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

   1 /*****************************************************************************
   2  * ratecontrol.c: ratecontrol
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 2005-2010 x264 project
   5  *
   6  * Authors: Loren Merritt <lorenm@u.washington.edu>
   7  *          Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
   8  *          Gabriel Bouvigne <gabriel.bouvigne@joost.com>
   9  *          Fiona Glaser <fiona@x264.com>
  10  *          Måns Rullgård <mru@mru.ath.cx>
  11  *
  12  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  13  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  14  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  15  * (at your option) any later version.
  16  *
  17  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  20  * GNU General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  23  * along with this program; if not, write to the Free Software
  24  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02111, USA.
  25  *
  26  * This program is also available under a commercial proprietary license.
  27  * For more information, contact us at licensing@x264.com.
  28  *****************************************************************************/
  29
  30 #define _ISOC99_SOURCE
  31 #undef NDEBUG // always check asserts, the speed effect is far too small to disable them
  32 #include <math.h>
  33
  34 #include "common/common.h"
  35 #include "ratecontrol.h"
  36 #include "me.h"
  37
  38 typedef struct
  39 {
  40     int pict_type;
  41     int frame_type;
  42     int kept_as_ref;
  43     double qscale;
  44     int mv_bits;
  45     int tex_bits;
  46     int misc_bits;
  47     uint64_t expected_bits; /*total expected bits up to the current frame (current one excluded)*/
  48     double expected_vbv;
  49     double new_qscale;
  50     int new_qp;
  51     int i_count;
  52     int p_count;
  53     int s_count;
  54     float blurred_complexity;
  55     char direct_mode;
  56     int16_t weight[2];
  57     int16_t i_weight_denom;
  58     int refcount[16];
  59     int refs;
  60     int i_duration;
  61     int i_cpb_duration;
  62 } ratecontrol_entry_t;
  63
  64 typedef struct
  65 {
  66     double coeff;
  67     double count;
  68     double decay;
  69     double offset;
  70 } predictor_t;
  71
  72 struct x264_ratecontrol_t
  73 {
  74     /* constants */
  75     int b_abr;
  76     int b_2pass;
  77     int b_vbv;
  78     int b_vbv_min_rate;
  79     double fps;
  80     double bitrate;
  81     double rate_tolerance;
  82     double qcompress;
  83     int nmb;                    /* number of macroblocks in a frame */
  84     int qp_constant[3];
  85
  86     /* current frame */
  87     ratecontrol_entry_t *rce;
  88     int qp;                     /* qp for current frame */
  89     float qpm;                  /* qp for current macroblock: precise float for AQ */
  90     float qpa_rc;               /* average of macroblocks' qp before aq */
  91     float qpa_aq;               /* average of macroblocks' qp after aq */
  92     float qp_novbv;             /* QP for the current frame if 1-pass VBV was disabled. */
  93     int qp_force;
  94
  95     /* VBV stuff */
  96     double buffer_size;
  97     int64_t buffer_fill_final;
  98     double buffer_fill;         /* planned buffer, if all in-progress frames hit their bit budget */
  99     double buffer_rate;         /* # of bits added to buffer_fill after each frame */
 100     double vbv_max_rate;        /* # of bits added to buffer_fill per second */
 101     predictor_t *pred;          /* predict frame size from satd */
 102     int single_frame_vbv;
 103     double rate_factor_max_increment; /* Don't allow RF above (CRF + this value). */
 104
 105     /* ABR stuff */
 106     int    last_satd;
 107     double last_rceq;
 108     double cplxr_sum;           /* sum of bits*qscale/rceq */
 109     double expected_bits_sum;   /* sum of qscale2bits after rceq, ratefactor, and overflow, only includes finished frames */
 110     int64_t filler_bits_sum;    /* sum in bits of finished frames' filler data */
 111     double wanted_bits_window;  /* target bitrate * window */
 112     double cbr_decay;
 113     double short_term_cplxsum;
 114     double short_term_cplxcount;
 115     double rate_factor_constant;
 116     double ip_offset;
 117     double pb_offset;
 118
 119     /* 2pass stuff */
 120     FILE *p_stat_file_out;
 121     char *psz_stat_file_tmpname;
 122     FILE *p_mbtree_stat_file_out;
 123     char *psz_mbtree_stat_file_tmpname;
 124     char *psz_mbtree_stat_file_name;
 125     FILE *p_mbtree_stat_file_in;
 126
 127     int num_entries;            /* number of ratecontrol_entry_ts */
 128     ratecontrol_entry_t *entry; /* FIXME: copy needed data and free this once init is done */
 129     double last_qscale;
 130     double last_qscale_for[3];  /* last qscale for a specific pict type, used for max_diff & ipb factor stuff */
 131     int last_non_b_pict_type;
 132     double accum_p_qp;          /* for determining I-frame quant */
 133     double accum_p_norm;
 134     double last_accum_p_norm;
 135     double lmin[3];             /* min qscale by frame type */
 136     double lmax[3];
 137     double lstep;               /* max change (multiply) in qscale per frame */
 138     uint16_t *qp_buffer[2];     /* Global buffers for converting MB-tree quantizer data. */
 139     int qpbuf_pos;              /* In order to handle pyramid reordering, QP buffer acts as a stack.
 140                                  * This value is the current position (0 or 1). */
 141
 142     /* MBRC stuff */
 143     float frame_size_estimated; /* Access to this variable must be atomic: double is
 144                                  * not atomic on all arches we care about */
 145     double frame_size_maximum;  /* Maximum frame size due to MinCR */
 146     double frame_size_planned;
 147     double slice_size_planned;
 148     predictor_t (*row_pred)[2];
 149     predictor_t row_preds[3][2];
 150     predictor_t *pred_b_from_p; /* predict B-frame size from P-frame satd */
 151     int bframes;                /* # consecutive B-frames before this P-frame */
 152     int bframe_bits;            /* total cost of those frames */
 153
 154     int i_zones;
 155     x264_zone_t *zones;
 156     x264_zone_t *prev_zone;
 157
 158     /* hrd stuff */
 159     int initial_cpb_removal_delay;
 160     int initial_cpb_removal_delay_offset;
 161     double nrt_first_access_unit; /* nominal removal time */
 162     double previous_cpb_final_arrival_time;
 163     uint64_t hrd_multiply_denom;
 164 };
 165
 166
 167 static int parse_zones( x264_t *h );
 168 static int init_pass2(x264_t *);
 169 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h );
 170 static int update_vbv( x264_t *h, int bits );
 171 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead );
 172 static double predict_size( predictor_t *p, double q, double var );
 173 static void update_predictor( predictor_t *p, double q, double var, double bits );
 174
 175 #define CMP_OPT_FIRST_PASS( opt, param_val )\
 176 {\
 177     if( ( p = strstr( opts, opt "=" ) ) && sscanf( p, opt "=%d" , &i ) && param_val != i )\
 178     {\
 179         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different " opt " setting than first pass (%d vs %d)\n", param_val, i );\
 180         return -1;\
 181     }\
 182 }
 183
 184 /* Terminology:
 185  * qp = h.264's quantizer
 186  * qscale = linearized quantizer = Lagrange multiplier
 187  */
 188 static inline double qp2qscale( double qp )
 189 {
 190     return 0.85 * pow( 2.0, ( qp - 12.0 ) / 6.0 );
 191 }
 192 static inline double qscale2qp( double qscale )
 193 {
 194     return 12.0 + 6.0 * log2( qscale/0.85 );
 195 }
 196
 197 /* Texture bitrate is not quite inversely proportional to qscale,
 198  * probably due the the changing number of SKIP blocks.
 199  * MV bits level off at about qp<=12, because the lambda used
 200  * for motion estimation is constant there. */
 201 static inline double qscale2bits( ratecontrol_entry_t *rce, double qscale )
 202 {
 203     if( qscale<0.1 )
 204         qscale = 0.1;
 205     return (rce->tex_bits + .1) * pow( rce->qscale / qscale, 1.1 )
 206            + rce->mv_bits * pow( X264_MAX(rce->qscale, 1) / X264_MAX(qscale, 1), 0.5 )
 207            + rce->misc_bits;
 208 }
 209
 210 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_var( uint64_t sum_ssd, int shift, x264_frame_t *frame, int i )
 211 {
 212     uint32_t sum = sum_ssd;
 213     uint32_t ssd = sum_ssd >> 32;
 214     frame->i_pixel_sum[i] += sum;
 215     frame->i_pixel_ssd[i] += ssd;
 216     return ssd - ((uint64_t)sum * sum >> shift);
 217 }
 218
 219 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_plane( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame, int i )
 220 {
 221     int w = i ? 8 : 16;
 222     int stride = frame->i_stride[i];
 223     int offset = h->mb.b_interlaced
 224         ? 16 * mb_x + w * (mb_y&~1) * stride + (mb_y&1) * stride
 225         : 16 * mb_x + w * mb_y * stride;
 226     stride <<= h->mb.b_interlaced;
 227     if( i )
 228     {
 229         ALIGNED_ARRAY_16( pixel, pix,[FENC_STRIDE*8] );
 230         h->mc.load_deinterleave_8x8x2_fenc( pix, frame->plane[1] + offset, stride );
 231         return ac_energy_var( h->pixf.var[PIXEL_8x8]( pix, FENC_STRIDE ), 6, frame, i )
 232              + ac_energy_var( h->pixf.var[PIXEL_8x8]( pix+FENC_STRIDE/2, FENC_STRIDE ), 6, frame, i );
 233     }
 234     else
 235         return ac_energy_var( h->pixf.var[PIXEL_16x16]( frame->plane[0] + offset, stride ), 8, frame, i );
 236 }
 237
 238 // Find the total AC energy of the block in all planes.
 239 static NOINLINE uint32_t x264_ac_energy_mb( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame )
 240 {
 241     /* This function contains annoying hacks because GCC has a habit of reordering emms
 242      * and putting it after floating point ops.  As a result, we put the emms at the end of the
 243      * function and make sure that its always called before the float math.  Noinline makes
 244      * sure no reordering goes on. */
 245     uint32_t var = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0 );
 246     var         += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1 );
 247     x264_emms();
 248     return var;
 249 }
 250
 251 void x264_adaptive_quant_frame( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 252 {
 253     /* constants chosen to result in approximately the same overall bitrate as without AQ.
 254      * FIXME: while they're written in 5 significant digits, they're only tuned to 2. */
 255     float strength;
 256     float avg_adj = 0.f;
 257     /* Initialize frame stats */
 258     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 259     {
 260         frame->i_pixel_sum[i] = 0;
 261         frame->i_pixel_ssd[i] = 0;
 262     }
 263
 264     /* Degenerate cases */
 265     if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_NONE || h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 266     {
 267         /* Need to init it anyways for MB tree */
 268         if( h->param.rc.i_aq_mode && h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 269         {
 270             if( quant_offsets )
 271             {
 272                 for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 273                     frame->f_qp_offset[mb_xy] = frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = quant_offsets[mb_xy];
 274                 if( h->frames.b_have_lowres )
 275                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 276                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8( frame->f_qp_offset[mb_xy] );
 277             }
 278             else
 279             {
 280                 memset( frame->f_qp_offset, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 281                 memset( frame->f_qp_offset_aq, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 282                 if( h->frames.b_have_lowres )
 283                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 284                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = 256;
 285             }
 286         }
 287         /* Need variance data for weighted prediction */
 288         if( h->param.analyse.i_weighted_pred == X264_WEIGHTP_FAKE || h->param.analyse.i_weighted_pred == X264_WEIGHTP_SMART )
 289         {
 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                     x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 293         }
 294         else
 295             return;
 296     }
 297     /* Actual adaptive quantization */
 298     else
 299     {
 300         if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 301         {
 302             float bit_depth_correction = powf(1 << (BIT_DEPTH-8), 0.5f);
 303             float avg_adj_pow2 = 0.f;
 304             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 305                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 306                 {
 307                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 308                     float qp_adj = powf( energy + 1, 0.125f );
 309                     frame->f_qp_offset[mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride] = qp_adj;
 310                     avg_adj += qp_adj;
 311                     avg_adj_pow2 += qp_adj * qp_adj;
 312                 }
 313             avg_adj /= h->mb.i_mb_count;
 314             avg_adj_pow2 /= h->mb.i_mb_count;
 315             strength = h->param.rc.f_aq_strength * avg_adj / bit_depth_correction;
 316             avg_adj = avg_adj - 0.5f * (avg_adj_pow2 - (14.f * bit_depth_correction)) / avg_adj;
 317         }
 318         else
 319             strength = h->param.rc.f_aq_strength * 1.0397f;
 320
 321         for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 322             for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 323             {
 324                 float qp_adj;
 325                 int mb_xy = mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride;
 326                 if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 327                 {
 328                     qp_adj = frame->f_qp_offset[mb_xy];
 329                     qp_adj = strength * (qp_adj - avg_adj);
 330                 }
 331                 else
 332                 {
 333                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 334                     qp_adj = strength * (x264_log2( X264_MAX(energy, 1) ) - (14.427f + 2*(BIT_DEPTH-8)));
 335                 }
 336                 if( quant_offsets )
 337                     qp_adj += quant_offsets[mb_xy];
 338                 frame->f_qp_offset[mb_xy] =
 339                 frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = qp_adj;
 340                 if( h->frames.b_have_lowres )
 341                     frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8(qp_adj);
 342             }
 343     }
 344
 345     /* Remove mean from SSD calculation */
 346     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 347     {
 348         uint64_t ssd = frame->i_pixel_ssd[i];
 349         uint64_t sum = frame->i_pixel_sum[i];
 350         int width = h->mb.i_mb_width*16>>!!i;
 351         int height = h->mb.i_mb_height*16>>!!i;
 352         frame->i_pixel_ssd[i] = ssd - (sum * sum + width * height / 2) / (width * height);
 353     }
 354 }
 355
 356 int x264_macroblock_tree_read( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 357 {
 358     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 359     uint8_t i_type_actual = rc->entry[frame->i_frame].pict_type;
 360
 361     if( rc->entry[frame->i_frame].kept_as_ref )
 362     {
 363         uint8_t i_type;
 364         if( rc->qpbuf_pos < 0 )
 365         {
 366             do
 367             {
 368                 rc->qpbuf_pos++;
 369
 370                 if( !fread( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_in ) )
 371                     goto fail;
 372                 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 )
 373                     goto fail;
 374
 375                 if( i_type != i_type_actual && rc->qpbuf_pos == 1 )
 376                 {
 377                     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree frametype %d doesn't match actual frametype %d.\n", i_type, i_type_actual);
 378                     return -1;
 379                 }
 380             } while( i_type != i_type_actual );
 381         }
 382
 383         for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
 384         {
 385             frame->f_qp_offset[i] = ((float)(int16_t)endian_fix16( rc->qp_buffer[rc->qpbuf_pos][i] )) * (1/256.0);
 386             if( h->frames.b_have_lowres )
 387                 frame->i_inv_qscale_factor[i] = x264_exp2fix8(frame->f_qp_offset[i]);
 388         }
 389         rc->qpbuf_pos--;
 390     }
 391     else
 392         x264_stack_align( x264_adaptive_quant_frame, h, frame, quant_offsets );
 393     return 0;
 394 fail:
 395     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "Incomplete MB-tree stats file.\n");
 396     return -1;
 397 }
 398
 399 int x264_reference_build_list_optimal( x264_t *h )
 400 {
 401     ratecontrol_entry_t *rce = h->rc->rce;
 402     x264_frame_t *frames[16];
 403     x264_weight_t weights[16][3];
 404     int refcount[16];
 405
 406     if( rce->refs != h->i_ref0 )
 407         return -1;
 408
 409     memcpy( frames, h->fref0, sizeof(frames) );
 410     memcpy( refcount, rce->refcount, sizeof(refcount) );
 411     memcpy( weights, h->fenc->weight, sizeof(weights) );
 412     memset( &h->fenc->weight[1][0], 0, sizeof(x264_weight_t[15][3]) );
 413
 414     /* For now don't reorder ref 0; it seems to lower quality
 415        in most cases due to skips. */
 416     for( int ref = 1; ref < h->i_ref0; ref++ )
 417     {
 418         int max = -1;
 419         int bestref = 1;
 420
 421         for( int i = 1; i < h->i_ref0; i++ )
 422             /* Favor lower POC as a tiebreaker. */
 423             COPY2_IF_GT( max, refcount[i], bestref, i );
 424
 425         /* FIXME: If there are duplicates from frames other than ref0 then it is possible
 426          * that the optimal ordering doesnt place every duplicate. */
 427
 428         refcount[bestref] = -1;
 429         h->fref0[ref] = frames[bestref];
 430         memcpy( h->fenc->weight[ref], weights[bestref], sizeof(weights[bestref]) );
 431     }
 432
 433     return 0;
 434 }
 435
 436 static char *x264_strcat_filename( char *input, char *suffix )
 437 {
 438     char *output = x264_malloc( strlen( input ) + strlen( suffix ) + 1 );
 439     if( !output )
 440         return NULL;
 441     strcpy( output, input );
 442     strcat( output, suffix );
 443     return output;
 444 }
 445
 446 void x264_ratecontrol_init_reconfigurable( x264_t *h, int b_init )
 447 {
 448     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 449     if( !b_init && rc->b_2pass )
 450         return;
 451
 452     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
 453     {
 454         /* Arbitrary rescaling to make CRF somewhat similar to QP.
 455          * Try to compensate for MB-tree's effects as well. */
 456         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
 457         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
 458         rc->rate_factor_constant = pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
 459                                  / qp2qscale( h->param.rc.f_rf_constant + mbtree_offset );
 460     }
 461
 462     if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate > 0 && h->param.rc.i_vbv_buffer_size > 0 )
 463     {
 464         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size < (int)(h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps) )
 465         {
 466             h->param.rc.i_vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps;
 467             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV buffer size cannot be smaller than one frame, using %d kbit\n",
 468                       h->param.rc.i_vbv_buffer_size );
 469         }
 470
 471         /* We don't support changing the ABR bitrate right now,
 472            so if the stream starts as CBR, keep it CBR. */
 473         if( rc->b_vbv_min_rate )
 474             h->param.rc.i_vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_bitrate;
 475
 476         int vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_buffer_size * 1000;
 477         int vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate * 1000;
 478
 479         /* Init HRD */
 480         h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled = vbv_max_bitrate;
 481         h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled = vbv_buffer_size;
 482         if( h->param.i_nal_hrd && b_init )
 483         {
 484             h->sps->vui.hrd.i_cpb_cnt = 1;
 485             h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd = h->param.i_nal_hrd == X264_NAL_HRD_CBR;
 486             h->sps->vui.hrd.i_time_offset_length = 0;
 487
 488             #define BR_SHIFT  6
 489             #define CPB_SHIFT 4
 490
 491             int bitrate = 1000*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate;
 492             int bufsize = 1000*h->param.rc.i_vbv_buffer_size;
 493
 494             // normalize HRD size and rate to the value / scale notation
 495             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale = x264_clip3( x264_ctz( bitrate ) - BR_SHIFT, 0, 15 );
 496             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_value = bitrate >> ( h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale + BR_SHIFT );
 497             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 );
 498             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale = x264_clip3( x264_ctz( bufsize ) - CPB_SHIFT, 0, 15 );
 499             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_value = bufsize >> ( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale + CPB_SHIFT );
 500             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 );
 501
 502             #undef CPB_SHIFT
 503             #undef BR_SHIFT
 504
 505             // arbitrary
 506             #define MAX_DURATION 0.5
 507
 508             int max_cpb_output_delay = X264_MIN( h->param.i_keyint_max * MAX_DURATION * h->sps->vui.i_time_scale / h->sps->vui.i_num_units_in_tick, INT_MAX );
 509             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;
 510             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);
 511
 512             h->sps->vui.hrd.i_initial_cpb_removal_delay_length = 2 + x264_clip3( 32 - x264_clz( max_delay ), 4, 22 );
 513             h->sps->vui.hrd.i_cpb_removal_delay_length = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_cpb_output_delay ), 4, 31 );
 514             h->sps->vui.hrd.i_dpb_output_delay_length  = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_dpb_output_delay ), 4, 31 );
 515
 516             #undef MAX_DURATION
 517
 518             vbv_buffer_size = h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled;
 519             vbv_max_bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
 520         }
 521         else if( h->param.i_nal_hrd && !b_init )
 522         {
 523             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV parameters cannot be changed when NAL HRD is in use\n" );
 524             return;
 525         }
 526
 527         rc->buffer_rate = vbv_max_bitrate / rc->fps;
 528         rc->vbv_max_rate = vbv_max_bitrate;
 529         rc->buffer_size = vbv_buffer_size;
 530         rc->single_frame_vbv = rc->buffer_rate * 1.1 > rc->buffer_size;
 531         rc->cbr_decay = 1.0 - rc->buffer_rate / rc->buffer_size
 532                       * 0.5 * X264_MAX(0, 1.5 - rc->buffer_rate * rc->fps / rc->bitrate);
 533         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.f_rf_constant_max )
 534         {
 535             rc->rate_factor_max_increment = h->param.rc.f_rf_constant_max - h->param.rc.f_rf_constant;
 536             if( rc->rate_factor_max_increment <= 0 )
 537             {
 538                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CRF max must be greater than CRF\n" );
 539                 rc->rate_factor_max_increment = 0;
 540             }
 541         }
 542         if( b_init )
 543         {
 544             if( h->param.rc.f_vbv_buffer_init > 1. )
 545                 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 );
 546             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);
 547             rc->buffer_fill_final = rc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init * h->sps->vui.i_time_scale;
 548             rc->b_vbv = 1;
 549             rc->b_vbv_min_rate = !rc->b_2pass
 550                           && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR
 551                           && h->param.rc.i_vbv_max_bitrate <= h->param.rc.i_bitrate;
 552         }
 553     }
 554 }
 555
 556 int x264_ratecontrol_new( x264_t *h )
 557 {
 558     x264_ratecontrol_t *rc;
 559
 560     x264_emms();
 561
 562     CHECKED_MALLOCZERO( h->rc, h->param.i_threads * sizeof(x264_ratecontrol_t) );
 563     rc = h->rc;
 564
 565     rc->b_abr = h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CQP && !h->param.rc.b_stat_read;
 566     rc->b_2pass = h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && h->param.rc.b_stat_read;
 567
 568     /* FIXME: use integers */
 569     if( h->param.i_fps_num > 0 && h->param.i_fps_den > 0 )
 570         rc->fps = (float) h->param.i_fps_num / h->param.i_fps_den;
 571     else
 572         rc->fps = 25.0;
 573
 574     if( h->param.rc.b_mb_tree )
 575     {
 576         h->param.rc.f_pb_factor = 1;
 577         rc->qcompress = 1;
 578     }
 579     else
 580         rc->qcompress = h->param.rc.f_qcompress;
 581
 582     rc->bitrate = h->param.rc.i_bitrate * 1000.;
 583     rc->rate_tolerance = h->param.rc.f_rate_tolerance;
 584     rc->nmb = h->mb.i_mb_count;
 585     rc->last_non_b_pict_type = -1;
 586     rc->cbr_decay = 1.0;
 587
 588     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.b_stat_read )
 589     {
 590         x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "constant rate-factor is incompatible with 2pass.\n");
 591         return -1;
 592     }
 593
 594     x264_ratecontrol_init_reconfigurable( h, 1 );
 595
 596     if( h->param.i_nal_hrd )
 597     {
 598         uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
 599         uint64_t num = 180000;
 600         x264_reduce_fraction64( &num, &denom );
 601         rc->hrd_multiply_denom = 180000 / num;
 602
 603         double bits_required = log2( 180000 / rc->hrd_multiply_denom )
 604                              + log2( h->sps->vui.i_time_scale )
 605                              + log2( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled );
 606         if( bits_required >= 63 )
 607         {
 608             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "HRD with very large timescale and bufsize not supported\n" );
 609             return -1;
 610         }
 611     }
 612
 613     if( rc->rate_tolerance < 0.01 )
 614     {
 615         x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "bitrate tolerance too small, using .01\n");
 616         rc->rate_tolerance = 0.01;
 617     }
 618
 619     h->mb.b_variable_qp = rc->b_vbv || h->param.rc.i_aq_mode;
 620
 621     if( rc->b_abr )
 622     {
 623         /* FIXME ABR_INIT_QP is actually used only in CRF */
 624 #define ABR_INIT_QP ( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF ? h->param.rc.f_rf_constant : 24 )
 625         rc->accum_p_norm = .01;
 626         rc->accum_p_qp = ABR_INIT_QP * rc->accum_p_norm;
 627         /* estimated ratio that produces a reasonable QP for the first I-frame */
 628         rc->cplxr_sum = .01 * pow( 7.0e5, rc->qcompress ) * pow( h->mb.i_mb_count, 0.5 );
 629         rc->wanted_bits_window = 1.0 * rc->bitrate / rc->fps;
 630         rc->last_non_b_pict_type = SLICE_TYPE_I;
 631     }
 632
 633     rc->ip_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_ip_factor );
 634     rc->pb_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_pb_factor );
 635     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = h->param.rc.i_qp_constant;
 636     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant - rc->ip_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
 637     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant + rc->pb_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
 638     h->mb.ip_offset = rc->ip_offset + 0.5;
 639
 640     rc->lstep = pow( 2, h->param.rc.i_qp_step / 6.0 );
 641     rc->last_qscale = qp2qscale( 26 );
 642     int num_preds = h->param.b_sliced_threads * h->param.i_threads + 1;
 643     CHECKED_MALLOC( rc->pred, 5 * sizeof(predictor_t) * num_preds );
 644     CHECKED_MALLOC( rc->pred_b_from_p, sizeof(predictor_t) );
 645     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 646     {
 647         rc->last_qscale_for[i] = qp2qscale( ABR_INIT_QP );
 648         rc->lmin[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
 649         rc->lmax[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
 650         for( int j = 0; j < num_preds; j++ )
 651         {
 652             rc->pred[i+j*5].coeff= 2.0;
 653             rc->pred[i+j*5].count= 1.0;
 654             rc->pred[i+j*5].decay= 0.5;
 655             rc->pred[i+j*5].offset= 0.0;
 656         }
 657         for( int j = 0; j < 2; j++ )
 658         {
 659             rc->row_preds[i][j].coeff= .25;
 660             rc->row_preds[i][j].count= 1.0;
 661             rc->row_preds[i][j].decay= 0.5;
 662             rc->row_preds[i][j].offset= 0.0;
 663         }
 664     }
 665     *rc->pred_b_from_p = rc->pred[0];
 666
 667     if( parse_zones( h ) < 0 )
 668     {
 669         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to parse zones\n" );
 670         return -1;
 671     }
 672
 673     /* Load stat file and init 2pass algo */
 674     if( h->param.rc.b_stat_read )
 675     {
 676         char *p, *stats_in, *stats_buf;
 677
 678         /* read 1st pass stats */
 679         assert( h->param.rc.psz_stat_in );
 680         stats_buf = stats_in = x264_slurp_file( h->param.rc.psz_stat_in );
 681         if( !stats_buf )
 682         {
 683             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n");
 684             return -1;
 685         }
 686         if( h->param.rc.b_mb_tree )
 687         {
 688             char *mbtree_stats_in = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_in, ".mbtree" );
 689             if( !mbtree_stats_in )
 690                 return -1;
 691             rc->p_mbtree_stat_file_in = fopen( mbtree_stats_in, "rb" );
 692             x264_free( mbtree_stats_in );
 693             if( !rc->p_mbtree_stat_file_in )
 694             {
 695                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n");
 696                 return -1;
 697             }
 698         }
 699
 700         /* check whether 1st pass options were compatible with current options */
 701         if( !strncmp( stats_buf, "#options:", 9 ) )
 702         {
 703             int i, j;
 704             uint32_t k, l;
 705             char *opts = stats_buf;
 706             stats_in = strchr( stats_buf, '\n' );
 707             if( !stats_in )
 708                 return -1;
 709             *stats_in = '\0';
 710             stats_in++;
 711             if( sscanf( opts, "#options: %dx%d", &i, &j ) != 2 )
 712             {
 713                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "resolution specified in stats file not valid\n" );
 714                 return -1;
 715             }
 716             else if( h->param.rc.b_mb_tree && (i != h->param.i_width || j != h->param.i_height)  )
 717             {
 718                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree doesn't support different resolution than 1st pass (%dx%d vs %dx%d)\n",
 719                           h->param.i_width, h->param.i_height, i, j );
 720                 return -1;
 721             }
 722
 723             if( ( p = strstr( opts, "timebase=" ) ) && sscanf( p, "timebase=%u/%u", &k, &l ) != 2 )
 724             {
 725                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase specified in stats file not valid\n" );
 726                 return -1;
 727             }
 728             if( k != h->param.i_timebase_num || l != h->param.i_timebase_den )
 729             {
 730                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase mismatch with 1st pass (%u/%u vs %u/%u)\n",
 731                           h->param.i_timebase_num, h->param.i_timebase_den, k, l );
 732                 return -1;
 733             }
 734
 735             CMP_OPT_FIRST_PASS( "weightp", X264_MAX( 0, h->param.analyse.i_weighted_pred ) );
 736             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bframes", h->param.i_bframe );
 737             CMP_OPT_FIRST_PASS( "b_pyramid", h->param.i_bframe_pyramid );
 738             CMP_OPT_FIRST_PASS( "intra_refresh", h->param.b_intra_refresh );
 739             CMP_OPT_FIRST_PASS( "open_gop", h->param.i_open_gop );
 740
 741             if( (p = strstr( opts, "keyint=" )) )
 742             {
 743                 p += 7;
 744                 char buf[13] = "infinite ";
 745                 if( h->param.i_keyint_max != X264_KEYINT_MAX_INFINITE )
 746                     sprintf( buf, "%d ", h->param.i_keyint_max );
 747                 if( strncmp( p, buf, strlen(buf) ) )
 748                 {
 749                     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different keyint setting than first pass (%.*s vs %.*s)\n",
 750                               strlen(buf)-1, buf, strcspn(p, " "), p );
 751                     return -1;
 752                 }
 753             }
 754
 755             if( strstr( opts, "qp=0" ) && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
 756                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "1st pass was lossless, bitrate prediction will be inaccurate\n" );
 757
 758             if( !strstr( opts, "direct=3" ) && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
 759             {
 760                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "direct=auto not used on the first pass\n" );
 761                 h->mb.b_direct_auto_write = 1;
 762             }
 763
 764             if( ( p = strstr( opts, "b_adapt=" ) ) && sscanf( p, "b_adapt=%d", &i ) && i >= X264_B_ADAPT_NONE && i <= X264_B_ADAPT_TRELLIS )
 765                 h->param.i_bframe_adaptive = i;
 766             else if( h->param.i_bframe )
 767             {
 768                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "b_adapt method specified in stats file not valid\n" );
 769                 return -1;
 770             }
 771
 772             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 ) )
 773                 h->param.rc.i_lookahead = i;
 774         }
 775
 776         /* find number of pics */
 777         p = stats_in;
 778         int num_entries;
 779         for( num_entries = -1; p; num_entries++ )
 780             p = strchr( p + 1, ';' );
 781         if( !num_entries )
 782         {
 783             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "empty stats file\n");
 784             return -1;
 785         }
 786         rc->num_entries = num_entries;
 787
 788         if( h->param.i_frame_total < rc->num_entries && h->param.i_frame_total > 0 )
 789         {
 790             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "2nd pass has fewer frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
 791                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
 792         }
 793         if( h->param.i_frame_total > rc->num_entries )
 794         {
 795             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
 796                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
 797             return -1;
 798         }
 799
 800         CHECKED_MALLOCZERO( rc->entry, rc->num_entries * sizeof(ratecontrol_entry_t) );
 801
 802         /* init all to skipped p frames */
 803         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
 804         {
 805             ratecontrol_entry_t *rce = &rc->entry[i];
 806             rce->pict_type = SLICE_TYPE_P;
 807             rce->qscale = rce->new_qscale = qp2qscale( 20 );
 808             rce->misc_bits = rc->nmb + 10;
 809             rce->new_qp = 0;
 810         }
 811
 812         /* read stats */
 813         p = stats_in;
 814         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
 815         {
 816             ratecontrol_entry_t *rce;
 817             int frame_number;
 818             char pict_type;
 819             int e;
 820             char *next;
 821             float qp;
 822             int ref;
 823
 824             next= strchr(p, ';');
 825             if( next )
 826                 *next++ = 0; //sscanf is unbelievably slow on long strings
 827             e = sscanf( p, " in:%d ", &frame_number );
 828
 829             if( frame_number < 0 || frame_number >= rc->num_entries )
 830             {
 831                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad frame number (%d) at stats line %d\n", frame_number, i );
 832                 return -1;
 833             }
 834             rce = &rc->entry[frame_number];
 835             rce->direct_mode = 0;
 836
 837             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",
 838                    &pict_type, &rce->i_duration, &rce->i_cpb_duration, &qp, &rce->tex_bits,
 839                    &rce->mv_bits, &rce->misc_bits, &rce->i_count, &rce->p_count,
 840                    &rce->s_count, &rce->direct_mode );
 841
 842             p = strstr( p, "ref:" );
 843             if( !p )
 844                 goto parse_error;
 845             p += 4;
 846             for( ref = 0; ref < 16; ref++ )
 847             {
 848                 if( sscanf( p, " %d", &rce->refcount[ref] ) != 1 )
 849                     break;
 850                 p = strchr( p+1, ' ' );
 851                 if( !p )
 852                     goto parse_error;
 853             }
 854             rce->refs = ref;
 855
 856             /* find weights */
 857             rce->i_weight_denom = -1;
 858             char *w = strchr( p, 'w' );
 859             if( w )
 860                 if( sscanf( w, "w:%hd,%hd,%hd", &rce->i_weight_denom, &rce->weight[0], &rce->weight[1] ) != 3 )
 861                     rce->i_weight_denom = -1;
 862
 863             if( pict_type != 'b' )
 864                 rce->kept_as_ref = 1;
 865             switch( pict_type )
 866             {
 867                 case 'I':
 868                     rce->frame_type = X264_TYPE_IDR;
 869                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
 870                     break;
 871                 case 'i':
 872                     rce->frame_type = X264_TYPE_I;
 873                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
 874                     break;
 875                 case 'P':
 876                     rce->frame_type = X264_TYPE_P;
 877                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_P;
 878                     break;
 879                 case 'B':
 880                     rce->frame_type = X264_TYPE_BREF;
 881                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
 882                     break;
 883                 case 'b':
 884                     rce->frame_type = X264_TYPE_B;
 885                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
 886                     break;
 887                 default:  e = -1; break;
 888             }
 889             if( e < 12 )
 890             {
 891 parse_error:
 892                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "statistics are damaged at line %d, parser out=%d\n", i, e );
 893                 return -1;
 894             }
 895             rce->qscale = qp2qscale( qp );
 896             p = next;
 897         }
 898
 899         x264_free( stats_buf );
 900
 901         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
 902         {
 903             if( init_pass2( h ) < 0 )
 904                 return -1;
 905         } /* else we're using constant quant, so no need to run the bitrate allocation */
 906     }
 907
 908     /* Open output file */
 909     /* If input and output files are the same, output to a temp file
 910      * and move it to the real name only when it's complete */
 911     if( h->param.rc.b_stat_write )
 912     {
 913         char *p;
 914         rc->psz_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".temp" );
 915         if( !rc->psz_stat_file_tmpname )
 916             return -1;
 917
 918         rc->p_stat_file_out = fopen( rc->psz_stat_file_tmpname, "wb" );
 919         if( rc->p_stat_file_out == NULL )
 920         {
 921             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n");
 922             return -1;
 923         }
 924
 925         p = x264_param2string( &h->param, 1 );
 926         if( p )
 927             fprintf( rc->p_stat_file_out, "#options: %s\n", p );
 928         x264_free( p );
 929         if( h->param.rc.b_mb_tree && !h->param.rc.b_stat_read )
 930         {
 931             rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree.temp" );
 932             rc->psz_mbtree_stat_file_name = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree" );
 933             if( !rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname || !rc->psz_mbtree_stat_file_name )
 934                 return -1;
 935
 936             rc->p_mbtree_stat_file_out = fopen( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, "wb" );
 937             if( rc->p_mbtree_stat_file_out == NULL )
 938             {
 939                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n");
 940                 return -1;
 941             }
 942         }
 943     }
 944
 945     if( h->param.rc.b_mb_tree && (h->param.rc.b_stat_read || h->param.rc.b_stat_write) )
 946     {
 947         CHECKED_MALLOC( rc->qp_buffer[0], h->mb.i_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 948         if( h->param.i_bframe_pyramid && h->param.rc.b_stat_read )
 949             CHECKED_MALLOC( rc->qp_buffer[1], h->mb.i_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 950         rc->qpbuf_pos = -1;
 951     }
 952
 953     for( int i = 0; i<h->param.i_threads; i++ )
 954     {
 955         h->thread[i]->rc = rc+i;
 956         if( i )
 957         {
 958             rc[i] = rc[0];
 959             h->thread[i]->param = h->param;
 960             h->thread[i]->mb.b_variable_qp = h->mb.b_variable_qp;
 961         }
 962     }
 963
 964     return 0;
 965 fail:
 966     return -1;
 967 }
 968
 969 static int parse_zone( x264_t *h, x264_zone_t *z, char *p )
 970 {
 971     int len = 0;
 972     char *tok, UNUSED *saveptr=NULL;
 973     z->param = NULL;
 974     z->f_bitrate_factor = 1;
 975     if( 3 <= sscanf(p, "%u,%u,q=%u%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->i_qp, &len) )
 976         z->b_force_qp = 1;
 977     else if( 3 <= sscanf(p, "%u,%u,b=%f%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->f_bitrate_factor, &len) )
 978         z->b_force_qp = 0;
 979     else if( 2 <= sscanf(p, "%u,%u%n", &z->i_start, &z->i_end, &len) )
 980         z->b_force_qp = 0;
 981     else
 982     {
 983         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: \"%s\"\n", p );
 984         return -1;
 985     }
 986     p += len;
 987     if( !*p )
 988         return 0;
 989     CHECKED_MALLOC( z->param, sizeof(x264_param_t) );
 990     memcpy( z->param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
 991     z->param->param_free = x264_free;
 992     while( (tok = strtok_r( p, ",", &saveptr )) )
 993     {
 994         char *val = strchr( tok, '=' );
 995         if( val )
 996         {
 997             *val = '\0';
 998             val++;
 999         }
1000         if( x264_param_parse( z->param, tok, val ) )
1001         {
1002             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone param: %s = %s\n", tok, val );
1003             return -1;
1004         }
1005         p = NULL;
1006     }
1007     return 0;
1008 fail:
1009     return -1;
1010 }
1011
1012 static int parse_zones( x264_t *h )
1013 {
1014     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1015     if( h->param.rc.psz_zones && !h->param.rc.i_zones )
1016     {
1017         char *psz_zones, *p;
1018         CHECKED_MALLOC( psz_zones, strlen( h->param.rc.psz_zones )+1 );
1019         strcpy( psz_zones, h->param.rc.psz_zones );
1020         h->param.rc.i_zones = 1;
1021         for( p = psz_zones; *p; p++ )
1022             h->param.rc.i_zones += (*p == '/');
1023         CHECKED_MALLOC( h->param.rc.zones, h->param.rc.i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1024         p = psz_zones;
1025         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1026         {
1027             int i_tok = strcspn( p, "/" );
1028             p[i_tok] = 0;
1029             if( parse_zone( h, &h->param.rc.zones[i], p ) )
1030                 return -1;
1031             p += i_tok + 1;
1032         }
1033         x264_free( psz_zones );
1034     }
1035
1036     if( h->param.rc.i_zones > 0 )
1037     {
1038         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1039         {
1040             x264_zone_t z = h->param.rc.zones[i];
1041             if( z.i_start < 0 || z.i_start > z.i_end )
1042             {
1043                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: start=%d end=%d\n",
1044                           z.i_start, z.i_end );
1045                 return -1;
1046             }
1047             else if( !z.b_force_qp && z.f_bitrate_factor <= 0 )
1048             {
1049                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: bitrate_factor=%f\n",
1050                           z.f_bitrate_factor );
1051                 return -1;
1052             }
1053         }
1054
1055         rc->i_zones = h->param.rc.i_zones + 1;
1056         CHECKED_MALLOC( rc->zones, rc->i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1057         memcpy( rc->zones+1, h->param.rc.zones, (rc->i_zones-1) * sizeof(x264_zone_t) );
1058
1059         // default zone to fall back to if none of the others match
1060         rc->zones[0].i_start = 0;
1061         rc->zones[0].i_end = INT_MAX;
1062         rc->zones[0].b_force_qp = 0;
1063         rc->zones[0].f_bitrate_factor = 1;
1064         CHECKED_MALLOC( rc->zones[0].param, sizeof(x264_param_t) );
1065         memcpy( rc->zones[0].param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
1066         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1067         {
1068             if( !rc->zones[i].param )
1069                 rc->zones[i].param = rc->zones[0].param;
1070         }
1071     }
1072
1073     return 0;
1074 fail:
1075     return -1;
1076 }
1077
1078 static x264_zone_t *get_zone( x264_t *h, int frame_num )
1079 {
1080     for( int i = h->rc->i_zones - 1; i >= 0; i-- )
1081     {
1082         x264_zone_t *z = &h->rc->zones[i];
1083         if( frame_num >= z->i_start && frame_num <= z->i_end )
1084             return z;
1085     }
1086     return NULL;
1087 }
1088
1089 void x264_ratecontrol_summary( x264_t *h )
1090 {
1091     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1092     if( rc->b_abr && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && rc->cbr_decay > .9999 )
1093     {
1094         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
1095         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
1096         x264_log( h, X264_LOG_INFO, "final ratefactor: %.2f\n",
1097                   qscale2qp( pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
1098                              * rc->cplxr_sum / rc->wanted_bits_window ) - mbtree_offset );
1099     }
1100 }
1101
1102 void x264_ratecontrol_delete( x264_t *h )
1103 {
1104     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1105     int b_regular_file;
1106
1107     if( rc->p_stat_file_out )
1108     {
1109         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_stat_file_out );
1110         fclose( rc->p_stat_file_out );
1111         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1112             if( rename( rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out ) != 0 )
1113             {
1114                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1115                           rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out );
1116             }
1117         x264_free( rc->psz_stat_file_tmpname );
1118     }
1119     if( rc->p_mbtree_stat_file_out )
1120     {
1121         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1122         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1123         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1124             if( rename( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name ) != 0 )
1125             {
1126                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1127                           rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1128             }
1129         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname );
1130         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1131     }
1132     if( rc->p_mbtree_stat_file_in )
1133         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_in );
1134     x264_free( rc->pred );
1135     x264_free( rc->pred_b_from_p );
1136     x264_free( rc->entry );
1137     x264_free( rc->qp_buffer[0] );
1138     x264_free( rc->qp_buffer[1] );
1139     if( rc->zones )
1140     {
1141         x264_free( rc->zones[0].param );
1142         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1143             if( rc->zones[i].param != rc->zones[0].param && rc->zones[i].param->param_free )
1144                 rc->zones[i].param->param_free( rc->zones[i].param );
1145         x264_free( rc->zones );
1146     }
1147     x264_free( rc );
1148 }
1149
1150 static void accum_p_qp_update( x264_t *h, float qp )
1151 {
1152     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1153     rc->accum_p_qp   *= .95;
1154     rc->accum_p_norm *= .95;
1155     rc->accum_p_norm += 1;
1156     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I )
1157         rc->accum_p_qp += qp + rc->ip_offset;
1158     else
1159         rc->accum_p_qp += qp;
1160 }
1161
1162 /* Before encoding a frame, choose a QP for it */
1163 void x264_ratecontrol_start( x264_t *h, int i_force_qp, int overhead )
1164 {
1165     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1166     ratecontrol_entry_t *rce = NULL;
1167     x264_zone_t *zone = get_zone( h, h->fenc->i_frame );
1168     float q;
1169
1170     x264_emms();
1171
1172     if( zone && (!rc->prev_zone || zone->param != rc->prev_zone->param) )
1173         x264_encoder_reconfig( h, zone->param );
1174     rc->prev_zone = zone;
1175
1176     rc->qp_force = i_force_qp;
1177
1178     if( h->param.rc.b_stat_read )
1179     {
1180         int frame = h->fenc->i_frame;
1181         assert( frame >= 0 && frame < rc->num_entries );
1182         rce = h->rc->rce = &h->rc->entry[frame];
1183
1184         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B
1185             && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
1186         {
1187             h->sh.b_direct_spatial_mv_pred = ( rce->direct_mode == 's' );
1188             h->mb.b_direct_auto_read = ( rce->direct_mode == 's' || rce->direct_mode == 't' );
1189         }
1190     }
1191
1192     if( rc->b_vbv )
1193     {
1194         memset( h->fdec->i_row_bits, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(int) );
1195         rc->row_pred = &rc->row_preds[h->sh.i_type];
1196         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;
1197         update_vbv_plan( h, overhead );
1198
1199         const x264_level_t *l = x264_levels;
1200         while( l->level_idc != 0 && l->level_idc != h->param.i_level_idc )
1201             l++;
1202
1203         int mincr = l->mincr;
1204
1205         /* Blu-ray requires this */
1206         if( l->level_idc == 41 && h->param.i_nal_hrd )
1207             mincr = 4;
1208
1209         /* High 10 doesn't require minCR, so just set the maximum to a large value. */
1210         if( h->sps->i_profile_idc == PROFILE_HIGH10 )
1211             rc->frame_size_maximum = 1e9;
1212         else
1213         {
1214             /* The spec has a bizarre special case for the first frame. */
1215             if( h->i_frame == 0 )
1216             {
1217                 //384 * ( Max( PicSizeInMbs, fR * MaxMBPS ) + MaxMBPS * ( tr( 0 ) - tr,n( 0 ) ) ) / MinCR
1218                 double fr = 1. / 172;
1219                 int pic_size_in_mbs = h->mb.i_mb_width * h->mb.i_mb_height;
1220                 rc->frame_size_maximum = 384 * BIT_DEPTH * X264_MAX( pic_size_in_mbs, fr*l->mbps ) / mincr;
1221             }
1222             else
1223             {
1224                 //384 * MaxMBPS * ( tr( n ) - tr( n - 1 ) ) / MinCR
1225                 rc->frame_size_maximum = 384 * BIT_DEPTH * ((double)h->fenc->i_cpb_duration * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale) * l->mbps / mincr;
1226             }
1227         }
1228     }
1229
1230     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1231         rc->bframes = h->fenc->i_bframes;
1232
1233     if( i_force_qp )
1234     {
1235         q = i_force_qp - 1;
1236     }
1237     else if( rc->b_abr )
1238     {
1239         q = qscale2qp( rate_estimate_qscale( h ) );
1240     }
1241     else if( rc->b_2pass )
1242     {
1243         rce->new_qscale = rate_estimate_qscale( h );
1244         q = qscale2qp( rce->new_qscale );
1245     }
1246     else /* CQP */
1247     {
1248         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B && h->fdec->b_kept_as_ref )
1249             q = ( rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_B ] + rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_P ] ) / 2;
1250         else
1251             q = rc->qp_constant[ h->sh.i_type ];
1252
1253         if( zone )
1254         {
1255             if( zone->b_force_qp )
1256                 q += zone->i_qp - rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P];
1257             else
1258                 q -= 6*log2f( zone->f_bitrate_factor );
1259         }
1260     }
1261
1262     q = x264_clip3f( q, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1263
1264     rc->qpa_rc =
1265     rc->qpa_aq = 0;
1266     rc->qp = x264_clip3( (int)(q + 0.5), 0, QP_MAX );
1267     h->fdec->f_qp_avg_rc =
1268     h->fdec->f_qp_avg_aq =
1269     rc->qpm = q;
1270     if( rce )
1271         rce->new_qp = rc->qp;
1272
1273     accum_p_qp_update( h, rc->qpm );
1274
1275     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1276         rc->last_non_b_pict_type = h->sh.i_type;
1277 }
1278
1279 static double predict_row_size( x264_t *h, int y, double qp )
1280 {
1281     /* average between two predictors:
1282      * absolute SATD, and scaled bit cost of the colocated row in the previous frame */
1283     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1284     double pred_s = predict_size( rc->row_pred[0], qp2qscale( qp ), h->fdec->i_row_satd[y] );
1285     double pred_t = 0;
1286     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I || qp >= h->fref0[0]->f_row_qp[y] )
1287     {
1288         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P
1289             && h->fref0[0]->i_type == h->fdec->i_type
1290             && h->fref0[0]->i_row_satd[y] > 0
1291             && (abs(h->fref0[0]->i_row_satd[y] - h->fdec->i_row_satd[y]) < h->fdec->i_row_satd[y]/2))
1292         {
1293             pred_t = h->fref0[0]->i_row_bits[y] * h->fdec->i_row_satd[y] / h->fref0[0]->i_row_satd[y]
1294                      * qp2qscale( h->fref0[0]->f_row_qp[y] ) / qp2qscale( qp );
1295         }
1296         if( pred_t == 0 )
1297             pred_t = pred_s;
1298         return (pred_s + pred_t) / 2;
1299     }
1300     /* Our QP is lower than the reference! */
1301     else
1302     {
1303         double pred_intra = predict_size( rc->row_pred[1], qp2qscale( qp ), h->fdec->i_row_satds[0][0][y] );
1304         /* Sum: better to overestimate than underestimate by using only one of the two predictors. */
1305         return pred_intra + pred_s;
1306     }
1307 }
1308
1309 static double row_bits_so_far( x264_t *h, int y )
1310 {
1311     double bits = 0;
1312     for( int i = h->i_threadslice_start; i <= y; i++ )
1313         bits += h->fdec->i_row_bits[i];
1314     return bits;
1315 }
1316
1317 static double predict_row_size_sum( x264_t *h, int y, double qp )
1318 {
1319     double bits = row_bits_so_far(h, y);
1320     for( int i = y+1; i < h->i_threadslice_end; i++ )
1321         bits += predict_row_size( h, i, qp );
1322     return bits;
1323 }
1324
1325
1326 void x264_ratecontrol_mb( x264_t *h, int bits )
1327 {
1328     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1329     const int y = h->mb.i_mb_y;
1330
1331     x264_emms();
1332
1333     h->fdec->i_row_bits[y] += bits;
1334     rc->qpa_rc += rc->qpm;
1335     rc->qpa_aq += h->mb.i_qp;
1336
1337     if( h->mb.i_mb_x != h->mb.i_mb_width - 1 || !rc->b_vbv )
1338         return;
1339
1340     h->fdec->f_row_qp[y] = rc->qpm;
1341
1342     update_predictor( rc->row_pred[0], qp2qscale( rc->qpm ), h->fdec->i_row_satd[y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1343     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && rc->qpm < h->fref0[0]->f_row_qp[y] )
1344         update_predictor( rc->row_pred[1], qp2qscale( rc->qpm ), h->fdec->i_row_satds[0][0][y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1345
1346     /* tweak quality based on difference from predicted size */
1347     if( y < h->i_threadslice_end-1 )
1348     {
1349         float prev_row_qp = h->fdec->f_row_qp[y];
1350         float qp_min = X264_MAX( prev_row_qp - h->param.rc.i_qp_step, h->param.rc.i_qp_min );
1351         float qp_absolute_max = h->param.rc.i_qp_max;
1352         if( rc->rate_factor_max_increment )
1353             qp_absolute_max = X264_MIN( qp_absolute_max, rc->qp_novbv + rc->rate_factor_max_increment );
1354         float qp_max = X264_MIN( prev_row_qp + h->param.rc.i_qp_step, qp_absolute_max );
1355         float step_size = 0.5;
1356
1357         /* B-frames shouldn't use lower QP than their reference frames. */
1358         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1359         {
1360             qp_min = X264_MAX( qp_min, X264_MAX( h->fref0[0]->f_row_qp[y+1], h->fref1[0]->f_row_qp[y+1] ) );
1361             rc->qpm = X264_MAX( rc->qpm, qp_min );
1362         }
1363
1364         float buffer_left_planned = rc->buffer_fill - rc->frame_size_planned;
1365         float slice_size_planned = h->param.b_sliced_threads ? rc->slice_size_planned : rc->frame_size_planned;
1366         float max_frame_error = X264_MAX( 0.05, 1.0 / (h->mb.i_mb_height) );
1367         float size_of_other_slices = 0;
1368         if( h->param.b_sliced_threads )
1369         {
1370             float size_of_other_slices_planned = 0;
1371             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1372                 if( h != h->thread[i] )
1373                 {
1374                     size_of_other_slices += h->thread[i]->rc->frame_size_estimated;
1375                     size_of_other_slices_planned += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
1376                 }
1377             float weight = rc->slice_size_planned / rc->frame_size_planned;
1378             size_of_other_slices = (size_of_other_slices - size_of_other_slices_planned) * weight + size_of_other_slices_planned;
1379         }
1380
1381         /* More threads means we have to be more cautious in letting ratecontrol use up extra bits. */
1382         float rc_tol = buffer_left_planned / h->param.i_threads * rc->rate_tolerance;
1383         int b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1384
1385         /* Don't modify the row QPs until a sufficent amount of the bits of the frame have been processed, in case a flat */
1386         /* area at the top of the frame was measured inaccurately. */
1387         if( row_bits_so_far( h, y ) < 0.05 * slice_size_planned )
1388             return;
1389
1390         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I )
1391             rc_tol /= 2;
1392
1393         if( !rc->b_vbv_min_rate )
1394             qp_min = X264_MAX( qp_min, rc->qp_novbv );
1395
1396         while( rc->qpm < qp_max
1397                && ((b1 > rc->frame_size_planned + rc_tol) ||
1398                    (rc->buffer_fill - b1 < buffer_left_planned * 0.5) ||
1399                    (b1 > rc->frame_size_planned && rc->qpm < rc->qp_novbv)) )
1400         {
1401             rc->qpm += step_size;
1402             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1403         }
1404
1405         while( rc->qpm > qp_min
1406                && (rc->qpm > h->fdec->f_row_qp[0] || rc->single_frame_vbv)
1407                && ((b1 < rc->frame_size_planned * 0.8 && rc->qpm <= prev_row_qp)
1408                || b1 < (rc->buffer_fill - rc->buffer_size + rc->buffer_rate) * 1.1) )
1409         {
1410             rc->qpm -= step_size;
1411             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1412         }
1413
1414         /* avoid VBV underflow or MinCR violation */
1415         while( (rc->qpm < qp_absolute_max)
1416                && ((rc->buffer_fill - b1 < rc->buffer_rate * max_frame_error) ||
1417                    (rc->frame_size_maximum - b1 < rc->frame_size_maximum * max_frame_error)))
1418         {
1419             rc->qpm += step_size;
1420             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1421         }
1422
1423         h->rc->frame_size_estimated = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm );
1424     }
1425 }
1426
1427 int x264_ratecontrol_qp( x264_t *h )
1428 {
1429     x264_emms();
1430     return x264_clip3( h->rc->qpm + .5, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1431 }
1432
1433 int x264_ratecontrol_mb_qp( x264_t *h )
1434 {
1435     x264_emms();
1436     float qp = h->rc->qpm;
1437     if( h->param.rc.i_aq_mode )
1438         /* MB-tree currently doesn't adjust quantizers in unreferenced frames. */
1439         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];
1440     return x264_clip3( qp + .5, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1441 }
1442
1443 /* In 2pass, force the same frame types as in the 1st pass */
1444 int x264_ratecontrol_slice_type( x264_t *h, int frame_num )
1445 {
1446     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1447     if( h->param.rc.b_stat_read )
1448     {
1449         if( frame_num >= rc->num_entries )
1450         {
1451             /* We could try to initialize everything required for ABR and
1452              * adaptive B-frames, but that would be complicated.
1453              * So just calculate the average QP used so far. */
1454             h->param.rc.i_qp_constant = (h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P] == 0) ? 24
1455                                       : 1 + h->stat.f_frame_qp[SLICE_TYPE_P] / h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P];
1456             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant, 0, QP_MAX );
1457             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( (int)( qscale2qp( qp2qscale( h->param.rc.i_qp_constant ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor )) + 0.5 ), 0, QP_MAX );
1458             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( (int)( qscale2qp( qp2qscale( h->param.rc.i_qp_constant ) * fabs( h->param.rc.f_pb_factor )) + 0.5 ), 0, QP_MAX );
1459
1460             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d)\n", rc->num_entries);
1461             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "continuing anyway, at constant QP=%d\n", h->param.rc.i_qp_constant);
1462             if( h->param.i_bframe_adaptive )
1463                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "disabling adaptive B-frames\n");
1464
1465             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1466             {
1467                 h->thread[i]->rc->b_abr = 0;
1468                 h->thread[i]->rc->b_2pass = 0;
1469                 h->thread[i]->param.rc.i_rc_method = X264_RC_CQP;
1470                 h->thread[i]->param.rc.b_stat_read = 0;
1471                 h->thread[i]->param.i_bframe_adaptive = 0;
1472                 h->thread[i]->param.i_scenecut_threshold = 0;
1473                 h->thread[i]->param.rc.b_mb_tree = 0;
1474                 if( h->thread[i]->param.i_bframe > 1 )
1475                     h->thread[i]->param.i_bframe = 1;
1476             }
1477             return X264_TYPE_AUTO;
1478         }
1479         return rc->entry[frame_num].frame_type;
1480     }
1481     else
1482         return X264_TYPE_AUTO;
1483 }
1484
1485 void x264_ratecontrol_set_weights( x264_t *h, x264_frame_t *frm )
1486 {
1487     ratecontrol_entry_t *rce = &h->rc->entry[frm->i_frame];
1488     if( h->param.analyse.i_weighted_pred <= 0 )
1489         return;
1490     if( rce->i_weight_denom >= 0 )
1491         SET_WEIGHT( frm->weight[0][0], 1, rce->weight[0], rce->i_weight_denom, rce->weight[1] );
1492 }
1493
1494 /* After encoding one frame, save stats and update ratecontrol state */
1495 int x264_ratecontrol_end( x264_t *h, int bits, int *filler )
1496 {
1497     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1498     const int *mbs = h->stat.frame.i_mb_count;
1499
1500     x264_emms();
1501
1502     h->stat.frame.i_mb_count_skip = mbs[P_SKIP] + mbs[B_SKIP];
1503     h->stat.frame.i_mb_count_i = mbs[I_16x16] + mbs[I_8x8] + mbs[I_4x4];
1504     h->stat.frame.i_mb_count_p = mbs[P_L0] + mbs[P_8x8];
1505     for( int i = B_DIRECT; i < B_8x8; i++ )
1506         h->stat.frame.i_mb_count_p += mbs[i];
1507
1508     h->fdec->f_qp_avg_rc = rc->qpa_rc /= h->mb.i_mb_count;
1509     h->fdec->f_qp_avg_aq = rc->qpa_aq /= h->mb.i_mb_count;
1510
1511     if( h->param.rc.b_stat_write )
1512     {
1513         char c_type = h->sh.i_type==SLICE_TYPE_I ? (h->fenc->i_poc==0 ? 'I' : 'i')
1514                     : h->sh.i_type==SLICE_TYPE_P ? 'P'
1515                     : h->fenc->b_kept_as_ref ? 'B' : 'b';
1516         int dir_frame = h->stat.frame.i_direct_score[1] - h->stat.frame.i_direct_score[0];
1517         int dir_avg = h->stat.i_direct_score[1] - h->stat.i_direct_score[0];
1518         char c_direct = h->mb.b_direct_auto_write ?
1519                         ( dir_frame>0 ? 's' : dir_frame<0 ? 't' :
1520                           dir_avg>0 ? 's' : dir_avg<0 ? 't' : '-' )
1521                         : '-';
1522         if( fprintf( rc->p_stat_file_out,
1523                  "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:",
1524                  h->fenc->i_frame, h->i_frame,
1525                  c_type, h->fenc->i_duration,
1526                  h->fenc->i_cpb_duration, rc->qpa_rc,
1527                  h->stat.frame.i_tex_bits,
1528                  h->stat.frame.i_mv_bits,
1529                  h->stat.frame.i_misc_bits,
1530                  h->stat.frame.i_mb_count_i,
1531                  h->stat.frame.i_mb_count_p,
1532                  h->stat.frame.i_mb_count_skip,
1533                  c_direct) < 0 )
1534             goto fail;
1535
1536         /* Only write information for reference reordering once. */
1537         int use_old_stats = h->param.rc.b_stat_read && rc->rce->refs > 1;
1538         for( int i = 0; i < (use_old_stats ? rc->rce->refs : h->i_ref0); i++ )
1539         {
1540             int refcount = use_old_stats         ? rc->rce->refcount[i]
1541                          : h->param.b_interlaced ? h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2]
1542                                                  + h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2+1]
1543                          :                         h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i];
1544             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "%d ", refcount ) < 0 )
1545                 goto fail;
1546         }
1547
1548         if( h->sh.weight[0][0].weightfn )
1549         {
1550             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 )
1551                 goto fail;
1552         }
1553
1554         if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ";\n") < 0 )
1555             goto fail;
1556
1557         /* Don't re-write the data in multi-pass mode. */
1558         if( h->param.rc.b_mb_tree && h->fenc->b_kept_as_ref && !h->param.rc.b_stat_read )
1559         {
1560             uint8_t i_type = h->sh.i_type;
1561             /* Values are stored as big-endian FIX8.8 */
1562             for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
1563                 rc->qp_buffer[0][i] = endian_fix16( h->fenc->f_qp_offset[i]*256.0 );
1564             if( fwrite( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < 1 )
1565                 goto fail;
1566             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 )
1567                 goto fail;
1568         }
1569     }
1570
1571     if( rc->b_abr )
1572     {
1573         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1574             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / rc->last_rceq;
1575         else
1576         {
1577             /* Depends on the fact that B-frame's QP is an offset from the following P-frame's.
1578              * Not perfectly accurate with B-refs, but good enough. */
1579             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / (rc->last_rceq * fabs( h->param.rc.f_pb_factor ));
1580         }
1581         rc->cplxr_sum *= rc->cbr_decay;
1582         double frame_duration = (double)h->fenc->i_duration * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1583
1584         rc->wanted_bits_window += frame_duration * rc->bitrate;
1585         rc->wanted_bits_window *= rc->cbr_decay;
1586     }
1587
1588     if( rc->b_2pass )
1589         rc->expected_bits_sum += qscale2bits( rc->rce, qp2qscale( rc->rce->new_qp ) );
1590
1591     if( h->mb.b_variable_qp )
1592     {
1593         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1594         {
1595             rc->bframe_bits += bits;
1596             if( h->fenc->b_last_minigop_bframe )
1597             {
1598                 update_predictor( rc->pred_b_from_p, qp2qscale( rc->qpa_rc ),
1599                                   h->fref1[h->i_ref1-1]->i_satd, rc->bframe_bits / rc->bframes );
1600                 rc->bframe_bits = 0;
1601             }
1602         }
1603     }
1604
1605     *filler = update_vbv( h, bits );
1606     rc->filler_bits_sum += *filler * 8;
1607
1608     if( h->sps->vui.b_nal_hrd_parameters_present )
1609     {
1610         if( h->fenc->i_frame == 0 )
1611         {
1612             // access unit initialises the HRD
1613             h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = 0;
1614             rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1615             rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1616             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit = (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1617         }
1618         else
1619         {
1620             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit + (double)h->fenc->i_cpb_delay *
1621                                                    h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1622
1623             double cpb_earliest_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time - (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1624             if( h->fenc->b_keyframe )
1625             {
1626                  rc->nrt_first_access_unit = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1627                  rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1628                  rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1629             }
1630             else
1631                  cpb_earliest_arrival_time -= (double)rc->initial_cpb_removal_delay_offset / 90000;
1632
1633             if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd )
1634                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time;
1635             else
1636                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = X264_MAX( rc->previous_cpb_final_arrival_time, cpb_earliest_arrival_time );
1637         }
1638         int filler_bits = *filler ? X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), *filler )*8 : 0;
1639         // Equation C-6
1640         h->fenc->hrd_timing.cpb_final_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time +
1641                                                      (double)(bits + filler_bits) / h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1642
1643         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 +
1644                                               h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1645     }
1646
1647     return 0;
1648 fail:
1649     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_end: stats file could not be written to\n");
1650     return -1;
1651 }
1652
1653 /****************************************************************************
1654  * 2 pass functions
1655  ***************************************************************************/
1656
1657 /**
1658  * modify the bitrate curve from pass1 for one frame
1659  */
1660 static double get_qscale(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double rate_factor, int frame_num)
1661 {
1662     x264_ratecontrol_t *rcc= h->rc;
1663     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
1664     double q = pow( rce->blurred_complexity, 1 - rcc->qcompress );
1665
1666     // avoid NaN's in the rc_eq
1667     if( !isfinite(q) || rce->tex_bits + rce->mv_bits == 0 )
1668         q = rcc->last_qscale_for[rce->pict_type];
1669     else
1670     {
1671         rcc->last_rceq = q;
1672         q /= rate_factor;
1673         rcc->last_qscale = q;
1674     }
1675
1676     if( zone )
1677     {
1678         if( zone->b_force_qp )
1679             q = qp2qscale( zone->i_qp );
1680         else
1681             q /= zone->f_bitrate_factor;
1682     }
1683
1684     return q;
1685 }
1686
1687 static double get_diff_limited_q(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double q)
1688 {
1689     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1690     const int pict_type = rce->pict_type;
1691
1692     // force I/B quants as a function of P quants
1693     const double last_p_q    = rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P];
1694     const double last_non_b_q= rcc->last_qscale_for[rcc->last_non_b_pict_type];
1695     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
1696     {
1697         double iq = q;
1698         double pq = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
1699         double ip_factor = fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
1700         /* don't apply ip_factor if the following frame is also I */
1701         if( rcc->accum_p_norm <= 0 )
1702             q = iq;
1703         else if( h->param.rc.f_ip_factor < 0 )
1704             q = iq / ip_factor;
1705         else if( rcc->accum_p_norm >= 1 )
1706             q = pq / ip_factor;
1707         else
1708             q = rcc->accum_p_norm * pq / ip_factor + (1 - rcc->accum_p_norm) * iq;
1709     }
1710     else if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
1711     {
1712         if( h->param.rc.f_pb_factor > 0 )
1713             q = last_non_b_q;
1714         if( !rce->kept_as_ref )
1715             q *= fabs( h->param.rc.f_pb_factor );
1716     }
1717     else if( pict_type == SLICE_TYPE_P
1718              && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_P
1719              && rce->tex_bits == 0 )
1720     {
1721         q = last_p_q;
1722     }
1723
1724     /* last qscale / qdiff stuff */
1725     if( rcc->last_non_b_pict_type == pict_type &&
1726         (pict_type!=SLICE_TYPE_I || rcc->last_accum_p_norm < 1) )
1727     {
1728         double last_q = rcc->last_qscale_for[pict_type];
1729         double max_qscale = last_q * rcc->lstep;
1730         double min_qscale = last_q / rcc->lstep;
1731
1732         if     ( q > max_qscale ) q = max_qscale;
1733         else if( q < min_qscale ) q = min_qscale;
1734     }
1735
1736     rcc->last_qscale_for[pict_type] = q;
1737     if( pict_type != SLICE_TYPE_B )
1738         rcc->last_non_b_pict_type = pict_type;
1739     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
1740     {
1741         rcc->last_accum_p_norm = rcc->accum_p_norm;
1742         rcc->accum_p_norm = 0;
1743         rcc->accum_p_qp = 0;
1744     }
1745     if( pict_type == SLICE_TYPE_P )
1746     {
1747         float mask = 1 - pow( (float)rce->i_count / rcc->nmb, 2 );
1748         rcc->accum_p_qp   = mask * (qscale2qp( q ) + rcc->accum_p_qp);
1749         rcc->accum_p_norm = mask * (1 + rcc->accum_p_norm);
1750     }
1751     return q;
1752 }
1753
1754 static double predict_size( predictor_t *p, double q, double var )
1755 {
1756      return (p->coeff*var + p->offset) / (q*p->count);
1757 }
1758
1759 static void update_predictor( predictor_t *p, double q, double var, double bits )
1760 {
1761     const double range = 1.5;
1762     if( var < 10 )
1763         return;
1764     double old_coeff = p->coeff / p->count;
1765     double new_coeff = bits*q / var;
1766     double new_coeff_clipped = x264_clip3f( new_coeff, old_coeff/range, old_coeff*range );
1767     double new_offset = bits*q - new_coeff_clipped * var;
1768     if( new_offset >= 0 )
1769         new_coeff = new_coeff_clipped;
1770     else
1771         new_offset = 0;
1772     p->count  *= p->decay;
1773     p->coeff  *= p->decay;
1774     p->offset *= p->decay;
1775     p->count  ++;
1776     p->coeff  += new_coeff;
1777     p->offset += new_offset;
1778 }
1779
1780 // update VBV after encoding a frame
1781 static int update_vbv( x264_t *h, int bits )
1782 {
1783     int filler = 0;
1784     int bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1785     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1786     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
1787     uint64_t buffer_size = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
1788
1789     if( rcc->last_satd >= h->mb.i_mb_count )
1790         update_predictor( &rct->pred[h->sh.i_type], qp2qscale( rcc->qpa_rc ), rcc->last_satd, bits );
1791
1792     if( !rcc->b_vbv )
1793         return filler;
1794
1795     rct->buffer_fill_final -= (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
1796
1797     if( rct->buffer_fill_final < 0 )
1798         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV underflow (frame %d, %.0f bits)\n", h->i_frame, (double)rct->buffer_fill_final / h->sps->vui.i_time_scale );
1799     rct->buffer_fill_final = X264_MAX( rct->buffer_fill_final, 0 );
1800     rct->buffer_fill_final += (uint64_t)bitrate * h->sps->vui.i_num_units_in_tick * h->fenc->i_cpb_duration;
1801
1802     if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd && rct->buffer_fill_final > buffer_size )
1803     {
1804         filler = ceil( (rct->buffer_fill_final - buffer_size) / (8. * h->sps->vui.i_time_scale) );
1805         bits = X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), filler ) * 8;
1806         rct->buffer_fill_final -= (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
1807     }
1808     else
1809         rct->buffer_fill_final = X264_MIN( rct->buffer_fill_final, buffer_size );
1810
1811     return filler;
1812 }
1813
1814 void x264_hrd_fullness( x264_t *h )
1815 {
1816     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
1817     uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale / rct->hrd_multiply_denom;
1818     uint64_t cpb_state = rct->buffer_fill_final;
1819     uint64_t cpb_size = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
1820     uint64_t multiply_factor = 180000 / rct->hrd_multiply_denom;
1821
1822     if( rct->buffer_fill_final < 0 || rct->buffer_fill_final > cpb_size )
1823     {
1824          x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CPB %s: %.0lf bits in a %.0lf-bit buffer\n",
1825                    rct->buffer_fill_final < 0 ? "underflow" : "overflow", (float)rct->buffer_fill_final/denom, (float)cpb_size/denom );
1826     }
1827
1828     h->initial_cpb_removal_delay = (multiply_factor * cpb_state + denom) / (2*denom);
1829     h->initial_cpb_removal_delay_offset = (multiply_factor * cpb_size + denom) / (2*denom) - h->initial_cpb_removal_delay;
1830 }
1831
1832 // provisionally update VBV according to the planned size of all frames currently in progress
1833 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead )
1834 {
1835     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1836     rcc->buffer_fill = h->thread[0]->rc->buffer_fill_final / h->sps->vui.i_time_scale;
1837     if( h->i_thread_frames > 1 )
1838     {
1839         int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
1840         for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
1841         {
1842             x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
1843             double bits = t->rc->frame_size_planned;
1844             if( !t->b_thread_active )
1845                 continue;
1846             bits  = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
1847             rcc->buffer_fill -= bits;
1848             rcc->buffer_fill = X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0 );
1849             rcc->buffer_fill += t->rc->buffer_rate;
1850             rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
1851         }
1852     }
1853     rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
1854     rcc->buffer_fill -= overhead;
1855 }
1856
1857 // apply VBV constraints and clip qscale to between lmin and lmax
1858 static double clip_qscale( x264_t *h, int pict_type, double q )
1859 {
1860     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1861     double lmin = rcc->lmin[pict_type];
1862     double lmax = rcc->lmax[pict_type];
1863     if( rcc->rate_factor_max_increment )
1864         lmax = X264_MIN( lmax, qp2qscale( rcc->qp_novbv + rcc->rate_factor_max_increment ) );
1865     double q0 = q;
1866
1867     /* B-frames are not directly subject to VBV,
1868      * since they are controlled by the P-frames' QPs. */
1869
1870     if( rcc->b_vbv && rcc->last_satd > 0 )
1871     {
1872         /* Lookahead VBV: raise the quantizer as necessary such that no frames in
1873          * the lookahead overflow and such that the buffer is in a reasonable state
1874          * by the end of the lookahead. */
1875         if( h->param.rc.i_lookahead )
1876         {
1877             int terminate = 0;
1878
1879             /* Avoid an infinite loop. */
1880             for( int iterations = 0; iterations < 1000 && terminate != 3; iterations++ )
1881             {
1882                 double frame_q[3];
1883                 double cur_bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1884                 double buffer_fill_cur = rcc->buffer_fill - cur_bits;
1885                 double target_fill;
1886                 double total_duration = 0;
1887                 frame_q[0] = h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I ? q * h->param.rc.f_ip_factor : q;
1888                 frame_q[1] = frame_q[0] * h->param.rc.f_pb_factor;
1889                 frame_q[2] = frame_q[0] / h->param.rc.f_ip_factor;
1890
1891                 /* Loop over the planned future frames. */
1892                 for( int j = 0; buffer_fill_cur >= 0 && buffer_fill_cur <= rcc->buffer_size; j++ )
1893                 {
1894                     total_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
1895                     buffer_fill_cur += rcc->vbv_max_rate * h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
1896                     int i_type = h->fenc->i_planned_type[j];
1897                     int i_satd = h->fenc->i_planned_satd[j];
1898                     if( i_type == X264_TYPE_AUTO )
1899                         break;
1900                     i_type = IS_X264_TYPE_I( i_type ) ? SLICE_TYPE_I : IS_X264_TYPE_B( i_type ) ? SLICE_TYPE_B : SLICE_TYPE_P;
1901                     cur_bits = predict_size( &rcc->pred[i_type], frame_q[i_type], i_satd );
1902                     buffer_fill_cur -= cur_bits;
1903                 }
1904                 /* Try to get to get the buffer at least 50% filled, but don't set an impossible goal. */
1905                 target_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill + total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.5 );
1906                 if( buffer_fill_cur < target_fill )
1907                 {
1908                     q *= 1.01;
1909                     terminate |= 1;
1910                     continue;
1911                 }
1912                 /* Try to get the buffer no more than 80% filled, but don't set an impossible goal. */
1913                 target_fill = x264_clip3f( rcc->buffer_fill - total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.8, rcc->buffer_size );
1914                 if( rcc->b_vbv_min_rate && buffer_fill_cur > target_fill )
1915                 {
1916                     q /= 1.01;
1917                     terminate |= 2;
1918                     continue;
1919                 }
1920                 break;
1921             }
1922         }
1923         /* Fallback to old purely-reactive algorithm: no lookahead. */
1924         else
1925         {
1926             if( ( pict_type == SLICE_TYPE_P ||
1927                 ( pict_type == SLICE_TYPE_I && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_I ) ) &&
1928                 rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size < 0.5 )
1929             {
1930                 q /= x264_clip3f( 2.0*rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size, 0.5, 1.0 );
1931             }
1932
1933             /* Now a hard threshold to make sure the frame fits in VBV.
1934              * This one is mostly for I-frames. */
1935             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1936             double qf = 1.0;
1937             /* For small VBVs, allow the frame to use up the entire VBV. */
1938             double max_fill_factor = h->param.rc.i_vbv_buffer_size >= 5*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rcc->fps ? 2 : 1;
1939             /* For single-frame VBVs, request that the frame use up the entire VBV. */
1940             double min_fill_factor = rcc->single_frame_vbv ? 1 : 2;
1941
1942             if( bits > rcc->buffer_fill/max_fill_factor )
1943                 qf = x264_clip3f( rcc->buffer_fill/(max_fill_factor*bits), 0.2, 1.0 );
1944             q /= qf;
1945             bits *= qf;
1946             if( bits < rcc->buffer_rate/min_fill_factor )
1947                 q *= bits*min_fill_factor/rcc->buffer_rate;
1948             q = X264_MAX( q0, q );
1949         }
1950
1951         /* Apply MinCR restrictions */
1952         double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1953         if( bits > rcc->frame_size_maximum )
1954             q *= bits / rcc->frame_size_maximum;
1955         bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1956
1957         /* Check B-frame complexity, and use up any bits that would
1958          * overflow before the next P-frame. */
1959         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && !rcc->single_frame_vbv )
1960         {
1961             int nb = rcc->bframes;
1962             double pbbits = bits;
1963             double bbits = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q * h->param.rc.f_pb_factor, rcc->last_satd );
1964             double space;
1965             double bframe_cpb_duration = 0;
1966             double minigop_cpb_duration;
1967             for( int i = 0; i < nb; i++ )
1968                 bframe_cpb_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[1+i];
1969
1970             if( bbits * nb > bframe_cpb_duration * rcc->vbv_max_rate )
1971                 nb = 0;
1972             pbbits += nb * bbits;
1973
1974             minigop_cpb_duration = bframe_cpb_duration + h->fenc->f_planned_cpb_duration[0];
1975             space = rcc->buffer_fill + minigop_cpb_duration*rcc->vbv_max_rate - rcc->buffer_size;
1976             if( pbbits < space )
1977             {
1978                 q *= X264_MAX( pbbits / space, bits / (0.5 * rcc->buffer_size) );
1979             }
1980             q = X264_MAX( q0-5, q );
1981         }
1982
1983         if( !rcc->b_vbv_min_rate )
1984             q = X264_MAX( q0, q );
1985     }
1986
1987     if( lmin==lmax )
1988         return lmin;
1989     else if( rcc->b_2pass )
1990     {
1991         double min2 = log( lmin );
1992         double max2 = log( lmax );
1993         q = (log(q) - min2)/(max2-min2) - 0.5;
1994         q = 1.0/(1.0 + exp( -4*q ));
1995         q = q*(max2-min2) + min2;
1996         return exp( q );
1997     }
1998     else
1999         return x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2000 }
2001
2002 // update qscale for 1 frame based on actual bits used so far
2003 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h )
2004 {
2005     float q;
2006     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2007     ratecontrol_entry_t rce;
2008     int pict_type = h->sh.i_type;
2009     int64_t total_bits = 8*(h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_I]
2010                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_P]
2011                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_B])
2012                        - rcc->filler_bits_sum;
2013
2014     if( rcc->b_2pass )
2015     {
2016         rce = *rcc->rce;
2017         if( pict_type != rce.pict_type )
2018         {
2019             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "slice=%c but 2pass stats say %c\n",
2020                       slice_type_to_char[pict_type], slice_type_to_char[rce.pict_type] );
2021         }
2022     }
2023
2024     if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
2025     {
2026         /* B-frames don't have independent ratecontrol, but rather get the
2027          * average QP of the two adjacent P-frames + an offset */
2028
2029         int i0 = IS_X264_TYPE_I(h->fref0[0]->i_type);
2030         int i1 = IS_X264_TYPE_I(h->fref1[0]->i_type);
2031         int dt0 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref0[0]->i_poc);
2032         int dt1 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref1[0]->i_poc);
2033         float q0 = h->fref0[0]->f_qp_avg_rc;
2034         float q1 = h->fref1[0]->f_qp_avg_rc;
2035
2036         if( h->fref0[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2037             q0 -= rcc->pb_offset/2;
2038         if( h->fref1[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2039             q1 -= rcc->pb_offset/2;
2040
2041         if( i0 && i1 )
2042             q = (q0 + q1) / 2 + rcc->ip_offset;
2043         else if( i0 )
2044             q = q1;
2045         else if( i1 )
2046             q = q0;
2047         else
2048             q = (q0*dt1 + q1*dt0) / (dt0 + dt1);
2049
2050         if( h->fenc->b_kept_as_ref )
2051             q += rcc->pb_offset/2;
2052         else
2053             q += rcc->pb_offset;
2054
2055         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
2056             rcc->frame_size_planned = qscale2bits( &rce, qp2qscale( q ) );
2057         else
2058             rcc->frame_size_planned = predict_size( rcc->pred_b_from_p, qp2qscale( q ), h->fref1[h->i_ref1-1]->i_satd );
2059         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2060
2061         /* For row SATDs */
2062         if( rcc->b_vbv )
2063             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2064         rcc->qp_novbv = q;
2065         return qp2qscale( q );
2066     }
2067     else
2068     {
2069         double abr_buffer = 2 * rcc->rate_tolerance * rcc->bitrate;
2070
2071         if( rcc->b_2pass )
2072         {
2073             double lmin = rcc->lmin[pict_type];
2074             double lmax = rcc->lmax[pict_type];
2075             int64_t diff;
2076             int64_t predicted_bits = total_bits;
2077
2078             if( rcc->b_vbv )
2079             {
2080                 if( h->i_thread_frames > 1 )
2081                 {
2082                     int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
2083                     for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
2084                     {
2085                         x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
2086                         double bits = t->rc->frame_size_planned;
2087                         if( !t->b_thread_active )
2088                             continue;
2089                         bits  = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
2090                         predicted_bits += (int64_t)bits;
2091                     }
2092                 }
2093             }
2094             else
2095             {
2096                 if( h->i_frame < h->i_thread_frames )
2097                     predicted_bits += (int64_t)h->i_frame * rcc->bitrate / rcc->fps;
2098                 else
2099                     predicted_bits += (int64_t)(h->i_thread_frames - 1) * rcc->bitrate / rcc->fps;
2100             }
2101
2102             /* Adjust ABR buffer based on distance to the end of the video. */
2103             if( rcc->num_entries > h->i_frame )
2104             {
2105                 double final_bits = rcc->entry[rcc->num_entries-1].expected_bits;
2106                 double video_pos = rce.expected_bits / final_bits;
2107                 double scale_factor = sqrt( (1 - video_pos) * rcc->num_entries );
2108                 abr_buffer *= 0.5 * X264_MAX( scale_factor, 0.5 );
2109             }
2110
2111             diff = predicted_bits - (int64_t)rce.expected_bits;
2112             q = rce.new_qscale;
2113             q /= x264_clip3f((double)(abr_buffer - diff) / abr_buffer, .5, 2);
2114             if( ((h->i_frame + 1 - h->i_thread_frames) >= rcc->fps) &&
2115                 (rcc->expected_bits_sum > 0))
2116             {
2117                 /* Adjust quant based on the difference between
2118                  * achieved and expected bitrate so far */
2119                 double cur_time = (double)h->i_frame / rcc->num_entries;
2120                 double w = x264_clip3f( cur_time*100, 0.0, 1.0 );
2121                 q *= pow( (double)total_bits / rcc->expected_bits_sum, w );
2122             }
2123             if( rcc->b_vbv )
2124             {
2125                 /* Do not overflow vbv */
2126                 double expected_size = qscale2bits( &rce, q );
2127                 double expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2128                 double expected_fullness = rce.expected_vbv / rcc->buffer_size;
2129                 double qmax = q*(2 - expected_fullness);
2130                 double size_constraint = 1 + expected_fullness;
2131                 qmax = X264_MAX( qmax, rce.new_qscale );
2132                 if( expected_fullness < .05 )
2133                     qmax = lmax;
2134                 qmax = X264_MIN(qmax, lmax);
2135                 while( ((expected_vbv < rce.expected_vbv/size_constraint) && (q < qmax)) ||
2136                         ((expected_vbv < 0) && (q < lmax)))
2137                 {
2138                     q *= 1.05;
2139                     expected_size = qscale2bits(&rce, q);
2140                     expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2141                 }
2142                 rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2143             }
2144             q = x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2145         }
2146         else /* 1pass ABR */
2147         {
2148             /* Calculate the quantizer which would have produced the desired
2149              * average bitrate if it had been applied to all frames so far.
2150              * Then modulate that quant based on the current frame's complexity
2151              * relative to the average complexity so far (using the 2pass RCEQ).
2152              * Then bias the quant up or down if total size so far was far from
2153              * the target.
2154              * Result: Depending on the value of rate_tolerance, there is a
2155              * tradeoff between quality and bitrate precision. But at large
2156              * tolerances, the bit distribution approaches that of 2pass. */
2157
2158             double wanted_bits, overflow = 1;
2159
2160             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2161             rcc->short_term_cplxsum *= 0.5;
2162             rcc->short_term_cplxcount *= 0.5;
2163             rcc->short_term_cplxsum += rcc->last_satd;
2164             rcc->short_term_cplxcount ++;
2165
2166             rce.tex_bits = rcc->last_satd;
2167             rce.blurred_complexity = rcc->short_term_cplxsum / rcc->short_term_cplxcount;
2168             rce.mv_bits = 0;
2169             rce.p_count = rcc->nmb;
2170             rce.i_count = 0;
2171             rce.s_count = 0;
2172             rce.qscale = 1;
2173             rce.pict_type = pict_type;
2174
2175             if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
2176             {
2177                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->rate_factor_constant, h->fenc->i_frame );
2178             }
2179             else
2180             {
2181                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->wanted_bits_window / rcc->cplxr_sum, h->fenc->i_frame );
2182
2183                 /* ABR code can potentially be counterproductive in CBR, so just don't bother.
2184                  * Don't run it if the frame complexity is zero either. */
2185                 if( !rcc->b_vbv_min_rate && rcc->last_satd )
2186                 {
2187                     // FIXME is it simpler to keep track of wanted_bits in ratecontrol_end?
2188                     int i_frame_done = h->i_frame + 1 - h->i_thread_frames;
2189                     double time_done = i_frame_done / rcc->fps;
2190                     if( h->param.b_vfr_input && i_frame_done > 0 )
2191                         time_done = ((double)(h->fenc->i_reordered_pts - h->i_reordered_pts_delay)) * h->param.i_timebase_num / h->param.i_timebase_den;
2192                     wanted_bits = time_done * rcc->bitrate;
2193                     if( wanted_bits > 0 )
2194                     {
2195                         abr_buffer *= X264_MAX( 1, sqrt( time_done ) );
2196                         overflow = x264_clip3f( 1.0 + (total_bits - wanted_bits) / abr_buffer, .5, 2 );
2197                         q *= overflow;
2198                     }
2199                 }
2200             }
2201
2202             if( pict_type == SLICE_TYPE_I && h->param.i_keyint_max > 1
2203                 /* should test _next_ pict type, but that isn't decided yet */
2204                 && rcc->last_non_b_pict_type != SLICE_TYPE_I )
2205             {
2206                 q = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
2207                 q /= fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2208             }
2209             else if( h->i_frame > 0 )
2210             {
2211                 /* Asymmetric clipping, because symmetric would prevent
2212                  * overflow control in areas of rapidly oscillating complexity */
2213                 double lmin = rcc->last_qscale_for[pict_type] / rcc->lstep;
2214                 double lmax = rcc->last_qscale_for[pict_type] * rcc->lstep;
2215                 if( overflow > 1.1 && h->i_frame > 3 )
2216                     lmax *= rcc->lstep;
2217                 else if( overflow < 0.9 )
2218                     lmin /= rcc->lstep;
2219
2220                 q = x264_clip3f(q, lmin, lmax);
2221             }
2222             else if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && rcc->qcompress != 1 )
2223             {
2224                 q = qp2qscale( ABR_INIT_QP ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2225             }
2226             rcc->qp_novbv = qscale2qp( q );
2227
2228             //FIXME use get_diff_limited_q() ?
2229             q = clip_qscale( h, pict_type, q );
2230         }
2231
2232         rcc->last_qscale_for[pict_type] =
2233         rcc->last_qscale = q;
2234
2235         if( !(rcc->b_2pass && !rcc->b_vbv) && h->fenc->i_frame == 0 )
2236             rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P] = q * fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2237
2238         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
2239             rcc->frame_size_planned = qscale2bits(&rce, q);
2240         else
2241             rcc->frame_size_planned = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2242
2243         /* Always use up the whole VBV in this case. */
2244         if( rcc->single_frame_vbv )
2245             rcc->frame_size_planned = rcc->buffer_rate;
2246         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2247         return q;
2248     }
2249 }
2250
2251 void x264_threads_normalize_predictors( x264_t *h )
2252 {
2253     double totalsize = 0;
2254     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2255         totalsize += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2256     double factor = h->rc->frame_size_planned / totalsize;
2257     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2258         h->thread[i]->rc->slice_size_planned *= factor;
2259 }
2260
2261 void x264_threads_distribute_ratecontrol( x264_t *h )
2262 {
2263     int row;
2264     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2265
2266     /* Initialize row predictors */
2267     if( h->i_frame == 0 )
2268         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2269         {
2270             x264_ratecontrol_t *t = h->thread[i]->rc;
2271             memcpy( t->row_preds, rc->row_preds, sizeof(rc->row_preds) );
2272         }
2273
2274     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2275     {
2276         x264_t *t = h->thread[i];
2277         memcpy( t->rc, rc, offsetof(x264_ratecontrol_t, row_pred) );
2278         t->rc->row_pred = &t->rc->row_preds[h->sh.i_type];
2279         /* Calculate the planned slice size. */
2280         if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2281         {
2282             int size = 0;
2283             for( row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2284                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2285             t->rc->slice_size_planned = predict_size( &rc->pred[h->sh.i_type + (i+1)*5], rc->qpm, size );
2286         }
2287         else
2288             t->rc->slice_size_planned = 0;
2289     }
2290     if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2291     {
2292         x264_threads_normalize_predictors( h );
2293
2294         if( rc->single_frame_vbv )
2295         {
2296             /* Compensate for our max frame error threshold: give more bits (proportionally) to smaller slices. */
2297             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2298             {
2299                 x264_t *t = h->thread[i];
2300                 float max_frame_error = X264_MAX( 0.05, 1.0 / (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) );
2301                 t->rc->slice_size_planned += 2 * max_frame_error * rc->frame_size_planned;
2302             }
2303             x264_threads_normalize_predictors( h );
2304         }
2305
2306         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2307             h->thread[i]->rc->frame_size_estimated = h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2308     }
2309 }
2310
2311 void x264_threads_merge_ratecontrol( x264_t *h )
2312 {
2313     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2314     x264_emms();
2315
2316     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2317     {
2318         x264_t *t = h->thread[i];
2319         x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[i]->rc;
2320         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size )
2321         {
2322             int size = 0;
2323             for( int row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2324                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2325             int bits = t->stat.frame.i_mv_bits + t->stat.frame.i_tex_bits + t->stat.frame.i_misc_bits;
2326             int mb_count = (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) * h->mb.i_mb_width;
2327             update_predictor( &rc->pred[h->sh.i_type+(i+1)*5], qp2qscale( rct->qpa_rc/mb_count ), size, bits );
2328         }
2329         if( !i )
2330             continue;
2331         rc->qpa_rc += rct->qpa_rc;
2332         rc->qpa_aq += rct->qpa_aq;
2333     }
2334 }
2335
2336 void x264_thread_sync_ratecontrol( x264_t *cur, x264_t *prev, x264_t *next )
2337 {
2338     if( cur != prev )
2339     {
2340 #define COPY(var) memcpy(&cur->rc->var, &prev->rc->var, sizeof(cur->rc->var))
2341         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_start()
2342          * so copy them from the context that most recently started (prev)
2343          * to the context that's about to start (cur). */
2344         COPY(accum_p_qp);
2345         COPY(accum_p_norm);
2346         COPY(last_satd);
2347         COPY(last_rceq);
2348         COPY(last_qscale_for);
2349         COPY(last_non_b_pict_type);
2350         COPY(short_term_cplxsum);
2351         COPY(short_term_cplxcount);
2352         COPY(bframes);
2353         COPY(prev_zone);
2354         COPY(qpbuf_pos);
2355         /* these vars can be updated by x264_ratecontrol_init_reconfigurable */
2356         COPY(buffer_rate);
2357         COPY(buffer_size);
2358         COPY(single_frame_vbv);
2359         COPY(cbr_decay);
2360         COPY(b_vbv_min_rate);
2361         COPY(rate_factor_constant);
2362         COPY(bitrate);
2363 #undef COPY
2364     }
2365     if( cur != next )
2366     {
2367 #define COPY(var) next->rc->var = cur->rc->var
2368         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_end()
2369          * so copy them from the context that most recently ended (cur)
2370          * to the context that's about to end (next) */
2371         COPY(cplxr_sum);
2372         COPY(expected_bits_sum);
2373         COPY(filler_bits_sum);
2374         COPY(wanted_bits_window);
2375         COPY(bframe_bits);
2376         COPY(initial_cpb_removal_delay);
2377         COPY(initial_cpb_removal_delay_offset);
2378         COPY(nrt_first_access_unit);
2379         COPY(previous_cpb_final_arrival_time);
2380 #undef COPY
2381     }
2382     //FIXME row_preds[] (not strictly necessary, but would improve prediction)
2383     /* the rest of the variables are either constant or thread-local */
2384 }
2385
2386 static int find_underflow( x264_t *h, double *fills, int *t0, int *t1, int over )
2387 {
2388     /* find an interval ending on an overflow or underflow (depending on whether
2389      * we're adding or removing bits), and starting on the earliest frame that
2390      * can influence the buffer fill of that end frame. */
2391     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2392     const double buffer_min = (over ? .1 : .1) * rcc->buffer_size;
2393     const double buffer_max = .9 * rcc->buffer_size;
2394     double fill = fills[*t0-1];
2395     double parity = over ? 1. : -1.;
2396     int start = -1, end = -1;
2397     for( int i = *t0; i < rcc->num_entries; i++ )
2398     {
2399         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 -
2400                  qscale2bits( &rcc->entry[i], rcc->entry[i].new_qscale )) * parity;
2401         fill = x264_clip3f(fill, 0, rcc->buffer_size);
2402         fills[i] = fill;
2403         if( fill <= buffer_min || i == 0 )
2404         {
2405             if( end >= 0 )
2406                 break;
2407             start = i;
2408         }
2409         else if( fill >= buffer_max && start >= 0 )
2410             end = i;
2411     }
2412     *t0 = start;
2413     *t1 = end;
2414     return start >= 0 && end >= 0;
2415 }
2416
2417 static int fix_underflow( x264_t *h, int t0, int t1, double adjustment, double qscale_min, double qscale_max)
2418 {
2419     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2420     double qscale_orig, qscale_new;
2421     int adjusted = 0;
2422     if( t0 > 0 )
2423         t0++;
2424     for( int i = t0; i <= t1; i++ )
2425     {
2426         qscale_orig = rcc->entry[i].new_qscale;
2427         qscale_orig = x264_clip3f( qscale_orig, qscale_min, qscale_max );
2428         qscale_new  = qscale_orig * adjustment;
2429         qscale_new  = x264_clip3f( qscale_new, qscale_min, qscale_max );
2430         rcc->entry[i].new_qscale = qscale_new;
2431         adjusted = adjusted || (qscale_new != qscale_orig);
2432     }
2433     return adjusted;
2434 }
2435
2436 static double count_expected_bits( x264_t *h )
2437 {
2438     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2439     double expected_bits = 0;
2440     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2441     {
2442         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2443         rce->expected_bits = expected_bits;
2444         expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2445     }
2446     return expected_bits;
2447 }
2448
2449 static int vbv_pass2( x264_t *h, double all_available_bits )
2450 {
2451     /* for each interval of buffer_full .. underflow, uniformly increase the qp of all
2452      * frames in the interval until either buffer is full at some intermediate frame or the
2453      * last frame in the interval no longer underflows.  Recompute intervals and repeat.
2454      * Then do the converse to put bits back into overflow areas until target size is met */
2455
2456     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2457     double *fills;
2458     double expected_bits = 0;
2459     double adjustment;
2460     double prev_bits = 0;
2461     int t0, t1;
2462     double qscale_min = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
2463     double qscale_max = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
2464     int iterations = 0;
2465     int adj_min, adj_max;
2466     CHECKED_MALLOC( fills, (rcc->num_entries+1)*sizeof(double) );
2467
2468     fills++;
2469
2470     /* adjust overall stream size */
2471     do
2472     {
2473         iterations++;
2474         prev_bits = expected_bits;
2475
2476         if( expected_bits )
2477         {   /* not first iteration */
2478             adjustment = X264_MAX(X264_MIN(expected_bits / all_available_bits, 0.999), 0.9);
2479             fills[-1] = rcc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init;
2480             t0 = 0;
2481             /* fix overflows */
2482             adj_min = 1;
2483             while(adj_min && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 1 ))
2484             {
2485                 adj_min = fix_underflow( h, t0, t1, adjustment, qscale_min, qscale_max );
2486                 t0 = t1;
2487             }
2488         }
2489
2490         fills[-1] = rcc->buffer_size * (1. - h->param.rc.f_vbv_buffer_init);
2491         t0 = 0;
2492         /* fix underflows -- should be done after overflow, as we'd better undersize target than underflowing VBV */
2493         adj_max = 1;
2494         while( adj_max && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 0 ) )
2495             adj_max = fix_underflow( h, t0, t1, 1.001, qscale_min, qscale_max );
2496
2497         expected_bits = count_expected_bits( h );
2498     } while( (expected_bits < .995*all_available_bits) && ((int64_t)(expected_bits+.5) > (int64_t)(prev_bits+.5)) );
2499
2500     if( !adj_max )
2501         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "vbv-maxrate issue, qpmax or vbv-maxrate too low\n");
2502
2503     /* store expected vbv filling values for tracking when encoding */
2504     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2505         rcc->entry[i].expected_vbv = rcc->buffer_size - fills[i];
2506
2507     x264_free( fills-1 );
2508     return 0;
2509 fail:
2510     return -1;
2511 }
2512
2513 static int init_pass2( x264_t *h )
2514 {
2515     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2516     uint64_t all_const_bits = 0;
2517     double duration = 0;
2518     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2519         duration += rcc->entry[i].i_duration;
2520     duration *= (double)h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
2521     uint64_t all_available_bits = h->param.rc.i_bitrate * 1000. * duration;
2522     double rate_factor, step_mult;
2523     double qblur = h->param.rc.f_qblur;
2524     double cplxblur = h->param.rc.f_complexity_blur;
2525     const int filter_size = (int)(qblur*4) | 1;
2526     double expected_bits;
2527     double *qscale, *blurred_qscale;
2528     double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
2529
2530     /* find total/average complexity & const_bits */
2531     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2532     {
2533         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2534         all_const_bits += rce->misc_bits;
2535     }
2536
2537     if( all_available_bits < all_const_bits)
2538     {
2539         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "requested bitrate is too low. estimated minimum is %d kbps\n",
2540                  (int)(all_const_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.)) );
2541         return -1;
2542     }
2543
2544     /* Blur complexities, to reduce local fluctuation of QP.
2545      * We don't blur the QPs directly, because then one very simple frame
2546      * could drag down the QP of a nearby complex frame and give it more
2547      * bits than intended. */
2548     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2549     {
2550         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2551         double weight_sum = 0;
2552         double cplx_sum = 0;
2553         double weight = 1.0;
2554         double gaussian_weight;
2555         /* weighted average of cplx of future frames */
2556         for( int j = 1; j < cplxblur*2 && j < rcc->num_entries-i; j++ )
2557         {
2558             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i+j];
2559             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2560             if( weight < .0001 )
2561                 break;
2562             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2563             weight_sum += gaussian_weight;
2564             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits(rcj, 1) - rcj->misc_bits);
2565         }
2566         /* weighted average of cplx of past frames */
2567         weight = 1.0;
2568         for( int j = 0; j <= cplxblur*2 && j <= i; j++ )
2569         {
2570             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i-j];
2571             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2572             weight_sum += gaussian_weight;
2573             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits);
2574             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2575             if( weight < .0001 )
2576                 break;
2577         }
2578         rce->blurred_complexity = cplx_sum / weight_sum;
2579     }
2580
2581     CHECKED_MALLOC( qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2582     if( filter_size > 1 )
2583         CHECKED_MALLOC( blurred_qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2584     else
2585         blurred_qscale = qscale;
2586
2587     /* Search for a factor which, when multiplied by the RCEQ values from
2588      * each frame, adds up to the desired total size.
2589      * There is no exact closed-form solution because of VBV constraints and
2590      * because qscale2bits is not invertible, but we can start with the simple
2591      * approximation of scaling the 1st pass by the ratio of bitrates.
2592      * The search range is probably overkill, but speed doesn't matter here. */
2593
2594     expected_bits = 1;
2595     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2596     {
2597         double q = get_qscale(h, &rcc->entry[i], 1.0, i);
2598         expected_bits += qscale2bits(&rcc->entry[i], q);
2599         rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = q;
2600     }
2601     step_mult = all_available_bits / expected_bits;
2602
2603     rate_factor = 0;
2604     for( double step = 1E4 * step_mult; step > 1E-7 * step_mult; step *= 0.5)
2605     {
2606         expected_bits = 0;
2607         rate_factor += step;
2608
2609         rcc->last_non_b_pict_type = -1;
2610         rcc->last_accum_p_norm = 1;
2611         rcc->accum_p_norm = 0;
2612
2613         rcc->last_qscale_for[0] =
2614         rcc->last_qscale_for[1] =
2615         rcc->last_qscale_for[2] = pow( base_cplx, 1 - rcc->qcompress ) / rate_factor;
2616
2617         /* find qscale */
2618         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2619         {
2620             qscale[i] = get_qscale( h, &rcc->entry[i], rate_factor, i );
2621             rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = qscale[i];
2622         }
2623
2624         /* fixed I/B qscale relative to P */
2625         for( int i = rcc->num_entries-1; i >= 0; i-- )
2626         {
2627             qscale[i] = get_diff_limited_q( h, &rcc->entry[i], qscale[i] );
2628             assert(qscale[i] >= 0);
2629         }
2630
2631         /* smooth curve */
2632         if( filter_size > 1 )
2633         {
2634             assert( filter_size%2 == 1 );
2635             for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2636             {
2637                 ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2638                 double q = 0.0, sum = 0.0;
2639
2640                 for( int j = 0; j < filter_size; j++ )
2641                 {
2642                     int idx = i+j-filter_size/2;
2643                     double d = idx-i;
2644                     double coeff = qblur==0 ? 1.0 : exp( -d*d/(qblur*qblur) );
2645                     if( idx < 0 || idx >= rcc->num_entries )
2646                         continue;
2647                     if( rce->pict_type != rcc->entry[idx].pict_type )
2648                         continue;
2649                     q += qscale[idx] * coeff;
2650                     sum += coeff;
2651                 }
2652                 blurred_qscale[i] = q/sum;
2653             }
2654         }
2655
2656         /* find expected bits */
2657         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2658         {
2659             ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2660             rce->new_qscale = clip_qscale( h, rce->pict_type, blurred_qscale[i] );
2661             assert(rce->new_qscale >= 0);
2662             expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2663         }
2664
2665         if( expected_bits > all_available_bits )
2666             rate_factor -= step;
2667     }
2668
2669     x264_free( qscale );
2670     if( filter_size > 1 )
2671         x264_free( blurred_qscale );
2672
2673     if( rcc->b_vbv )
2674         if( vbv_pass2( h, all_available_bits ) )
2675             return -1;
2676     expected_bits = count_expected_bits( h );
2677
2678     if( fabs( expected_bits/all_available_bits - 1.0 ) > 0.01 )
2679     {
2680         double avgq = 0;
2681         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2682             avgq += rcc->entry[i].new_qscale;
2683         avgq = qscale2qp( avgq / rcc->num_entries );
2684
2685         if( expected_bits > all_available_bits || !rcc->b_vbv )
2686             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "Error: 2pass curve failed to converge\n" );
2687         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "target: %.2f kbit/s, expected: %.2f kbit/s, avg QP: %.4f\n",
2688                   (float)h->param.rc.i_bitrate,
2689                   expected_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.),
2690                   avgq );
2691         if( expected_bits < all_available_bits && avgq < h->param.rc.i_qp_min + 2 )
2692         {
2693             if( h->param.rc.i_qp_min > 0 )
2694                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate or reducing qp_min (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_min );
2695             else
2696                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate\n" );
2697         }
2698         else if( expected_bits > all_available_bits && avgq > h->param.rc.i_qp_max - 2 )
2699         {
2700             if( h->param.rc.i_qp_max < QP_MAX )
2701                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate or increasing qp_max (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_max );
2702             else
2703                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate\n");
2704         }
2705         else if( !(rcc->b_2pass && rcc->b_vbv) )
2706             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "internal error\n" );
2707     }
2708
2709     return 0;
2710 fail:
2711     return -1;
2712 }