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
  94     /* VBV stuff */
  95     double buffer_size;
  96     int64_t buffer_fill_final;
  97     double buffer_fill;         /* planned buffer, if all in-progress frames hit their bit budget */
  98     double buffer_rate;         /* # of bits added to buffer_fill after each frame */
  99     double vbv_max_rate;        /* # of bits added to buffer_fill per second */
 100     predictor_t *pred;          /* predict frame size from satd */
 101     int single_frame_vbv;
 102     double rate_factor_max_increment; /* Don't allow RF above (CRF + this value). */
 103
 104     /* ABR stuff */
 105     int    last_satd;
 106     double last_rceq;
 107     double cplxr_sum;           /* sum of bits*qscale/rceq */
 108     double expected_bits_sum;   /* sum of qscale2bits after rceq, ratefactor, and overflow, only includes finished frames */
 109     int64_t filler_bits_sum;    /* sum in bits of finished frames' filler data */
 110     double wanted_bits_window;  /* target bitrate * window */
 111     double cbr_decay;
 112     double short_term_cplxsum;
 113     double short_term_cplxcount;
 114     double rate_factor_constant;
 115     double ip_offset;
 116     double pb_offset;
 117
 118     /* 2pass stuff */
 119     FILE *p_stat_file_out;
 120     char *psz_stat_file_tmpname;
 121     FILE *p_mbtree_stat_file_out;
 122     char *psz_mbtree_stat_file_tmpname;
 123     char *psz_mbtree_stat_file_name;
 124     FILE *p_mbtree_stat_file_in;
 125
 126     int num_entries;            /* number of ratecontrol_entry_ts */
 127     ratecontrol_entry_t *entry; /* FIXME: copy needed data and free this once init is done */
 128     double last_qscale;
 129     double last_qscale_for[3];  /* last qscale for a specific pict type, used for max_diff & ipb factor stuff */
 130     int last_non_b_pict_type;
 131     double accum_p_qp;          /* for determining I-frame quant */
 132     double accum_p_norm;
 133     double last_accum_p_norm;
 134     double lmin[3];             /* min qscale by frame type */
 135     double lmax[3];
 136     double lstep;               /* max change (multiply) in qscale per frame */
 137     uint16_t *qp_buffer[2];     /* Global buffers for converting MB-tree quantizer data. */
 138     int qpbuf_pos;              /* In order to handle pyramid reordering, QP buffer acts as a stack.
 139                                  * This value is the current position (0 or 1). */
 140
 141     /* MBRC stuff */
 142     float frame_size_estimated; /* Access to this variable must be atomic: double is
 143                                  * not atomic on all arches we care about */
 144     double frame_size_maximum;  /* Maximum frame size due to MinCR */
 145     double frame_size_planned;
 146     double slice_size_planned;
 147     predictor_t (*row_pred)[2];
 148     predictor_t row_preds[3][2];
 149     predictor_t *pred_b_from_p; /* predict B-frame size from P-frame satd */
 150     int bframes;                /* # consecutive B-frames before this P-frame */
 151     int bframe_bits;            /* total cost of those frames */
 152
 153     int i_zones;
 154     x264_zone_t *zones;
 155     x264_zone_t *prev_zone;
 156
 157     /* hrd stuff */
 158     int initial_cpb_removal_delay;
 159     int initial_cpb_removal_delay_offset;
 160     double nrt_first_access_unit; /* nominal removal time */
 161     double previous_cpb_final_arrival_time;
 162     uint64_t hrd_multiply_denom;
 163 };
 164
 165
 166 static int parse_zones( x264_t *h );
 167 static int init_pass2(x264_t *);
 168 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h );
 169 static int update_vbv( x264_t *h, int bits );
 170 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead );
 171 static double predict_size( predictor_t *p, double q, double var );
 172 static void update_predictor( predictor_t *p, double q, double var, double bits );
 173
 174 #define CMP_OPT_FIRST_PASS( opt, param_val )\
 175 {\
 176     if( ( p = strstr( opts, opt "=" ) ) && sscanf( p, opt "=%d" , &i ) && param_val != i )\
 177     {\
 178         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different " opt " setting than first pass (%d vs %d)\n", param_val, i );\
 179         return -1;\
 180     }\
 181 }
 182
 183 /* Terminology:
 184  * qp = h.264's quantizer
 185  * qscale = linearized quantizer = Lagrange multiplier
 186  */
 187 static inline double qp2qscale( double qp )
 188 {
 189     return 0.85 * pow( 2.0, ( qp - 12.0 ) / 6.0 );
 190 }
 191 static inline double qscale2qp( double qscale )
 192 {
 193     return 12.0 + 6.0 * log2( qscale/0.85 );
 194 }
 195
 196 /* Texture bitrate is not quite inversely proportional to qscale,
 197  * probably due the the changing number of SKIP blocks.
 198  * MV bits level off at about qp<=12, because the lambda used
 199  * for motion estimation is constant there. */
 200 static inline double qscale2bits( ratecontrol_entry_t *rce, double qscale )
 201 {
 202     if( qscale<0.1 )
 203         qscale = 0.1;
 204     return (rce->tex_bits + .1) * pow( rce->qscale / qscale, 1.1 )
 205            + rce->mv_bits * pow( X264_MAX(rce->qscale, 1) / X264_MAX(qscale, 1), 0.5 )
 206            + rce->misc_bits;
 207 }
 208
 209 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_var( uint64_t sum_ssd, int shift, x264_frame_t *frame, int i )
 210 {
 211     uint32_t sum = sum_ssd;
 212     uint32_t ssd = sum_ssd >> 32;
 213     frame->i_pixel_sum[i] += sum;
 214     frame->i_pixel_ssd[i] += ssd;
 215     return ssd - ((uint64_t)sum * sum >> shift);
 216 }
 217
 218 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_plane( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame, int i )
 219 {
 220     int w = i ? 8 : 16;
 221     int stride = frame->i_stride[i];
 222     int offset = h->mb.b_interlaced
 223         ? 16 * mb_x + w * (mb_y&~1) * stride + (mb_y&1) * stride
 224         : 16 * mb_x + w * mb_y * stride;
 225     stride <<= h->mb.b_interlaced;
 226     if( i )
 227     {
 228         ALIGNED_ARRAY_16( pixel, pix,[FENC_STRIDE*8] );
 229         h->mc.load_deinterleave_8x8x2_fenc( pix, frame->plane[1] + offset, stride );
 230         return ac_energy_var( h->pixf.var[PIXEL_8x8]( pix, FENC_STRIDE ), 6, frame, i )
 231              + ac_energy_var( h->pixf.var[PIXEL_8x8]( pix+FENC_STRIDE/2, FENC_STRIDE ), 6, frame, i );
 232     }
 233     else
 234         return ac_energy_var( h->pixf.var[PIXEL_16x16]( frame->plane[0] + offset, stride ), 8, frame, i );
 235 }
 236
 237 // Find the total AC energy of the block in all planes.
 238 static NOINLINE uint32_t x264_ac_energy_mb( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame )
 239 {
 240     /* This function contains annoying hacks because GCC has a habit of reordering emms
 241      * and putting it after floating point ops.  As a result, we put the emms at the end of the
 242      * function and make sure that its always called before the float math.  Noinline makes
 243      * sure no reordering goes on. */
 244     uint32_t var = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0 );
 245     var         += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1 );
 246     x264_emms();
 247     return var;
 248 }
 249
 250 void x264_adaptive_quant_frame( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 251 {
 252     /* constants chosen to result in approximately the same overall bitrate as without AQ.
 253      * FIXME: while they're written in 5 significant digits, they're only tuned to 2. */
 254     float strength;
 255     float avg_adj = 0.f;
 256     /* Initialize frame stats */
 257     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 258     {
 259         frame->i_pixel_sum[i] = 0;
 260         frame->i_pixel_ssd[i] = 0;
 261     }
 262
 263     /* Degenerate cases */
 264     if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_NONE || h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 265     {
 266         /* Need to init it anyways for MB tree */
 267         if( h->param.rc.i_aq_mode && h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 268         {
 269             if( quant_offsets )
 270             {
 271                 for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 272                     frame->f_qp_offset[mb_xy] = frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = quant_offsets[mb_xy];
 273                 if( h->frames.b_have_lowres )
 274                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 275                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8( frame->f_qp_offset[mb_xy] );
 276             }
 277             else
 278             {
 279                 memset( frame->f_qp_offset, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 280                 memset( frame->f_qp_offset_aq, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 281                 if( h->frames.b_have_lowres )
 282                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 283                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = 256;
 284             }
 285         }
 286         /* Need variance data for weighted prediction */
 287         if( h->param.analyse.i_weighted_pred == X264_WEIGHTP_FAKE || h->param.analyse.i_weighted_pred == X264_WEIGHTP_SMART )
 288         {
 289             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 290                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 291                     x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 292         }
 293         else
 294             return;
 295     }
 296     /* Actual adaptive quantization */
 297     else
 298     {
 299         if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 300         {
 301             float bit_depth_correction = powf(1 << (BIT_DEPTH-8), 0.5f);
 302             float avg_adj_pow2 = 0.f;
 303             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 304                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 305                 {
 306                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 307                     float qp_adj = powf( energy + 1, 0.125f );
 308                     frame->f_qp_offset[mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride] = qp_adj;
 309                     avg_adj += qp_adj;
 310                     avg_adj_pow2 += qp_adj * qp_adj;
 311                 }
 312             avg_adj /= h->mb.i_mb_count;
 313             avg_adj_pow2 /= h->mb.i_mb_count;
 314             strength = h->param.rc.f_aq_strength * avg_adj / bit_depth_correction;
 315             avg_adj = avg_adj - 0.5f * (avg_adj_pow2 - (14.f * bit_depth_correction)) / avg_adj;
 316         }
 317         else
 318             strength = h->param.rc.f_aq_strength * 1.0397f;
 319
 320         for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 321             for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 322             {
 323                 float qp_adj;
 324                 int mb_xy = mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride;
 325                 if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 326                 {
 327                     qp_adj = frame->f_qp_offset[mb_xy];
 328                     qp_adj = strength * (qp_adj - avg_adj);
 329                 }
 330                 else
 331                 {
 332                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 333                     qp_adj = strength * (x264_log2( X264_MAX(energy, 1) ) - (14.427f + 2*(BIT_DEPTH-8)));
 334                 }
 335                 if( quant_offsets )
 336                     qp_adj += quant_offsets[mb_xy];
 337                 frame->f_qp_offset[mb_xy] =
 338                 frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = qp_adj;
 339                 if( h->frames.b_have_lowres )
 340                     frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8(qp_adj);
 341             }
 342     }
 343
 344     /* Remove mean from SSD calculation */
 345     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 346     {
 347         uint64_t ssd = frame->i_pixel_ssd[i];
 348         uint64_t sum = frame->i_pixel_sum[i];
 349         int width = h->mb.i_mb_width*16>>!!i;
 350         int height = h->mb.i_mb_height*16>>!!i;
 351         frame->i_pixel_ssd[i] = ssd - (sum * sum + width * height / 2) / (width * height);
 352     }
 353 }
 354
 355 int x264_macroblock_tree_read( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 356 {
 357     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 358     uint8_t i_type_actual = rc->entry[frame->i_frame].pict_type;
 359
 360     if( rc->entry[frame->i_frame].kept_as_ref )
 361     {
 362         uint8_t i_type;
 363         if( rc->qpbuf_pos < 0 )
 364         {
 365             do
 366             {
 367                 rc->qpbuf_pos++;
 368
 369                 if( !fread( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_in ) )
 370                     goto fail;
 371                 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 )
 372                     goto fail;
 373
 374                 if( i_type != i_type_actual && rc->qpbuf_pos == 1 )
 375                 {
 376                     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree frametype %d doesn't match actual frametype %d.\n", i_type, i_type_actual);
 377                     return -1;
 378                 }
 379             } while( i_type != i_type_actual );
 380         }
 381
 382         for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
 383         {
 384             frame->f_qp_offset[i] = ((float)(int16_t)endian_fix16( rc->qp_buffer[rc->qpbuf_pos][i] )) * (1/256.0);
 385             if( h->frames.b_have_lowres )
 386                 frame->i_inv_qscale_factor[i] = x264_exp2fix8(frame->f_qp_offset[i]);
 387         }
 388         rc->qpbuf_pos--;
 389     }
 390     else
 391         x264_stack_align( x264_adaptive_quant_frame, h, frame, quant_offsets );
 392     return 0;
 393 fail:
 394     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "Incomplete MB-tree stats file.\n");
 395     return -1;
 396 }
 397
 398 int x264_reference_build_list_optimal( x264_t *h )
 399 {
 400     ratecontrol_entry_t *rce = h->rc->rce;
 401     x264_frame_t *frames[16];
 402     x264_weight_t weights[16][3];
 403     int refcount[16];
 404
 405     if( rce->refs != h->i_ref0 )
 406         return -1;
 407
 408     memcpy( frames, h->fref0, sizeof(frames) );
 409     memcpy( refcount, rce->refcount, sizeof(refcount) );
 410     memcpy( weights, h->fenc->weight, sizeof(weights) );
 411     memset( &h->fenc->weight[1][0], 0, sizeof(x264_weight_t[15][3]) );
 412
 413     /* For now don't reorder ref 0; it seems to lower quality
 414        in most cases due to skips. */
 415     for( int ref = 1; ref < h->i_ref0; ref++ )
 416     {
 417         int max = -1;
 418         int bestref = 1;
 419
 420         for( int i = 1; i < h->i_ref0; i++ )
 421             /* Favor lower POC as a tiebreaker. */
 422             COPY2_IF_GT( max, refcount[i], bestref, i );
 423
 424         /* FIXME: If there are duplicates from frames other than ref0 then it is possible
 425          * that the optimal ordering doesnt place every duplicate. */
 426
 427         refcount[bestref] = -1;
 428         h->fref0[ref] = frames[bestref];
 429         memcpy( h->fenc->weight[ref], weights[bestref], sizeof(weights[bestref]) );
 430     }
 431
 432     return 0;
 433 }
 434
 435 static char *x264_strcat_filename( char *input, char *suffix )
 436 {
 437     char *output = x264_malloc( strlen( input ) + strlen( suffix ) + 1 );
 438     if( !output )
 439         return NULL;
 440     strcpy( output, input );
 441     strcat( output, suffix );
 442     return output;
 443 }
 444
 445 void x264_ratecontrol_init_reconfigurable( x264_t *h, int b_init )
 446 {
 447     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 448     if( !b_init && rc->b_2pass )
 449         return;
 450
 451     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
 452     {
 453         /* Arbitrary rescaling to make CRF somewhat similar to QP.
 454          * Try to compensate for MB-tree's effects as well. */
 455         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
 456         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
 457         rc->rate_factor_constant = pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
 458                                  / qp2qscale( h->param.rc.f_rf_constant + mbtree_offset + QP_BD_OFFSET );
 459     }
 460
 461     if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate > 0 && h->param.rc.i_vbv_buffer_size > 0 )
 462     {
 463         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size < (int)(h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps) )
 464         {
 465             h->param.rc.i_vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps;
 466             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV buffer size cannot be smaller than one frame, using %d kbit\n",
 467                       h->param.rc.i_vbv_buffer_size );
 468         }
 469
 470         /* We don't support changing the ABR bitrate right now,
 471            so if the stream starts as CBR, keep it CBR. */
 472         if( rc->b_vbv_min_rate )
 473             h->param.rc.i_vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_bitrate;
 474
 475         int vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_buffer_size * 1000;
 476         int vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate * 1000;
 477
 478         /* Init HRD */
 479         h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled = vbv_max_bitrate;
 480         h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled = vbv_buffer_size;
 481         if( h->param.i_nal_hrd && b_init )
 482         {
 483             h->sps->vui.hrd.i_cpb_cnt = 1;
 484             h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd = h->param.i_nal_hrd == X264_NAL_HRD_CBR;
 485             h->sps->vui.hrd.i_time_offset_length = 0;
 486
 487             #define BR_SHIFT  6
 488             #define CPB_SHIFT 4
 489
 490             int bitrate = 1000*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate;
 491             int bufsize = 1000*h->param.rc.i_vbv_buffer_size;
 492
 493             // normalize HRD size and rate to the value / scale notation
 494             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale = x264_clip3( x264_ctz( bitrate ) - BR_SHIFT, 0, 15 );
 495             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_value = bitrate >> ( h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale + BR_SHIFT );
 496             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 );
 497             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale = x264_clip3( x264_ctz( bufsize ) - CPB_SHIFT, 0, 15 );
 498             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_value = bufsize >> ( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale + CPB_SHIFT );
 499             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 );
 500
 501             #undef CPB_SHIFT
 502             #undef BR_SHIFT
 503
 504             // arbitrary
 505             #define MAX_DURATION 0.5
 506
 507             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 );
 508             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;
 509             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);
 510
 511             h->sps->vui.hrd.i_initial_cpb_removal_delay_length = 2 + x264_clip3( 32 - x264_clz( max_delay ), 4, 22 );
 512             h->sps->vui.hrd.i_cpb_removal_delay_length = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_cpb_output_delay ), 4, 31 );
 513             h->sps->vui.hrd.i_dpb_output_delay_length  = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_dpb_output_delay ), 4, 31 );
 514
 515             #undef MAX_DURATION
 516
 517             vbv_buffer_size = h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled;
 518             vbv_max_bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
 519         }
 520         else if( h->param.i_nal_hrd && !b_init )
 521         {
 522             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV parameters cannot be changed when NAL HRD is in use\n" );
 523             return;
 524         }
 525
 526         rc->buffer_rate = vbv_max_bitrate / rc->fps;
 527         rc->vbv_max_rate = vbv_max_bitrate;
 528         rc->buffer_size = vbv_buffer_size;
 529         rc->single_frame_vbv = rc->buffer_rate * 1.1 > rc->buffer_size;
 530         rc->cbr_decay = 1.0 - rc->buffer_rate / rc->buffer_size
 531                       * 0.5 * X264_MAX(0, 1.5 - rc->buffer_rate * rc->fps / rc->bitrate);
 532         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.f_rf_constant_max )
 533         {
 534             rc->rate_factor_max_increment = h->param.rc.f_rf_constant_max - h->param.rc.f_rf_constant;
 535             if( rc->rate_factor_max_increment <= 0 )
 536             {
 537                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CRF max must be greater than CRF\n" );
 538                 rc->rate_factor_max_increment = 0;
 539             }
 540         }
 541         if( b_init )
 542         {
 543             if( h->param.rc.f_vbv_buffer_init > 1. )
 544                 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 );
 545             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);
 546             rc->buffer_fill_final = rc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init * h->sps->vui.i_time_scale;
 547             rc->b_vbv = 1;
 548             rc->b_vbv_min_rate = !rc->b_2pass
 549                           && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR
 550                           && h->param.rc.i_vbv_max_bitrate <= h->param.rc.i_bitrate;
 551         }
 552     }
 553 }
 554
 555 int x264_ratecontrol_new( x264_t *h )
 556 {
 557     x264_ratecontrol_t *rc;
 558
 559     x264_emms();
 560
 561     CHECKED_MALLOCZERO( h->rc, h->param.i_threads * sizeof(x264_ratecontrol_t) );
 562     rc = h->rc;
 563
 564     rc->b_abr = h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CQP && !h->param.rc.b_stat_read;
 565     rc->b_2pass = h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && h->param.rc.b_stat_read;
 566
 567     /* FIXME: use integers */
 568     if( h->param.i_fps_num > 0 && h->param.i_fps_den > 0 )
 569         rc->fps = (float) h->param.i_fps_num / h->param.i_fps_den;
 570     else
 571         rc->fps = 25.0;
 572
 573     if( h->param.rc.b_mb_tree )
 574     {
 575         h->param.rc.f_pb_factor = 1;
 576         rc->qcompress = 1;
 577     }
 578     else
 579         rc->qcompress = h->param.rc.f_qcompress;
 580
 581     rc->bitrate = h->param.rc.i_bitrate * 1000.;
 582     rc->rate_tolerance = h->param.rc.f_rate_tolerance;
 583     rc->nmb = h->mb.i_mb_count;
 584     rc->last_non_b_pict_type = -1;
 585     rc->cbr_decay = 1.0;
 586
 587     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.b_stat_read )
 588     {
 589         x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "constant rate-factor is incompatible with 2pass.\n");
 590         return -1;
 591     }
 592
 593     x264_ratecontrol_init_reconfigurable( h, 1 );
 594
 595     if( h->param.i_nal_hrd )
 596     {
 597         uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
 598         uint64_t num = 180000;
 599         x264_reduce_fraction64( &num, &denom );
 600         rc->hrd_multiply_denom = 180000 / num;
 601
 602         double bits_required = log2( 180000 / rc->hrd_multiply_denom )
 603                              + log2( h->sps->vui.i_time_scale )
 604                              + log2( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled );
 605         if( bits_required >= 63 )
 606         {
 607             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "HRD with very large timescale and bufsize not supported\n" );
 608             return -1;
 609         }
 610     }
 611
 612     if( rc->rate_tolerance < 0.01 )
 613     {
 614         x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "bitrate tolerance too small, using .01\n");
 615         rc->rate_tolerance = 0.01;
 616     }
 617
 618     h->mb.b_variable_qp = rc->b_vbv || h->param.rc.i_aq_mode;
 619
 620     if( rc->b_abr )
 621     {
 622         /* FIXME ABR_INIT_QP is actually used only in CRF */
 623 #define ABR_INIT_QP (( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF ? h->param.rc.f_rf_constant : 24 ) + QP_BD_OFFSET)
 624         rc->accum_p_norm = .01;
 625         rc->accum_p_qp = ABR_INIT_QP * rc->accum_p_norm;
 626         /* estimated ratio that produces a reasonable QP for the first I-frame */
 627         rc->cplxr_sum = .01 * pow( 7.0e5, rc->qcompress ) * pow( h->mb.i_mb_count, 0.5 );
 628         rc->wanted_bits_window = 1.0 * rc->bitrate / rc->fps;
 629         rc->last_non_b_pict_type = SLICE_TYPE_I;
 630     }
 631
 632     rc->ip_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_ip_factor );
 633     rc->pb_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_pb_factor );
 634     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = h->param.rc.i_qp_constant;
 635     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant - rc->ip_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
 636     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant + rc->pb_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
 637     h->mb.ip_offset = rc->ip_offset + 0.5;
 638
 639     rc->lstep = pow( 2, h->param.rc.i_qp_step / 6.0 );
 640     rc->last_qscale = qp2qscale( 26 );
 641     int num_preds = h->param.b_sliced_threads * h->param.i_threads + 1;
 642     CHECKED_MALLOC( rc->pred, 5 * sizeof(predictor_t) * num_preds );
 643     CHECKED_MALLOC( rc->pred_b_from_p, sizeof(predictor_t) );
 644     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 645     {
 646         rc->last_qscale_for[i] = qp2qscale( ABR_INIT_QP );
 647         rc->lmin[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
 648         rc->lmax[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
 649         for( int j = 0; j < num_preds; j++ )
 650         {
 651             rc->pred[i+j*5].coeff= 2.0;
 652             rc->pred[i+j*5].count= 1.0;
 653             rc->pred[i+j*5].decay= 0.5;
 654             rc->pred[i+j*5].offset= 0.0;
 655         }
 656         for( int j = 0; j < 2; j++ )
 657         {
 658             rc->row_preds[i][j].coeff= .25;
 659             rc->row_preds[i][j].count= 1.0;
 660             rc->row_preds[i][j].decay= 0.5;
 661             rc->row_preds[i][j].offset= 0.0;
 662         }
 663     }
 664     *rc->pred_b_from_p = rc->pred[0];
 665
 666     if( parse_zones( h ) < 0 )
 667     {
 668         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to parse zones\n" );
 669         return -1;
 670     }
 671
 672     /* Load stat file and init 2pass algo */
 673     if( h->param.rc.b_stat_read )
 674     {
 675         char *p, *stats_in, *stats_buf;
 676
 677         /* read 1st pass stats */
 678         assert( h->param.rc.psz_stat_in );
 679         stats_buf = stats_in = x264_slurp_file( h->param.rc.psz_stat_in );
 680         if( !stats_buf )
 681         {
 682             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n");
 683             return -1;
 684         }
 685         if( h->param.rc.b_mb_tree )
 686         {
 687             char *mbtree_stats_in = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_in, ".mbtree" );
 688             if( !mbtree_stats_in )
 689                 return -1;
 690             rc->p_mbtree_stat_file_in = fopen( mbtree_stats_in, "rb" );
 691             x264_free( mbtree_stats_in );
 692             if( !rc->p_mbtree_stat_file_in )
 693             {
 694                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n");
 695                 return -1;
 696             }
 697         }
 698
 699         /* check whether 1st pass options were compatible with current options */
 700         if( !strncmp( stats_buf, "#options:", 9 ) )
 701         {
 702             int i, j;
 703             uint32_t k, l;
 704             char *opts = stats_buf;
 705             stats_in = strchr( stats_buf, '\n' );
 706             if( !stats_in )
 707                 return -1;
 708             *stats_in = '\0';
 709             stats_in++;
 710             if( sscanf( opts, "#options: %dx%d", &i, &j ) != 2 )
 711             {
 712                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "resolution specified in stats file not valid\n" );
 713                 return -1;
 714             }
 715             else if( h->param.rc.b_mb_tree && (i != h->param.i_width || j != h->param.i_height)  )
 716             {
 717                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree doesn't support different resolution than 1st pass (%dx%d vs %dx%d)\n",
 718                           h->param.i_width, h->param.i_height, i, j );
 719                 return -1;
 720             }
 721
 722             if( ( p = strstr( opts, "timebase=" ) ) && sscanf( p, "timebase=%u/%u", &k, &l ) != 2 )
 723             {
 724                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase specified in stats file not valid\n" );
 725                 return -1;
 726             }
 727             if( k != h->param.i_timebase_num || l != h->param.i_timebase_den )
 728             {
 729                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase mismatch with 1st pass (%u/%u vs %u/%u)\n",
 730                           h->param.i_timebase_num, h->param.i_timebase_den, k, l );
 731                 return -1;
 732             }
 733
 734             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bitdepth", BIT_DEPTH );
 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 - QP_BD_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     if( h->param.rc.b_stat_read )
1177     {
1178         int frame = h->fenc->i_frame;
1179         assert( frame >= 0 && frame < rc->num_entries );
1180         rce = h->rc->rce = &h->rc->entry[frame];
1181
1182         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B
1183             && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
1184         {
1185             h->sh.b_direct_spatial_mv_pred = ( rce->direct_mode == 's' );
1186             h->mb.b_direct_auto_read = ( rce->direct_mode == 's' || rce->direct_mode == 't' );
1187         }
1188     }
1189
1190     if( rc->b_vbv )
1191     {
1192         memset( h->fdec->i_row_bits, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(int) );
1193         rc->row_pred = &rc->row_preds[h->sh.i_type];
1194         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;
1195         update_vbv_plan( h, overhead );
1196
1197         const x264_level_t *l = x264_levels;
1198         while( l->level_idc != 0 && l->level_idc != h->param.i_level_idc )
1199             l++;
1200
1201         int mincr = l->mincr;
1202
1203         /* Blu-ray requires this */
1204         if( l->level_idc == 41 && h->param.i_nal_hrd )
1205             mincr = 4;
1206
1207         /* High 10 doesn't require minCR, so just set the maximum to a large value. */
1208         if( h->sps->i_profile_idc == PROFILE_HIGH10 )
1209             rc->frame_size_maximum = 1e9;
1210         else
1211         {
1212             /* The spec has a bizarre special case for the first frame. */
1213             if( h->i_frame == 0 )
1214             {
1215                 //384 * ( Max( PicSizeInMbs, fR * MaxMBPS ) + MaxMBPS * ( tr( 0 ) - tr,n( 0 ) ) ) / MinCR
1216                 double fr = 1. / 172;
1217                 int pic_size_in_mbs = h->mb.i_mb_width * h->mb.i_mb_height;
1218                 rc->frame_size_maximum = 384 * BIT_DEPTH * X264_MAX( pic_size_in_mbs, fr*l->mbps ) / mincr;
1219             }
1220             else
1221             {
1222                 //384 * MaxMBPS * ( tr( n ) - tr( n - 1 ) ) / MinCR
1223                 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;
1224             }
1225         }
1226     }
1227
1228     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1229         rc->bframes = h->fenc->i_bframes;
1230
1231     if( i_force_qp != X264_QP_AUTO )
1232     {
1233         q = i_force_qp - 1;
1234     }
1235     else if( rc->b_abr )
1236     {
1237         q = qscale2qp( rate_estimate_qscale( h ) );
1238     }
1239     else if( rc->b_2pass )
1240     {
1241         rce->new_qscale = rate_estimate_qscale( h );
1242         q = qscale2qp( rce->new_qscale );
1243     }
1244     else /* CQP */
1245     {
1246         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B && h->fdec->b_kept_as_ref )
1247             q = ( rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_B ] + rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_P ] ) / 2;
1248         else
1249             q = rc->qp_constant[ h->sh.i_type ];
1250
1251         if( zone )
1252         {
1253             if( zone->b_force_qp )
1254                 q += zone->i_qp - rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P];
1255             else
1256                 q -= 6*log2f( zone->f_bitrate_factor );
1257         }
1258     }
1259
1260     q = x264_clip3f( q, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1261
1262     rc->qpa_rc =
1263     rc->qpa_aq = 0;
1264     rc->qp = x264_clip3( (int)(q + 0.5), 0, QP_MAX );
1265     h->fdec->f_qp_avg_rc =
1266     h->fdec->f_qp_avg_aq =
1267     rc->qpm = q;
1268     if( rce )
1269         rce->new_qp = rc->qp;
1270
1271     accum_p_qp_update( h, rc->qpm );
1272
1273     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1274         rc->last_non_b_pict_type = h->sh.i_type;
1275 }
1276
1277 static double predict_row_size( x264_t *h, int y, double qp )
1278 {
1279     /* average between two predictors:
1280      * absolute SATD, and scaled bit cost of the colocated row in the previous frame */
1281     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1282     double pred_s = predict_size( rc->row_pred[0], qp2qscale( qp ), h->fdec->i_row_satd[y] );
1283     double pred_t = 0;
1284     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I || qp >= h->fref0[0]->f_row_qp[y] )
1285     {
1286         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P
1287             && h->fref0[0]->i_type == h->fdec->i_type
1288             && h->fref0[0]->i_row_satd[y] > 0
1289             && (abs(h->fref0[0]->i_row_satd[y] - h->fdec->i_row_satd[y]) < h->fdec->i_row_satd[y]/2))
1290         {
1291             pred_t = h->fref0[0]->i_row_bits[y] * h->fdec->i_row_satd[y] / h->fref0[0]->i_row_satd[y]
1292                      * qp2qscale( h->fref0[0]->f_row_qp[y] ) / qp2qscale( qp );
1293         }
1294         if( pred_t == 0 )
1295             pred_t = pred_s;
1296         return (pred_s + pred_t) / 2;
1297     }
1298     /* Our QP is lower than the reference! */
1299     else
1300     {
1301         double pred_intra = predict_size( rc->row_pred[1], qp2qscale( qp ), h->fdec->i_row_satds[0][0][y] );
1302         /* Sum: better to overestimate than underestimate by using only one of the two predictors. */
1303         return pred_intra + pred_s;
1304     }
1305 }
1306
1307 static double row_bits_so_far( x264_t *h, int y )
1308 {
1309     double bits = 0;
1310     for( int i = h->i_threadslice_start; i <= y; i++ )
1311         bits += h->fdec->i_row_bits[i];
1312     return bits;
1313 }
1314
1315 static double predict_row_size_sum( x264_t *h, int y, double qp )
1316 {
1317     double bits = row_bits_so_far(h, y);
1318     for( int i = y+1; i < h->i_threadslice_end; i++ )
1319         bits += predict_row_size( h, i, qp );
1320     return bits;
1321 }
1322
1323
1324 void x264_ratecontrol_mb( x264_t *h, int bits )
1325 {
1326     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1327     const int y = h->mb.i_mb_y;
1328
1329     x264_emms();
1330
1331     h->fdec->i_row_bits[y] += bits;
1332     rc->qpa_rc += rc->qpm;
1333     rc->qpa_aq += h->mb.i_qp;
1334
1335     if( h->mb.i_mb_x != h->mb.i_mb_width - 1 || !rc->b_vbv )
1336         return;
1337
1338     h->fdec->f_row_qp[y] = rc->qpm;
1339
1340     update_predictor( rc->row_pred[0], qp2qscale( rc->qpm ), h->fdec->i_row_satd[y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1341     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && rc->qpm < h->fref0[0]->f_row_qp[y] )
1342         update_predictor( rc->row_pred[1], qp2qscale( rc->qpm ), h->fdec->i_row_satds[0][0][y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1343
1344     /* tweak quality based on difference from predicted size */
1345     if( y < h->i_threadslice_end-1 )
1346     {
1347         float prev_row_qp = h->fdec->f_row_qp[y];
1348         float qp_min = X264_MAX( prev_row_qp - h->param.rc.i_qp_step, h->param.rc.i_qp_min );
1349         float qp_absolute_max = h->param.rc.i_qp_max;
1350         if( rc->rate_factor_max_increment )
1351             qp_absolute_max = X264_MIN( qp_absolute_max, rc->qp_novbv + rc->rate_factor_max_increment );
1352         float qp_max = X264_MIN( prev_row_qp + h->param.rc.i_qp_step, qp_absolute_max );
1353         float step_size = 0.5;
1354
1355         /* B-frames shouldn't use lower QP than their reference frames. */
1356         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1357         {
1358             qp_min = X264_MAX( qp_min, X264_MAX( h->fref0[0]->f_row_qp[y+1], h->fref1[0]->f_row_qp[y+1] ) );
1359             rc->qpm = X264_MAX( rc->qpm, qp_min );
1360         }
1361
1362         float buffer_left_planned = rc->buffer_fill - rc->frame_size_planned;
1363         float slice_size_planned = h->param.b_sliced_threads ? rc->slice_size_planned : rc->frame_size_planned;
1364         float max_frame_error = X264_MAX( 0.05, 1.0 / (h->mb.i_mb_height) );
1365         float size_of_other_slices = 0;
1366         if( h->param.b_sliced_threads )
1367         {
1368             float size_of_other_slices_planned = 0;
1369             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1370                 if( h != h->thread[i] )
1371                 {
1372                     size_of_other_slices += h->thread[i]->rc->frame_size_estimated;
1373                     size_of_other_slices_planned += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
1374                 }
1375             float weight = rc->slice_size_planned / rc->frame_size_planned;
1376             size_of_other_slices = (size_of_other_slices - size_of_other_slices_planned) * weight + size_of_other_slices_planned;
1377         }
1378
1379         /* More threads means we have to be more cautious in letting ratecontrol use up extra bits. */
1380         float rc_tol = buffer_left_planned / h->param.i_threads * rc->rate_tolerance;
1381         int b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1382
1383         /* Don't modify the row QPs until a sufficent amount of the bits of the frame have been processed, in case a flat */
1384         /* area at the top of the frame was measured inaccurately. */
1385         if( row_bits_so_far( h, y ) < 0.05 * slice_size_planned )
1386             return;
1387
1388         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I )
1389             rc_tol /= 2;
1390
1391         if( !rc->b_vbv_min_rate )
1392             qp_min = X264_MAX( qp_min, rc->qp_novbv );
1393
1394         while( rc->qpm < qp_max
1395                && ((b1 > rc->frame_size_planned + rc_tol) ||
1396                    (rc->buffer_fill - b1 < buffer_left_planned * 0.5) ||
1397                    (b1 > rc->frame_size_planned && rc->qpm < rc->qp_novbv)) )
1398         {
1399             rc->qpm += step_size;
1400             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1401         }
1402
1403         while( rc->qpm > qp_min
1404                && (rc->qpm > h->fdec->f_row_qp[0] || rc->single_frame_vbv)
1405                && ((b1 < rc->frame_size_planned * 0.8 && rc->qpm <= prev_row_qp)
1406                || b1 < (rc->buffer_fill - rc->buffer_size + rc->buffer_rate) * 1.1) )
1407         {
1408             rc->qpm -= step_size;
1409             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1410         }
1411
1412         /* avoid VBV underflow or MinCR violation */
1413         while( (rc->qpm < qp_absolute_max)
1414                && ((rc->buffer_fill - b1 < rc->buffer_rate * max_frame_error) ||
1415                    (rc->frame_size_maximum - b1 < rc->frame_size_maximum * max_frame_error)))
1416         {
1417             rc->qpm += step_size;
1418             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1419         }
1420
1421         h->rc->frame_size_estimated = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm );
1422     }
1423 }
1424
1425 int x264_ratecontrol_qp( x264_t *h )
1426 {
1427     x264_emms();
1428     return x264_clip3( h->rc->qpm + .5, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1429 }
1430
1431 int x264_ratecontrol_mb_qp( x264_t *h )
1432 {
1433     x264_emms();
1434     float qp = h->rc->qpm;
1435     if( h->param.rc.i_aq_mode )
1436         /* MB-tree currently doesn't adjust quantizers in unreferenced frames. */
1437         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];
1438     return x264_clip3( qp + .5, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1439 }
1440
1441 /* In 2pass, force the same frame types as in the 1st pass */
1442 int x264_ratecontrol_slice_type( x264_t *h, int frame_num )
1443 {
1444     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1445     if( h->param.rc.b_stat_read )
1446     {
1447         if( frame_num >= rc->num_entries )
1448         {
1449             /* We could try to initialize everything required for ABR and
1450              * adaptive B-frames, but that would be complicated.
1451              * So just calculate the average QP used so far. */
1452             h->param.rc.i_qp_constant = (h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P] == 0) ? 24 + QP_BD_OFFSET
1453                                       : 1 + h->stat.f_frame_qp[SLICE_TYPE_P] / h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P];
1454             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant, 0, QP_MAX );
1455             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 );
1456             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 );
1457
1458             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d)\n", rc->num_entries);
1459             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "continuing anyway, at constant QP=%d\n", h->param.rc.i_qp_constant);
1460             if( h->param.i_bframe_adaptive )
1461                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "disabling adaptive B-frames\n");
1462
1463             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1464             {
1465                 h->thread[i]->rc->b_abr = 0;
1466                 h->thread[i]->rc->b_2pass = 0;
1467                 h->thread[i]->param.rc.i_rc_method = X264_RC_CQP;
1468                 h->thread[i]->param.rc.b_stat_read = 0;
1469                 h->thread[i]->param.i_bframe_adaptive = 0;
1470                 h->thread[i]->param.i_scenecut_threshold = 0;
1471                 h->thread[i]->param.rc.b_mb_tree = 0;
1472                 if( h->thread[i]->param.i_bframe > 1 )
1473                     h->thread[i]->param.i_bframe = 1;
1474             }
1475             return X264_TYPE_AUTO;
1476         }
1477         return rc->entry[frame_num].frame_type;
1478     }
1479     else
1480         return X264_TYPE_AUTO;
1481 }
1482
1483 void x264_ratecontrol_set_weights( x264_t *h, x264_frame_t *frm )
1484 {
1485     ratecontrol_entry_t *rce = &h->rc->entry[frm->i_frame];
1486     if( h->param.analyse.i_weighted_pred <= 0 )
1487         return;
1488     if( rce->i_weight_denom >= 0 )
1489         SET_WEIGHT( frm->weight[0][0], 1, rce->weight[0], rce->i_weight_denom, rce->weight[1] );
1490 }
1491
1492 /* After encoding one frame, save stats and update ratecontrol state */
1493 int x264_ratecontrol_end( x264_t *h, int bits, int *filler )
1494 {
1495     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1496     const int *mbs = h->stat.frame.i_mb_count;
1497
1498     x264_emms();
1499
1500     h->stat.frame.i_mb_count_skip = mbs[P_SKIP] + mbs[B_SKIP];
1501     h->stat.frame.i_mb_count_i = mbs[I_16x16] + mbs[I_8x8] + mbs[I_4x4];
1502     h->stat.frame.i_mb_count_p = mbs[P_L0] + mbs[P_8x8];
1503     for( int i = B_DIRECT; i < B_8x8; i++ )
1504         h->stat.frame.i_mb_count_p += mbs[i];
1505
1506     h->fdec->f_qp_avg_rc = rc->qpa_rc /= h->mb.i_mb_count;
1507     h->fdec->f_qp_avg_aq = rc->qpa_aq /= h->mb.i_mb_count;
1508
1509     if( h->param.rc.b_stat_write )
1510     {
1511         char c_type = h->sh.i_type==SLICE_TYPE_I ? (h->fenc->i_poc==0 ? 'I' : 'i')
1512                     : h->sh.i_type==SLICE_TYPE_P ? 'P'
1513                     : h->fenc->b_kept_as_ref ? 'B' : 'b';
1514         int dir_frame = h->stat.frame.i_direct_score[1] - h->stat.frame.i_direct_score[0];
1515         int dir_avg = h->stat.i_direct_score[1] - h->stat.i_direct_score[0];
1516         char c_direct = h->mb.b_direct_auto_write ?
1517                         ( dir_frame>0 ? 's' : dir_frame<0 ? 't' :
1518                           dir_avg>0 ? 's' : dir_avg<0 ? 't' : '-' )
1519                         : '-';
1520         if( fprintf( rc->p_stat_file_out,
1521                  "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:",
1522                  h->fenc->i_frame, h->i_frame,
1523                  c_type, h->fenc->i_duration,
1524                  h->fenc->i_cpb_duration, rc->qpa_rc,
1525                  h->stat.frame.i_tex_bits,
1526                  h->stat.frame.i_mv_bits,
1527                  h->stat.frame.i_misc_bits,
1528                  h->stat.frame.i_mb_count_i,
1529                  h->stat.frame.i_mb_count_p,
1530                  h->stat.frame.i_mb_count_skip,
1531                  c_direct) < 0 )
1532             goto fail;
1533
1534         /* Only write information for reference reordering once. */
1535         int use_old_stats = h->param.rc.b_stat_read && rc->rce->refs > 1;
1536         for( int i = 0; i < (use_old_stats ? rc->rce->refs : h->i_ref0); i++ )
1537         {
1538             int refcount = use_old_stats         ? rc->rce->refcount[i]
1539                          : h->param.b_interlaced ? h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2]
1540                                                  + h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2+1]
1541                          :                         h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i];
1542             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "%d ", refcount ) < 0 )
1543                 goto fail;
1544         }
1545
1546         if( h->sh.weight[0][0].weightfn )
1547         {
1548             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 )
1549                 goto fail;
1550         }
1551
1552         if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ";\n") < 0 )
1553             goto fail;
1554
1555         /* Don't re-write the data in multi-pass mode. */
1556         if( h->param.rc.b_mb_tree && h->fenc->b_kept_as_ref && !h->param.rc.b_stat_read )
1557         {
1558             uint8_t i_type = h->sh.i_type;
1559             /* Values are stored as big-endian FIX8.8 */
1560             for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
1561                 rc->qp_buffer[0][i] = endian_fix16( h->fenc->f_qp_offset[i]*256.0 );
1562             if( fwrite( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < 1 )
1563                 goto fail;
1564             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 )
1565                 goto fail;
1566         }
1567     }
1568
1569     if( rc->b_abr )
1570     {
1571         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1572             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / rc->last_rceq;
1573         else
1574         {
1575             /* Depends on the fact that B-frame's QP is an offset from the following P-frame's.
1576              * Not perfectly accurate with B-refs, but good enough. */
1577             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / (rc->last_rceq * fabs( h->param.rc.f_pb_factor ));
1578         }
1579         rc->cplxr_sum *= rc->cbr_decay;
1580         double frame_duration = (double)h->fenc->i_duration * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1581
1582         rc->wanted_bits_window += frame_duration * rc->bitrate;
1583         rc->wanted_bits_window *= rc->cbr_decay;
1584     }
1585
1586     if( rc->b_2pass )
1587         rc->expected_bits_sum += qscale2bits( rc->rce, qp2qscale( rc->rce->new_qp ) );
1588
1589     if( h->mb.b_variable_qp )
1590     {
1591         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1592         {
1593             rc->bframe_bits += bits;
1594             if( h->fenc->b_last_minigop_bframe )
1595             {
1596                 update_predictor( rc->pred_b_from_p, qp2qscale( rc->qpa_rc ),
1597                                   h->fref1[h->i_ref1-1]->i_satd, rc->bframe_bits / rc->bframes );
1598                 rc->bframe_bits = 0;
1599             }
1600         }
1601     }
1602
1603     *filler = update_vbv( h, bits );
1604     rc->filler_bits_sum += *filler * 8;
1605
1606     if( h->sps->vui.b_nal_hrd_parameters_present )
1607     {
1608         if( h->fenc->i_frame == 0 )
1609         {
1610             // access unit initialises the HRD
1611             h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = 0;
1612             rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1613             rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1614             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit = (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1615         }
1616         else
1617         {
1618             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit + (double)(h->fenc->i_cpb_delay - h->i_cpb_delay_pir_offset) *
1619                                                    h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1620
1621             double cpb_earliest_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time - (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1622             if( h->fenc->b_keyframe )
1623             {
1624                  rc->nrt_first_access_unit = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1625                  rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1626                  rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1627             }
1628             else
1629                  cpb_earliest_arrival_time -= (double)rc->initial_cpb_removal_delay_offset / 90000;
1630
1631             if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd )
1632                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time;
1633             else
1634                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = X264_MAX( rc->previous_cpb_final_arrival_time, cpb_earliest_arrival_time );
1635         }
1636         int filler_bits = *filler ? X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), *filler )*8 : 0;
1637         // Equation C-6
1638         h->fenc->hrd_timing.cpb_final_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time +
1639                                                      (double)(bits + filler_bits) / h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1640
1641         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 +
1642                                               h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1643     }
1644
1645     return 0;
1646 fail:
1647     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_end: stats file could not be written to\n");
1648     return -1;
1649 }
1650
1651 /****************************************************************************
1652  * 2 pass functions
1653  ***************************************************************************/
1654
1655 /**
1656  * modify the bitrate curve from pass1 for one frame
1657  */
1658 static double get_qscale(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double rate_factor, int frame_num)
1659 {
1660     x264_ratecontrol_t *rcc= h->rc;
1661     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
1662     double q = pow( rce->blurred_complexity, 1 - rcc->qcompress );
1663
1664     // avoid NaN's in the rc_eq
1665     if( !isfinite(q) || rce->tex_bits + rce->mv_bits == 0 )
1666         q = rcc->last_qscale_for[rce->pict_type];
1667     else
1668     {
1669         rcc->last_rceq = q;
1670         q /= rate_factor;
1671         rcc->last_qscale = q;
1672     }
1673
1674     if( zone )
1675     {
1676         if( zone->b_force_qp )
1677             q = qp2qscale( zone->i_qp );
1678         else
1679             q /= zone->f_bitrate_factor;
1680     }
1681
1682     return q;
1683 }
1684
1685 static double get_diff_limited_q(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double q)
1686 {
1687     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1688     const int pict_type = rce->pict_type;
1689
1690     // force I/B quants as a function of P quants
1691     const double last_p_q    = rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P];
1692     const double last_non_b_q= rcc->last_qscale_for[rcc->last_non_b_pict_type];
1693     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
1694     {
1695         double iq = q;
1696         double pq = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
1697         double ip_factor = fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
1698         /* don't apply ip_factor if the following frame is also I */
1699         if( rcc->accum_p_norm <= 0 )
1700             q = iq;
1701         else if( h->param.rc.f_ip_factor < 0 )
1702             q = iq / ip_factor;
1703         else if( rcc->accum_p_norm >= 1 )
1704             q = pq / ip_factor;
1705         else
1706             q = rcc->accum_p_norm * pq / ip_factor + (1 - rcc->accum_p_norm) * iq;
1707     }
1708     else if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
1709     {
1710         if( h->param.rc.f_pb_factor > 0 )
1711             q = last_non_b_q;
1712         if( !rce->kept_as_ref )
1713             q *= fabs( h->param.rc.f_pb_factor );
1714     }
1715     else if( pict_type == SLICE_TYPE_P
1716              && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_P
1717              && rce->tex_bits == 0 )
1718     {
1719         q = last_p_q;
1720     }
1721
1722     /* last qscale / qdiff stuff */
1723     if( rcc->last_non_b_pict_type == pict_type &&
1724         (pict_type!=SLICE_TYPE_I || rcc->last_accum_p_norm < 1) )
1725     {
1726         double last_q = rcc->last_qscale_for[pict_type];
1727         double max_qscale = last_q * rcc->lstep;
1728         double min_qscale = last_q / rcc->lstep;
1729
1730         if     ( q > max_qscale ) q = max_qscale;
1731         else if( q < min_qscale ) q = min_qscale;
1732     }
1733
1734     rcc->last_qscale_for[pict_type] = q;
1735     if( pict_type != SLICE_TYPE_B )
1736         rcc->last_non_b_pict_type = pict_type;
1737     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
1738     {
1739         rcc->last_accum_p_norm = rcc->accum_p_norm;
1740         rcc->accum_p_norm = 0;
1741         rcc->accum_p_qp = 0;
1742     }
1743     if( pict_type == SLICE_TYPE_P )
1744     {
1745         float mask = 1 - pow( (float)rce->i_count / rcc->nmb, 2 );
1746         rcc->accum_p_qp   = mask * (qscale2qp( q ) + rcc->accum_p_qp);
1747         rcc->accum_p_norm = mask * (1 + rcc->accum_p_norm);
1748     }
1749     return q;
1750 }
1751
1752 static double predict_size( predictor_t *p, double q, double var )
1753 {
1754      return (p->coeff*var + p->offset) / (q*p->count);
1755 }
1756
1757 static void update_predictor( predictor_t *p, double q, double var, double bits )
1758 {
1759     const double range = 1.5;
1760     if( var < 10 )
1761         return;
1762     double old_coeff = p->coeff / p->count;
1763     double new_coeff = bits*q / var;
1764     double new_coeff_clipped = x264_clip3f( new_coeff, old_coeff/range, old_coeff*range );
1765     double new_offset = bits*q - new_coeff_clipped * var;
1766     if( new_offset >= 0 )
1767         new_coeff = new_coeff_clipped;
1768     else
1769         new_offset = 0;
1770     p->count  *= p->decay;
1771     p->coeff  *= p->decay;
1772     p->offset *= p->decay;
1773     p->count  ++;
1774     p->coeff  += new_coeff;
1775     p->offset += new_offset;
1776 }
1777
1778 // update VBV after encoding a frame
1779 static int update_vbv( x264_t *h, int bits )
1780 {
1781     int filler = 0;
1782     int bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1783     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1784     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
1785     uint64_t buffer_size = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
1786
1787     if( rcc->last_satd >= h->mb.i_mb_count )
1788         update_predictor( &rct->pred[h->sh.i_type], qp2qscale( rcc->qpa_rc ), rcc->last_satd, bits );
1789
1790     if( !rcc->b_vbv )
1791         return filler;
1792
1793     rct->buffer_fill_final -= (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
1794
1795     if( rct->buffer_fill_final < 0 )
1796         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 );
1797     rct->buffer_fill_final = X264_MAX( rct->buffer_fill_final, 0 );
1798     rct->buffer_fill_final += (uint64_t)bitrate * h->sps->vui.i_num_units_in_tick * h->fenc->i_cpb_duration;
1799
1800     if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd && rct->buffer_fill_final > buffer_size )
1801     {
1802         filler = ceil( (rct->buffer_fill_final - buffer_size) / (8. * h->sps->vui.i_time_scale) );
1803         bits = X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), filler ) * 8;
1804         rct->buffer_fill_final -= (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
1805     }
1806     else
1807         rct->buffer_fill_final = X264_MIN( rct->buffer_fill_final, buffer_size );
1808
1809     return filler;
1810 }
1811
1812 void x264_hrd_fullness( x264_t *h )
1813 {
1814     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
1815     uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale / rct->hrd_multiply_denom;
1816     uint64_t cpb_state = rct->buffer_fill_final;
1817     uint64_t cpb_size = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
1818     uint64_t multiply_factor = 180000 / rct->hrd_multiply_denom;
1819
1820     if( rct->buffer_fill_final < 0 || rct->buffer_fill_final > cpb_size )
1821     {
1822          x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CPB %s: %.0lf bits in a %.0lf-bit buffer\n",
1823                    rct->buffer_fill_final < 0 ? "underflow" : "overflow", (float)rct->buffer_fill_final/denom, (float)cpb_size/denom );
1824     }
1825
1826     h->initial_cpb_removal_delay = (multiply_factor * cpb_state + denom) / (2*denom);
1827     h->initial_cpb_removal_delay_offset = (multiply_factor * cpb_size + denom) / (2*denom) - h->initial_cpb_removal_delay;
1828 }
1829
1830 // provisionally update VBV according to the planned size of all frames currently in progress
1831 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead )
1832 {
1833     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1834     rcc->buffer_fill = h->thread[0]->rc->buffer_fill_final / h->sps->vui.i_time_scale;
1835     if( h->i_thread_frames > 1 )
1836     {
1837         int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
1838         for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
1839         {
1840             x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
1841             double bits = t->rc->frame_size_planned;
1842             if( !t->b_thread_active )
1843                 continue;
1844             bits  = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
1845             rcc->buffer_fill -= bits;
1846             rcc->buffer_fill = X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0 );
1847             rcc->buffer_fill += t->rc->buffer_rate;
1848             rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
1849         }
1850     }
1851     rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
1852     rcc->buffer_fill -= overhead;
1853 }
1854
1855 // apply VBV constraints and clip qscale to between lmin and lmax
1856 static double clip_qscale( x264_t *h, int pict_type, double q )
1857 {
1858     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1859     double lmin = rcc->lmin[pict_type];
1860     double lmax = rcc->lmax[pict_type];
1861     if( rcc->rate_factor_max_increment )
1862         lmax = X264_MIN( lmax, qp2qscale( rcc->qp_novbv + rcc->rate_factor_max_increment ) );
1863     double q0 = q;
1864
1865     /* B-frames are not directly subject to VBV,
1866      * since they are controlled by the P-frames' QPs. */
1867
1868     if( rcc->b_vbv && rcc->last_satd > 0 )
1869     {
1870         /* Lookahead VBV: raise the quantizer as necessary such that no frames in
1871          * the lookahead overflow and such that the buffer is in a reasonable state
1872          * by the end of the lookahead. */
1873         if( h->param.rc.i_lookahead )
1874         {
1875             int terminate = 0;
1876
1877             /* Avoid an infinite loop. */
1878             for( int iterations = 0; iterations < 1000 && terminate != 3; iterations++ )
1879             {
1880                 double frame_q[3];
1881                 double cur_bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1882                 double buffer_fill_cur = rcc->buffer_fill - cur_bits;
1883                 double target_fill;
1884                 double total_duration = 0;
1885                 frame_q[0] = h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I ? q * h->param.rc.f_ip_factor : q;
1886                 frame_q[1] = frame_q[0] * h->param.rc.f_pb_factor;
1887                 frame_q[2] = frame_q[0] / h->param.rc.f_ip_factor;
1888
1889                 /* Loop over the planned future frames. */
1890                 for( int j = 0; buffer_fill_cur >= 0 && buffer_fill_cur <= rcc->buffer_size; j++ )
1891                 {
1892                     total_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
1893                     buffer_fill_cur += rcc->vbv_max_rate * h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
1894                     int i_type = h->fenc->i_planned_type[j];
1895                     int i_satd = h->fenc->i_planned_satd[j];
1896                     if( i_type == X264_TYPE_AUTO )
1897                         break;
1898                     i_type = IS_X264_TYPE_I( i_type ) ? SLICE_TYPE_I : IS_X264_TYPE_B( i_type ) ? SLICE_TYPE_B : SLICE_TYPE_P;
1899                     cur_bits = predict_size( &rcc->pred[i_type], frame_q[i_type], i_satd );
1900                     buffer_fill_cur -= cur_bits;
1901                 }
1902                 /* Try to get to get the buffer at least 50% filled, but don't set an impossible goal. */
1903                 target_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill + total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.5 );
1904                 if( buffer_fill_cur < target_fill )
1905                 {
1906                     q *= 1.01;
1907                     terminate |= 1;
1908                     continue;
1909                 }
1910                 /* Try to get the buffer no more than 80% filled, but don't set an impossible goal. */
1911                 target_fill = x264_clip3f( rcc->buffer_fill - total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.8, rcc->buffer_size );
1912                 if( rcc->b_vbv_min_rate && buffer_fill_cur > target_fill )
1913                 {
1914                     q /= 1.01;
1915                     terminate |= 2;
1916                     continue;
1917                 }
1918                 break;
1919             }
1920         }
1921         /* Fallback to old purely-reactive algorithm: no lookahead. */
1922         else
1923         {
1924             if( ( pict_type == SLICE_TYPE_P ||
1925                 ( pict_type == SLICE_TYPE_I && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_I ) ) &&
1926                 rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size < 0.5 )
1927             {
1928                 q /= x264_clip3f( 2.0*rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size, 0.5, 1.0 );
1929             }
1930
1931             /* Now a hard threshold to make sure the frame fits in VBV.
1932              * This one is mostly for I-frames. */
1933             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1934             double qf = 1.0;
1935             /* For small VBVs, allow the frame to use up the entire VBV. */
1936             double max_fill_factor = h->param.rc.i_vbv_buffer_size >= 5*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rcc->fps ? 2 : 1;
1937             /* For single-frame VBVs, request that the frame use up the entire VBV. */
1938             double min_fill_factor = rcc->single_frame_vbv ? 1 : 2;
1939
1940             if( bits > rcc->buffer_fill/max_fill_factor )
1941                 qf = x264_clip3f( rcc->buffer_fill/(max_fill_factor*bits), 0.2, 1.0 );
1942             q /= qf;
1943             bits *= qf;
1944             if( bits < rcc->buffer_rate/min_fill_factor )
1945                 q *= bits*min_fill_factor/rcc->buffer_rate;
1946             q = X264_MAX( q0, q );
1947         }
1948
1949         /* Apply MinCR restrictions */
1950         double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1951         if( bits > rcc->frame_size_maximum )
1952             q *= bits / rcc->frame_size_maximum;
1953         bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1954
1955         /* Check B-frame complexity, and use up any bits that would
1956          * overflow before the next P-frame. */
1957         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && !rcc->single_frame_vbv )
1958         {
1959             int nb = rcc->bframes;
1960             double pbbits = bits;
1961             double bbits = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q * h->param.rc.f_pb_factor, rcc->last_satd );
1962             double space;
1963             double bframe_cpb_duration = 0;
1964             double minigop_cpb_duration;
1965             for( int i = 0; i < nb; i++ )
1966                 bframe_cpb_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[1+i];
1967
1968             if( bbits * nb > bframe_cpb_duration * rcc->vbv_max_rate )
1969                 nb = 0;
1970             pbbits += nb * bbits;
1971
1972             minigop_cpb_duration = bframe_cpb_duration + h->fenc->f_planned_cpb_duration[0];
1973             space = rcc->buffer_fill + minigop_cpb_duration*rcc->vbv_max_rate - rcc->buffer_size;
1974             if( pbbits < space )
1975             {
1976                 q *= X264_MAX( pbbits / space, bits / (0.5 * rcc->buffer_size) );
1977             }
1978             q = X264_MAX( q0/2, q );
1979         }
1980
1981         if( !rcc->b_vbv_min_rate )
1982             q = X264_MAX( q0, q );
1983     }
1984
1985     if( lmin==lmax )
1986         return lmin;
1987     else if( rcc->b_2pass )
1988     {
1989         double min2 = log( lmin );
1990         double max2 = log( lmax );
1991         q = (log(q) - min2)/(max2-min2) - 0.5;
1992         q = 1.0/(1.0 + exp( -4*q ));
1993         q = q*(max2-min2) + min2;
1994         return exp( q );
1995     }
1996     else
1997         return x264_clip3f( q, lmin, lmax );
1998 }
1999
2000 // update qscale for 1 frame based on actual bits used so far
2001 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h )
2002 {
2003     float q;
2004     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2005     ratecontrol_entry_t rce;
2006     int pict_type = h->sh.i_type;
2007     int64_t total_bits = 8*(h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_I]
2008                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_P]
2009                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_B])
2010                        - rcc->filler_bits_sum;
2011
2012     if( rcc->b_2pass )
2013     {
2014         rce = *rcc->rce;
2015         if( pict_type != rce.pict_type )
2016         {
2017             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "slice=%c but 2pass stats say %c\n",
2018                       slice_type_to_char[pict_type], slice_type_to_char[rce.pict_type] );
2019         }
2020     }
2021
2022     if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
2023     {
2024         /* B-frames don't have independent ratecontrol, but rather get the
2025          * average QP of the two adjacent P-frames + an offset */
2026
2027         int i0 = IS_X264_TYPE_I(h->fref0[0]->i_type);
2028         int i1 = IS_X264_TYPE_I(h->fref1[0]->i_type);
2029         int dt0 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref0[0]->i_poc);
2030         int dt1 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref1[0]->i_poc);
2031         float q0 = h->fref0[0]->f_qp_avg_rc;
2032         float q1 = h->fref1[0]->f_qp_avg_rc;
2033
2034         if( h->fref0[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2035             q0 -= rcc->pb_offset/2;
2036         if( h->fref1[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2037             q1 -= rcc->pb_offset/2;
2038
2039         if( i0 && i1 )
2040             q = (q0 + q1) / 2 + rcc->ip_offset;
2041         else if( i0 )
2042             q = q1;
2043         else if( i1 )
2044             q = q0;
2045         else
2046             q = (q0*dt1 + q1*dt0) / (dt0 + dt1);
2047
2048         if( h->fenc->b_kept_as_ref )
2049             q += rcc->pb_offset/2;
2050         else
2051             q += rcc->pb_offset;
2052
2053         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
2054             rcc->frame_size_planned = qscale2bits( &rce, qp2qscale( q ) );
2055         else
2056             rcc->frame_size_planned = predict_size( rcc->pred_b_from_p, qp2qscale( q ), h->fref1[h->i_ref1-1]->i_satd );
2057         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2058
2059         /* For row SATDs */
2060         if( rcc->b_vbv )
2061             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2062         rcc->qp_novbv = q;
2063         return qp2qscale( q );
2064     }
2065     else
2066     {
2067         double abr_buffer = 2 * rcc->rate_tolerance * rcc->bitrate;
2068
2069         if( rcc->b_2pass )
2070         {
2071             double lmin = rcc->lmin[pict_type];
2072             double lmax = rcc->lmax[pict_type];
2073             int64_t diff;
2074             int64_t predicted_bits = total_bits;
2075
2076             if( rcc->b_vbv )
2077             {
2078                 if( h->i_thread_frames > 1 )
2079                 {
2080                     int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
2081                     for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
2082                     {
2083                         x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
2084                         double bits = t->rc->frame_size_planned;
2085                         if( !t->b_thread_active )
2086                             continue;
2087                         bits  = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
2088                         predicted_bits += (int64_t)bits;
2089                     }
2090                 }
2091             }
2092             else
2093             {
2094                 if( h->i_frame < h->i_thread_frames )
2095                     predicted_bits += (int64_t)h->i_frame * rcc->bitrate / rcc->fps;
2096                 else
2097                     predicted_bits += (int64_t)(h->i_thread_frames - 1) * rcc->bitrate / rcc->fps;
2098             }
2099
2100             /* Adjust ABR buffer based on distance to the end of the video. */
2101             if( rcc->num_entries > h->i_frame )
2102             {
2103                 double final_bits = rcc->entry[rcc->num_entries-1].expected_bits;
2104                 double video_pos = rce.expected_bits / final_bits;
2105                 double scale_factor = sqrt( (1 - video_pos) * rcc->num_entries );
2106                 abr_buffer *= 0.5 * X264_MAX( scale_factor, 0.5 );
2107             }
2108
2109             diff = predicted_bits - (int64_t)rce.expected_bits;
2110             q = rce.new_qscale;
2111             q /= x264_clip3f((double)(abr_buffer - diff) / abr_buffer, .5, 2);
2112             if( ((h->i_frame + 1 - h->i_thread_frames) >= rcc->fps) &&
2113                 (rcc->expected_bits_sum > 0))
2114             {
2115                 /* Adjust quant based on the difference between
2116                  * achieved and expected bitrate so far */
2117                 double cur_time = (double)h->i_frame / rcc->num_entries;
2118                 double w = x264_clip3f( cur_time*100, 0.0, 1.0 );
2119                 q *= pow( (double)total_bits / rcc->expected_bits_sum, w );
2120             }
2121             if( rcc->b_vbv )
2122             {
2123                 /* Do not overflow vbv */
2124                 double expected_size = qscale2bits( &rce, q );
2125                 double expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2126                 double expected_fullness = rce.expected_vbv / rcc->buffer_size;
2127                 double qmax = q*(2 - expected_fullness);
2128                 double size_constraint = 1 + expected_fullness;
2129                 qmax = X264_MAX( qmax, rce.new_qscale );
2130                 if( expected_fullness < .05 )
2131                     qmax = lmax;
2132                 qmax = X264_MIN(qmax, lmax);
2133                 while( ((expected_vbv < rce.expected_vbv/size_constraint) && (q < qmax)) ||
2134                         ((expected_vbv < 0) && (q < lmax)))
2135                 {
2136                     q *= 1.05;
2137                     expected_size = qscale2bits(&rce, q);
2138                     expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2139                 }
2140                 rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2141             }
2142             q = x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2143         }
2144         else /* 1pass ABR */
2145         {
2146             /* Calculate the quantizer which would have produced the desired
2147              * average bitrate if it had been applied to all frames so far.
2148              * Then modulate that quant based on the current frame's complexity
2149              * relative to the average complexity so far (using the 2pass RCEQ).
2150              * Then bias the quant up or down if total size so far was far from
2151              * the target.
2152              * Result: Depending on the value of rate_tolerance, there is a
2153              * tradeoff between quality and bitrate precision. But at large
2154              * tolerances, the bit distribution approaches that of 2pass. */
2155
2156             double wanted_bits, overflow = 1;
2157
2158             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2159             rcc->short_term_cplxsum *= 0.5;
2160             rcc->short_term_cplxcount *= 0.5;
2161             rcc->short_term_cplxsum += rcc->last_satd;
2162             rcc->short_term_cplxcount ++;
2163
2164             rce.tex_bits = rcc->last_satd;
2165             rce.blurred_complexity = rcc->short_term_cplxsum / rcc->short_term_cplxcount;
2166             rce.mv_bits = 0;
2167             rce.p_count = rcc->nmb;
2168             rce.i_count = 0;
2169             rce.s_count = 0;
2170             rce.qscale = 1;
2171             rce.pict_type = pict_type;
2172
2173             if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
2174             {
2175                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->rate_factor_constant, h->fenc->i_frame );
2176             }
2177             else
2178             {
2179                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->wanted_bits_window / rcc->cplxr_sum, h->fenc->i_frame );
2180
2181                 /* ABR code can potentially be counterproductive in CBR, so just don't bother.
2182                  * Don't run it if the frame complexity is zero either. */
2183                 if( !rcc->b_vbv_min_rate && rcc->last_satd )
2184                 {
2185                     // FIXME is it simpler to keep track of wanted_bits in ratecontrol_end?
2186                     int i_frame_done = h->i_frame + 1 - h->i_thread_frames;
2187                     double time_done = i_frame_done / rcc->fps;
2188                     if( h->param.b_vfr_input && i_frame_done > 0 )
2189                         time_done = ((double)(h->fenc->i_reordered_pts - h->i_reordered_pts_delay)) * h->param.i_timebase_num / h->param.i_timebase_den;
2190                     wanted_bits = time_done * rcc->bitrate;
2191                     if( wanted_bits > 0 )
2192                     {
2193                         abr_buffer *= X264_MAX( 1, sqrt( time_done ) );
2194                         overflow = x264_clip3f( 1.0 + (total_bits - wanted_bits) / abr_buffer, .5, 2 );
2195                         q *= overflow;
2196                     }
2197                 }
2198             }
2199
2200             if( pict_type == SLICE_TYPE_I && h->param.i_keyint_max > 1
2201                 /* should test _next_ pict type, but that isn't decided yet */
2202                 && rcc->last_non_b_pict_type != SLICE_TYPE_I )
2203             {
2204                 q = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
2205                 q /= fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2206             }
2207             else if( h->i_frame > 0 )
2208             {
2209                 if( h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CRF )
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             }
2223             else if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && rcc->qcompress != 1 )
2224             {
2225                 q = qp2qscale( ABR_INIT_QP ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2226             }
2227             rcc->qp_novbv = qscale2qp( q );
2228
2229             //FIXME use get_diff_limited_q() ?
2230             q = clip_qscale( h, pict_type, q );
2231         }
2232
2233         rcc->last_qscale_for[pict_type] =
2234         rcc->last_qscale = q;
2235
2236         if( !(rcc->b_2pass && !rcc->b_vbv) && h->fenc->i_frame == 0 )
2237             rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P] = q * fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2238
2239         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
2240             rcc->frame_size_planned = qscale2bits(&rce, q);
2241         else
2242             rcc->frame_size_planned = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2243
2244         /* Always use up the whole VBV in this case. */
2245         if( rcc->single_frame_vbv )
2246             rcc->frame_size_planned = rcc->buffer_rate;
2247         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2248         return q;
2249     }
2250 }
2251
2252 void x264_threads_normalize_predictors( x264_t *h )
2253 {
2254     double totalsize = 0;
2255     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2256         totalsize += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2257     double factor = h->rc->frame_size_planned / totalsize;
2258     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2259         h->thread[i]->rc->slice_size_planned *= factor;
2260 }
2261
2262 void x264_threads_distribute_ratecontrol( x264_t *h )
2263 {
2264     int row;
2265     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2266
2267     /* Initialize row predictors */
2268     if( h->i_frame == 0 )
2269         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2270         {
2271             x264_ratecontrol_t *t = h->thread[i]->rc;
2272             memcpy( t->row_preds, rc->row_preds, sizeof(rc->row_preds) );
2273         }
2274
2275     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2276     {
2277         x264_t *t = h->thread[i];
2278         memcpy( t->rc, rc, offsetof(x264_ratecontrol_t, row_pred) );
2279         t->rc->row_pred = &t->rc->row_preds[h->sh.i_type];
2280         /* Calculate the planned slice size. */
2281         if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2282         {
2283             int size = 0;
2284             for( row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2285                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2286             t->rc->slice_size_planned = predict_size( &rc->pred[h->sh.i_type + (i+1)*5], rc->qpm, size );
2287         }
2288         else
2289             t->rc->slice_size_planned = 0;
2290     }
2291     if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2292     {
2293         x264_threads_normalize_predictors( h );
2294
2295         if( rc->single_frame_vbv )
2296         {
2297             /* Compensate for our max frame error threshold: give more bits (proportionally) to smaller slices. */
2298             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2299             {
2300                 x264_t *t = h->thread[i];
2301                 float max_frame_error = X264_MAX( 0.05, 1.0 / (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) );
2302                 t->rc->slice_size_planned += 2 * max_frame_error * rc->frame_size_planned;
2303             }
2304             x264_threads_normalize_predictors( h );
2305         }
2306
2307         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2308             h->thread[i]->rc->frame_size_estimated = h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2309     }
2310 }
2311
2312 void x264_threads_merge_ratecontrol( x264_t *h )
2313 {
2314     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2315     x264_emms();
2316
2317     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2318     {
2319         x264_t *t = h->thread[i];
2320         x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[i]->rc;
2321         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size )
2322         {
2323             int size = 0;
2324             for( int row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2325                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2326             int bits = t->stat.frame.i_mv_bits + t->stat.frame.i_tex_bits + t->stat.frame.i_misc_bits;
2327             int mb_count = (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) * h->mb.i_mb_width;
2328             update_predictor( &rc->pred[h->sh.i_type+(i+1)*5], qp2qscale( rct->qpa_rc/mb_count ), size, bits );
2329         }
2330         if( !i )
2331             continue;
2332         rc->qpa_rc += rct->qpa_rc;
2333         rc->qpa_aq += rct->qpa_aq;
2334     }
2335 }
2336
2337 void x264_thread_sync_ratecontrol( x264_t *cur, x264_t *prev, x264_t *next )
2338 {
2339     if( cur != prev )
2340     {
2341 #define COPY(var) memcpy(&cur->rc->var, &prev->rc->var, sizeof(cur->rc->var))
2342         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_start()
2343          * so copy them from the context that most recently started (prev)
2344          * to the context that's about to start (cur). */
2345         COPY(accum_p_qp);
2346         COPY(accum_p_norm);
2347         COPY(last_satd);
2348         COPY(last_rceq);
2349         COPY(last_qscale_for);
2350         COPY(last_non_b_pict_type);
2351         COPY(short_term_cplxsum);
2352         COPY(short_term_cplxcount);
2353         COPY(bframes);
2354         COPY(prev_zone);
2355         COPY(qpbuf_pos);
2356         /* these vars can be updated by x264_ratecontrol_init_reconfigurable */
2357         COPY(buffer_rate);
2358         COPY(buffer_size);
2359         COPY(single_frame_vbv);
2360         COPY(cbr_decay);
2361         COPY(b_vbv_min_rate);
2362         COPY(rate_factor_constant);
2363         COPY(bitrate);
2364 #undef COPY
2365     }
2366     if( cur != next )
2367     {
2368 #define COPY(var) next->rc->var = cur->rc->var
2369         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_end()
2370          * so copy them from the context that most recently ended (cur)
2371          * to the context that's about to end (next) */
2372         COPY(cplxr_sum);
2373         COPY(expected_bits_sum);
2374         COPY(filler_bits_sum);
2375         COPY(wanted_bits_window);
2376         COPY(bframe_bits);
2377         COPY(initial_cpb_removal_delay);
2378         COPY(initial_cpb_removal_delay_offset);
2379         COPY(nrt_first_access_unit);
2380         COPY(previous_cpb_final_arrival_time);
2381 #undef COPY
2382     }
2383     //FIXME row_preds[] (not strictly necessary, but would improve prediction)
2384     /* the rest of the variables are either constant or thread-local */
2385 }
2386
2387 static int find_underflow( x264_t *h, double *fills, int *t0, int *t1, int over )
2388 {
2389     /* find an interval ending on an overflow or underflow (depending on whether
2390      * we're adding or removing bits), and starting on the earliest frame that
2391      * can influence the buffer fill of that end frame. */
2392     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2393     const double buffer_min = (over ? .1 : .1) * rcc->buffer_size;
2394     const double buffer_max = .9 * rcc->buffer_size;
2395     double fill = fills[*t0-1];
2396     double parity = over ? 1. : -1.;
2397     int start = -1, end = -1;
2398     for( int i = *t0; i < rcc->num_entries; i++ )
2399     {
2400         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 -
2401                  qscale2bits( &rcc->entry[i], rcc->entry[i].new_qscale )) * parity;
2402         fill = x264_clip3f(fill, 0, rcc->buffer_size);
2403         fills[i] = fill;
2404         if( fill <= buffer_min || i == 0 )
2405         {
2406             if( end >= 0 )
2407                 break;
2408             start = i;
2409         }
2410         else if( fill >= buffer_max && start >= 0 )
2411             end = i;
2412     }
2413     *t0 = start;
2414     *t1 = end;
2415     return start >= 0 && end >= 0;
2416 }
2417
2418 static int fix_underflow( x264_t *h, int t0, int t1, double adjustment, double qscale_min, double qscale_max)
2419 {
2420     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2421     double qscale_orig, qscale_new;
2422     int adjusted = 0;
2423     if( t0 > 0 )
2424         t0++;
2425     for( int i = t0; i <= t1; i++ )
2426     {
2427         qscale_orig = rcc->entry[i].new_qscale;
2428         qscale_orig = x264_clip3f( qscale_orig, qscale_min, qscale_max );
2429         qscale_new  = qscale_orig * adjustment;
2430         qscale_new  = x264_clip3f( qscale_new, qscale_min, qscale_max );
2431         rcc->entry[i].new_qscale = qscale_new;
2432         adjusted = adjusted || (qscale_new != qscale_orig);
2433     }
2434     return adjusted;
2435 }
2436
2437 static double count_expected_bits( x264_t *h )
2438 {
2439     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2440     double expected_bits = 0;
2441     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2442     {
2443         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2444         rce->expected_bits = expected_bits;
2445         expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2446     }
2447     return expected_bits;
2448 }
2449
2450 static int vbv_pass2( x264_t *h, double all_available_bits )
2451 {
2452     /* for each interval of buffer_full .. underflow, uniformly increase the qp of all
2453      * frames in the interval until either buffer is full at some intermediate frame or the
2454      * last frame in the interval no longer underflows.  Recompute intervals and repeat.
2455      * Then do the converse to put bits back into overflow areas until target size is met */
2456
2457     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2458     double *fills;
2459     double expected_bits = 0;
2460     double adjustment;
2461     double prev_bits = 0;
2462     int t0, t1;
2463     double qscale_min = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
2464     double qscale_max = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
2465     int iterations = 0;
2466     int adj_min, adj_max;
2467     CHECKED_MALLOC( fills, (rcc->num_entries+1)*sizeof(double) );
2468
2469     fills++;
2470
2471     /* adjust overall stream size */
2472     do
2473     {
2474         iterations++;
2475         prev_bits = expected_bits;
2476
2477         if( expected_bits )
2478         {   /* not first iteration */
2479             adjustment = X264_MAX(X264_MIN(expected_bits / all_available_bits, 0.999), 0.9);
2480             fills[-1] = rcc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init;
2481             t0 = 0;
2482             /* fix overflows */
2483             adj_min = 1;
2484             while(adj_min && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 1 ))
2485             {
2486                 adj_min = fix_underflow( h, t0, t1, adjustment, qscale_min, qscale_max );
2487                 t0 = t1;
2488             }
2489         }
2490
2491         fills[-1] = rcc->buffer_size * (1. - h->param.rc.f_vbv_buffer_init);
2492         t0 = 0;
2493         /* fix underflows -- should be done after overflow, as we'd better undersize target than underflowing VBV */
2494         adj_max = 1;
2495         while( adj_max && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 0 ) )
2496             adj_max = fix_underflow( h, t0, t1, 1.001, qscale_min, qscale_max );
2497
2498         expected_bits = count_expected_bits( h );
2499     } while( (expected_bits < .995*all_available_bits) && ((int64_t)(expected_bits+.5) > (int64_t)(prev_bits+.5)) );
2500
2501     if( !adj_max )
2502         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "vbv-maxrate issue, qpmax or vbv-maxrate too low\n");
2503
2504     /* store expected vbv filling values for tracking when encoding */
2505     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2506         rcc->entry[i].expected_vbv = rcc->buffer_size - fills[i];
2507
2508     x264_free( fills-1 );
2509     return 0;
2510 fail:
2511     return -1;
2512 }
2513
2514 static int init_pass2( x264_t *h )
2515 {
2516     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2517     uint64_t all_const_bits = 0;
2518     double duration = 0;
2519     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2520         duration += rcc->entry[i].i_duration;
2521     duration *= (double)h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
2522     uint64_t all_available_bits = h->param.rc.i_bitrate * 1000. * duration;
2523     double rate_factor, step_mult;
2524     double qblur = h->param.rc.f_qblur;
2525     double cplxblur = h->param.rc.f_complexity_blur;
2526     const int filter_size = (int)(qblur*4) | 1;
2527     double expected_bits;
2528     double *qscale, *blurred_qscale;
2529     double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
2530
2531     /* find total/average complexity & const_bits */
2532     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2533     {
2534         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2535         all_const_bits += rce->misc_bits;
2536     }
2537
2538     if( all_available_bits < all_const_bits)
2539     {
2540         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "requested bitrate is too low. estimated minimum is %d kbps\n",
2541                  (int)(all_const_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.)) );
2542         return -1;
2543     }
2544
2545     /* Blur complexities, to reduce local fluctuation of QP.
2546      * We don't blur the QPs directly, because then one very simple frame
2547      * could drag down the QP of a nearby complex frame and give it more
2548      * bits than intended. */
2549     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2550     {
2551         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2552         double weight_sum = 0;
2553         double cplx_sum = 0;
2554         double weight = 1.0;
2555         double gaussian_weight;
2556         /* weighted average of cplx of future frames */
2557         for( int j = 1; j < cplxblur*2 && j < rcc->num_entries-i; j++ )
2558         {
2559             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i+j];
2560             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2561             if( weight < .0001 )
2562                 break;
2563             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2564             weight_sum += gaussian_weight;
2565             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits(rcj, 1) - rcj->misc_bits);
2566         }
2567         /* weighted average of cplx of past frames */
2568         weight = 1.0;
2569         for( int j = 0; j <= cplxblur*2 && j <= i; j++ )
2570         {
2571             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i-j];
2572             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2573             weight_sum += gaussian_weight;
2574             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits);
2575             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2576             if( weight < .0001 )
2577                 break;
2578         }
2579         rce->blurred_complexity = cplx_sum / weight_sum;
2580     }
2581
2582     CHECKED_MALLOC( qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2583     if( filter_size > 1 )
2584         CHECKED_MALLOC( blurred_qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2585     else
2586         blurred_qscale = qscale;
2587
2588     /* Search for a factor which, when multiplied by the RCEQ values from
2589      * each frame, adds up to the desired total size.
2590      * There is no exact closed-form solution because of VBV constraints and
2591      * because qscale2bits is not invertible, but we can start with the simple
2592      * approximation of scaling the 1st pass by the ratio of bitrates.
2593      * The search range is probably overkill, but speed doesn't matter here. */
2594
2595     expected_bits = 1;
2596     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2597     {
2598         double q = get_qscale(h, &rcc->entry[i], 1.0, i);
2599         expected_bits += qscale2bits(&rcc->entry[i], q);
2600         rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = q;
2601     }
2602     step_mult = all_available_bits / expected_bits;
2603
2604     rate_factor = 0;
2605     for( double step = 1E4 * step_mult; step > 1E-7 * step_mult; step *= 0.5)
2606     {
2607         expected_bits = 0;
2608         rate_factor += step;
2609
2610         rcc->last_non_b_pict_type = -1;
2611         rcc->last_accum_p_norm = 1;
2612         rcc->accum_p_norm = 0;
2613
2614         rcc->last_qscale_for[0] =
2615         rcc->last_qscale_for[1] =
2616         rcc->last_qscale_for[2] = pow( base_cplx, 1 - rcc->qcompress ) / rate_factor;
2617
2618         /* find qscale */
2619         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2620         {
2621             qscale[i] = get_qscale( h, &rcc->entry[i], rate_factor, i );
2622             rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = qscale[i];
2623         }
2624
2625         /* fixed I/B qscale relative to P */
2626         for( int i = rcc->num_entries-1; i >= 0; i-- )
2627         {
2628             qscale[i] = get_diff_limited_q( h, &rcc->entry[i], qscale[i] );
2629             assert(qscale[i] >= 0);
2630         }
2631
2632         /* smooth curve */
2633         if( filter_size > 1 )
2634         {
2635             assert( filter_size%2 == 1 );
2636             for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2637             {
2638                 ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2639                 double q = 0.0, sum = 0.0;
2640
2641                 for( int j = 0; j < filter_size; j++ )
2642                 {
2643                     int idx = i+j-filter_size/2;
2644                     double d = idx-i;
2645                     double coeff = qblur==0 ? 1.0 : exp( -d*d/(qblur*qblur) );
2646                     if( idx < 0 || idx >= rcc->num_entries )
2647                         continue;
2648                     if( rce->pict_type != rcc->entry[idx].pict_type )
2649                         continue;
2650                     q += qscale[idx] * coeff;
2651                     sum += coeff;
2652                 }
2653                 blurred_qscale[i] = q/sum;
2654             }
2655         }
2656
2657         /* find expected bits */
2658         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2659         {
2660             ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2661             rce->new_qscale = clip_qscale( h, rce->pict_type, blurred_qscale[i] );
2662             assert(rce->new_qscale >= 0);
2663             expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2664         }
2665
2666         if( expected_bits > all_available_bits )
2667             rate_factor -= step;
2668     }
2669
2670     x264_free( qscale );
2671     if( filter_size > 1 )
2672         x264_free( blurred_qscale );
2673
2674     if( rcc->b_vbv )
2675         if( vbv_pass2( h, all_available_bits ) )
2676             return -1;
2677     expected_bits = count_expected_bits( h );
2678
2679     if( fabs( expected_bits/all_available_bits - 1.0 ) > 0.01 )
2680     {
2681         double avgq = 0;
2682         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2683             avgq += rcc->entry[i].new_qscale;
2684         avgq = qscale2qp( avgq / rcc->num_entries );
2685
2686         if( expected_bits > all_available_bits || !rcc->b_vbv )
2687             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "Error: 2pass curve failed to converge\n" );
2688         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "target: %.2f kbit/s, expected: %.2f kbit/s, avg QP: %.4f\n",
2689                   (float)h->param.rc.i_bitrate,
2690                   expected_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.),
2691                   avgq );
2692         if( expected_bits < all_available_bits && avgq < h->param.rc.i_qp_min + 2 )
2693         {
2694             if( h->param.rc.i_qp_min > 0 )
2695                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate or reducing qp_min (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_min );
2696             else
2697                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate\n" );
2698         }
2699         else if( expected_bits > all_available_bits && avgq > h->param.rc.i_qp_max - 2 )
2700         {
2701             if( h->param.rc.i_qp_max < QP_MAX )
2702                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate or increasing qp_max (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_max );
2703             else
2704                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate\n");
2705         }
2706         else if( !(rcc->b_2pass && rcc->b_vbv) )
2707             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "internal error\n" );
2708     }
2709
2710     return 0;
2711 fail:
2712     return -1;
2713 }