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

   1 /*****************************************************************************
   2  * ratecontrol.c: h264 encoder library (Rate Control)
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 2005-2008 x264 project
   5  *
   6  * Authors: Loren Merritt <lorenm@u.washington.edu>
   7  *          Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
   8  *          Gabriel Bouvigne <gabriel.bouvigne@joost.com>
   9  *          Fiona Glaser <fiona@x264.com>
  10  *          Måns Rullgård <mru@mru.ath.cx>
  11  *
  12  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  13  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  14  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  15  * (at your option) any later version.
  16  *
  17  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  20  * GNU General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  23  * along with this program; if not, write to the Free Software
  24  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02111, USA.
  25  *****************************************************************************/
  26
  27 #define _ISOC99_SOURCE
  28 #undef NDEBUG // always check asserts, the speed effect is far too small to disable them
  29 #include <math.h>
  30
  31 #include "common/common.h"
  32 #include "ratecontrol.h"
  33 #include "me.h"
  34
  35 typedef struct
  36 {
  37     int pict_type;
  38     int frame_type;
  39     int kept_as_ref;
  40     double qscale;
  41     int mv_bits;
  42     int tex_bits;
  43     int misc_bits;
  44     uint64_t expected_bits; /*total expected bits up to the current frame (current one excluded)*/
  45     double expected_vbv;
  46     double new_qscale;
  47     int new_qp;
  48     int i_count;
  49     int p_count;
  50     int s_count;
  51     float blurred_complexity;
  52     char direct_mode;
  53     int16_t weight[2];
  54     int16_t i_weight_denom;
  55     int refcount[16];
  56     int refs;
  57     int i_duration;
  58     int i_cpb_duration;
  59 } ratecontrol_entry_t;
  60
  61 typedef struct
  62 {
  63     double coeff;
  64     double count;
  65     double decay;
  66     double offset;
  67 } predictor_t;
  68
  69 struct x264_ratecontrol_t
  70 {
  71     /* constants */
  72     int b_abr;
  73     int b_2pass;
  74     int b_vbv;
  75     int b_vbv_min_rate;
  76     double fps;
  77     double bitrate;
  78     double rate_tolerance;
  79     double qcompress;
  80     int nmb;                    /* number of macroblocks in a frame */
  81     int qp_constant[5];
  82
  83     /* current frame */
  84     ratecontrol_entry_t *rce;
  85     int qp;                     /* qp for current frame */
  86     float qpm;                  /* qp for current macroblock: precise float for AQ */
  87     float qpa_rc;               /* average of macroblocks' qp before aq */
  88     float qpa_aq;               /* average of macroblocks' qp after aq */
  89     float qp_novbv;             /* QP for the current frame if 1-pass VBV was disabled. */
  90     int qp_force;
  91
  92     /* VBV stuff */
  93     double buffer_size;
  94     int64_t buffer_fill_final;
  95     double buffer_fill;         /* planned buffer, if all in-progress frames hit their bit budget */
  96     double buffer_rate;         /* # of bits added to buffer_fill after each frame */
  97     double vbv_max_rate;        /* # of bits added to buffer_fill per second */
  98     predictor_t *pred;          /* predict frame size from satd */
  99     int single_frame_vbv;
 100     double rate_factor_max_increment; /* Don't allow RF above (CRF + this value). */
 101
 102     /* ABR stuff */
 103     int    last_satd;
 104     double last_rceq;
 105     double cplxr_sum;           /* sum of bits*qscale/rceq */
 106     double expected_bits_sum;   /* sum of qscale2bits after rceq, ratefactor, and overflow, only includes finished frames */
 107     double wanted_bits_window;  /* target bitrate * window */
 108     double cbr_decay;
 109     double short_term_cplxsum;
 110     double short_term_cplxcount;
 111     double rate_factor_constant;
 112     double ip_offset;
 113     double pb_offset;
 114
 115     /* 2pass stuff */
 116     FILE *p_stat_file_out;
 117     char *psz_stat_file_tmpname;
 118     FILE *p_mbtree_stat_file_out;
 119     char *psz_mbtree_stat_file_tmpname;
 120     char *psz_mbtree_stat_file_name;
 121     FILE *p_mbtree_stat_file_in;
 122
 123     int num_entries;            /* number of ratecontrol_entry_ts */
 124     ratecontrol_entry_t *entry; /* FIXME: copy needed data and free this once init is done */
 125     double last_qscale;
 126     double last_qscale_for[5];  /* last qscale for a specific pict type, used for max_diff & ipb factor stuff  */
 127     int last_non_b_pict_type;
 128     double accum_p_qp;          /* for determining I-frame quant */
 129     double accum_p_norm;
 130     double last_accum_p_norm;
 131     double lmin[5];             /* min qscale by frame type */
 132     double lmax[5];
 133     double lstep;               /* max change (multiply) in qscale per frame */
 134     uint16_t *qp_buffer[2];     /* Global buffers for converting MB-tree quantizer data. */
 135     int qpbuf_pos;              /* In order to handle pyramid reordering, QP buffer acts as a stack.
 136                                  * This value is the current position (0 or 1). */
 137
 138     /* MBRC stuff */
 139     float frame_size_estimated; /* Access to this variable must be atomic: double is
 140                                  * not atomic on all arches we care about */
 141     double frame_size_maximum;  /* Maximum frame size due to MinCR */
 142     double frame_size_planned;
 143     double slice_size_planned;
 144     double max_frame_error;
 145     predictor_t (*row_pred)[2];
 146     predictor_t row_preds[5][2];
 147     predictor_t *pred_b_from_p; /* predict B-frame size from P-frame satd */
 148     int bframes;                /* # consecutive B-frames before this P-frame */
 149     int bframe_bits;            /* total cost of those frames */
 150
 151     int i_zones;
 152     x264_zone_t *zones;
 153     x264_zone_t *prev_zone;
 154
 155     /* hrd stuff */
 156     int initial_cpb_removal_delay;
 157     int initial_cpb_removal_delay_offset;
 158     double nrt_first_access_unit; /* nominal removal time */
 159     double previous_cpb_final_arrival_time;
 160     uint64_t hrd_multiply_denom;
 161 };
 162
 163
 164 static int parse_zones( x264_t *h );
 165 static int init_pass2(x264_t *);
 166 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h );
 167 static int update_vbv( x264_t *h, int bits );
 168 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead );
 169 static double predict_size( predictor_t *p, double q, double var );
 170 static void update_predictor( predictor_t *p, double q, double var, double bits );
 171
 172 #define CMP_OPT_FIRST_PASS( opt, param_val )\
 173 {\
 174     if( ( p = strstr( opts, opt "=" ) ) && sscanf( p, opt "=%d" , &i ) && param_val != i )\
 175     {\
 176         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different " opt " setting than first pass (%d vs %d)\n", param_val, i );\
 177         return -1;\
 178     }\
 179 }
 180
 181 /* Terminology:
 182  * qp = h.264's quantizer
 183  * qscale = linearized quantizer = Lagrange multiplier
 184  */
 185 static inline double qp2qscale( double qp )
 186 {
 187     return 0.85 * pow( 2.0, ( qp - 12.0 ) / 6.0 );
 188 }
 189 static inline double qscale2qp( double qscale )
 190 {
 191     return 12.0 + 6.0 * log2( qscale/0.85 );
 192 }
 193
 194 /* Texture bitrate is not quite inversely proportional to qscale,
 195  * probably due the the changing number of SKIP blocks.
 196  * MV bits level off at about qp<=12, because the lambda used
 197  * for motion estimation is constant there. */
 198 static inline double qscale2bits( ratecontrol_entry_t *rce, double qscale )
 199 {
 200     if( qscale<0.1 )
 201         qscale = 0.1;
 202     return (rce->tex_bits + .1) * pow( rce->qscale / qscale, 1.1 )
 203            + rce->mv_bits * pow( X264_MAX(rce->qscale, 1) / X264_MAX(qscale, 1), 0.5 )
 204            + rce->misc_bits;
 205 }
 206
 207 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_plane( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame, int i )
 208 {
 209     int w = i ? 8 : 16;
 210     int shift = i ? 6 : 8;
 211     int stride = frame->i_stride[i];
 212     int offset = h->mb.b_interlaced
 213         ? w * (mb_x + (mb_y&~1) * stride) + (mb_y&1) * stride
 214         : w * (mb_x + mb_y * stride);
 215     int pix = i ? PIXEL_8x8 : PIXEL_16x16;
 216     stride <<= h->mb.b_interlaced;
 217     uint64_t res = h->pixf.var[pix]( frame->plane[i] + offset, stride );
 218     uint32_t sum = (uint32_t)res;
 219     uint32_t ssd = res >> 32;
 220     frame->i_pixel_sum[i] += sum;
 221     frame->i_pixel_ssd[i] += ssd;
 222     return ssd - (sum * sum >> shift);
 223 }
 224
 225 // Find the total AC energy of the block in all planes.
 226 static NOINLINE uint32_t x264_ac_energy_mb( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame )
 227 {
 228     /* This function contains annoying hacks because GCC has a habit of reordering emms
 229      * and putting it after floating point ops.  As a result, we put the emms at the end of the
 230      * function and make sure that its always called before the float math.  Noinline makes
 231      * sure no reordering goes on. */
 232     uint32_t var = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0 );
 233     var         += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1 );
 234     var         += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 2 );
 235     x264_emms();
 236     return var;
 237 }
 238
 239 void x264_adaptive_quant_frame( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 240 {
 241     /* constants chosen to result in approximately the same overall bitrate as without AQ.
 242      * FIXME: while they're written in 5 significant digits, they're only tuned to 2. */
 243     float strength;
 244     float avg_adj = 0.f;
 245     /* Initialize frame stats */
 246     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 247     {
 248         frame->i_pixel_sum[i] = 0;
 249         frame->i_pixel_ssd[i] = 0;
 250     }
 251
 252     /* Degenerate cases */
 253     if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_NONE || h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 254     {
 255         /* Need to init it anyways for MB tree */
 256         if( h->param.rc.i_aq_mode && h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 257         {
 258             if( quant_offsets )
 259             {
 260                 for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 261                     frame->f_qp_offset[mb_xy] = frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = quant_offsets[mb_xy];
 262                 if( h->frames.b_have_lowres )
 263                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 264                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8( frame->f_qp_offset[mb_xy] );
 265             }
 266             else
 267             {
 268                 memset( frame->f_qp_offset, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 269                 memset( frame->f_qp_offset_aq, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 270                 if( h->frames.b_have_lowres )
 271                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 272                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = 256;
 273             }
 274         }
 275         /* Need variance data for weighted prediction */
 276         if( h->param.analyse.i_weighted_pred == X264_WEIGHTP_FAKE || h->param.analyse.i_weighted_pred == X264_WEIGHTP_SMART )
 277         {
 278             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 279                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 280                     x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 281         }
 282         else
 283             return;
 284     }
 285     /* Actual adaptive quantization */
 286     else
 287     {
 288         if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 289         {
 290             float avg_adj_pow2 = 0.f;
 291             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 292                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 293                 {
 294                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 295                     float qp_adj = powf( energy + 1, 0.125f );
 296                     frame->f_qp_offset[mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride] = qp_adj;
 297                     avg_adj += qp_adj;
 298                     avg_adj_pow2 += qp_adj * qp_adj;
 299                 }
 300             avg_adj /= h->mb.i_mb_count;
 301             avg_adj_pow2 /= h->mb.i_mb_count;
 302             strength = h->param.rc.f_aq_strength * avg_adj;
 303             avg_adj = avg_adj - 0.5f * (avg_adj_pow2 - 14.f) / avg_adj;
 304         }
 305         else
 306             strength = h->param.rc.f_aq_strength * 1.0397f;
 307
 308         for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 309             for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 310             {
 311                 float qp_adj;
 312                 int mb_xy = mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride;
 313                 if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 314                 {
 315                     qp_adj = frame->f_qp_offset[mb_xy];
 316                     qp_adj = strength * (qp_adj - avg_adj);
 317                 }
 318                 else
 319                 {
 320                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 321                     qp_adj = strength * (x264_log2( X264_MAX(energy, 1) ) - 14.427f);
 322                 }
 323                 if( quant_offsets )
 324                     qp_adj += quant_offsets[mb_xy];
 325                 frame->f_qp_offset[mb_xy] =
 326                 frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = qp_adj;
 327                 if( h->frames.b_have_lowres )
 328                     frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8(qp_adj);
 329             }
 330     }
 331
 332     /* Remove mean from SSD calculation */
 333     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 334     {
 335         uint64_t ssd = frame->i_pixel_ssd[i];
 336         uint64_t sum = frame->i_pixel_sum[i];
 337         int width = h->mb.i_mb_width*16>>!!i;
 338         int height = h->mb.i_mb_height*16>>!!i;
 339         frame->i_pixel_ssd[i] = ssd - (sum * sum + width * height / 2) / (width * height);
 340     }
 341 }
 342
 343 int x264_macroblock_tree_read( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 344 {
 345     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 346     uint8_t i_type_actual = rc->entry[frame->i_frame].pict_type;
 347
 348     if( rc->entry[frame->i_frame].kept_as_ref )
 349     {
 350         uint8_t i_type;
 351         if( rc->qpbuf_pos < 0 )
 352         {
 353             do
 354             {
 355                 rc->qpbuf_pos++;
 356
 357                 if( !fread( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_in ) )
 358                     goto fail;
 359                 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 )
 360                     goto fail;
 361
 362                 if( i_type != i_type_actual && rc->qpbuf_pos == 1 )
 363                 {
 364                     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree frametype %d doesn't match actual frametype %d.\n", i_type, i_type_actual);
 365                     return -1;
 366                 }
 367             } while( i_type != i_type_actual );
 368         }
 369
 370         for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
 371         {
 372             frame->f_qp_offset[i] = ((float)(int16_t)endian_fix16( rc->qp_buffer[rc->qpbuf_pos][i] )) * (1/256.0);
 373             if( h->frames.b_have_lowres )
 374                 frame->i_inv_qscale_factor[i] = x264_exp2fix8(frame->f_qp_offset[i]);
 375         }
 376         rc->qpbuf_pos--;
 377     }
 378     else
 379         x264_adaptive_quant_frame( h, frame, quant_offsets );
 380     return 0;
 381 fail:
 382     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "Incomplete MB-tree stats file.\n");
 383     return -1;
 384 }
 385
 386 int x264_reference_build_list_optimal( x264_t *h )
 387 {
 388     ratecontrol_entry_t *rce = h->rc->rce;
 389     x264_frame_t *frames[16];
 390     x264_weight_t weights[16][3];
 391     int refcount[16];
 392
 393     if( rce->refs != h->i_ref0 )
 394         return -1;
 395
 396     memcpy( frames, h->fref0, sizeof(frames) );
 397     memcpy( refcount, rce->refcount, sizeof(refcount) );
 398     memcpy( weights, h->fenc->weight, sizeof(weights) );
 399     memset( &h->fenc->weight[1][0], 0, sizeof(x264_weight_t[15][3]) );
 400
 401     /* For now don't reorder ref 0; it seems to lower quality
 402        in most cases due to skips. */
 403     for( int ref = 1; ref < h->i_ref0; ref++ )
 404     {
 405         int max = -1;
 406         int bestref = 1;
 407
 408         for( int i = 1; i < h->i_ref0; i++ )
 409             /* Favor lower POC as a tiebreaker. */
 410             COPY2_IF_GT( max, refcount[i], bestref, i );
 411
 412         /* FIXME: If there are duplicates from frames other than ref0 then it is possible
 413          * that the optimal ordering doesnt place every duplicate. */
 414
 415         refcount[bestref] = -1;
 416         h->fref0[ref] = frames[bestref];
 417         memcpy( h->fenc->weight[ref], weights[bestref], sizeof(weights[bestref]) );
 418     }
 419
 420     return 0;
 421 }
 422
 423 static char *x264_strcat_filename( char *input, char *suffix )
 424 {
 425     char *output = x264_malloc( strlen( input ) + strlen( suffix ) + 1 );
 426     if( !output )
 427         return NULL;
 428     strcpy( output, input );
 429     strcat( output, suffix );
 430     return output;
 431 }
 432
 433 void x264_ratecontrol_init_reconfigurable( x264_t *h, int b_init )
 434 {
 435     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 436     if( !b_init && rc->b_2pass )
 437         return;
 438
 439     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
 440     {
 441         /* Arbitrary rescaling to make CRF somewhat similar to QP.
 442          * Try to compensate for MB-tree's effects as well. */
 443         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
 444         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
 445         rc->rate_factor_constant = pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
 446                                  / qp2qscale( h->param.rc.f_rf_constant + mbtree_offset );
 447     }
 448
 449     if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate > 0 && h->param.rc.i_vbv_buffer_size > 0 )
 450     {
 451         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size < (int)(h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps) )
 452         {
 453             h->param.rc.i_vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps;
 454             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV buffer size cannot be smaller than one frame, using %d kbit\n",
 455                       h->param.rc.i_vbv_buffer_size );
 456         }
 457
 458         /* We don't support changing the ABR bitrate right now,
 459            so if the stream starts as CBR, keep it CBR. */
 460         if( rc->b_vbv_min_rate )
 461             h->param.rc.i_vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_bitrate;
 462
 463         int vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_buffer_size * 1000;
 464         int vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate * 1000;
 465
 466         /* Init HRD */
 467         h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled = vbv_max_bitrate;
 468         h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled = vbv_buffer_size;
 469         if( h->param.i_nal_hrd && b_init )
 470         {
 471             h->sps->vui.hrd.i_cpb_cnt = 1;
 472             h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd = h->param.i_nal_hrd == X264_NAL_HRD_CBR;
 473             h->sps->vui.hrd.i_time_offset_length = 0;
 474
 475             #define BR_SHIFT  6
 476             #define CPB_SHIFT 4
 477
 478             int bitrate = 1000*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate;
 479             int bufsize = 1000*h->param.rc.i_vbv_buffer_size;
 480
 481             // normalize HRD size and rate to the value / scale notation
 482             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale = x264_clip3( x264_ctz( bitrate ) - BR_SHIFT, 0, 15 );
 483             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_value = bitrate >> ( h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale + BR_SHIFT );
 484             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 );
 485             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale = x264_clip3( x264_ctz( bufsize ) - CPB_SHIFT, 0, 15 );
 486             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_value = bufsize >> ( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale + CPB_SHIFT );
 487             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 );
 488
 489             #undef CPB_SHIFT
 490             #undef BR_SHIFT
 491
 492             // arbitrary
 493             #define MAX_DURATION 0.5
 494
 495             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 );
 496             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;
 497             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);
 498
 499             h->sps->vui.hrd.i_initial_cpb_removal_delay_length = 2 + x264_clip3( 32 - x264_clz( max_delay ), 4, 22 );
 500             h->sps->vui.hrd.i_cpb_removal_delay_length = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_cpb_output_delay ), 4, 31 );
 501             h->sps->vui.hrd.i_dpb_output_delay_length  = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_dpb_output_delay ), 4, 31 );
 502
 503             #undef MAX_DURATION
 504
 505             vbv_buffer_size = h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled;
 506             vbv_max_bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
 507         }
 508         else if( h->param.i_nal_hrd && !b_init )
 509         {
 510             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV parameters cannot be changed when NAL HRD is in use\n" );
 511             return;
 512         }
 513
 514         rc->buffer_rate = vbv_max_bitrate / rc->fps;
 515         rc->vbv_max_rate = vbv_max_bitrate;
 516         rc->buffer_size = vbv_buffer_size;
 517         rc->single_frame_vbv = rc->buffer_rate * 1.1 > rc->buffer_size;
 518         rc->cbr_decay = 1.0 - rc->buffer_rate / rc->buffer_size
 519                       * 0.5 * X264_MAX(0, 1.5 - rc->buffer_rate * rc->fps / rc->bitrate);
 520         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.f_rf_constant_max )
 521         {
 522             rc->rate_factor_max_increment = h->param.rc.f_rf_constant_max - h->param.rc.f_rf_constant;
 523             if( rc->rate_factor_max_increment <= 0 )
 524             {
 525                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CRF max must be greater than CRF\n" );
 526                 rc->rate_factor_max_increment = 0;
 527             }
 528         }
 529         if( b_init )
 530         {
 531             if( h->param.rc.f_vbv_buffer_init > 1. )
 532                 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 );
 533             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);
 534             rc->buffer_fill_final = rc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init * h->sps->vui.i_time_scale;
 535             rc->b_vbv = 1;
 536             rc->b_vbv_min_rate = !rc->b_2pass
 537                           && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR
 538                           && h->param.rc.i_vbv_max_bitrate <= h->param.rc.i_bitrate;
 539         }
 540     }
 541 }
 542
 543 int x264_ratecontrol_new( x264_t *h )
 544 {
 545     x264_ratecontrol_t *rc;
 546
 547     x264_emms();
 548
 549     CHECKED_MALLOCZERO( h->rc, h->param.i_threads * sizeof(x264_ratecontrol_t) );
 550     rc = h->rc;
 551
 552     rc->b_abr = h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CQP && !h->param.rc.b_stat_read;
 553     rc->b_2pass = h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && h->param.rc.b_stat_read;
 554
 555     /* FIXME: use integers */
 556     if( h->param.i_fps_num > 0 && h->param.i_fps_den > 0 )
 557         rc->fps = (float) h->param.i_fps_num / h->param.i_fps_den;
 558     else
 559         rc->fps = 25.0;
 560
 561     if( h->param.rc.b_mb_tree )
 562     {
 563         h->param.rc.f_pb_factor = 1;
 564         rc->qcompress = 1;
 565     }
 566     else
 567         rc->qcompress = h->param.rc.f_qcompress;
 568
 569     rc->bitrate = h->param.rc.i_bitrate * 1000.;
 570     rc->rate_tolerance = h->param.rc.f_rate_tolerance;
 571     rc->nmb = h->mb.i_mb_count;
 572     rc->last_non_b_pict_type = -1;
 573     rc->cbr_decay = 1.0;
 574
 575     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.b_stat_read )
 576     {
 577         x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "constant rate-factor is incompatible with 2pass.\n");
 578         return -1;
 579     }
 580
 581     x264_ratecontrol_init_reconfigurable( h, 1 );
 582
 583     if( h->param.i_nal_hrd )
 584     {
 585         uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
 586         uint64_t num = 180000;
 587         x264_reduce_fraction64( &num, &denom );
 588         rc->hrd_multiply_denom = 180000 / num;
 589
 590         double bits_required = log2( 180000 / rc->hrd_multiply_denom )
 591                              + log2( h->sps->vui.i_time_scale )
 592                              + log2( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled );
 593         if( bits_required >= 63 )
 594         {
 595             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "HRD with very large timescale and bufsize not supported\n" );
 596             return -1;
 597         }
 598     }
 599
 600     if( rc->rate_tolerance < 0.01 )
 601     {
 602         x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "bitrate tolerance too small, using .01\n");
 603         rc->rate_tolerance = 0.01;
 604     }
 605
 606     h->mb.b_variable_qp = rc->b_vbv || h->param.rc.i_aq_mode;
 607
 608     if( rc->b_abr )
 609     {
 610         /* FIXME ABR_INIT_QP is actually used only in CRF */
 611 #define ABR_INIT_QP ( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF ? h->param.rc.f_rf_constant : 24 )
 612         rc->accum_p_norm = .01;
 613         rc->accum_p_qp = ABR_INIT_QP * rc->accum_p_norm;
 614         /* estimated ratio that produces a reasonable QP for the first I-frame */
 615         rc->cplxr_sum = .01 * pow( 7.0e5, rc->qcompress ) * pow( h->mb.i_mb_count, 0.5 );
 616         rc->wanted_bits_window = 1.0 * rc->bitrate / rc->fps;
 617         rc->last_non_b_pict_type = SLICE_TYPE_I;
 618     }
 619
 620     rc->ip_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_ip_factor );
 621     rc->pb_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_pb_factor );
 622     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = h->param.rc.i_qp_constant;
 623     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant - rc->ip_offset + 0.5, 0, 51 );
 624     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant + rc->pb_offset + 0.5, 0, 51 );
 625     h->mb.ip_offset = rc->ip_offset + 0.5;
 626
 627     rc->lstep = pow( 2, h->param.rc.i_qp_step / 6.0 );
 628     rc->last_qscale = qp2qscale( 26 );
 629     int num_preds = h->param.b_sliced_threads * h->param.i_threads + 1;
 630     CHECKED_MALLOC( rc->pred, 5 * sizeof(predictor_t) * num_preds );
 631     CHECKED_MALLOC( rc->pred_b_from_p, sizeof(predictor_t) );
 632     for( int i = 0; i < 5; i++ )
 633     {
 634         rc->last_qscale_for[i] = qp2qscale( ABR_INIT_QP );
 635         rc->lmin[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
 636         rc->lmax[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
 637         for( int j = 0; j < num_preds; j++ )
 638         {
 639             rc->pred[i+j*5].coeff= 2.0;
 640             rc->pred[i+j*5].count= 1.0;
 641             rc->pred[i+j*5].decay= 0.5;
 642             rc->pred[i+j*5].offset= 0.0;
 643         }
 644         for( int j = 0; j < 2; j++ )
 645         {
 646             rc->row_preds[i][j].coeff= .25;
 647             rc->row_preds[i][j].count= 1.0;
 648             rc->row_preds[i][j].decay= 0.5;
 649             rc->row_preds[i][j].offset= 0.0;
 650         }
 651     }
 652     *rc->pred_b_from_p = rc->pred[0];
 653
 654     if( parse_zones( h ) < 0 )
 655     {
 656         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to parse zones\n" );
 657         return -1;
 658     }
 659
 660     /* Load stat file and init 2pass algo */
 661     if( h->param.rc.b_stat_read )
 662     {
 663         char *p, *stats_in, *stats_buf;
 664
 665         /* read 1st pass stats */
 666         assert( h->param.rc.psz_stat_in );
 667         stats_buf = stats_in = x264_slurp_file( h->param.rc.psz_stat_in );
 668         if( !stats_buf )
 669         {
 670             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n");
 671             return -1;
 672         }
 673         if( h->param.rc.b_mb_tree )
 674         {
 675             char *mbtree_stats_in = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_in, ".mbtree" );
 676             if( !mbtree_stats_in )
 677                 return -1;
 678             rc->p_mbtree_stat_file_in = fopen( mbtree_stats_in, "rb" );
 679             x264_free( mbtree_stats_in );
 680             if( !rc->p_mbtree_stat_file_in )
 681             {
 682                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n");
 683                 return -1;
 684             }
 685         }
 686
 687         /* check whether 1st pass options were compatible with current options */
 688         if( !strncmp( stats_buf, "#options:", 9 ) )
 689         {
 690             int i, j;
 691             uint32_t k, l;
 692             char *opts = stats_buf;
 693             stats_in = strchr( stats_buf, '\n' );
 694             if( !stats_in )
 695                 return -1;
 696             *stats_in = '\0';
 697             stats_in++;
 698             if( sscanf( opts, "#options: %dx%d", &i, &j ) != 2 )
 699             {
 700                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "resolution specified in stats file not valid\n" );
 701                 return -1;
 702             }
 703             else if( h->param.rc.b_mb_tree && (i != h->param.i_width || j != h->param.i_height)  )
 704             {
 705                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree doesn't support different resolution than 1st pass (%dx%d vs %dx%d)\n",
 706                           h->param.i_width, h->param.i_height, i, j );
 707                 return -1;
 708             }
 709
 710             if( ( p = strstr( opts, "timebase=" ) ) && sscanf( p, "timebase=%u/%u", &k, &l ) != 2 )
 711             {
 712                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase specified in stats file not valid\n" );
 713                 return -1;
 714             }
 715             if( k != h->param.i_timebase_num || l != h->param.i_timebase_den )
 716             {
 717                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase mismatch with 1st pass (%u/%u vs %u/%u)\n",
 718                           h->param.i_timebase_num, h->param.i_timebase_den, k, l );
 719                 return -1;
 720             }
 721
 722             CMP_OPT_FIRST_PASS( "weightp", X264_MAX( 0, h->param.analyse.i_weighted_pred ) );
 723             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bframes", h->param.i_bframe );
 724             CMP_OPT_FIRST_PASS( "b_pyramid", h->param.i_bframe_pyramid );
 725             CMP_OPT_FIRST_PASS( "intra_refresh", h->param.b_intra_refresh );
 726             CMP_OPT_FIRST_PASS( "keyint", h->param.i_keyint_max );
 727             CMP_OPT_FIRST_PASS( "open_gop", h->param.i_open_gop );
 728
 729             if( strstr( opts, "qp=0" ) && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
 730                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "1st pass was lossless, bitrate prediction will be inaccurate\n" );
 731
 732             if( !strstr( opts, "direct=3" ) && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
 733             {
 734                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "direct=auto not used on the first pass\n" );
 735                 h->mb.b_direct_auto_write = 1;
 736             }
 737
 738             if( ( p = strstr( opts, "b_adapt=" ) ) && sscanf( p, "b_adapt=%d", &i ) && i >= X264_B_ADAPT_NONE && i <= X264_B_ADAPT_TRELLIS )
 739                 h->param.i_bframe_adaptive = i;
 740             else if( h->param.i_bframe )
 741             {
 742                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "b_adapt method specified in stats file not valid\n" );
 743                 return -1;
 744             }
 745
 746             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 ) )
 747                 h->param.rc.i_lookahead = i;
 748         }
 749
 750         /* find number of pics */
 751         p = stats_in;
 752         int num_entries;
 753         for( num_entries = -1; p; num_entries++ )
 754             p = strchr( p + 1, ';' );
 755         if( !num_entries )
 756         {
 757             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "empty stats file\n");
 758             return -1;
 759         }
 760         rc->num_entries = num_entries;
 761
 762         if( h->param.i_frame_total < rc->num_entries && h->param.i_frame_total > 0 )
 763         {
 764             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "2nd pass has fewer frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
 765                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
 766         }
 767         if( h->param.i_frame_total > rc->num_entries )
 768         {
 769             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
 770                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
 771             return -1;
 772         }
 773
 774         CHECKED_MALLOCZERO( rc->entry, rc->num_entries * sizeof(ratecontrol_entry_t) );
 775
 776         /* init all to skipped p frames */
 777         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
 778         {
 779             ratecontrol_entry_t *rce = &rc->entry[i];
 780             rce->pict_type = SLICE_TYPE_P;
 781             rce->qscale = rce->new_qscale = qp2qscale( 20 );
 782             rce->misc_bits = rc->nmb + 10;
 783             rce->new_qp = 0;
 784         }
 785
 786         /* read stats */
 787         p = stats_in;
 788         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
 789         {
 790             ratecontrol_entry_t *rce;
 791             int frame_number;
 792             char pict_type;
 793             int e;
 794             char *next;
 795             float qp;
 796             int ref;
 797
 798             next= strchr(p, ';');
 799             if( next )
 800                 *next++ = 0; //sscanf is unbelievably slow on long strings
 801             e = sscanf( p, " in:%d ", &frame_number );
 802
 803             if( frame_number < 0 || frame_number >= rc->num_entries )
 804             {
 805                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad frame number (%d) at stats line %d\n", frame_number, i );
 806                 return -1;
 807             }
 808             rce = &rc->entry[frame_number];
 809             rce->direct_mode = 0;
 810
 811             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",
 812                    &pict_type, &rce->i_duration, &rce->i_cpb_duration, &qp, &rce->tex_bits,
 813                    &rce->mv_bits, &rce->misc_bits, &rce->i_count, &rce->p_count,
 814                    &rce->s_count, &rce->direct_mode );
 815
 816             p = strstr( p, "ref:" );
 817             if( !p )
 818                 goto parse_error;
 819             p += 4;
 820             for( ref = 0; ref < 16; ref++ )
 821             {
 822                 if( sscanf( p, " %d", &rce->refcount[ref] ) != 1 )
 823                     break;
 824                 p = strchr( p+1, ' ' );
 825                 if( !p )
 826                     goto parse_error;
 827             }
 828             rce->refs = ref;
 829
 830             /* find weights */
 831             rce->i_weight_denom = -1;
 832             char *w = strchr( p, 'w' );
 833             if( w )
 834                 if( sscanf( w, "w:%hd,%hd,%hd", &rce->i_weight_denom, &rce->weight[0], &rce->weight[1] ) != 3 )
 835                     rce->i_weight_denom = -1;
 836
 837             if( pict_type != 'b' )
 838                 rce->kept_as_ref = 1;
 839             switch( pict_type )
 840             {
 841                 case 'I':
 842                     rce->frame_type = X264_TYPE_IDR;
 843                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
 844                     break;
 845                 case 'i':
 846                     rce->frame_type = X264_TYPE_I;
 847                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
 848                     break;
 849                 case 'P':
 850                     rce->frame_type = X264_TYPE_P;
 851                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_P;
 852                     break;
 853                 case 'B':
 854                     rce->frame_type = X264_TYPE_BREF;
 855                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
 856                     break;
 857                 case 'b':
 858                     rce->frame_type = X264_TYPE_B;
 859                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
 860                     break;
 861                 default:  e = -1; break;
 862             }
 863             if( e < 12 )
 864             {
 865 parse_error:
 866                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "statistics are damaged at line %d, parser out=%d\n", i, e );
 867                 return -1;
 868             }
 869             rce->qscale = qp2qscale( qp );
 870             p = next;
 871         }
 872
 873         x264_free( stats_buf );
 874
 875         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
 876         {
 877             if( init_pass2( h ) < 0 )
 878                 return -1;
 879         } /* else we're using constant quant, so no need to run the bitrate allocation */
 880     }
 881
 882     /* Open output file */
 883     /* If input and output files are the same, output to a temp file
 884      * and move it to the real name only when it's complete */
 885     if( h->param.rc.b_stat_write )
 886     {
 887         char *p;
 888         rc->psz_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".temp" );
 889         if( !rc->psz_stat_file_tmpname )
 890             return -1;
 891
 892         rc->p_stat_file_out = fopen( rc->psz_stat_file_tmpname, "wb" );
 893         if( rc->p_stat_file_out == NULL )
 894         {
 895             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n");
 896             return -1;
 897         }
 898
 899         p = x264_param2string( &h->param, 1 );
 900         if( p )
 901             fprintf( rc->p_stat_file_out, "#options: %s\n", p );
 902         x264_free( p );
 903         if( h->param.rc.b_mb_tree && !h->param.rc.b_stat_read )
 904         {
 905             rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree.temp" );
 906             rc->psz_mbtree_stat_file_name = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree" );
 907             if( !rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname || !rc->psz_mbtree_stat_file_name )
 908                 return -1;
 909
 910             rc->p_mbtree_stat_file_out = fopen( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, "wb" );
 911             if( rc->p_mbtree_stat_file_out == NULL )
 912             {
 913                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n");
 914                 return -1;
 915             }
 916         }
 917     }
 918
 919     if( h->param.rc.b_mb_tree && (h->param.rc.b_stat_read || h->param.rc.b_stat_write) )
 920     {
 921         CHECKED_MALLOC( rc->qp_buffer[0], h->mb.i_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 922         if( h->param.i_bframe_pyramid && h->param.rc.b_stat_read )
 923             CHECKED_MALLOC( rc->qp_buffer[1], h->mb.i_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 924         rc->qpbuf_pos = -1;
 925     }
 926
 927     for( int i = 0; i<h->param.i_threads; i++ )
 928     {
 929         h->thread[i]->rc = rc+i;
 930         if( i )
 931         {
 932             rc[i] = rc[0];
 933             h->thread[i]->param = h->param;
 934             h->thread[i]->mb.b_variable_qp = h->mb.b_variable_qp;
 935         }
 936     }
 937
 938     return 0;
 939 fail:
 940     return -1;
 941 }
 942
 943 static int parse_zone( x264_t *h, x264_zone_t *z, char *p )
 944 {
 945     int len = 0;
 946     char *tok, UNUSED *saveptr=NULL;
 947     z->param = NULL;
 948     z->f_bitrate_factor = 1;
 949     if( 3 <= sscanf(p, "%u,%u,q=%u%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->i_qp, &len) )
 950         z->b_force_qp = 1;
 951     else if( 3 <= sscanf(p, "%u,%u,b=%f%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->f_bitrate_factor, &len) )
 952         z->b_force_qp = 0;
 953     else if( 2 <= sscanf(p, "%u,%u%n", &z->i_start, &z->i_end, &len) )
 954         z->b_force_qp = 0;
 955     else
 956     {
 957         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: \"%s\"\n", p );
 958         return -1;
 959     }
 960     p += len;
 961     if( !*p )
 962         return 0;
 963     CHECKED_MALLOC( z->param, sizeof(x264_param_t) );
 964     memcpy( z->param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
 965     z->param->param_free = x264_free;
 966     while( (tok = strtok_r( p, ",", &saveptr )) )
 967     {
 968         char *val = strchr( tok, '=' );
 969         if( val )
 970         {
 971             *val = '\0';
 972             val++;
 973         }
 974         if( x264_param_parse( z->param, tok, val ) )
 975         {
 976             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone param: %s = %s\n", tok, val );
 977             return -1;
 978         }
 979         p = NULL;
 980     }
 981     return 0;
 982 fail:
 983     return -1;
 984 }
 985
 986 static int parse_zones( x264_t *h )
 987 {
 988     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 989     if( h->param.rc.psz_zones && !h->param.rc.i_zones )
 990     {
 991         char *psz_zones, *p;
 992         CHECKED_MALLOC( psz_zones, strlen( h->param.rc.psz_zones )+1 );
 993         strcpy( psz_zones, h->param.rc.psz_zones );
 994         h->param.rc.i_zones = 1;
 995         for( p = psz_zones; *p; p++ )
 996             h->param.rc.i_zones += (*p == '/');
 997         CHECKED_MALLOC( h->param.rc.zones, h->param.rc.i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
 998         p = psz_zones;
 999         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1000         {
1001             int i_tok = strcspn( p, "/" );
1002             p[i_tok] = 0;
1003             if( parse_zone( h, &h->param.rc.zones[i], p ) )
1004                 return -1;
1005             p += i_tok + 1;
1006         }
1007         x264_free( psz_zones );
1008     }
1009
1010     if( h->param.rc.i_zones > 0 )
1011     {
1012         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1013         {
1014             x264_zone_t z = h->param.rc.zones[i];
1015             if( z.i_start < 0 || z.i_start > z.i_end )
1016             {
1017                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: start=%d end=%d\n",
1018                           z.i_start, z.i_end );
1019                 return -1;
1020             }
1021             else if( !z.b_force_qp && z.f_bitrate_factor <= 0 )
1022             {
1023                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: bitrate_factor=%f\n",
1024                           z.f_bitrate_factor );
1025                 return -1;
1026             }
1027         }
1028
1029         rc->i_zones = h->param.rc.i_zones + 1;
1030         CHECKED_MALLOC( rc->zones, rc->i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1031         memcpy( rc->zones+1, h->param.rc.zones, (rc->i_zones-1) * sizeof(x264_zone_t) );
1032
1033         // default zone to fall back to if none of the others match
1034         rc->zones[0].i_start = 0;
1035         rc->zones[0].i_end = INT_MAX;
1036         rc->zones[0].b_force_qp = 0;
1037         rc->zones[0].f_bitrate_factor = 1;
1038         CHECKED_MALLOC( rc->zones[0].param, sizeof(x264_param_t) );
1039         memcpy( rc->zones[0].param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
1040         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1041         {
1042             if( !rc->zones[i].param )
1043                 rc->zones[i].param = rc->zones[0].param;
1044         }
1045     }
1046
1047     return 0;
1048 fail:
1049     return -1;
1050 }
1051
1052 static x264_zone_t *get_zone( x264_t *h, int frame_num )
1053 {
1054     for( int i = h->rc->i_zones - 1; i >= 0; i-- )
1055     {
1056         x264_zone_t *z = &h->rc->zones[i];
1057         if( frame_num >= z->i_start && frame_num <= z->i_end )
1058             return z;
1059     }
1060     return NULL;
1061 }
1062
1063 void x264_ratecontrol_summary( x264_t *h )
1064 {
1065     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1066     if( rc->b_abr && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && rc->cbr_decay > .9999 )
1067     {
1068         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
1069         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
1070         x264_log( h, X264_LOG_INFO, "final ratefactor: %.2f\n",
1071                   qscale2qp( pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
1072                              * rc->cplxr_sum / rc->wanted_bits_window ) - mbtree_offset );
1073     }
1074 }
1075
1076 void x264_ratecontrol_delete( x264_t *h )
1077 {
1078     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1079     int b_regular_file;
1080
1081     if( rc->p_stat_file_out )
1082     {
1083         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_stat_file_out );
1084         fclose( rc->p_stat_file_out );
1085         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1086             if( rename( rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out ) != 0 )
1087             {
1088                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1089                           rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out );
1090             }
1091         x264_free( rc->psz_stat_file_tmpname );
1092     }
1093     if( rc->p_mbtree_stat_file_out )
1094     {
1095         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1096         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1097         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1098             if( rename( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name ) != 0 )
1099             {
1100                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1101                           rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1102             }
1103         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname );
1104         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1105     }
1106     if( rc->p_mbtree_stat_file_in )
1107         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_in );
1108     x264_free( rc->pred );
1109     x264_free( rc->pred_b_from_p );
1110     x264_free( rc->entry );
1111     x264_free( rc->qp_buffer[0] );
1112     x264_free( rc->qp_buffer[1] );
1113     if( rc->zones )
1114     {
1115         x264_free( rc->zones[0].param );
1116         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1117             if( rc->zones[i].param != rc->zones[0].param && rc->zones[i].param->param_free )
1118                 rc->zones[i].param->param_free( rc->zones[i].param );
1119         x264_free( rc->zones );
1120     }
1121     x264_free( rc );
1122 }
1123
1124 static void accum_p_qp_update( x264_t *h, float qp )
1125 {
1126     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1127     rc->accum_p_qp   *= .95;
1128     rc->accum_p_norm *= .95;
1129     rc->accum_p_norm += 1;
1130     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I )
1131         rc->accum_p_qp += qp + rc->ip_offset;
1132     else
1133         rc->accum_p_qp += qp;
1134 }
1135
1136 /* Before encoding a frame, choose a QP for it */
1137 void x264_ratecontrol_start( x264_t *h, int i_force_qp, int overhead )
1138 {
1139     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1140     ratecontrol_entry_t *rce = NULL;
1141     x264_zone_t *zone = get_zone( h, h->fenc->i_frame );
1142     float q;
1143
1144     x264_emms();
1145
1146     if( zone && (!rc->prev_zone || zone->param != rc->prev_zone->param) )
1147         x264_encoder_reconfig( h, zone->param );
1148     rc->prev_zone = zone;
1149
1150     rc->qp_force = i_force_qp;
1151
1152     if( h->param.rc.b_stat_read )
1153     {
1154         int frame = h->fenc->i_frame;
1155         assert( frame >= 0 && frame < rc->num_entries );
1156         rce = h->rc->rce = &h->rc->entry[frame];
1157
1158         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B
1159             && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
1160         {
1161             h->sh.b_direct_spatial_mv_pred = ( rce->direct_mode == 's' );
1162             h->mb.b_direct_auto_read = ( rce->direct_mode == 's' || rce->direct_mode == 't' );
1163         }
1164     }
1165
1166     if( rc->b_vbv )
1167     {
1168         memset( h->fdec->i_row_bits, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(int) );
1169         rc->row_pred = &rc->row_preds[h->sh.i_type];
1170         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;
1171         update_vbv_plan( h, overhead );
1172
1173         const x264_level_t *l = x264_levels;
1174         while( l->level_idc != 0 && l->level_idc != h->param.i_level_idc )
1175             l++;
1176
1177         int mincr = l->mincr;
1178
1179         /* Blu-ray requires this */
1180         if( l->level_idc == 41 && h->param.i_nal_hrd )
1181             mincr = 4;
1182
1183         /* The spec has a bizarre special case for the first frame. */
1184         if( h->i_frame == 0 )
1185         {
1186             //384 * ( Max( PicSizeInMbs, fR * MaxMBPS ) + MaxMBPS * ( tr( 0 ) - tr,n( 0 ) ) ) / MinCR
1187             double fr = 1. / 172;
1188             int pic_size_in_mbs = h->mb.i_mb_width * h->mb.i_mb_height;
1189             rc->frame_size_maximum = 384 * 8 * X264_MAX( pic_size_in_mbs, fr*l->mbps ) / mincr;
1190         }
1191         else
1192         {
1193             //384 * MaxMBPS * ( tr( n ) - tr( n - 1 ) ) / MinCR
1194             rc->frame_size_maximum = 384 * 8 * ((double)h->fenc->i_cpb_duration * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale) * l->mbps / mincr;
1195         }
1196     }
1197
1198     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1199         rc->bframes = h->fenc->i_bframes;
1200
1201     if( i_force_qp )
1202     {
1203         q = i_force_qp - 1;
1204     }
1205     else if( rc->b_abr )
1206     {
1207         q = qscale2qp( rate_estimate_qscale( h ) );
1208     }
1209     else if( rc->b_2pass )
1210     {
1211         rce->new_qscale = rate_estimate_qscale( h );
1212         q = qscale2qp( rce->new_qscale );
1213     }
1214     else /* CQP */
1215     {
1216         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B && h->fdec->b_kept_as_ref )
1217             q = ( rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_B ] + rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_P ] ) / 2;
1218         else
1219             q = rc->qp_constant[ h->sh.i_type ];
1220
1221         if( zone )
1222         {
1223             if( zone->b_force_qp )
1224                 q += zone->i_qp - rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P];
1225             else
1226                 q -= 6*log2f( zone->f_bitrate_factor );
1227         }
1228     }
1229
1230     q = x264_clip3f( q, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1231
1232     rc->qpa_rc =
1233     rc->qpa_aq = 0;
1234     rc->qp = x264_clip3( (int)(q + 0.5), 0, 51 );
1235     h->fdec->f_qp_avg_rc =
1236     h->fdec->f_qp_avg_aq =
1237     rc->qpm = q;
1238     if( rce )
1239         rce->new_qp = rc->qp;
1240
1241     accum_p_qp_update( h, rc->qpm );
1242
1243     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1244         rc->last_non_b_pict_type = h->sh.i_type;
1245 }
1246
1247 static double predict_row_size( x264_t *h, int y, double qp )
1248 {
1249     /* average between two predictors:
1250      * absolute SATD, and scaled bit cost of the colocated row in the previous frame */
1251     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1252     double pred_s = predict_size( rc->row_pred[0], qp2qscale( qp ), h->fdec->i_row_satd[y] );
1253     double pred_t = 0;
1254     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I || qp >= h->fref0[0]->f_row_qp[y] )
1255     {
1256         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P
1257             && h->fref0[0]->i_type == h->fdec->i_type
1258             && h->fref0[0]->i_row_satd[y] > 0
1259             && (abs(h->fref0[0]->i_row_satd[y] - h->fdec->i_row_satd[y]) < h->fdec->i_row_satd[y]/2))
1260         {
1261             pred_t = h->fref0[0]->i_row_bits[y] * h->fdec->i_row_satd[y] / h->fref0[0]->i_row_satd[y]
1262                      * qp2qscale( h->fref0[0]->f_row_qp[y] ) / qp2qscale( qp );
1263         }
1264         if( pred_t == 0 )
1265             pred_t = pred_s;
1266         return (pred_s + pred_t) / 2;
1267     }
1268     /* Our QP is lower than the reference! */
1269     else
1270     {
1271         double pred_intra = predict_size( rc->row_pred[1], qp2qscale( qp ), h->fdec->i_row_satds[0][0][y] );
1272         /* Sum: better to overestimate than underestimate by using only one of the two predictors. */
1273         return pred_intra + pred_s;
1274     }
1275 }
1276
1277 static double row_bits_so_far( x264_t *h, int y )
1278 {
1279     double bits = 0;
1280     for( int i = h->i_threadslice_start; i <= y; i++ )
1281         bits += h->fdec->i_row_bits[i];
1282     return bits;
1283 }
1284
1285 static double predict_row_size_sum( x264_t *h, int y, double qp )
1286 {
1287     double bits = row_bits_so_far(h, y);
1288     for( int i = y+1; i < h->i_threadslice_end; i++ )
1289         bits += predict_row_size( h, i, qp );
1290     return bits;
1291 }
1292
1293
1294 void x264_ratecontrol_mb( x264_t *h, int bits )
1295 {
1296     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1297     const int y = h->mb.i_mb_y;
1298
1299     x264_emms();
1300
1301     h->fdec->i_row_bits[y] += bits;
1302     rc->qpa_rc += rc->qpm;
1303     rc->qpa_aq += h->mb.i_qp;
1304
1305     if( h->mb.i_mb_x != h->mb.i_mb_width - 1 || !rc->b_vbv )
1306         return;
1307
1308     h->fdec->f_row_qp[y] = rc->qpm;
1309
1310     update_predictor( rc->row_pred[0], qp2qscale( rc->qpm ), h->fdec->i_row_satd[y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1311     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && rc->qpm < h->fref0[0]->f_row_qp[y] )
1312         update_predictor( rc->row_pred[1], qp2qscale( rc->qpm ), h->fdec->i_row_satds[0][0][y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1313
1314     /* tweak quality based on difference from predicted size */
1315     if( y < h->i_threadslice_end-1 )
1316     {
1317         float prev_row_qp = h->fdec->f_row_qp[y];
1318         float qp_min = X264_MAX( prev_row_qp - h->param.rc.i_qp_step, h->param.rc.i_qp_min );
1319         float qp_absolute_max = h->param.rc.i_qp_max;
1320         if( rc->rate_factor_max_increment )
1321             qp_absolute_max = X264_MIN( qp_absolute_max, rc->qp_novbv + rc->rate_factor_max_increment );
1322         float qp_max = X264_MIN( prev_row_qp + h->param.rc.i_qp_step, qp_absolute_max );
1323         float step_size = 0.5;
1324
1325         /* B-frames shouldn't use lower QP than their reference frames. */
1326         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1327         {
1328             qp_min = X264_MAX( qp_min, X264_MAX( h->fref0[0]->f_row_qp[y+1], h->fref1[0]->f_row_qp[y+1] ) );
1329             rc->qpm = X264_MAX( rc->qpm, qp_min );
1330         }
1331
1332         float buffer_left_planned = rc->buffer_fill - rc->frame_size_planned;
1333         float slice_size_planned = h->param.b_sliced_threads ? rc->slice_size_planned : rc->frame_size_planned;
1334         float size_of_other_slices = 0;
1335         if( h->param.b_sliced_threads )
1336         {
1337             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1338                 if( h != h->thread[i] )
1339                     size_of_other_slices += h->thread[i]->rc->frame_size_estimated;
1340         }
1341         else
1342             rc->max_frame_error = X264_MAX( 0.05, 1.0 / (h->mb.i_mb_width) );
1343
1344         /* More threads means we have to be more cautious in letting ratecontrol use up extra bits. */
1345         float rc_tol = buffer_left_planned / h->param.i_threads * rc->rate_tolerance;
1346         int b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1347
1348         /* Don't modify the row QPs until a sufficent amount of the bits of the frame have been processed, in case a flat */
1349         /* area at the top of the frame was measured inaccurately. */
1350         if( row_bits_so_far( h, y ) < 0.05 * slice_size_planned )
1351             return;
1352
1353         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I )
1354             rc_tol /= 2;
1355
1356         if( !rc->b_vbv_min_rate )
1357             qp_min = X264_MAX( qp_min, rc->qp_novbv );
1358
1359         while( rc->qpm < qp_max
1360                && ((b1 > rc->frame_size_planned + rc_tol) ||
1361                    (rc->buffer_fill - b1 < buffer_left_planned * 0.5) ||
1362                    (b1 > rc->frame_size_planned && rc->qpm < rc->qp_novbv)) )
1363         {
1364             rc->qpm += step_size;
1365             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1366         }
1367
1368         while( rc->qpm > qp_min
1369                && (rc->qpm > h->fdec->f_row_qp[0] || rc->single_frame_vbv)
1370                && ((b1 < rc->frame_size_planned * 0.8 && rc->qpm <= prev_row_qp)
1371                || b1 < (rc->buffer_fill - rc->buffer_size + rc->buffer_rate) * 1.1) )
1372         {
1373             rc->qpm -= step_size;
1374             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1375         }
1376
1377         /* avoid VBV underflow or MinCR violation */
1378         while( (rc->qpm < qp_absolute_max)
1379                && ((rc->buffer_fill - b1 < rc->buffer_rate * rc->max_frame_error) ||
1380                    (rc->frame_size_maximum - b1 < rc->frame_size_maximum * rc->max_frame_error)))
1381         {
1382             rc->qpm += step_size;
1383             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1384         }
1385
1386         h->rc->frame_size_estimated = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm );
1387     }
1388 }
1389
1390 int x264_ratecontrol_qp( x264_t *h )
1391 {
1392     x264_emms();
1393     return x264_clip3( h->rc->qpm + .5, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1394 }
1395
1396 int x264_ratecontrol_mb_qp( x264_t *h )
1397 {
1398     x264_emms();
1399     float qp = h->rc->qpm;
1400     if( h->param.rc.i_aq_mode )
1401         /* MB-tree currently doesn't adjust quantizers in unreferenced frames. */
1402         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];
1403     return x264_clip3( qp + .5, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1404 }
1405
1406 /* In 2pass, force the same frame types as in the 1st pass */
1407 int x264_ratecontrol_slice_type( x264_t *h, int frame_num )
1408 {
1409     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1410     if( h->param.rc.b_stat_read )
1411     {
1412         if( frame_num >= rc->num_entries )
1413         {
1414             /* We could try to initialize everything required for ABR and
1415              * adaptive B-frames, but that would be complicated.
1416              * So just calculate the average QP used so far. */
1417             h->param.rc.i_qp_constant = (h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P] == 0) ? 24
1418                                       : 1 + h->stat.f_frame_qp[SLICE_TYPE_P] / h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P];
1419             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant, 0, 51 );
1420             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( (int)( qscale2qp( qp2qscale( h->param.rc.i_qp_constant ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor )) + 0.5 ), 0, 51 );
1421             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( (int)( qscale2qp( qp2qscale( h->param.rc.i_qp_constant ) * fabs( h->param.rc.f_pb_factor )) + 0.5 ), 0, 51 );
1422
1423             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d)\n", rc->num_entries);
1424             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "continuing anyway, at constant QP=%d\n", h->param.rc.i_qp_constant);
1425             if( h->param.i_bframe_adaptive )
1426                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "disabling adaptive B-frames\n");
1427
1428             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1429             {
1430                 h->thread[i]->rc->b_abr = 0;
1431                 h->thread[i]->rc->b_2pass = 0;
1432                 h->thread[i]->param.rc.i_rc_method = X264_RC_CQP;
1433                 h->thread[i]->param.rc.b_stat_read = 0;
1434                 h->thread[i]->param.i_bframe_adaptive = 0;
1435                 h->thread[i]->param.i_scenecut_threshold = 0;
1436                 h->thread[i]->param.rc.b_mb_tree = 0;
1437                 if( h->thread[i]->param.i_bframe > 1 )
1438                     h->thread[i]->param.i_bframe = 1;
1439             }
1440             return X264_TYPE_AUTO;
1441         }
1442         return rc->entry[frame_num].frame_type;
1443     }
1444     else
1445         return X264_TYPE_AUTO;
1446 }
1447
1448 void x264_ratecontrol_set_weights( x264_t *h, x264_frame_t *frm )
1449 {
1450     ratecontrol_entry_t *rce = &h->rc->entry[frm->i_frame];
1451     if( h->param.analyse.i_weighted_pred <= 0 )
1452         return;
1453     if( rce->i_weight_denom >= 0 )
1454         SET_WEIGHT( frm->weight[0][0], 1, rce->weight[0], rce->i_weight_denom, rce->weight[1] );
1455 }
1456
1457 /* After encoding one frame, save stats and update ratecontrol state */
1458 int x264_ratecontrol_end( x264_t *h, int bits, int *filler )
1459 {
1460     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1461     const int *mbs = h->stat.frame.i_mb_count;
1462
1463     x264_emms();
1464
1465     h->stat.frame.i_mb_count_skip = mbs[P_SKIP] + mbs[B_SKIP];
1466     h->stat.frame.i_mb_count_i = mbs[I_16x16] + mbs[I_8x8] + mbs[I_4x4];
1467     h->stat.frame.i_mb_count_p = mbs[P_L0] + mbs[P_8x8];
1468     for( int i = B_DIRECT; i < B_8x8; i++ )
1469         h->stat.frame.i_mb_count_p += mbs[i];
1470
1471     h->fdec->f_qp_avg_rc = rc->qpa_rc /= h->mb.i_mb_count;
1472     h->fdec->f_qp_avg_aq = rc->qpa_aq /= h->mb.i_mb_count;
1473
1474     if( h->param.rc.b_stat_write )
1475     {
1476         char c_type = h->sh.i_type==SLICE_TYPE_I ? (h->fenc->i_poc==0 ? 'I' : 'i')
1477                     : h->sh.i_type==SLICE_TYPE_P ? 'P'
1478                     : h->fenc->b_kept_as_ref ? 'B' : 'b';
1479         int dir_frame = h->stat.frame.i_direct_score[1] - h->stat.frame.i_direct_score[0];
1480         int dir_avg = h->stat.i_direct_score[1] - h->stat.i_direct_score[0];
1481         char c_direct = h->mb.b_direct_auto_write ?
1482                         ( dir_frame>0 ? 's' : dir_frame<0 ? 't' :
1483                           dir_avg>0 ? 's' : dir_avg<0 ? 't' : '-' )
1484                         : '-';
1485         if( fprintf( rc->p_stat_file_out,
1486                  "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:",
1487                  h->fenc->i_frame, h->i_frame,
1488                  c_type, h->fenc->i_duration,
1489                  h->fenc->i_cpb_duration, rc->qpa_rc,
1490                  h->stat.frame.i_tex_bits,
1491                  h->stat.frame.i_mv_bits,
1492                  h->stat.frame.i_misc_bits,
1493                  h->stat.frame.i_mb_count_i,
1494                  h->stat.frame.i_mb_count_p,
1495                  h->stat.frame.i_mb_count_skip,
1496                  c_direct) < 0 )
1497             goto fail;
1498
1499         /* Only write information for reference reordering once. */
1500         int use_old_stats = h->param.rc.b_stat_read && rc->rce->refs > 1;
1501         for( int i = 0; i < (use_old_stats ? rc->rce->refs : h->i_ref0); i++ )
1502         {
1503             int refcount = use_old_stats         ? rc->rce->refcount[i]
1504                          : h->param.b_interlaced ? h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2]
1505                                                  + h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2+1]
1506                          :                         h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i];
1507             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "%d ", refcount ) < 0 )
1508                 goto fail;
1509         }
1510
1511         if( h->sh.weight[0][0].weightfn )
1512         {
1513             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 )
1514                 goto fail;
1515         }
1516
1517         if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ";\n") < 0 )
1518             goto fail;
1519
1520         /* Don't re-write the data in multi-pass mode. */
1521         if( h->param.rc.b_mb_tree && h->fenc->b_kept_as_ref && !h->param.rc.b_stat_read )
1522         {
1523             uint8_t i_type = h->sh.i_type;
1524             /* Values are stored as big-endian FIX8.8 */
1525             for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
1526                 rc->qp_buffer[0][i] = endian_fix16( h->fenc->f_qp_offset[i]*256.0 );
1527             if( fwrite( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < 1 )
1528                 goto fail;
1529             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 )
1530                 goto fail;
1531         }
1532     }
1533
1534     if( rc->b_abr )
1535     {
1536         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1537             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / rc->last_rceq;
1538         else
1539         {
1540             /* Depends on the fact that B-frame's QP is an offset from the following P-frame's.
1541              * Not perfectly accurate with B-refs, but good enough. */
1542             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / (rc->last_rceq * fabs( h->param.rc.f_pb_factor ));
1543         }
1544         rc->cplxr_sum *= rc->cbr_decay;
1545         double frame_duration = (double)h->fenc->i_duration * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1546
1547         rc->wanted_bits_window += frame_duration * rc->bitrate;
1548         rc->wanted_bits_window *= rc->cbr_decay;
1549     }
1550
1551     if( rc->b_2pass )
1552         rc->expected_bits_sum += qscale2bits( rc->rce, qp2qscale( rc->rce->new_qp ) );
1553
1554     if( h->mb.b_variable_qp )
1555     {
1556         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1557         {
1558             rc->bframe_bits += bits;
1559             if( h->fenc->b_last_minigop_bframe )
1560             {
1561                 update_predictor( rc->pred_b_from_p, qp2qscale( rc->qpa_rc ),
1562                                   h->fref1[h->i_ref1-1]->i_satd, rc->bframe_bits / rc->bframes );
1563                 rc->bframe_bits = 0;
1564             }
1565         }
1566     }
1567
1568     *filler = update_vbv( h, bits );
1569
1570     if( h->sps->vui.b_nal_hrd_parameters_present )
1571     {
1572         if( h->fenc->i_frame == 0 )
1573         {
1574             // access unit initialises the HRD
1575             h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = 0;
1576             rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1577             rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1578             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit = (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1579         }
1580         else
1581         {
1582             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit + (double)h->fenc->i_cpb_delay *
1583                                                    h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1584
1585             double cpb_earliest_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time - (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1586             if( h->fenc->b_keyframe )
1587             {
1588                  rc->nrt_first_access_unit = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1589                  rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1590                  rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1591             }
1592             else
1593                  cpb_earliest_arrival_time -= (double)rc->initial_cpb_removal_delay_offset / 90000;
1594
1595             if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd )
1596                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time;
1597             else
1598                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = X264_MAX( rc->previous_cpb_final_arrival_time, cpb_earliest_arrival_time );
1599         }
1600         int filler_bits = *filler ? X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), *filler )*8 : 0;
1601         // Equation C-6
1602         h->fenc->hrd_timing.cpb_final_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time +
1603                                                      (double)(bits + filler_bits) / h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1604
1605         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 +
1606                                               h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1607     }
1608
1609     return 0;
1610 fail:
1611     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_end: stats file could not be written to\n");
1612     return -1;
1613 }
1614
1615 /****************************************************************************
1616  * 2 pass functions
1617  ***************************************************************************/
1618
1619 /**
1620  * modify the bitrate curve from pass1 for one frame
1621  */
1622 static double get_qscale(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double rate_factor, int frame_num)
1623 {
1624     x264_ratecontrol_t *rcc= h->rc;
1625     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
1626     double q = pow( rce->blurred_complexity, 1 - rcc->qcompress );
1627
1628     // avoid NaN's in the rc_eq
1629     if( !isfinite(q) || rce->tex_bits + rce->mv_bits == 0 )
1630         q = rcc->last_qscale_for[rce->pict_type];
1631     else
1632     {
1633         rcc->last_rceq = q;
1634         q /= rate_factor;
1635         rcc->last_qscale = q;
1636     }
1637
1638     if( zone )
1639     {
1640         if( zone->b_force_qp )
1641             q = qp2qscale( zone->i_qp );
1642         else
1643             q /= zone->f_bitrate_factor;
1644     }
1645
1646     return q;
1647 }
1648
1649 static double get_diff_limited_q(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double q)
1650 {
1651     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1652     const int pict_type = rce->pict_type;
1653
1654     // force I/B quants as a function of P quants
1655     const double last_p_q    = rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P];
1656     const double last_non_b_q= rcc->last_qscale_for[rcc->last_non_b_pict_type];
1657     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
1658     {
1659         double iq = q;
1660         double pq = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
1661         double ip_factor = fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
1662         /* don't apply ip_factor if the following frame is also I */
1663         if( rcc->accum_p_norm <= 0 )
1664             q = iq;
1665         else if( h->param.rc.f_ip_factor < 0 )
1666             q = iq / ip_factor;
1667         else if( rcc->accum_p_norm >= 1 )
1668             q = pq / ip_factor;
1669         else
1670             q = rcc->accum_p_norm * pq / ip_factor + (1 - rcc->accum_p_norm) * iq;
1671     }
1672     else if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
1673     {
1674         if( h->param.rc.f_pb_factor > 0 )
1675             q = last_non_b_q;
1676         if( !rce->kept_as_ref )
1677             q *= fabs( h->param.rc.f_pb_factor );
1678     }
1679     else if( pict_type == SLICE_TYPE_P
1680              && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_P
1681              && rce->tex_bits == 0 )
1682     {
1683         q = last_p_q;
1684     }
1685
1686     /* last qscale / qdiff stuff */
1687     if( rcc->last_non_b_pict_type == pict_type &&
1688         (pict_type!=SLICE_TYPE_I || rcc->last_accum_p_norm < 1) )
1689     {
1690         double last_q = rcc->last_qscale_for[pict_type];
1691         double max_qscale = last_q * rcc->lstep;
1692         double min_qscale = last_q / rcc->lstep;
1693
1694         if     ( q > max_qscale ) q = max_qscale;
1695         else if( q < min_qscale ) q = min_qscale;
1696     }
1697
1698     rcc->last_qscale_for[pict_type] = q;
1699     if( pict_type != SLICE_TYPE_B )
1700         rcc->last_non_b_pict_type = pict_type;
1701     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
1702     {
1703         rcc->last_accum_p_norm = rcc->accum_p_norm;
1704         rcc->accum_p_norm = 0;
1705         rcc->accum_p_qp = 0;
1706     }
1707     if( pict_type == SLICE_TYPE_P )
1708     {
1709         float mask = 1 - pow( (float)rce->i_count / rcc->nmb, 2 );
1710         rcc->accum_p_qp   = mask * (qscale2qp( q ) + rcc->accum_p_qp);
1711         rcc->accum_p_norm = mask * (1 + rcc->accum_p_norm);
1712     }
1713     return q;
1714 }
1715
1716 static double predict_size( predictor_t *p, double q, double var )
1717 {
1718      return (p->coeff*var + p->offset) / (q*p->count);
1719 }
1720
1721 static void update_predictor( predictor_t *p, double q, double var, double bits )
1722 {
1723     const double range = 1.5;
1724     if( var < 10 )
1725         return;
1726     double old_coeff = p->coeff / p->count;
1727     double new_coeff = bits*q / var;
1728     double new_coeff_clipped = x264_clip3f( new_coeff, old_coeff/range, old_coeff*range );
1729     double new_offset = bits*q - new_coeff_clipped * var;
1730     if( new_offset >= 0 )
1731         new_coeff = new_coeff_clipped;
1732     else
1733         new_offset = 0;
1734     p->count  *= p->decay;
1735     p->coeff  *= p->decay;
1736     p->offset *= p->decay;
1737     p->count  ++;
1738     p->coeff  += new_coeff;
1739     p->offset += new_offset;
1740 }
1741
1742 // update VBV after encoding a frame
1743 static int update_vbv( x264_t *h, int bits )
1744 {
1745     int filler = 0;
1746     int bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1747     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1748     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
1749     uint64_t buffer_size = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
1750
1751     if( rcc->last_satd >= h->mb.i_mb_count )
1752         update_predictor( &rct->pred[h->sh.i_type], qp2qscale( rcc->qpa_rc ), rcc->last_satd, bits );
1753
1754     if( !rcc->b_vbv )
1755         return filler;
1756
1757     rct->buffer_fill_final -= (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
1758
1759     if( rct->buffer_fill_final < 0 )
1760         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 );
1761     rct->buffer_fill_final = X264_MAX( rct->buffer_fill_final, 0 );
1762     rct->buffer_fill_final += (uint64_t)bitrate * h->sps->vui.i_num_units_in_tick * h->fenc->i_cpb_duration;
1763
1764     if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd && rct->buffer_fill_final > buffer_size )
1765     {
1766         filler = ceil( (rct->buffer_fill_final - buffer_size) / (8. * h->sps->vui.i_time_scale) );
1767         bits = X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), filler ) * 8;
1768         rct->buffer_fill_final -= (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
1769     }
1770     else
1771         rct->buffer_fill_final = X264_MIN( rct->buffer_fill_final, buffer_size );
1772
1773     return filler;
1774 }
1775
1776 void x264_hrd_fullness( x264_t *h )
1777 {
1778     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
1779     uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale / rct->hrd_multiply_denom;
1780     uint64_t cpb_state = rct->buffer_fill_final;
1781     uint64_t cpb_size = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
1782     uint64_t multiply_factor = 180000 / rct->hrd_multiply_denom;
1783
1784     if( rct->buffer_fill_final < 0 || rct->buffer_fill_final > cpb_size )
1785     {
1786          x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CPB %s: %.0lf bits in a %.0lf-bit buffer\n",
1787                    rct->buffer_fill_final < 0 ? "underflow" : "overflow", (float)rct->buffer_fill_final/denom, (float)cpb_size/denom );
1788     }
1789
1790     h->initial_cpb_removal_delay = (multiply_factor * cpb_state + denom) / (2*denom);
1791     h->initial_cpb_removal_delay_offset = (multiply_factor * cpb_size + denom) / (2*denom) - h->initial_cpb_removal_delay;
1792 }
1793
1794 // provisionally update VBV according to the planned size of all frames currently in progress
1795 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead )
1796 {
1797     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1798     rcc->buffer_fill = h->thread[0]->rc->buffer_fill_final / h->sps->vui.i_time_scale;
1799     if( h->i_thread_frames > 1 )
1800     {
1801         int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
1802         for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
1803         {
1804             x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
1805             double bits = t->rc->frame_size_planned;
1806             if( !t->b_thread_active )
1807                 continue;
1808             bits  = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
1809             rcc->buffer_fill -= bits;
1810             rcc->buffer_fill = X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0 );
1811             rcc->buffer_fill += t->rc->buffer_rate;
1812             rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
1813         }
1814     }
1815     rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
1816     rcc->buffer_fill -= overhead;
1817 }
1818
1819 // apply VBV constraints and clip qscale to between lmin and lmax
1820 static double clip_qscale( x264_t *h, int pict_type, double q )
1821 {
1822     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1823     double lmin = rcc->lmin[pict_type];
1824     double lmax = rcc->lmax[pict_type];
1825     if( rcc->rate_factor_max_increment )
1826         lmax = X264_MIN( lmax, qp2qscale( rcc->qp_novbv + rcc->rate_factor_max_increment ) );
1827     double q0 = q;
1828
1829     /* B-frames are not directly subject to VBV,
1830      * since they are controlled by the P-frames' QPs. */
1831
1832     if( rcc->b_vbv && rcc->last_satd > 0 )
1833     {
1834         /* Lookahead VBV: raise the quantizer as necessary such that no frames in
1835          * the lookahead overflow and such that the buffer is in a reasonable state
1836          * by the end of the lookahead. */
1837         if( h->param.rc.i_lookahead )
1838         {
1839             int terminate = 0;
1840
1841             /* Avoid an infinite loop. */
1842             for( int iterations = 0; iterations < 1000 && terminate != 3; iterations++ )
1843             {
1844                 double frame_q[3];
1845                 double cur_bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1846                 double buffer_fill_cur = rcc->buffer_fill - cur_bits;
1847                 double target_fill;
1848                 double total_duration = 0;
1849                 frame_q[0] = h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I ? q * h->param.rc.f_ip_factor : q;
1850                 frame_q[1] = frame_q[0] * h->param.rc.f_pb_factor;
1851                 frame_q[2] = frame_q[0] / h->param.rc.f_ip_factor;
1852
1853                 /* Loop over the planned future frames. */
1854                 for( int j = 0; buffer_fill_cur >= 0 && buffer_fill_cur <= rcc->buffer_size; j++ )
1855                 {
1856                     total_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
1857                     buffer_fill_cur += rcc->vbv_max_rate * h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
1858                     int i_type = h->fenc->i_planned_type[j];
1859                     int i_satd = h->fenc->i_planned_satd[j];
1860                     if( i_type == X264_TYPE_AUTO )
1861                         break;
1862                     i_type = IS_X264_TYPE_I( i_type ) ? SLICE_TYPE_I : IS_X264_TYPE_B( i_type ) ? SLICE_TYPE_B : SLICE_TYPE_P;
1863                     cur_bits = predict_size( &rcc->pred[i_type], frame_q[i_type], i_satd );
1864                     buffer_fill_cur -= cur_bits;
1865                 }
1866                 /* Try to get to get the buffer at least 50% filled, but don't set an impossible goal. */
1867                 target_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill + total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.5 );
1868                 if( buffer_fill_cur < target_fill )
1869                 {
1870                     q *= 1.01;
1871                     terminate |= 1;
1872                     continue;
1873                 }
1874                 /* Try to get the buffer no more than 80% filled, but don't set an impossible goal. */
1875                 target_fill = x264_clip3f( rcc->buffer_fill - total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.8, rcc->buffer_size );
1876                 if( rcc->b_vbv_min_rate && buffer_fill_cur > target_fill )
1877                 {
1878                     q /= 1.01;
1879                     terminate |= 2;
1880                     continue;
1881                 }
1882                 break;
1883             }
1884         }
1885         /* Fallback to old purely-reactive algorithm: no lookahead. */
1886         else
1887         {
1888             if( ( pict_type == SLICE_TYPE_P ||
1889                 ( pict_type == SLICE_TYPE_I && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_I ) ) &&
1890                 rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size < 0.5 )
1891             {
1892                 q /= x264_clip3f( 2.0*rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size, 0.5, 1.0 );
1893             }
1894
1895             /* Now a hard threshold to make sure the frame fits in VBV.
1896              * This one is mostly for I-frames. */
1897             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1898             double qf = 1.0;
1899             /* For small VBVs, allow the frame to use up the entire VBV. */
1900             double max_fill_factor = h->param.rc.i_vbv_buffer_size >= 5*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rcc->fps ? 2 : 1;
1901             /* For single-frame VBVs, request that the frame use up the entire VBV. */
1902             double min_fill_factor = rcc->single_frame_vbv ? 1 : 2;
1903
1904             if( bits > rcc->buffer_fill/max_fill_factor )
1905                 qf = x264_clip3f( rcc->buffer_fill/(max_fill_factor*bits), 0.2, 1.0 );
1906             q /= qf;
1907             bits *= qf;
1908             if( bits < rcc->buffer_rate/min_fill_factor )
1909                 q *= bits*min_fill_factor/rcc->buffer_rate;
1910             q = X264_MAX( q0, q );
1911         }
1912
1913         /* Apply MinCR restrictions */
1914         double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1915         if( bits > rcc->frame_size_maximum )
1916             q *= bits / rcc->frame_size_maximum;
1917         bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1918
1919         /* Check B-frame complexity, and use up any bits that would
1920          * overflow before the next P-frame. */
1921         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && !rcc->single_frame_vbv )
1922         {
1923             int nb = rcc->bframes;
1924             double pbbits = bits;
1925             double bbits = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q * h->param.rc.f_pb_factor, rcc->last_satd );
1926             double space;
1927             double bframe_cpb_duration = 0;
1928             double minigop_cpb_duration;
1929             for( int i = 0; i < nb; i++ )
1930                 bframe_cpb_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[1+i];
1931
1932             if( bbits * nb > bframe_cpb_duration * rcc->vbv_max_rate )
1933                 nb = 0;
1934             pbbits += nb * bbits;
1935
1936             minigop_cpb_duration = bframe_cpb_duration + h->fenc->f_planned_cpb_duration[0];
1937             space = rcc->buffer_fill + minigop_cpb_duration*rcc->vbv_max_rate - rcc->buffer_size;
1938             if( pbbits < space )
1939             {
1940                 q *= X264_MAX( pbbits / space, bits / (0.5 * rcc->buffer_size) );
1941             }
1942             q = X264_MAX( q0-5, q );
1943         }
1944
1945         if( !rcc->b_vbv_min_rate )
1946             q = X264_MAX( q0, q );
1947     }
1948
1949     if( lmin==lmax )
1950         return lmin;
1951     else if( rcc->b_2pass )
1952     {
1953         double min2 = log( lmin );
1954         double max2 = log( lmax );
1955         q = (log(q) - min2)/(max2-min2) - 0.5;
1956         q = 1.0/(1.0 + exp( -4*q ));
1957         q = q*(max2-min2) + min2;
1958         return exp( q );
1959     }
1960     else
1961         return x264_clip3f( q, lmin, lmax );
1962 }
1963
1964 // update qscale for 1 frame based on actual bits used so far
1965 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h )
1966 {
1967     float q;
1968     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1969     ratecontrol_entry_t rce;
1970     int pict_type = h->sh.i_type;
1971     int64_t total_bits = 8*(h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_I]
1972                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_P]
1973                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_B]);
1974
1975     if( rcc->b_2pass )
1976     {
1977         rce = *rcc->rce;
1978         if( pict_type != rce.pict_type )
1979         {
1980             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "slice=%c but 2pass stats say %c\n",
1981                       slice_type_to_char[pict_type], slice_type_to_char[rce.pict_type] );
1982         }
1983     }
1984
1985     if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
1986     {
1987         /* B-frames don't have independent ratecontrol, but rather get the
1988          * average QP of the two adjacent P-frames + an offset */
1989
1990         int i0 = IS_X264_TYPE_I(h->fref0[0]->i_type);
1991         int i1 = IS_X264_TYPE_I(h->fref1[0]->i_type);
1992         int dt0 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref0[0]->i_poc);
1993         int dt1 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref1[0]->i_poc);
1994         float q0 = h->fref0[0]->f_qp_avg_rc;
1995         float q1 = h->fref1[0]->f_qp_avg_rc;
1996
1997         if( h->fref0[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
1998             q0 -= rcc->pb_offset/2;
1999         if( h->fref1[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2000             q1 -= rcc->pb_offset/2;
2001
2002         if( i0 && i1 )
2003             q = (q0 + q1) / 2 + rcc->ip_offset;
2004         else if( i0 )
2005             q = q1;
2006         else if( i1 )
2007             q = q0;
2008         else
2009             q = (q0*dt1 + q1*dt0) / (dt0 + dt1);
2010
2011         if( h->fenc->b_kept_as_ref )
2012             q += rcc->pb_offset/2;
2013         else
2014             q += rcc->pb_offset;
2015
2016         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
2017             rcc->frame_size_planned = qscale2bits( &rce, q );
2018         else
2019             rcc->frame_size_planned = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q, h->fref1[h->i_ref1-1]->i_satd );
2020         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2021
2022         /* For row SATDs */
2023         if( rcc->b_vbv )
2024             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2025         rcc->qp_novbv = q;
2026         return qp2qscale( q );
2027     }
2028     else
2029     {
2030         double abr_buffer = 2 * rcc->rate_tolerance * rcc->bitrate;
2031
2032         if( rcc->b_2pass )
2033         {
2034             double lmin = rcc->lmin[pict_type];
2035             double lmax = rcc->lmax[pict_type];
2036             int64_t diff;
2037             int64_t predicted_bits = total_bits;
2038
2039             if( rcc->b_vbv )
2040             {
2041                 if( h->i_thread_frames > 1 )
2042                 {
2043                     int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
2044                     for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
2045                     {
2046                         x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
2047                         double bits = t->rc->frame_size_planned;
2048                         if( !t->b_thread_active )
2049                             continue;
2050                         bits  = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
2051                         predicted_bits += (int64_t)bits;
2052                     }
2053                 }
2054             }
2055             else
2056             {
2057                 if( h->i_frame < h->i_thread_frames )
2058                     predicted_bits += (int64_t)h->i_frame * rcc->bitrate / rcc->fps;
2059                 else
2060                     predicted_bits += (int64_t)(h->i_thread_frames - 1) * rcc->bitrate / rcc->fps;
2061             }
2062
2063             /* Adjust ABR buffer based on distance to the end of the video. */
2064             if( rcc->num_entries > h->i_frame )
2065             {
2066                 double final_bits = rcc->entry[rcc->num_entries-1].expected_bits;
2067                 double video_pos = rce.expected_bits / final_bits;
2068                 double scale_factor = sqrt( (1 - video_pos) * rcc->num_entries );
2069                 abr_buffer *= 0.5 * X264_MAX( scale_factor, 0.5 );
2070             }
2071
2072             diff = predicted_bits - (int64_t)rce.expected_bits;
2073             q = rce.new_qscale;
2074             q /= x264_clip3f((double)(abr_buffer - diff) / abr_buffer, .5, 2);
2075             if( ((h->i_frame + 1 - h->i_thread_frames) >= rcc->fps) &&
2076                 (rcc->expected_bits_sum > 0))
2077             {
2078                 /* Adjust quant based on the difference between
2079                  * achieved and expected bitrate so far */
2080                 double cur_time = (double)h->i_frame / rcc->num_entries;
2081                 double w = x264_clip3f( cur_time*100, 0.0, 1.0 );
2082                 q *= pow( (double)total_bits / rcc->expected_bits_sum, w );
2083             }
2084             if( rcc->b_vbv )
2085             {
2086                 /* Do not overflow vbv */
2087                 double expected_size = qscale2bits( &rce, q );
2088                 double expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2089                 double expected_fullness = rce.expected_vbv / rcc->buffer_size;
2090                 double qmax = q*(2 - expected_fullness);
2091                 double size_constraint = 1 + expected_fullness;
2092                 qmax = X264_MAX( qmax, rce.new_qscale );
2093                 if( expected_fullness < .05 )
2094                     qmax = lmax;
2095                 qmax = X264_MIN(qmax, lmax);
2096                 while( ((expected_vbv < rce.expected_vbv/size_constraint) && (q < qmax)) ||
2097                         ((expected_vbv < 0) && (q < lmax)))
2098                 {
2099                     q *= 1.05;
2100                     expected_size = qscale2bits(&rce, q);
2101                     expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2102                 }
2103                 rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2104             }
2105             q = x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2106         }
2107         else /* 1pass ABR */
2108         {
2109             /* Calculate the quantizer which would have produced the desired
2110              * average bitrate if it had been applied to all frames so far.
2111              * Then modulate that quant based on the current frame's complexity
2112              * relative to the average complexity so far (using the 2pass RCEQ).
2113              * Then bias the quant up or down if total size so far was far from
2114              * the target.
2115              * Result: Depending on the value of rate_tolerance, there is a
2116              * tradeoff between quality and bitrate precision. But at large
2117              * tolerances, the bit distribution approaches that of 2pass. */
2118
2119             double wanted_bits, overflow = 1;
2120
2121             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2122             rcc->short_term_cplxsum *= 0.5;
2123             rcc->short_term_cplxcount *= 0.5;
2124             rcc->short_term_cplxsum += rcc->last_satd;
2125             rcc->short_term_cplxcount ++;
2126
2127             rce.tex_bits = rcc->last_satd;
2128             rce.blurred_complexity = rcc->short_term_cplxsum / rcc->short_term_cplxcount;
2129             rce.mv_bits = 0;
2130             rce.p_count = rcc->nmb;
2131             rce.i_count = 0;
2132             rce.s_count = 0;
2133             rce.qscale = 1;
2134             rce.pict_type = pict_type;
2135
2136             if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
2137             {
2138                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->rate_factor_constant, h->fenc->i_frame );
2139             }
2140             else
2141             {
2142                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->wanted_bits_window / rcc->cplxr_sum, h->fenc->i_frame );
2143
2144                 /* ABR code can potentially be counterproductive in CBR, so just don't bother.
2145                  * Don't run it if the frame complexity is zero either. */
2146                 if( !rcc->b_vbv_min_rate && rcc->last_satd )
2147                 {
2148                     // FIXME is it simpler to keep track of wanted_bits in ratecontrol_end?
2149                     int i_frame_done = h->i_frame + 1 - h->i_thread_frames;
2150                     double time_done = i_frame_done / rcc->fps;
2151                     if( h->param.b_vfr_input && i_frame_done > 0 )
2152                         time_done = ((double)(h->fenc->i_reordered_pts - h->i_reordered_pts_delay)) * h->param.i_timebase_num / h->param.i_timebase_den;
2153                     wanted_bits = time_done * rcc->bitrate;
2154                     if( wanted_bits > 0 )
2155                     {
2156                         abr_buffer *= X264_MAX( 1, sqrt( time_done ) );
2157                         overflow = x264_clip3f( 1.0 + (total_bits - wanted_bits) / abr_buffer, .5, 2 );
2158                         q *= overflow;
2159                     }
2160                 }
2161             }
2162
2163             if( pict_type == SLICE_TYPE_I && h->param.i_keyint_max > 1
2164                 /* should test _next_ pict type, but that isn't decided yet */
2165                 && rcc->last_non_b_pict_type != SLICE_TYPE_I )
2166             {
2167                 q = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
2168                 q /= fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2169             }
2170             else if( h->i_frame > 0 )
2171             {
2172                 /* Asymmetric clipping, because symmetric would prevent
2173                  * overflow control in areas of rapidly oscillating complexity */
2174                 double lmin = rcc->last_qscale_for[pict_type] / rcc->lstep;
2175                 double lmax = rcc->last_qscale_for[pict_type] * rcc->lstep;
2176                 if( overflow > 1.1 && h->i_frame > 3 )
2177                     lmax *= rcc->lstep;
2178                 else if( overflow < 0.9 )
2179                     lmin /= rcc->lstep;
2180
2181                 q = x264_clip3f(q, lmin, lmax);
2182             }
2183             else if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && rcc->qcompress != 1 )
2184             {
2185                 q = qp2qscale( ABR_INIT_QP ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2186             }
2187             rcc->qp_novbv = qscale2qp( q );
2188
2189             //FIXME use get_diff_limited_q() ?
2190             q = clip_qscale( h, pict_type, q );
2191         }
2192
2193         rcc->last_qscale_for[pict_type] =
2194         rcc->last_qscale = q;
2195
2196         if( !(rcc->b_2pass && !rcc->b_vbv) && h->fenc->i_frame == 0 )
2197             rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P] = q * fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2198
2199         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
2200             rcc->frame_size_planned = qscale2bits(&rce, q);
2201         else
2202             rcc->frame_size_planned = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2203
2204         /* Always use up the whole VBV in this case. */
2205         if( rcc->single_frame_vbv )
2206             rcc->frame_size_planned = rcc->buffer_rate;
2207         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2208         return q;
2209     }
2210 }
2211
2212 void x264_threads_normalize_predictors( x264_t *h )
2213 {
2214     double totalsize = 0;
2215     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2216         totalsize += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2217     double factor = h->rc->frame_size_planned / totalsize;
2218     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2219         h->thread[i]->rc->slice_size_planned *= factor;
2220 }
2221
2222 void x264_threads_distribute_ratecontrol( x264_t *h )
2223 {
2224     int row;
2225     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2226
2227     /* Initialize row predictors */
2228     if( h->i_frame == 0 )
2229         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2230         {
2231             x264_ratecontrol_t *t = h->thread[i]->rc;
2232             memcpy( t->row_preds, rc->row_preds, sizeof(rc->row_preds) );
2233         }
2234
2235     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2236     {
2237         x264_t *t = h->thread[i];
2238         memcpy( t->rc, rc, offsetof(x264_ratecontrol_t, row_pred) );
2239         t->rc->row_pred = &t->rc->row_preds[h->sh.i_type];
2240         /* Calculate the planned slice size. */
2241         if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2242         {
2243             int size = 0;
2244             for( row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2245                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2246             t->rc->slice_size_planned = predict_size( &rc->pred[h->sh.i_type + (i+1)*5], rc->qpm, size );
2247         }
2248         else
2249             t->rc->slice_size_planned = 0;
2250     }
2251     if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2252     {
2253         x264_threads_normalize_predictors( h );
2254
2255         if( rc->single_frame_vbv )
2256         {
2257             /* Compensate for our max frame error threshold: give more bits (proportionally) to smaller slices. */
2258             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2259             {
2260                 x264_t *t = h->thread[i];
2261                 t->rc->max_frame_error = X264_MAX( 0.05, 1.0 / (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) );
2262                 t->rc->slice_size_planned += 2 * t->rc->max_frame_error * rc->frame_size_planned;
2263             }
2264             x264_threads_normalize_predictors( h );
2265         }
2266
2267         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2268             h->thread[i]->rc->frame_size_estimated = h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2269     }
2270 }
2271
2272 void x264_threads_merge_ratecontrol( x264_t *h )
2273 {
2274     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2275     x264_emms();
2276
2277     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2278     {
2279         x264_t *t = h->thread[i];
2280         x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[i]->rc;
2281         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size )
2282         {
2283             int size = 0;
2284             for( int row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2285                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2286             int bits = t->stat.frame.i_mv_bits + t->stat.frame.i_tex_bits + t->stat.frame.i_misc_bits;
2287             int mb_count = (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) * h->mb.i_mb_width;
2288             update_predictor( &rc->pred[h->sh.i_type+5*i], qp2qscale( rct->qpa_rc/mb_count ), size, bits );
2289         }
2290         if( !i )
2291             continue;
2292         rc->qpa_rc += rct->qpa_rc;
2293         rc->qpa_aq += rct->qpa_aq;
2294     }
2295 }
2296
2297 void x264_thread_sync_ratecontrol( x264_t *cur, x264_t *prev, x264_t *next )
2298 {
2299     if( cur != prev )
2300     {
2301 #define COPY(var) memcpy(&cur->rc->var, &prev->rc->var, sizeof(cur->rc->var))
2302         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_start()
2303          * so copy them from the context that most recently started (prev)
2304          * to the context that's about to start (cur). */
2305         COPY(accum_p_qp);
2306         COPY(accum_p_norm);
2307         COPY(last_satd);
2308         COPY(last_rceq);
2309         COPY(last_qscale_for);
2310         COPY(last_non_b_pict_type);
2311         COPY(short_term_cplxsum);
2312         COPY(short_term_cplxcount);
2313         COPY(bframes);
2314         COPY(prev_zone);
2315         COPY(qpbuf_pos);
2316         /* these vars can be updated by x264_ratecontrol_init_reconfigurable */
2317         COPY(buffer_rate);
2318         COPY(buffer_size);
2319         COPY(single_frame_vbv);
2320         COPY(cbr_decay);
2321         COPY(b_vbv_min_rate);
2322         COPY(rate_factor_constant);
2323         COPY(bitrate);
2324 #undef COPY
2325     }
2326     if( cur != next )
2327     {
2328 #define COPY(var) next->rc->var = cur->rc->var
2329         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_end()
2330          * so copy them from the context that most recently ended (cur)
2331          * to the context that's about to end (next) */
2332         COPY(cplxr_sum);
2333         COPY(expected_bits_sum);
2334         COPY(wanted_bits_window);
2335         COPY(bframe_bits);
2336         COPY(initial_cpb_removal_delay);
2337         COPY(initial_cpb_removal_delay_offset);
2338         COPY(nrt_first_access_unit);
2339         COPY(previous_cpb_final_arrival_time);
2340 #undef COPY
2341     }
2342     //FIXME row_preds[] (not strictly necessary, but would improve prediction)
2343     /* the rest of the variables are either constant or thread-local */
2344 }
2345
2346 static int find_underflow( x264_t *h, double *fills, int *t0, int *t1, int over )
2347 {
2348     /* find an interval ending on an overflow or underflow (depending on whether
2349      * we're adding or removing bits), and starting on the earliest frame that
2350      * can influence the buffer fill of that end frame. */
2351     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2352     const double buffer_min = (over ? .1 : .1) * rcc->buffer_size;
2353     const double buffer_max = .9 * rcc->buffer_size;
2354     double fill = fills[*t0-1];
2355     double parity = over ? 1. : -1.;
2356     int start = -1, end = -1;
2357     for( int i = *t0; i < rcc->num_entries; i++ )
2358     {
2359         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 -
2360                  qscale2bits( &rcc->entry[i], rcc->entry[i].new_qscale )) * parity;
2361         fill = x264_clip3f(fill, 0, rcc->buffer_size);
2362         fills[i] = fill;
2363         if( fill <= buffer_min || i == 0 )
2364         {
2365             if( end >= 0 )
2366                 break;
2367             start = i;
2368         }
2369         else if( fill >= buffer_max && start >= 0 )
2370             end = i;
2371     }
2372     *t0 = start;
2373     *t1 = end;
2374     return start >= 0 && end >= 0;
2375 }
2376
2377 static int fix_underflow( x264_t *h, int t0, int t1, double adjustment, double qscale_min, double qscale_max)
2378 {
2379     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2380     double qscale_orig, qscale_new;
2381     int adjusted = 0;
2382     if( t0 > 0 )
2383         t0++;
2384     for( int i = t0; i <= t1; i++ )
2385     {
2386         qscale_orig = rcc->entry[i].new_qscale;
2387         qscale_orig = x264_clip3f( qscale_orig, qscale_min, qscale_max );
2388         qscale_new  = qscale_orig * adjustment;
2389         qscale_new  = x264_clip3f( qscale_new, qscale_min, qscale_max );
2390         rcc->entry[i].new_qscale = qscale_new;
2391         adjusted = adjusted || (qscale_new != qscale_orig);
2392     }
2393     return adjusted;
2394 }
2395
2396 static double count_expected_bits( x264_t *h )
2397 {
2398     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2399     double expected_bits = 0;
2400     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2401     {
2402         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2403         rce->expected_bits = expected_bits;
2404         expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2405     }
2406     return expected_bits;
2407 }
2408
2409 static int vbv_pass2( x264_t *h, double all_available_bits )
2410 {
2411     /* for each interval of buffer_full .. underflow, uniformly increase the qp of all
2412      * frames in the interval until either buffer is full at some intermediate frame or the
2413      * last frame in the interval no longer underflows.  Recompute intervals and repeat.
2414      * Then do the converse to put bits back into overflow areas until target size is met */
2415
2416     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2417     double *fills;
2418     double expected_bits = 0;
2419     double adjustment;
2420     double prev_bits = 0;
2421     int t0, t1;
2422     double qscale_min = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
2423     double qscale_max = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
2424     int iterations = 0;
2425     int adj_min, adj_max;
2426     CHECKED_MALLOC( fills, (rcc->num_entries+1)*sizeof(double) );
2427
2428     fills++;
2429
2430     /* adjust overall stream size */
2431     do
2432     {
2433         iterations++;
2434         prev_bits = expected_bits;
2435
2436         if( expected_bits )
2437         {   /* not first iteration */
2438             adjustment = X264_MAX(X264_MIN(expected_bits / all_available_bits, 0.999), 0.9);
2439             fills[-1] = rcc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init;
2440             t0 = 0;
2441             /* fix overflows */
2442             adj_min = 1;
2443             while(adj_min && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 1 ))
2444             {
2445                 adj_min = fix_underflow( h, t0, t1, adjustment, qscale_min, qscale_max );
2446                 t0 = t1;
2447             }
2448         }
2449
2450         fills[-1] = rcc->buffer_size * (1. - h->param.rc.f_vbv_buffer_init);
2451         t0 = 0;
2452         /* fix underflows -- should be done after overflow, as we'd better undersize target than underflowing VBV */
2453         adj_max = 1;
2454         while( adj_max && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 0 ) )
2455             adj_max = fix_underflow( h, t0, t1, 1.001, qscale_min, qscale_max );
2456
2457         expected_bits = count_expected_bits( h );
2458     } while( (expected_bits < .995*all_available_bits) && ((int64_t)(expected_bits+.5) > (int64_t)(prev_bits+.5)) );
2459
2460     if( !adj_max )
2461         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "vbv-maxrate issue, qpmax or vbv-maxrate too low\n");
2462
2463     /* store expected vbv filling values for tracking when encoding */
2464     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2465         rcc->entry[i].expected_vbv = rcc->buffer_size - fills[i];
2466
2467     x264_free( fills-1 );
2468     return 0;
2469 fail:
2470     return -1;
2471 }
2472
2473 static int init_pass2( x264_t *h )
2474 {
2475     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2476     uint64_t all_const_bits = 0;
2477     double duration = 0;
2478     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2479         duration += rcc->entry[i].i_duration;
2480     duration *= (double)h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
2481     uint64_t all_available_bits = h->param.rc.i_bitrate * 1000. * duration;
2482     double rate_factor, step_mult;
2483     double qblur = h->param.rc.f_qblur;
2484     double cplxblur = h->param.rc.f_complexity_blur;
2485     const int filter_size = (int)(qblur*4) | 1;
2486     double expected_bits;
2487     double *qscale, *blurred_qscale;
2488
2489     /* find total/average complexity & const_bits */
2490     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2491     {
2492         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2493         all_const_bits += rce->misc_bits;
2494     }
2495
2496     if( all_available_bits < all_const_bits)
2497     {
2498         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "requested bitrate is too low. estimated minimum is %d kbps\n",
2499                  (int)(all_const_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.)) );
2500         return -1;
2501     }
2502
2503     /* Blur complexities, to reduce local fluctuation of QP.
2504      * We don't blur the QPs directly, because then one very simple frame
2505      * could drag down the QP of a nearby complex frame and give it more
2506      * bits than intended. */
2507     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2508     {
2509         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2510         double weight_sum = 0;
2511         double cplx_sum = 0;
2512         double weight = 1.0;
2513         double gaussian_weight;
2514         /* weighted average of cplx of future frames */
2515         for( int j = 1; j < cplxblur*2 && j < rcc->num_entries-i; j++ )
2516         {
2517             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i+j];
2518             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2519             if( weight < .0001 )
2520                 break;
2521             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2522             weight_sum += gaussian_weight;
2523             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits(rcj, 1) - rcj->misc_bits);
2524         }
2525         /* weighted average of cplx of past frames */
2526         weight = 1.0;
2527         for( int j = 0; j <= cplxblur*2 && j <= i; j++ )
2528         {
2529             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i-j];
2530             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2531             weight_sum += gaussian_weight;
2532             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits);
2533             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2534             if( weight < .0001 )
2535                 break;
2536         }
2537         rce->blurred_complexity = cplx_sum / weight_sum;
2538     }
2539
2540     CHECKED_MALLOC( qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2541     if( filter_size > 1 )
2542         CHECKED_MALLOC( blurred_qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2543     else
2544         blurred_qscale = qscale;
2545
2546     /* Search for a factor which, when multiplied by the RCEQ values from
2547      * each frame, adds up to the desired total size.
2548      * There is no exact closed-form solution because of VBV constraints and
2549      * because qscale2bits is not invertible, but we can start with the simple
2550      * approximation of scaling the 1st pass by the ratio of bitrates.
2551      * The search range is probably overkill, but speed doesn't matter here. */
2552
2553     expected_bits = 1;
2554     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2555     {
2556         double q = get_qscale(h, &rcc->entry[i], 1.0, i);
2557         expected_bits += qscale2bits(&rcc->entry[i], q);
2558         rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = q;
2559     }
2560     step_mult = all_available_bits / expected_bits;
2561
2562     rate_factor = 0;
2563     for( double step = 1E4 * step_mult; step > 1E-7 * step_mult; step *= 0.5)
2564     {
2565         expected_bits = 0;
2566         rate_factor += step;
2567
2568         rcc->last_non_b_pict_type = -1;
2569         rcc->last_accum_p_norm = 1;
2570         rcc->accum_p_norm = 0;
2571
2572         /* find qscale */
2573         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2574         {
2575             qscale[i] = get_qscale( h, &rcc->entry[i], rate_factor, i );
2576             rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = qscale[i];
2577         }
2578
2579         /* fixed I/B qscale relative to P */
2580         for( int i = rcc->num_entries-1; i >= 0; i-- )
2581         {
2582             qscale[i] = get_diff_limited_q( h, &rcc->entry[i], qscale[i] );
2583             assert(qscale[i] >= 0);
2584         }
2585
2586         /* smooth curve */
2587         if( filter_size > 1 )
2588         {
2589             assert( filter_size%2 == 1 );
2590             for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2591             {
2592                 ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2593                 double q = 0.0, sum = 0.0;
2594
2595                 for( int j = 0; j < filter_size; j++ )
2596                 {
2597                     int idx = i+j-filter_size/2;
2598                     double d = idx-i;
2599                     double coeff = qblur==0 ? 1.0 : exp( -d*d/(qblur*qblur) );
2600                     if( idx < 0 || idx >= rcc->num_entries )
2601                         continue;
2602                     if( rce->pict_type != rcc->entry[idx].pict_type )
2603                         continue;
2604                     q += qscale[idx] * coeff;
2605                     sum += coeff;
2606                 }
2607                 blurred_qscale[i] = q/sum;
2608             }
2609         }
2610
2611         /* find expected bits */
2612         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2613         {
2614             ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2615             rce->new_qscale = clip_qscale( h, rce->pict_type, blurred_qscale[i] );
2616             assert(rce->new_qscale >= 0);
2617             expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2618         }
2619
2620         if( expected_bits > all_available_bits )
2621             rate_factor -= step;
2622     }
2623
2624     x264_free( qscale );
2625     if( filter_size > 1 )
2626         x264_free( blurred_qscale );
2627
2628     if( rcc->b_vbv )
2629         if( vbv_pass2( h, all_available_bits ) )
2630             return -1;
2631     expected_bits = count_expected_bits( h );
2632
2633     if( fabs( expected_bits/all_available_bits - 1.0 ) > 0.01 )
2634     {
2635         double avgq = 0;
2636         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2637             avgq += rcc->entry[i].new_qscale;
2638         avgq = qscale2qp( avgq / rcc->num_entries );
2639
2640         if( expected_bits > all_available_bits || !rcc->b_vbv )
2641             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "Error: 2pass curve failed to converge\n" );
2642         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "target: %.2f kbit/s, expected: %.2f kbit/s, avg QP: %.4f\n",
2643                   (float)h->param.rc.i_bitrate,
2644                   expected_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.),
2645                   avgq );
2646         if( expected_bits < all_available_bits && avgq < h->param.rc.i_qp_min + 2 )
2647         {
2648             if( h->param.rc.i_qp_min > 0 )
2649                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate or reducing qp_min (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_min );
2650             else
2651                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate\n" );
2652         }
2653         else if( expected_bits > all_available_bits && avgq > h->param.rc.i_qp_max - 2 )
2654         {
2655             if( h->param.rc.i_qp_max < 51 )
2656                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate or increasing qp_max (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_max );
2657             else
2658                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate\n");
2659         }
2660         else if( !(rcc->b_2pass && rcc->b_vbv) )
2661             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "internal error\n" );
2662     }
2663
2664     return 0;
2665 fail:
2666     return -1;
2667 }