc->p_stat_file_out,
1465                  "in:%d out:%d type:%c dur:%d cpbdur:%d q:%.2f tex:%d mv:%d misc:%d imb:%d pmb:%d smb:%d d:%c ref:",
1466                  h->fenc->i_frame, h->i_frame,
1467                  c_type, h->fenc->i_duration,
1468                  h->fenc->i_cpb_duration, rc->qpa_rc,
1469                  h->stat.frame.i_tex_bits,
1470                  h->stat.frame.i_mv_bits,
1471                  h->stat.frame.i_misc_bits,
1472                  h->stat.frame.i_mb_count_i,
1473                  h->stat.frame.i_mb_count_p,
1474                  h->stat.frame.i_mb_count_skip,
1475                  c_direct) < 0 )
1476             goto fail;
1477
1478         /* Only write information for reference reordering once. */
1479         int use_old_stats = h->param.rc.b_stat_read && rc->rce->refs > 1;
1480         for( int i = 0; i < (use_old_stats ? rc->rce->refs : h->i_ref0); i++ )
1481         {
1482             int refcount = use_old_stats         ? rc->rce->refcount[i]
1483                          : h->param.b_interlaced ? h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2]
1484                                                  + h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2+1]
1485                          :                         h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i];
1486             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "%d ", refcount ) < 0 )
1487                 goto fail;
1488         }
1489
1490         if( h->sh.weight[0][0].weightfn )
1491         {
1492             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "w:%"PRId32",%"PRId32",%"PRId32, h->sh.weight[0][0].i_denom, h->sh.weight[0][0].i_scale, h->sh.weight[0][0].i_offset ) < 0 )
1493                 goto fail;
1494         }
1495
1496         if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ";\n") < 0 )
1497             goto fail;
1498
1499         /* Don't re-write the data in multi-pass mode. */
1500         if( h->param.rc.b_mb_tree && h->fenc->b_kept_as_ref && !h->param.rc.b_stat_read )
1501         {
1502             uint8_t i_type = h->sh.i_type;
1503             /* Values are stored as big-endian FIX8.8 */
1504             for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
1505                 rc->qp_buffer[0][i] = endian_fix16( h->fenc->f_qp_offset[i]*256.0 );
1506             if( fwrite( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < 1 )
1507                 goto fail;
1508             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 )
1509                 goto fail;
1510         }
1511     }
1512
1513     if( rc->b_abr )
1514     {
1515         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1516             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / rc->last_rceq;
1517         else
1518         {
1519             /* Depends on the fact that B-frame's QP is an offset from the following P-frame's.
1520              * Not perfectly accurate with B-refs, but good enough. */
1521             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / (rc->last_rceq * fabs( h->param.rc.f_pb_factor ));
1522         }
1523         rc->cplxr_sum *= rc->cbr_decay;
1524         double frame_duration = (double)h->fenc->i_duration * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1525
1526         rc->wanted_bits_window += frame_duration * rc->bitrate;
1527         rc->wanted_bits_window *= rc->cbr_decay;
1528     }
1529
1530     if( rc->b_2pass )
1531         rc->expected_bits_sum += qscale2bits( rc->rce, qp2qscale( rc->rce->new_qp ) );
1532
1533     if( h->mb.b_variable_qp )
1534     {
1535         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1536         {
1537             rc->bframe_bits += bits;
1538             if( h->fenc->b_last_minigop_bframe )
1539             {
1540                 update_predictor( rc->pred_b_from_p, qp2qscale( rc->qpa_rc ),
1541                                   h->fref1[h->i_ref1-1]->i_satd, rc->bframe_bits / rc->bframes );
1542                 rc->bframe_bits = 0;
1543             }
1544         }
1545     }
1546
1547     *filler = update_vbv( h, bits );
1548
1549     if( h->sps->vui.b_nal_hrd_parameters_present )
1550     {
1551         if( h->fenc->i_frame == 0 )
1552         {
1553             // access unit initialises the HRD
1554             h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = 0;
1555             rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1556             rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1557             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit = (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1558         }
1559         else
1560         {
1561             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit + (double)h->fenc->i_cpb_delay *
1562                                                    h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1563
1564             double cpb_earliest_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time - (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1565             if( h->fenc->b_keyframe )
1566             {
1567                  rc->nrt_first_access_unit = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1568                  rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1569                  rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1570             }
1571             else
1572                  cpb_earliest_arrival_time -= (double)rc->initial_cpb_removal_delay_offset / 90000;
1573
1574             if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd )
1575                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time;
1576             else
1577                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = X264_MAX( rc->previous_cpb_final_arrival_time, cpb_earliest_arrival_time );
1578         }
1579         int filler_bits = *filler ? X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), *filler )*8 : 0;
1580         // Equation C-6
1581         h->fenc->hrd_timing.cpb_final_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time +
1582                                                      (double)(bits + filler_bits) / h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1583
1584         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 +
1585                                               h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1586     }
1587
1588     return 0;
1589 fail:
1590     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_end: stats file could not be written to\n");
1591     return -1;
1592 }
1593
1594 /****************************************************************************
1595  * 2 pass functions
1596  ***************************************************************************/
1597
1598 /**
1599  * modify the bitrate curve from pass1 for one frame
1600  */
1601 static double get_qscale(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double rate_factor, int frame_num)
1602 {
1603     x264_ratecontrol_t *rcc= h->rc;
1604     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
1605     double q = pow( rce->blurred_complexity, 1 - rcc->qcompress );
1606
1607     // avoid NaN's in the rc_eq
1608     if( !isfinite(q) || rce->tex_bits + rce->mv_bits == 0 )
1609         q = rcc->last_qscale_for[rce->pict_type];
1610     else
1611     {
1612         rcc->last_rceq = q;
1613         q /= rate_factor;
1614         rcc->last_qscale = q;
1615     }
1616
1617     if( zone )
1618     {
1619         if( zone->b_force_qp )
1620             q = qp2qscale( zone->i_qp );
1621         else
1622             q /= zone->f_bitrate_factor;
1623     }
1624
1625     return q;
1626 }
1627
1628 static double get_diff_limited_q(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double q)
1629 {
1630     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1631     const int pict_type = rce->pict_type;
1632
1633     // force I/B quants as a function of P quants
1634     const double last_p_q    = rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P];
1635     const double last_non_b_q= rcc->last_qscale_for[rcc->last_non_b_pict_type];
1636     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
1637     {
1638         double iq = q;
1639         double pq = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
1640         double ip_factor = fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
1641         /* don't apply ip_factor if the following frame is also I */
1642         if( rcc->accum_p_norm <= 0 )
1643             q = iq;
1644         else if( h->param.rc.f_ip_factor < 0 )
1645             q = iq / ip_factor;
1646         else if( rcc->accum_p_norm >= 1 )
1647             q = pq / ip_factor;
1648         else
1649             q = rcc->accum_p_norm * pq / ip_factor + (1 - rcc->accum_p_norm) * iq;
1650     }
1651     else if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
1652     {
1653         if( h->param.rc.f_pb_factor > 0 )
1654             q = last_non_b_q;
1655         if( !rce->kept_as_ref )
1656             q *= fabs( h->param.rc.f_pb_factor );
1657     }
1658     else if( pict_type == SLICE_TYPE_P
1659              && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_P
1660              && rce->tex_bits == 0 )
1661     {
1662         q = last_p_q;
1663     }
1664
1665     /* last qscale / qdiff stuff */
1666     if( rcc->last_non_b_pict_type == pict_type &&
1667         (pict_type!=SLICE_TYPE_I || rcc->last_accum_p_norm < 1) )
1668     {
1669         double last_q = rcc->last_qscale_for[pict_type];
1670         double max_qscale = last_q * rcc->lstep;
1671         double min_qscale = last_q / rcc->lstep;
1672
1673         if     ( q > max_qscale ) q = max_qscale;
1674         else if( q < min_qscale ) q = min_qscale;
1675     }
1676
1677     rcc->last_qscale_for[pict_type] = q;
1678     if( pict_type != SLICE_TYPE_B )
1679         rcc->last_non_b_pict_type = pict_type;
1680     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
1681     {
1682         rcc->last_accum_p_norm = rcc->accum_p_norm;
1683         rcc->accum_p_norm = 0;
1684         rcc->accum_p_qp = 0;
1685     }
1686     if( pict_type == SLICE_TYPE_P )
1687     {
1688         float mask = 1 - pow( (float)rce->i_count / rcc->nmb, 2 );
1689         rcc->accum_p_qp   = mask * (qscale2qp( q ) + rcc->accum_p_qp);
1690         rcc->accum_p_norm = mask * (1 + rcc->accum_p_norm);
1691     }
1692     return q;
1693 }
1694
1695 static double predict_size( predictor_t *p, double q, double var )
1696 {
1697      return (p->coeff*var + p->offset) / (q*p->count);
1698 }
1699
1700 static void update_predictor( predictor_t *p, double q, double var, double bits )
1701 {
1702     const double range = 1.5;
1703     if( var < 10 )
1704         return;
1705     double old_coeff = p->coeff / p->count;
1706     double new_coeff = bits*q / var;
1707     double new_coeff_clipped = x264_clip3f( new_coeff, old_coeff/range, old_coeff*range );
1708     double new_offset = bits*q - new_coeff_clipped * var;
1709     if( new_offset >= 0 )
1710         new_coeff = new_coeff_clipped;
1711     else
1712         new_offset = 0;
1713     p->count  *= p->decay;
1714     p->coeff  *= p->decay;
1715     p->offset *= p->decay;
1716     p->count  ++;
1717     p->coeff  += new_coeff;
1718     p->offset += new_offset;
1719 }
1720
1721 // update VBV after encoding a frame
1722 static int update_vbv( x264_t *h, int bits )
1723 {
1724     int filler = 0;
1725
1726     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1727     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
1728
1729     if( rcc->last_satd >= h->mb.i_mb_count )
1730         update_predictor( &rct->pred[h->sh.i_type], qp2qscale( rcc->qpa_rc ), rcc->last_satd, bits );
1731
1732     if( !rcc->b_vbv )
1733         return filler;
1734
1735     rct->buffer_fill_final -= bits;
1736
1737     if( rct->buffer_fill_final < 0 )
1738         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV underflow (frame %d, %.0f bits)\n", h->i_frame, rct->buffer_fill_final );
1739     rct->buffer_fill_final = X264_MAX( rct->buffer_fill_final, 0 );
1740     rct->buffer_fill_final += rcc->buffer_rate;
1741
1742     if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd && rct->buffer_fill_final > rcc->buffer_size )
1743     {
1744         filler = ceil( (rct->buffer_fill_final - rcc->buffer_size) / 8 );
1745         rct->buffer_fill_final -= X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), filler ) * 8;
1746     }
1747     else
1748         rct->buffer_fill_final = X264_MIN( rct->buffer_fill_final, rcc->buffer_size );
1749
1750     return filler;
1751 }
1752
1753 int x264_hrd_fullness( x264_t *h )
1754 {
1755     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
1756     double cpb_bits = rct->buffer_fill_final;
1757     double bps = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1758     double cpb_size = h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled;
1759     double cpb_fullness = 90000.0*cpb_bits/bps;
1760
1761     if( cpb_bits < 0 || cpb_bits > cpb_size )
1762     {
1763          x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CPB %s: %.0lf bits in a %.0lf-bit buffer\n",
1764                    cpb_bits < 0 ? "underflow" : "overflow", cpb_bits, cpb_size );
1765     }
1766
1767     h->initial_cpb_removal_delay_offset = 90000.0*(cpb_size - cpb_bits)/bps;
1768
1769     return x264_clip3f( cpb_fullness + 0.5, 0, 90000.0*cpb_size/bps ); // just lie if we are in a weird state
1770 }
1771
1772 // provisionally update VBV according to the planned size of all frames currently in progress
1773 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead )
1774 {
1775     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1776     rcc->buffer_fill = h->thread[0]->rc->buffer_fill_final;
1777     if( h->i_thread_frames > 1 )
1778     {
1779         int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
1780         for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
1781         {
1782             x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
1783             double bits = t->rc->frame_size_planned;
1784             if( !t->b_thread_active )
1785                 continue;
1786             bits  = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
1787             rcc->buffer_fill -= bits;
1788             rcc->buffer_fill = X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0 );
1789             rcc->buffer_fill += t->rc->buffer_rate;
1790             rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
1791         }
1792     }
1793     rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
1794     rcc->buffer_fill -= overhead;
1795 }
1796
1797 // apply VBV constraints and clip qscale to between lmin and lmax
1798 static double clip_qscale( x264_t *h, int pict_type, double q )
1799 {
1800     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1801     double lmin = rcc->lmin[pict_type];
1802     double lmax = rcc->lmax[pict_type];
1803     if( rcc->rate_factor_max_increment )
1804         lmax = X264_MIN( lmax, qp2qscale( rcc->qp_novbv + rcc->rate_factor_max_increment ) );
1805     double q0 = q;
1806
1807     /* B-frames are not directly subject to VBV,
1808      * since they are controlled by the P-frames' QPs. */
1809
1810     if( rcc->b_vbv && rcc->last_satd > 0 )
1811     {
1812         /* Lookahead VBV: raise the quantizer as necessary such that no frames in
1813          * the lookahead overflow and such that the buffer is in a reasonable state
1814          * by the end of the lookahead. */
1815         if( h->param.rc.i_lookahead )
1816         {
1817             int terminate = 0;
1818
1819             /* Avoid an infinite loop. */
1820             for( int iterations = 0; iterations < 1000 && terminate != 3; iterations++ )
1821             {
1822                 double frame_q[3];
1823                 double cur_bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1824                 double buffer_fill_cur = rcc->buffer_fill - cur_bits;
1825                 double target_fill;
1826                 double total_duration = 0;
1827                 frame_q[0] = h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I ? q * h->param.rc.f_ip_factor : q;
1828                 frame_q[1] = frame_q[0] * h->param.rc.f_pb_factor;
1829                 frame_q[2] = frame_q[0] / h->param.rc.f_ip_factor;
1830
1831                 /* Loop over the planned future frames. */
1832                 for( int j = 0; buffer_fill_cur >= 0 && buffer_fill_cur <= rcc->buffer_size; j++ )
1833                 {
1834                     total_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
1835                     buffer_fill_cur += rcc->vbv_max_rate * h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
1836                     int i_type = h->fenc->i_planned_type[j];
1837                     int i_satd = h->fenc->i_planned_satd[j];
1838                     if( i_type == X264_TYPE_AUTO )
1839                         break;
1840                     i_type = IS_X264_TYPE_I( i_type ) ? SLICE_TYPE_I : IS_X264_TYPE_B( i_type ) ? SLICE_TYPE_B : SLICE_TYPE_P;
1841                     cur_bits = predict_size( &rcc->pred[i_type], frame_q[i_type], i_satd );
1842                     buffer_fill_cur -= cur_bits;
1843                 }
1844                 /* Try to get to get the buffer at least 50% filled, but don't set an impossible goal. */
1845                 target_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill + total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.5 );
1846                 if( buffer_fill_cur < target_fill )
1847                 {
1848                     q *= 1.01;
1849                     terminate |= 1;
1850                     continue;
1851                 }
1852                 /* Try to get the buffer no more than 80% filled, but don't set an impossible goal. */
1853                 target_fill = x264_clip3f( rcc->buffer_fill - total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.8, rcc->buffer_size );
1854                 if( rcc->b_vbv_min_rate && buffer_fill_cur > target_fill )
1855                 {
1856                     q /= 1.01;
1857                     terminate |= 2;
1858                     continue;
1859                 }
1860                 break;
1861             }
1862         }
1863         /* Fallback to old purely-reactive algorithm: no lookahead. */
1864         else
1865         {
1866             if( ( pict_type == SLICE_TYPE_P ||
1867                 ( pict_type == SLICE_TYPE_I && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_I ) ) &&
1868                 rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size < 0.5 )
1869             {
1870                 q /= x264_clip3f( 2.0*rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size, 0.5, 1.0 );
1871             }
1872
1873             /* Now a hard threshold to make sure the frame fits in VBV.
1874              * This one is mostly for I-frames. */
1875             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1876             double qf = 1.0;
1877             /* For small VBVs, allow the frame to use up the entire VBV. */
1878             double max_fill_factor = h->param.rc.i_vbv_buffer_size >= 5*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rcc->fps ? 2 : 1;
1879             /* For single-frame VBVs, request that the frame use up the entire VBV. */
1880             double min_fill_factor = rcc->single_frame_vbv ? 1 : 2;
1881
1882             if( bits > rcc->buffer_fill/max_fill_factor )
1883                 qf = x264_clip3f( rcc->buffer_fill/(max_fill_factor*bits), 0.2, 1.0 );
1884             q /= qf;
1885             bits *= qf;
1886             if( bits < rcc->buffer_rate/min_fill_factor )
1887                 q *= bits*min_fill_factor/rcc->buffer_rate;
1888             q = X264_MAX( q0, q );
1889         }
1890
1891         /* Apply MinCR restrictions */
1892         double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1893         if( bits > rcc->frame_size_maximum )
1894             q *= bits / rcc->frame_size_maximum;
1895         bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1896
1897         /* Check B-frame complexity, and use up any bits that would
1898          * overflow before the next P-frame. */
1899         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && !rcc->single_frame_vbv )
1900         {
1901             int nb = rcc->bframes;
1902             double pbbits = bits;
1903             double bbits = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q * h->param.rc.f_pb_factor, rcc->last_satd );
1904             double space;
1905             double bframe_cpb_duration = 0;
1906             double minigop_cpb_duration;
1907             for( int i = 0; i < nb; i++ )
1908                 bframe_cpb_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[1+i];
1909
1910             if( bbits * nb > bframe_cpb_duration * rcc->vbv_max_rate )
1911                 nb = 0;
1912             pbbits += nb * bbits;
1913
1914             minigop_cpb_duration = bframe_cpb_duration + h->fenc->f_planned_cpb_duration[0];
1915             space = rcc->buffer_fill + minigop_cpb_duration*rcc->vbv_max_rate - rcc->buffer_size;
1916             if( pbbits < space )
1917             {
1918                 q *= X264_MAX( pbbits / space, bits / (0.5 * rcc->buffer_size) );
1919             }
1920             q = X264_MAX( q0-5, q );
1921         }
1922
1923         if( !rcc->b_vbv_min_rate )
1924             q = X264_MAX( q0, q );
1925     }
1926
1927     if( lmin==lmax )
1928         return lmin;
1929     else if( rcc->b_2pass )
1930     {
1931         double min2 = log( lmin );
1932         double max2 = log( lmax );
1933         q = (log(q) - min2)/(max2-min2) - 0.5;
1934         q = 1.0/(1.0 + exp( -4*q ));
1935         q = q*(max2-min2) + min2;
1936         return exp( q );
1937     }
1938     else
1939         return x264_clip3f( q, lmin, lmax );
1940 }
1941
1942 // update qscale for 1 frame based on actual bits used so far
1943 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h )
1944 {
1945     float q;
1946     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1947     ratecontrol_entry_t rce;
1948     int pict_type = h->sh.i_type;
1949     int64_t total_bits = 8*(h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_I]
1950                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_P]
1951                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_B]);
1952
1953     if( rcc->b_2pass )
1954     {
1955         rce = *rcc->rce;
1956         if( pict_type != rce.pict_type )
1957         {
1958             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "slice=%c but 2pass stats say %c\n",
1959                       slice_type_to_char[pict_type], slice_type_to_char[rce.pict_type] );
1960         }
1961     }
1962
1963     if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
1964     {
1965         /* B-frames don't have independent ratecontrol, but rather get the
1966          * average QP of the two adjacent P-frames + an offset */
1967
1968         int i0 = IS_X264_TYPE_I(h->fref0[0]->i_type);
1969         int i1 = IS_X264_TYPE_I(h->fref1[0]->i_type);
1970         int dt0 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref0[0]->i_poc);
1971         int dt1 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref1[0]->i_poc);
1972         float q0 = h->fref0[0]->f_qp_avg_rc;
1973         float q1 = h->fref1[0]->f_qp_avg_rc;
1974
1975         if( h->fref0[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
1976             q0 -= rcc->pb_offset/2;
1977         if( h->fref1[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
1978             q1 -= rcc->pb_offset/2;
1979
1980         if( i0 && i1 )
1981             q = (q0 + q1) / 2 + rcc->ip_offset;
1982         else if( i0 )
1983             q = q1;
1984         else if( i1 )
1985             q = q0;
1986         else
1987             q = (q0*dt1 + q1*dt0) / (dt0 + dt1);
1988
1989         if( h->fenc->b_kept_as_ref )
1990             q += rcc->pb_offset/2;
1991         else
1992             q += rcc->pb_offset;
1993
1994         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
1995             rcc->frame_size_planned = qscale2bits( &rce, q );
1996         else
1997             rcc->frame_size_planned = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q, h->fref1[h->i_ref1-1]->i_satd );
1998         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
1999
2000         /* For row SATDs */
2001         if( rcc->b_vbv )
2002             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2003         rcc->qp_novbv = q;
2004         return qp2qscale( q );
2005     }
2006     else
2007     {
2008         double abr_buffer = 2 * rcc->rate_tolerance * rcc->bitrate;
2009
2010         if( rcc->b_2pass )
2011         {
2012             double lmin = rcc->lmin[pict_type];
2013             double lmax = rcc->lmax[pict_type];
2014             int64_t diff;
2015             int64_t predicted_bits = total_bits;
2016             /* Adjust ABR buffer based on distance to the end of the video. */
2017             if( rcc->num_entries > h->i_frame )
2018                 abr_buffer *= 0.5 * sqrt( rcc->num_entries - h->i_frame );
2019
2020             if( rcc->b_vbv )
2021             {
2022                 if( h->i_thread_frames > 1 )
2023                 {
2024                     int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
2025                     for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
2026                     {
2027                         x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
2028                         double bits = t->rc->frame_size_planned;
2029                         if( !t->b_thread_active )
2030                             continue;
2031                         bits  = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
2032                         predicted_bits += (int64_t)bits;
2033                     }
2034                 }
2035             }
2036             else
2037             {
2038                 if( h->i_frame < h->i_thread_frames )
2039                     predicted_bits += (int64_t)h->i_frame * rcc->bitrate / rcc->fps;
2040                 else
2041                     predicted_bits += (int64_t)(h->i_thread_frames - 1) * rcc->bitrate / rcc->fps;
2042             }
2043
2044             diff = predicted_bits - (int64_t)rce.expected_bits;
2045             q = rce.new_qscale;
2046             q /= x264_clip3f((double)(abr_buffer - diff) / abr_buffer, .5, 2);
2047             if( ((h->i_frame + 1 - h->i_thread_frames) >= rcc->fps) &&
2048                 (rcc->expected_bits_sum > 0))
2049             {
2050                 /* Adjust quant based on the difference between
2051                  * achieved and expected bitrate so far */
2052                 double cur_time = (double)h->i_frame / rcc->num_entries;
2053                 double w = x264_clip3f( cur_time*100, 0.0, 1.0 );
2054                 q *= pow( (double)total_bits / rcc->expected_bits_sum, w );
2055             }
2056             if( rcc->b_vbv )
2057             {
2058                 /* Do not overflow vbv */
2059                 double expected_size = qscale2bits( &rce, q );
2060                 double expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2061                 double expected_fullness = rce.expected_vbv / rcc->buffer_size;
2062                 double qmax = q*(2 - expected_fullness);
2063                 double size_constraint = 1 + expected_fullness;
2064                 qmax = X264_MAX( qmax, rce.new_qscale );
2065                 if( expected_fullness < .05 )
2066                     qmax = lmax;
2067                 qmax = X264_MIN(qmax, lmax);
2068                 while( ((expected_vbv < rce.expected_vbv/size_constraint) && (q < qmax)) ||
2069                         ((expected_vbv < 0) && (q < lmax)))
2070                 {
2071                     q *= 1.05;
2072                     expected_size = qscale2bits(&rce, q);
2073                     expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2074                 }
2075                 rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2076             }
2077             q = x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2078         }
2079         else /* 1pass ABR */
2080         {
2081             /* Calculate the quantizer which would have produced the desired
2082              * average bitrate if it had been applied to all frames so far.
2083              * Then modulate that quant based on the current frame's complexity
2084              * relative to the average complexity so far (using the 2pass RCEQ).
2085              * Then bias the quant up or down if total size so far was far from
2086              * the target.
2087              * Result: Depending on the value of rate_tolerance, there is a
2088              * tradeoff between quality and bitrate precision. But at large
2089              * tolerances, the bit distribution approaches that of 2pass. */
2090
2091             double wanted_bits, overflow = 1;
2092
2093             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2094             rcc->short_term_cplxsum *= 0.5;
2095             rcc->short_term_cplxcount *= 0.5;
2096             rcc->short_term_cplxsum += rcc->last_satd;
2097             rcc->short_term_cplxcount ++;
2098
2099             rce.tex_bits = rcc->last_satd;
2100             rce.blurred_complexity = rcc->short_term_cplxsum / rcc->short_term_cplxcount;
2101             rce.mv_bits = 0;
2102             rce.p_count = rcc->nmb;
2103             rce.i_count = 0;
2104             rce.s_count = 0;
2105             rce.qscale = 1;
2106             rce.pict_type = pict_type;
2107
2108             if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
2109             {
2110                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->rate_factor_constant, h->fenc->i_frame );
2111             }
2112             else
2113             {
2114                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->wanted_bits_window / rcc->cplxr_sum, h->fenc->i_frame );
2115
2116                 /* ABR code can potentially be counterproductive in CBR, so just don't bother.
2117                  * Don't run it if the frame complexity is zero either. */
2118                 if( !rcc->b_vbv_min_rate && rcc->last_satd )
2119                 {
2120                     // FIXME is it simpler to keep track of wanted_bits in ratecontrol_end?
2121                     int i_frame_done = h->i_frame + 1 - h->i_thread_frames;
2122                     double time_done = i_frame_done / rcc->fps;
2123                     if( h->param.b_vfr_input && i_frame_done > 0 )
2124                         time_done = ((double)(h->fenc->i_reordered_pts - h->i_reordered_pts_delay)) * h->param.i_timebase_num / h->param.i_timebase_den;
2125                     wanted_bits = time_done * rcc->bitrate;
2126                     if( wanted_bits > 0 )
2127                     {
2128                         abr_buffer *= X264_MAX( 1, sqrt( time_done ) );
2129                         overflow = x264_clip3f( 1.0 + (total_bits - wanted_bits) / abr_buffer, .5, 2 );
2130                         q *= overflow;
2131                     }
2132                 }
2133             }
2134
2135             if( pict_type == SLICE_TYPE_I && h->param.i_keyint_max > 1
2136                 /* should test _next_ pict type, but that isn't decided yet */
2137                 && rcc->last_non_b_pict_type != SLICE_TYPE_I )
2138             {
2139                 q = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
2140                 q /= fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2141             }
2142             else if( h->i_frame > 0 )
2143             {
2144                 /* Asymmetric clipping, because symmetric would prevent
2145                  * overflow control in areas of rapidly oscillating complexity */
2146                 double lmin = rcc->last_qscale_for[pict_type] / rcc->lstep;
2147                 double lmax = rcc->last_qscale_for[pict_type] * rcc->lstep;
2148                 if( overflow > 1.1 && h->i_frame > 3 )
2149                     lmax *= rcc->lstep;
2150                 else if( overflow < 0.9 )
2151                     lmin /= rcc->lstep;
2152
2153                 q = x264_clip3f(q, lmin, lmax);
2154             }
2155             else if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && rcc->qcompress != 1 )
2156             {
2157                 q = qp2qscale( ABR_INIT_QP ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2158             }
2159             rcc->qp_novbv = qscale2qp( q );
2160
2161             //FIXME use get_diff_limited_q() ?
2162             q = clip_qscale( h, pict_type, q );
2163         }
2164
2165         rcc->last_qscale_for[pict_type] =
2166         rcc->last_qscale = q;
2167
2168         if( !(rcc->b_2pass && !rcc->b_vbv) && h->fenc->i_frame == 0 )
2169             rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P] = q * fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2170
2171         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
2172             rcc->frame_size_planned = qscale2bits(&rce, q);
2173         else
2174             rcc->frame_size_planned = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2175
2176         /* Always use up the whole VBV in this case. */
2177         if( rcc->single_frame_vbv )
2178             rcc->frame_size_planned = rcc->buffer_rate;
2179         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2180         return q;
2181     }
2182 }
2183
2184 void x264_threads_normalize_predictors( x264_t *h )
2185 {
2186     double totalsize = 0;
2187     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2188         totalsize += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2189     double factor = h->rc->frame_size_planned / totalsize;
2190     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2191         h->thread[i]->rc->slice_size_planned *= factor;
2192 }
2193
2194 void x264_threads_distribute_ratecontrol( x264_t *h )
2195 {
2196     int row;
2197     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2198
2199     /* Initialize row predictors */
2200     if( h->i_frame == 0 )
2201         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2202         {
2203             x264_ratecontrol_t *t = h->thread[i]->rc;
2204             memcpy( t->row_preds, rc->row_preds, sizeof(rc->row_preds) );
2205         }
2206
2207     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2208     {
2209         x264_t *t = h->thread[i];
2210         memcpy( t->rc, rc, offsetof(x264_ratecontrol_t, row_pred) );
2211         t->rc->row_pred = &t->rc->row_preds[h->sh.i_type];
2212         /* Calculate the planned slice size. */
2213         if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2214         {
2215             int size = 0;
2216             for( row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2217                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2218             t->rc->slice_size_planned = predict_size( &rc->pred[h->sh.i_type + (i+1)*5], rc->qpm, size );
2219         }
2220         else
2221             t->rc->slice_size_planned = 0;
2222     }
2223     if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2224     {
2225         x264_threads_normalize_predictors( h );
2226
2227         if( rc->single_frame_vbv )
2228         {
2229             /* Compensate for our max frame error threshold: give more bits (proportionally) to smaller slices. */
2230             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2231             {
2232                 x264_t *t = h->thread[i];
2233                 t->rc->max_frame_error = X264_MAX( 0.05, 1.0 / (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) );
2234                 t->rc->slice_size_planned += 2 * t->rc->max_frame_error * rc->frame_size_planned;
2235             }
2236             x264_threads_normalize_predictors( h );
2237         }
2238
2239         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2240             h->thread[i]->rc->frame_size_estimated = h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2241     }
2242 }
2243
2244 void x264_threads_merge_ratecontrol( x264_t *h )
2245 {
2246     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2247     x264_emms();
2248
2249     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2250     {
2251         x264_t *t = h->thread[i];
2252         x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[i]->rc;
2253         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size )
2254         {
2255             int size = 0;
2256             for( int row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2257                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2258             int bits = t->stat.frame.i_mv_bits + t->stat.frame.i_tex_bits + t->stat.frame.i_misc_bits;
2259             int mb_count = (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) * h->mb.i_mb_width;
2260             update_predictor( &rc->pred[h->sh.i_type+5*i], qp2qscale( rct->qpa_rc/mb_count ), size, bits );
2261         }
2262         if( !i )
2263             continue;
2264         rc->qpa_rc += rct->qpa_rc;
2265         rc->qpa_aq += rct->qpa_aq;
2266     }
2267 }
2268
2269 void x264_thread_sync_ratecontrol( x264_t *cur, x264_t *prev, x264_t *next )
2270 {
2271     if( cur != prev )
2272     {
2273 #define COPY(var) memcpy(&cur->rc->var, &prev->rc->var, sizeof(cur->rc->var))
2274         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_start()
2275          * so copy them from the context that most recently started (prev)
2276          * to the context that's about to start (cur). */
2277         COPY(accum_p_qp);
2278         COPY(accum_p_norm);
2279         COPY(last_satd);
2280         COPY(last_rceq);
2281         COPY(last_qscale_for);
2282         COPY(last_non_b_pict_type);
2283         COPY(short_term_cplxsum);
2284         COPY(short_term_cplxcount);
2285         COPY(bframes);
2286         COPY(prev_zone);
2287         COPY(qpbuf_pos);
2288         /* these vars can be updated by x264_ratecontrol_init_reconfigurable */
2289         COPY(buffer_rate);
2290         COPY(buffer_size);
2291         COPY(single_frame_vbv);
2292         COPY(cbr_decay);
2293         COPY(b_vbv_min_rate);
2294         COPY(rate_factor_constant);
2295         COPY(bitrate);
2296 #undef COPY
2297     }
2298     if( cur != next )
2299     {
2300 #define COPY(var) next->rc->var = cur->rc->var
2301         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_end()
2302          * so copy them from the context that most recently ended (cur)
2303          * to the context that's about to end (next) */
2304         COPY(cplxr_sum);
2305         COPY(expected_bits_sum);
2306         COPY(wanted_bits_window);
2307         COPY(bframe_bits);
2308         COPY(initial_cpb_removal_delay);
2309         COPY(initial_cpb_removal_delay_offset);
2310         COPY(nrt_first_access_unit);
2311         COPY(previous_cpb_final_arrival_time);
2312 #undef COPY
2313     }
2314     //FIXME row_preds[] (not strictly necessary, but would improve prediction)
2315     /* the rest of the variables are either constant or thread-local */
2316 }
2317
2318 static int find_underflow( x264_t *h, double *fills, int *t0, int *t1, int over )
2319 {
2320     /* find an interval ending on an overflow or underflow (depending on whether
2321      * we're adding or removing bits), and starting on the earliest frame that
2322      * can influence the buffer fill of that end frame. */
2323     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2324     const double buffer_min = (over ? .1 : .1) * rcc->buffer_size;
2325     const double buffer_max = .9 * rcc->buffer_size;
2326     double fill = fills[*t0-1];
2327     double parity = over ? 1. : -1.;
2328     int start = -1, end = -1;
2329     for( int i = *t0; i < rcc->num_entries; i++ )
2330     {
2331         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 -
2332                  qscale2bits( &rcc->entry[i], rcc->entry[i].new_qscale )) * parity;
2333         fill = x264_clip3f(fill, 0, rcc->buffer_size);
2334         fills[i] = fill;
2335         if( fill <= buffer_min || i == 0 )
2336         {
2337             if( end >= 0 )
2338                 break;
2339             start = i;
2340         }
2341         else if( fill >= buffer_max && start >= 0 )
2342             end = i;
2343     }
2344     *t0 = start;
2345     *t1 = end;
2346     return start >= 0 && end >= 0;
2347 }
2348
2349 static int fix_underflow( x264_t *h, int t0, int t1, double adjustment, double qscale_min, double qscale_max)
2350 {
2351     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2352     double qscale_orig, qscale_new;
2353     int adjusted = 0;
2354     if( t0 > 0 )
2355         t0++;
2356     for( int i = t0; i <= t1; i++ )
2357     {
2358         qscale_orig = rcc->entry[i].new_qscale;
2359         qscale_orig = x264_clip3f( qscale_orig, qscale_min, qscale_max );
2360         qscale_new  = qscale_orig * adjustment;
2361         qscale_new  = x264_clip3f( qscale_new, qscale_min, qscale_max );
2362         rcc->entry[i].new_qscale = qscale_new;
2363         adjusted = adjusted || (qscale_new != qscale_orig);
2364     }
2365     return adjusted;
2366 }
2367
2368 static double count_expected_bits( x264_t *h )
2369 {
2370     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2371     double expected_bits = 0;
2372     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2373     {
2374         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2375         rce->expected_bits = expected_bits;
2376         expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2377     }
2378     return expected_bits;
2379 }
2380
2381 static int vbv_pass2( x264_t *h, double all_available_bits )
2382 {
2383     /* for each interval of buffer_full .. underflow, uniformly increase the qp of all
2384      * frames in the interval until either buffer is full at some intermediate frame or the
2385      * last frame in the interval no longer underflows.  Recompute intervals and repeat.
2386      * Then do the converse to put bits back into overflow areas until target size is met */
2387
2388     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2389     double *fills;
2390     double expected_bits = 0;
2391     double adjustment;
2392     double prev_bits = 0;
2393     int t0, t1;
2394     double qscale_min = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
2395     double qscale_max = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
2396     int iterations = 0;
2397     int adj_min, adj_max;
2398     CHECKED_MALLOC( fills, (rcc->num_entries+1)*sizeof(double) );
2399
2400     fills++;
2401
2402     /* adjust overall stream size */
2403     do
2404     {
2405         iterations++;
2406         prev_bits = expected_bits;
2407
2408         if( expected_bits )
2409         {   /* not first iteration */
2410             adjustment = X264_MAX(X264_MIN(expected_bits / all_available_bits, 0.999), 0.9);
2411             fills[-1] = rcc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init;
2412             t0 = 0;
2413             /* fix overflows */
2414             adj_min = 1;
2415             while(adj_min && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 1 ))
2416             {
2417                 adj_min = fix_underflow( h, t0, t1, adjustment, qscale_min, qscale_max );
2418                 t0 = t1;
2419             }
2420         }
2421
2422         fills[-1] = rcc->buffer_size * (1. - h->param.rc.f_vbv_buffer_init);
2423         t0 = 0;
2424         /* fix underflows -- should be done after overflow, as we'd better undersize target than underflowing VBV */
2425         adj_max = 1;
2426         while( adj_max && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 0 ) )
2427             adj_max = fix_underflow( h, t0, t1, 1.001, qscale_min, qscale_max );
2428
2429         expected_bits = count_expected_bits( h );
2430     } while( (expected_bits < .995*all_available_bits) && ((int64_t)(expected_bits+.5) > (int64_t)(prev_bits+.5)) );
2431
2432     if( !adj_max )
2433         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "vbv-maxrate issue, qpmax or vbv-maxrate too low\n");
2434
2435     /* store expected vbv filling values for tracking when encoding */
2436     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2437         rcc->entry[i].expected_vbv = rcc->buffer_size - fills[i];
2438
2439     x264_free( fills-1 );
2440     return 0;
2441 fail:
2442     return -1;
2443 }
2444
2445 static int init_pass2( x264_t *h )
2446 {
2447     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2448     uint64_t all_const_bits = 0;
2449     double duration = 0;
2450     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2451         duration += rcc->entry[i].i_duration;
2452     duration *= (double)h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
2453     uint64_t all_available_bits = h->param.rc.i_bitrate * 1000. * duration;
2454     double rate_factor, step_mult;
2455     double qblur = h->param.rc.f_qblur;
2456     double cplxblur = h->param.rc.f_complexity_blur;
2457     const int filter_size = (int)(qblur*4) | 1;
2458     double expected_bits;
2459     double *qscale, *blurred_qscale;
2460
2461     /* find total/average complexity & const_bits */
2462     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2463     {
2464         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2465         all_const_bits += rce->misc_bits;
2466     }
2467
2468     if( all_available_bits < all_const_bits)
2469     {
2470         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "requested bitrate is too low. estimated minimum is %d kbps\n",
2471                  (int)(all_const_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.)) );
2472         return -1;
2473     }
2474
2475     /* Blur complexities, to reduce local fluctuation of QP.
2476      * We don't blur the QPs directly, because then one very simple frame
2477      * could drag down the QP of a nearby complex frame and give it more
2478      * bits than intended. */
2479     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2480     {
2481         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2482         double weight_sum = 0;
2483         double cplx_sum = 0;
2484         double weight = 1.0;
2485         double gaussian_weight;
2486         /* weighted average of cplx of future frames */
2487         for( int j = 1; j < cplxblur*2 && j < rcc->num_entries-i; j++ )
2488         {
2489             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i+j];
2490             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2491             if( weight < .0001 )
2492                 break;
2493             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2494             weight_sum += gaussian_weight;
2495             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits(rcj, 1) - rcj->misc_bits);
2496         }
2497         /* weighted average of cplx of past frames */
2498         weight = 1.0;
2499         for( int j = 0; j <= cplxblur*2 && j <= i; j++ )
2500         {
2501             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i-j];
2502             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2503             weight_sum += gaussian_weight;
2504             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits);
2505             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2506             if( weight < .0001 )
2507                 break;
2508         }
2509         rce->blurred_complexity = cplx_sum / weight_sum;
2510     }
2511
2512     CHECKED_MALLOC( qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2513     if( filter_size > 1 )
2514         CHECKED_MALLOC( blurred_qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2515     else
2516         blurred_qscale = qscale;
2517
2518     /* Search for a factor which, when multiplied by the RCEQ values from
2519      * each frame, adds up to the desired total size.
2520      * There is no exact closed-form solution because of VBV constraints and
2521      * because qscale2bits is not invertible, but we can start with the simple
2522      * approximation of scaling the 1st pass by the ratio of bitrates.
2523      * The search range is probably overkill, but speed doesn't matter here. */
2524
2525     expected_bits = 1;
2526     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2527     {
2528         double q = get_qscale(h, &rcc->entry[i], 1.0, i);
2529         expected_bits += qscale2bits(&rcc->entry[i], q);
2530         rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = q;
2531     }
2532     step_mult = all_available_bits / expected_bits;
2533
2534     rate_factor = 0;
2535     for( double step = 1E4 * step_mult; step > 1E-7 * step_mult; step *= 0.5)
2536     {
2537         expected_bits = 0;
2538         rate_factor += step;
2539
2540         rcc->last_non_b_pict_type = -1;
2541         rcc->last_accum_p_norm = 1;
2542         rcc->accum_p_norm = 0;
2543
2544         /* find qscale */
2545         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2546         {
2547             qscale[i] = get_qscale( h, &rcc->entry[i], rate_factor, i );
2548             rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = qscale[i];
2549         }
2550
2551         /* fixed I/B qscale relative to P */
2552         for( int i = rcc->num_entries-1; i >= 0; i-- )
2553         {
2554             qscale[i] = get_diff_limited_q( h, &rcc->entry[i], qscale[i] );
2555             assert(qscale[i] >= 0);
2556         }
2557
2558         /* smooth curve */
2559         if( filter_size > 1 )
2560         {
2561             assert( filter_size%2 == 1 );
2562             for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2563             {
2564                 ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2565                 double q = 0.0, sum = 0.0;
2566
2567                 for( int j = 0; j < filter_size; j++ )
2568                 {
2569                     int idx = i+j-filter_size/2;
2570                     double d = idx-i;
2571                     double coeff = qblur==0 ? 1.0 : exp( -d*d/(qblur*qblur) );
2572                     if( idx < 0 || idx >= rcc->num_entries )
2573                         continue;
2574                     if( rce->pict_type != rcc->entry[idx].pict_type )
2575                         continue;
2576                     q += qscale[idx] * coeff;
2577                     sum += coeff;
2578                 }
2579                 blurred_qscale[i] = q/sum;
2580             }
2581         }
2582
2583         /* find expected bits */
2584         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2585         {
2586             ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2587             rce->new_qscale = clip_qscale( h, rce->pict_type, blurred_qscale[i] );
2588             assert(rce->new_qscale >= 0);
2589             expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2590         }
2591
2592         if( expected_bits > all_available_bits )
2593             rate_factor -= step;
2594     }
2595
2596     x264_free( qscale );
2597     if( filter_size > 1 )
2598         x264_free( blurred_qscale );
2599
2600     if( rcc->b_vbv )
2601         if( vbv_pass2( h, all_available_bits ) )
2602             return -1;
2603     expected_bits = count_expected_bits( h );
2604
2605     if( fabs( expected_bits/all_available_bits - 1.0 ) > 0.01 )
2606     {
2607         double avgq = 0;
2608         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2609             avgq += rcc->entry[i].new_qscale;
2610         avgq = qscale2qp( avgq / rcc->num_entries );
2611
2612         if( expected_bits > all_available_bits || !rcc->b_vbv )
2613             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "Error: 2pass curve failed to converge\n" );
2614         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "target: %.2f kbit/s, expected: %.2f kbit/s, avg QP: %.4f\n",
2615                   (float)h->param.rc.i_bitrate,
2616                   expected_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.),
2617                   avgq );
2618         if( expected_bits < all_available_bits && avgq < h->param.rc.i_qp_min + 2 )
2619         {
2620             if( h->param.rc.i_qp_min > 0 )
2621                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate or reducing qp_min (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_min );
2622             else
2623                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate\n" );
2624         }
2625         else if( expected_bits > all_available_bits && avgq > h->param.rc.i_qp_max - 2 )
2626         {
2627             if( h->param.rc.i_qp_max < 51 )
2628                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate or increasing qp_max (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_max );
2629             else
2630                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate\n");
2631         }
2632         else if( !(rcc->b_2pass && rcc->b_vbv) )
2633             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "internal error\n" );
2634     }
2635
2636     return 0;
2637 fail:
2638     return -1;
2639 }