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

   1 /*****************************************************************************
   2  * ratecontrol.c: h264 encoder library (Rate Control)
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 2005-2008 x264 project
   5  *
   6  * Authors: Loren Merritt <lorenm@u.washington.edu>
   7  *          Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
   8  *          Gabriel Bouvigne <gabriel.bouvigne@joost.com>
   9  *          Fiona Glaser <fiona@x264.com>
  10  *          Måns Rullgård <mru@mru.ath.cx>
  11  *
  12  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  13  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  14  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  15  * (at your option) any later version.
  16  *
  17  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  20  * GNU General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  23  * along with this program; if not, write to the Free Software
  24  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02111, USA.
  25  *****************************************************************************/
  26
  27 #define _ISOC99_SOURCE
  28 #undef NDEBUG // always check asserts, the speed effect is far too small to disable them
  29 #include <math.h>
  30
  31 #include "common/common.h"
  32 #include "ratecontrol.h"
  33 #include "me.h"
  34
  35 typedef struct
  36 {
  37     int pict_type;
  38     int frame_type;
  39     int kept_as_ref;
  40     double qscale;
  41     int mv_bits;
  42     int tex_bits;
  43     int misc_bits;
  44     uint64_t expected_bits; /*total expected bits up to the current frame (current one excluded)*/
  45     double expected_vbv;
  46     double new_qscale;
  47     int new_qp;
  48     int i_count;
  49     int p_count;
  50     int s_count;
  51     float blurred_complexity;
  52     char direct_mode;
  53     int16_t weight[2];
  54     int16_t i_weight_denom;
  55     int refcount[16];
  56     int refs;
  57     int i_duration;
  58     int i_cpb_duration;
  59 } ratecontrol_entry_t;
  60
  61 typedef struct
  62 {
  63     double coeff;
  64     double count;
  65     double decay;
  66     double offset;
  67 } predictor_t;
  68
  69 struct x264_ratecontrol_t
  70 {
  71     /* constants */
  72     int b_abr;
  73     int b_2pass;
  74     int b_vbv;
  75     int b_vbv_min_rate;
  76     double fps;
  77     double bitrate;
  78     double rate_tolerance;
  79     double qcompress;
  80     int nmb;                    /* number of macroblocks in a frame */
  81     int qp_constant[5];
  82
  83     /* current frame */
  84     ratecontrol_entry_t *rce;
  85     int qp;                     /* qp for current frame */
  86     float qpm;                  /* qp for current macroblock: precise float for AQ */
  87     float qpa_rc;               /* average of macroblocks' qp before aq */
  88     float qpa_aq;               /* average of macroblocks' qp after aq */
  89     float qp_novbv;             /* QP for the current frame if 1-pass VBV was disabled. */
  90     int qp_force;
  91
  92     /* VBV stuff */
  93     double buffer_size;
  94     double buffer_fill_final;   /* real buffer as of the last finished frame */
  95     double buffer_fill;         /* planned buffer, if all in-progress frames hit their bit budget */
  96     double buffer_rate;         /* # of bits added to buffer_fill after each frame */
  97     double vbv_max_rate;        /* # of bits added to buffer_fill per second */
  98     predictor_t *pred;          /* predict frame size from satd */
  99     int single_frame_vbv;
 100     double rate_factor_max_increment; /* Don't allow RF above (CRF + this value). */
 101
 102     /* ABR stuff */
 103     int    last_satd;
 104     double last_rceq;
 105     double cplxr_sum;           /* sum of bits*qscale/rceq */
 106     double expected_bits_sum;   /* sum of qscale2bits after rceq, ratefactor, and overflow, only includes finished frames */
 107     double wanted_bits_window;  /* target bitrate * window */
 108     double cbr_decay;
 109     double short_term_cplxsum;
 110     double short_term_cplxcount;
 111     double rate_factor_constant;
 112     double ip_offset;
 113     double pb_offset;
 114
 115     /* 2pass stuff */
 116     FILE *p_stat_file_out;
 117     char *psz_stat_file_tmpname;
 118     FILE *p_mbtree_stat_file_out;
 119     char *psz_mbtree_stat_file_tmpname;
 120     char *psz_mbtree_stat_file_name;
 121     FILE *p_mbtree_stat_file_in;
 122
 123     int num_entries;            /* number of ratecontrol_entry_ts */
 124     ratecontrol_entry_t *entry; /* FIXME: copy needed data and free this once init is done */
 125     double last_qscale;
 126     double last_qscale_for[5];  /* last qscale for a specific pict type, used for max_diff & ipb factor stuff  */
 127     int last_non_b_pict_type;
 128     double accum_p_qp;          /* for determining I-frame quant */
 129     double accum_p_norm;
 130     double last_accum_p_norm;
 131     double lmin[5];             /* min qscale by frame type */
 132     double lmax[5];
 133     double lstep;               /* max change (multiply) in qscale per frame */
 134     uint16_t *qp_buffer[2];     /* Global buffers for converting MB-tree quantizer data. */
 135     int qpbuf_pos;              /* In order to handle pyramid reordering, QP buffer acts as a stack.
 136                                  * This value is the current position (0 or 1). */
 137
 138     /* MBRC stuff */
 139     float frame_size_estimated; /* Access to this variable must be atomic: double is
 140                                  * not atomic on all arches we care about */
 141     double frame_size_maximum;  /* Maximum frame size due to MinCR */
 142     double frame_size_planned;
 143     double slice_size_planned;
 144     double max_frame_error;
 145     predictor_t (*row_pred)[2];
 146     predictor_t row_preds[5][2];
 147     predictor_t *pred_b_from_p; /* predict B-frame size from P-frame satd */
 148     int bframes;                /* # consecutive B-frames before this P-frame */
 149     int bframe_bits;            /* total cost of those frames */
 150
 151     int i_zones;
 152     x264_zone_t *zones;
 153     x264_zone_t *prev_zone;
 154
 155     /* hrd stuff */
 156     int initial_cpb_removal_delay;
 157     int initial_cpb_removal_delay_offset;
 158     double nrt_first_access_unit; /* nominal removal time */
 159     double previous_cpb_final_arrival_time;
 160 };
 161
 162
 163 static int parse_zones( x264_t *h );
 164 static int init_pass2(x264_t *);
 165 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h );
 166 static int update_vbv( x264_t *h, int bits );
 167 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead );
 168 static double predict_size( predictor_t *p, double q, double var );
 169 static void update_predictor( predictor_t *p, double q, double var, double bits );
 170
 171 #define CMP_OPT_FIRST_PASS( opt, param_val )\
 172 {\
 173     if( ( p = strstr( opts, opt "=" ) ) && sscanf( p, opt "=%d" , &i ) && param_val != i )\
 174     {\
 175         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different " opt " setting than first pass (%d vs %d)\n", param_val, i );\
 176         return -1;\
 177     }\
 178 }
 179
 180 /* Terminology:
 181  * qp = h.264's quantizer
 182  * qscale = linearized quantizer = Lagrange multiplier
 183  */
 184 static inline double qp2qscale( double qp )
 185 {
 186     return 0.85 * pow( 2.0, ( qp - 12.0 ) / 6.0 );
 187 }
 188 static inline double qscale2qp( double qscale )
 189 {
 190     return 12.0 + 6.0 * log2( qscale/0.85 );
 191 }
 192
 193 /* Texture bitrate is not quite inversely proportional to qscale,
 194  * probably due the the changing number of SKIP blocks.
 195  * MV bits level off at about qp<=12, because the lambda used
 196  * for motion estimation is constant there. */
 197 static inline double qscale2bits( ratecontrol_entry_t *rce, double qscale )
 198 {
 199     if( qscale<0.1 )
 200         qscale = 0.1;
 201     return (rce->tex_bits + .1) * pow( rce->qscale / qscale, 1.1 )
 202            + rce->mv_bits * pow( X264_MAX(rce->qscale, 1) / X264_MAX(qscale, 1), 0.5 )
 203            + rce->misc_bits;
 204 }
 205
 206 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_plane( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame, int i )
 207 {
 208     int w = i ? 8 : 16;
 209     int shift = i ? 6 : 8;
 210     int stride = frame->i_stride[i];
 211     int offset = h->mb.b_interlaced
 212         ? w * (mb_x + (mb_y&~1) * stride) + (mb_y&1) * stride
 213         : w * (mb_x + mb_y * stride);
 214     int pix = i ? PIXEL_8x8 : PIXEL_16x16;
 215     stride <<= h->mb.b_interlaced;
 216     uint64_t res = h->pixf.var[pix]( frame->plane[i] + offset, stride );
 217     uint32_t sum = (uint32_t)res;
 218     uint32_t ssd = res >> 32;
 219     frame->i_pixel_sum[i] += sum;
 220     frame->i_pixel_ssd[i] += ssd;
 221     return ssd - (sum * sum >> shift);
 222 }
 223
 224 // Find the total AC energy of the block in all planes.
 225 static NOINLINE uint32_t x264_ac_energy_mb( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame )
 226 {
 227     /* This function contains annoying hacks because GCC has a habit of reordering emms
 228      * and putting it after floating point ops.  As a result, we put the emms at the end of the
 229      * function and make sure that its always called before the float math.  Noinline makes
 230      * sure no reordering goes on. */
 231     uint32_t var = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0 );
 232     var         += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1 );
 233     var         += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 2 );
 234     x264_emms();
 235     return var;
 236 }
 237
 238 void x264_adaptive_quant_frame( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 239 {
 240     /* constants chosen to result in approximately the same overall bitrate as without AQ.
 241      * FIXME: while they're written in 5 significant digits, they're only tuned to 2. */
 242     float strength;
 243     float avg_adj = 0.f;
 244     int width = h->sps->i_mb_width;
 245     int height = h->sps->i_mb_height;
 246     /* Initialize frame stats */
 247     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 248     {
 249         frame->i_pixel_sum[i] = 0;
 250         frame->i_pixel_ssd[i] = 0;
 251     }
 252
 253     /* Degenerate cases */
 254     if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_NONE || h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 255     {
 256         /* Need to init it anyways for MB tree */
 257         if( h->param.rc.i_aq_mode && h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 258         {
 259             if( quant_offsets )
 260             {
 261                 for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 262                     frame->f_qp_offset[mb_xy] = frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = quant_offsets[mb_xy];
 263                 if( h->frames.b_have_lowres )
 264                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 265                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8( frame->f_qp_offset[mb_xy] );
 266             }
 267             else
 268             {
 269                 memset( frame->f_qp_offset, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 270                 memset( frame->f_qp_offset_aq, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 271                 if( h->frames.b_have_lowres )
 272                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 273                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = 256;
 274             }
 275         }
 276         /* Need variance data for weighted prediction */
 277         if( h->param.analyse.i_weighted_pred == X264_WEIGHTP_FAKE || h->param.analyse.i_weighted_pred == X264_WEIGHTP_SMART )
 278         {
 279             for( int mb_y = 0; mb_y < height; mb_y++ )
 280                 for( int mb_x = 0; mb_x < width; mb_x++ )
 281                     x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 282         }
 283         else
 284             return;
 285     }
 286     /* Actual adaptive quantization */
 287     else
 288     {
 289         if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 290         {
 291             float avg_adj_pow2 = 0.f;
 292             for( int mb_y = 0; mb_y < height; mb_y++ )
 293                 for( int mb_x = 0; mb_x < width; mb_x++ )
 294                 {
 295                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 296                     float qp_adj = powf( energy + 1, 0.125f );
 297                     frame->f_qp_offset[mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride] = qp_adj;
 298                     avg_adj += qp_adj;
 299                     avg_adj_pow2 += qp_adj * qp_adj;
 300                 }
 301             avg_adj /= h->mb.i_mb_count;
 302             avg_adj_pow2 /= h->mb.i_mb_count;
 303             strength = h->param.rc.f_aq_strength * avg_adj;
 304             avg_adj = avg_adj - 0.5f * (avg_adj_pow2 - 14.f) / avg_adj;
 305         }
 306         else
 307             strength = h->param.rc.f_aq_strength * 1.0397f;
 308
 309         for( int mb_y = 0; mb_y < height; mb_y++ )
 310             for( int mb_x = 0; mb_x < width; mb_x++ )
 311             {
 312                 float qp_adj;
 313                 int mb_xy = mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride;
 314                 if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 315                 {
 316                     qp_adj = frame->f_qp_offset[mb_xy];
 317                     qp_adj = strength * (qp_adj - avg_adj);
 318                 }
 319                 else
 320                 {
 321                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 322                     qp_adj = strength * (x264_log2( X264_MAX(energy, 1) ) - 14.427f);
 323                 }
 324                 if( quant_offsets )
 325                     qp_adj += quant_offsets[mb_xy];
 326                 frame->f_qp_offset[mb_xy] =
 327                 frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = qp_adj;
 328                 if( h->frames.b_have_lowres )
 329                     frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8(qp_adj);
 330             }
 331     }
 332
 333     /* Remove mean from SSD calculation */
 334     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 335     {
 336         uint64_t ssd = frame->i_pixel_ssd[i];
 337         uint64_t sum = frame->i_pixel_sum[i];
 338         int w = width*16>>!!i;
 339         int h = height*16>>!!i;
 340         frame->i_pixel_ssd[i] = ssd - (sum * sum + w * h / 2) / (w * h);
 341     }
 342 }
 343
 344 int x264_macroblock_tree_read( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 345 {
 346     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 347     uint8_t i_type_actual = rc->entry[frame->i_frame].pict_type;
 348
 349     if( rc->entry[frame->i_frame].kept_as_ref )
 350     {
 351         uint8_t i_type;
 352         if( rc->qpbuf_pos < 0 )
 353         {
 354             do
 355             {
 356                 rc->qpbuf_pos++;
 357
 358                 if( !fread( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_in ) )
 359                     goto fail;
 360                 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 )
 361                     goto fail;
 362
 363                 if( i_type != i_type_actual && rc->qpbuf_pos == 1 )
 364                 {
 365                     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree frametype %d doesn't match actual frametype %d.\n", i_type, i_type_actual);
 366                     return -1;
 367                 }
 368             } while( i_type != i_type_actual );
 369         }
 370
 371         for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
 372         {
 373             frame->f_qp_offset[i] = ((float)(int16_t)endian_fix16( rc->qp_buffer[rc->qpbuf_pos][i] )) * (1/256.0);
 374             if( h->frames.b_have_lowres )
 375                 frame->i_inv_qscale_factor[i] = x264_exp2fix8(frame->f_qp_offset[i]);
 376         }
 377         rc->qpbuf_pos--;
 378     }
 379     else
 380         x264_adaptive_quant_frame( h, frame, quant_offsets );
 381     return 0;
 382 fail:
 383     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "Incomplete MB-tree stats file.\n");
 384     return -1;
 385 }
 386
 387 int x264_reference_build_list_optimal( x264_t *h )
 388 {
 389     ratecontrol_entry_t *rce = h->rc->rce;
 390     x264_frame_t *frames[16];
 391     x264_weight_t weights[16][3];
 392     int refcount[16];
 393
 394     if( rce->refs != h->i_ref0 )
 395         return -1;
 396
 397     memcpy( frames, h->fref0, sizeof(frames) );
 398     memcpy( refcount, rce->refcount, sizeof(refcount) );
 399     memcpy( weights, h->fenc->weight, sizeof(weights) );
 400     memset( &h->fenc->weight[1][0], 0, sizeof(x264_weight_t[15][3]) );
 401
 402     /* For now don't reorder ref 0; it seems to lower quality
 403        in most cases due to skips. */
 404     for( int ref = 1; ref < h->i_ref0; ref++ )
 405     {
 406         int max = -1;
 407         int bestref = 1;
 408
 409         for( int i = 1; i < h->i_ref0; i++ )
 410             /* Favor lower POC as a tiebreaker. */
 411             COPY2_IF_GT( max, refcount[i], bestref, i );
 412
 413         /* FIXME: If there are duplicates from frames other than ref0 then it is possible
 414          * that the optimal ordering doesnt place every duplicate. */
 415
 416         refcount[bestref] = -1;
 417         h->fref0[ref] = frames[bestref];
 418         memcpy( h->fenc->weight[ref], weights[bestref], sizeof(weights[bestref]) );
 419     }
 420
 421     return 0;
 422 }
 423
 424 static char *x264_strcat_filename( char *input, char *suffix )
 425 {
 426     char *output = x264_malloc( strlen( input ) + strlen( suffix ) + 1 );
 427     if( !output )
 428         return NULL;
 429     strcpy( output, input );
 430     strcat( output, suffix );
 431     return output;
 432 }
 433
 434 void x264_ratecontrol_init_reconfigurable( x264_t *h, int b_init )
 435 {
 436     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 437     if( !b_init && rc->b_2pass )
 438         return;
 439
 440     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
 441     {
 442         /* Arbitrary rescaling to make CRF somewhat similar to QP.
 443          * Try to compensate for MB-tree's effects as well. */
 444         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
 445         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
 446         rc->rate_factor_constant = pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
 447                                  / qp2qscale( h->param.rc.f_rf_constant + mbtree_offset );
 448     }
 449
 450     if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate > 0 && h->param.rc.i_vbv_buffer_size > 0 )
 451     {
 452         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size < (int)(h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps) )
 453         {
 454             h->param.rc.i_vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps;
 455             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV buffer size cannot be smaller than one frame, using %d kbit\n",
 456                       h->param.rc.i_vbv_buffer_size );
 457         }
 458
 459         /* We don't support changing the ABR bitrate right now,
 460            so if the stream starts as CBR, keep it CBR. */
 461         if( rc->b_vbv_min_rate )
 462             h->param.rc.i_vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_bitrate;
 463
 464         int vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_buffer_size * 1000;
 465         int vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate * 1000;
 466
 467         /* Init HRD */
 468         if( h->param.i_nal_hrd && b_init )
 469         {
 470             h->sps->vui.hrd.i_cpb_cnt = 1;
 471             h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd = h->param.i_nal_hrd == X264_NAL_HRD_CBR;
 472             h->sps->vui.hrd.i_time_offset_length = 0;
 473
 474             #define BR_SHIFT  6
 475             #define CPB_SHIFT 4
 476
 477             int bitrate = 1000*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate;
 478             int bufsize = 1000*h->param.rc.i_vbv_buffer_size;
 479
 480             // normalize HRD size and rate to the value / scale notation
 481             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale = x264_clip3( x264_ctz( bitrate ) - BR_SHIFT, 0, 15 );
 482             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_value = bitrate >> ( h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale + BR_SHIFT );
 483             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 );
 484             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale = x264_clip3( x264_ctz( bufsize ) - CPB_SHIFT, 0, 15 );
 485             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_value = bufsize >> ( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale + CPB_SHIFT );
 486             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 );
 487
 488             #undef CPB_SHIFT
 489             #undef BR_SHIFT
 490
 491             // arbitrary
 492             #define MAX_DURATION 0.5
 493
 494             int max_cpb_output_delay = h->param.i_keyint_max * MAX_DURATION * h->sps->vui.i_time_scale / h->sps->vui.i_num_units_in_tick;
 495             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;
 496             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);
 497
 498             h->sps->vui.hrd.i_initial_cpb_removal_delay_length = 2 + x264_clip3( 32 - x264_clz( max_delay ), 4, 22 );
 499             h->sps->vui.hrd.i_cpb_removal_delay_length = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_cpb_output_delay ), 4, 32 );
 500             h->sps->vui.hrd.i_dpb_output_delay_length  = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_dpb_output_delay ), 4, 32 );
 501
 502             #undef MAX_DURATION
 503
 504             vbv_buffer_size = X264_MIN( vbv_buffer_size, h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled );
 505             vbv_max_bitrate = X264_MIN( vbv_max_bitrate, h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled );
 506         }
 507         else if( h->param.i_nal_hrd && !b_init )
 508         {
 509             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV parameters cannot be changed when NAL HRD is in use\n" );
 510             return;
 511         }
 512
 513         rc->buffer_rate = vbv_max_bitrate / rc->fps;
 514         rc->vbv_max_rate = vbv_max_bitrate;
 515         rc->buffer_size = vbv_buffer_size;
 516         rc->single_frame_vbv = rc->buffer_rate * 1.1 > rc->buffer_size;
 517         rc->cbr_decay = 1.0 - rc->buffer_rate / rc->buffer_size
 518                       * 0.5 * X264_MAX(0, 1.5 - rc->buffer_rate * rc->fps / rc->bitrate);
 519         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.f_rf_constant_max )
 520         {
 521             rc->rate_factor_max_increment = h->param.rc.f_rf_constant_max - h->param.rc.f_rf_constant;
 522             if( rc->rate_factor_max_increment <= 0 )
 523             {
 524                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CRF max must be greater than CRF\n" );
 525                 rc->rate_factor_max_increment = 0;
 526             }
 527         }
 528         if( b_init )
 529         {
 530             if( h->param.rc.f_vbv_buffer_init > 1. )
 531                 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 );
 532             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);
 533             rc->buffer_fill_final = rc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init;
 534             rc->b_vbv = 1;
 535             rc->b_vbv_min_rate = !rc->b_2pass
 536                           && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR
 537                           && h->param.rc.i_vbv_max_bitrate <= h->param.rc.i_bitrate;
 538         }
 539     }
 540 }
 541
 542 int x264_ratecontrol_new( x264_t *h )
 543 {
 544     x264_ratecontrol_t *rc;
 545
 546     x264_emms();
 547
 548     CHECKED_MALLOCZERO( h->rc, h->param.i_threads * sizeof(x264_ratecontrol_t) );
 549     rc = h->rc;
 550
 551     rc->b_abr = h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CQP && !h->param.rc.b_stat_read;
 552     rc->b_2pass = h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && h->param.rc.b_stat_read;
 553
 554     /* FIXME: use integers */
 555     if( h->param.i_fps_num > 0 && h->param.i_fps_den > 0 )
 556         rc->fps = (float) h->param.i_fps_num / h->param.i_fps_den;
 557     else
 558         rc->fps = 25.0;
 559
 560     if( h->param.rc.b_mb_tree )
 561     {
 562         h->param.rc.f_pb_factor = 1;
 563         rc->qcompress = 1;
 564     }
 565     else
 566         rc->qcompress = h->param.rc.f_qcompress;
 567
 568     rc->bitrate = h->param.rc.i_bitrate * 1000.;
 569     rc->rate_tolerance = h->param.rc.f_rate_tolerance;
 570     rc->nmb = h->mb.i_mb_count;
 571     rc->last_non_b_pict_type = -1;
 572     rc->cbr_decay = 1.0;
 573
 574     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.b_stat_read )
 575     {
 576         x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "constant rate-factor is incompatible with 2pass.\n");
 577         return -1;
 578     }
 579
 580     x264_ratecontrol_init_reconfigurable( h, 1 );
 581
 582     if( rc->rate_tolerance < 0.01 )
 583     {
 584         x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "bitrate tolerance too small, using .01\n");
 585         rc->rate_tolerance = 0.01;
 586     }
 587
 588     h->mb.b_variable_qp = rc->b_vbv || h->param.rc.i_aq_mode;
 589
 590     if( rc->b_abr )
 591     {
 592         /* FIXME ABR_INIT_QP is actually used only in CRF */
 593 #define ABR_INIT_QP ( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF ? h->param.rc.f_rf_constant : 24 )
 594         rc->accum_p_norm = .01;
 595         rc->accum_p_qp = ABR_INIT_QP * rc->accum_p_norm;
 596         /* estimated ratio that produces a reasonable QP for the first I-frame */
 597         rc->cplxr_sum = .01 * pow( 7.0e5, rc->qcompress ) * pow( h->mb.i_mb_count, 0.5 );
 598         rc->wanted_bits_window = 1.0 * rc->bitrate / rc->fps;
 599         rc->last_non_b_pict_type = SLICE_TYPE_I;
 600     }
 601
 602     rc->ip_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_ip_factor );
 603     rc->pb_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_pb_factor );
 604     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = h->param.rc.i_qp_constant;
 605     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant - rc->ip_offset + 0.5, 0, 51 );
 606     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant + rc->pb_offset + 0.5, 0, 51 );
 607     h->mb.ip_offset = rc->ip_offset + 0.5;
 608
 609     rc->lstep = pow( 2, h->param.rc.i_qp_step / 6.0 );
 610     rc->last_qscale = qp2qscale( 26 );
 611     int num_preds = h->param.b_sliced_threads * h->param.i_threads + 1;
 612     CHECKED_MALLOC( rc->pred, 5 * sizeof(predictor_t) * num_preds );
 613     CHECKED_MALLOC( rc->pred_b_from_p, sizeof(predictor_t) );
 614     for( int i = 0; i < 5; i++ )
 615     {
 616         rc->last_qscale_for[i] = qp2qscale( ABR_INIT_QP );
 617         rc->lmin[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
 618         rc->lmax[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
 619         for( int j = 0; j < num_preds; j++ )
 620         {
 621             rc->pred[i+j*5].coeff= 2.0;
 622             rc->pred[i+j*5].count= 1.0;
 623             rc->pred[i+j*5].decay= 0.5;
 624             rc->pred[i+j*5].offset= 0.0;
 625         }
 626         for( int j = 0; j < 2; j++ )
 627         {
 628             rc->row_preds[i][j].coeff= .25;
 629             rc->row_preds[i][j].count= 1.0;
 630             rc->row_preds[i][j].decay= 0.5;
 631             rc->row_preds[i][j].offset= 0.0;
 632         }
 633     }
 634     *rc->pred_b_from_p = rc->pred[0];
 635
 636     if( parse_zones( h ) < 0 )
 637     {
 638         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to parse zones\n" );
 639         return -1;
 640     }
 641
 642     /* Load stat file and init 2pass algo */
 643     if( h->param.rc.b_stat_read )
 644     {
 645         char *p, *stats_in, *stats_buf;
 646
 647         /* read 1st pass stats */
 648         assert( h->param.rc.psz_stat_in );
 649         stats_buf = stats_in = x264_slurp_file( h->param.rc.psz_stat_in );
 650         if( !stats_buf )
 651         {
 652             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n");
 653             return -1;
 654         }
 655         if( h->param.rc.b_mb_tree )
 656         {
 657             char *mbtree_stats_in = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_in, ".mbtree" );
 658             if( !mbtree_stats_in )
 659                 return -1;
 660             rc->p_mbtree_stat_file_in = fopen( mbtree_stats_in, "rb" );
 661             x264_free( mbtree_stats_in );
 662             if( !rc->p_mbtree_stat_file_in )
 663             {
 664                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n");
 665                 return -1;
 666             }
 667         }
 668
 669         /* check whether 1st pass options were compatible with current options */
 670         if( !strncmp( stats_buf, "#options:", 9 ) )
 671         {
 672             int i, j;
 673             uint32_t k, l;
 674             char *opts = stats_buf;
 675             stats_in = strchr( stats_buf, '\n' );
 676             if( !stats_in )
 677                 return -1;
 678             *stats_in = '\0';
 679             stats_in++;
 680             if( sscanf( opts, "#options: %dx%d", &i, &j ) != 2 )
 681             {
 682                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "resolution specified in stats file not valid\n" );
 683                 return -1;
 684             }
 685             else if( h->param.rc.b_mb_tree && (i != h->param.i_width || j != h->param.i_height)  )
 686             {
 687                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree doesn't support different resolution than 1st pass (%dx%d vs %dx%d)\n",
 688                           h->param.i_width, h->param.i_height, i, j );
 689                 return -1;
 690             }
 691
 692             if( ( p = strstr( opts, "timebase=" ) ) && sscanf( p, "timebase=%u/%u", &k, &l ) != 2 )
 693             {
 694                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase specified in stats file not valid\n" );
 695                 return -1;
 696             }
 697             if( k != h->param.i_timebase_num || l != h->param.i_timebase_den )
 698             {
 699                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase mismatch with 1st pass (%u/%u vs %u/%u)\n",
 700                           h->param.i_timebase_num, h->param.i_timebase_den, k, l );
 701                 return -1;
 702             }
 703
 704             CMP_OPT_FIRST_PASS( "weightp", X264_MAX( 0, h->param.analyse.i_weighted_pred ) );
 705             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bframes", h->param.i_bframe );
 706             CMP_OPT_FIRST_PASS( "b_pyramid", h->param.i_bframe_pyramid );
 707             CMP_OPT_FIRST_PASS( "intra_refresh", h->param.b_intra_refresh );
 708             CMP_OPT_FIRST_PASS( "keyint", h->param.i_keyint_max );
 709
 710             if( strstr( opts, "qp=0" ) && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
 711                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "1st pass was lossless, bitrate prediction will be inaccurate\n" );
 712
 713             if( !strstr( opts, "direct=3" ) && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
 714             {
 715                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "direct=auto not used on the first pass\n" );
 716                 h->mb.b_direct_auto_write = 1;
 717             }
 718
 719             if( ( p = strstr( opts, "b_adapt=" ) ) && sscanf( p, "b_adapt=%d", &i ) && i >= X264_B_ADAPT_NONE && i <= X264_B_ADAPT_TRELLIS )
 720                 h->param.i_bframe_adaptive = i;
 721             else if( h->param.i_bframe )
 722             {
 723                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "b_adapt method specified in stats file not valid\n" );
 724                 return -1;
 725             }
 726
 727             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 ) )
 728                 h->param.rc.i_lookahead = i;
 729         }
 730
 731         /* find number of pics */
 732         p = stats_in;
 733         int num_entries;
 734         for( num_entries = -1; p; num_entries++ )
 735             p = strchr( p + 1, ';' );
 736         if( !num_entries )
 737         {
 738             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "empty stats file\n");
 739             return -1;
 740         }
 741         rc->num_entries = num_entries;
 742
 743         if( h->param.i_frame_total < rc->num_entries && h->param.i_frame_total > 0 )
 744         {
 745             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "2nd pass has fewer frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
 746                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
 747         }
 748         if( h->param.i_frame_total > rc->num_entries )
 749         {
 750             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
 751                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
 752             return -1;
 753         }
 754
 755         CHECKED_MALLOCZERO( rc->entry, rc->num_entries * sizeof(ratecontrol_entry_t) );
 756
 757         /* init all to skipped p frames */
 758         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
 759         {
 760             ratecontrol_entry_t *rce = &rc->entry[i];
 761             rce->pict_type = SLICE_TYPE_P;
 762             rce->qscale = rce->new_qscale = qp2qscale( 20 );
 763             rce->misc_bits = rc->nmb + 10;
 764             rce->new_qp = 0;
 765         }
 766
 767         /* read stats */
 768         p = stats_in;
 769         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
 770         {
 771             ratecontrol_entry_t *rce;
 772             int frame_number;
 773             char pict_type;
 774             int e;
 775             char *next;
 776             float qp;
 777             int ref;
 778
 779             next= strchr(p, ';');
 780             if( next )
 781                 *next++ = 0; //sscanf is unbelievably slow on long strings
 782             e = sscanf( p, " in:%d ", &frame_number );
 783
 784             if( frame_number < 0 || frame_number >= rc->num_entries )
 785             {
 786                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad frame number (%d) at stats line %d\n", frame_number, i );
 787                 return -1;
 788             }
 789             rce = &rc->entry[frame_number];
 790             rce->direct_mode = 0;
 791
 792             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",
 793                    &pict_type, &rce->i_duration, &rce->i_cpb_duration, &qp, &rce->tex_bits,
 794                    &rce->mv_bits, &rce->misc_bits, &rce->i_count, &rce->p_count,
 795                    &rce->s_count, &rce->direct_mode );
 796
 797             p = strstr( p, "ref:" );
 798             if( !p )
 799                 goto parse_error;
 800             p += 4;
 801             for( ref = 0; ref < 16; ref++ )
 802             {
 803                 if( sscanf( p, " %d", &rce->refcount[ref] ) != 1 )
 804                     break;
 805                 p = strchr( p+1, ' ' );
 806                 if( !p )
 807                     goto parse_error;
 808             }
 809             rce->refs = ref;
 810
 811             /* find weights */
 812             rce->i_weight_denom = -1;
 813             char *w = strchr( p, 'w' );
 814             if( w )
 815                 if( sscanf( w, "w:%hd,%hd,%hd", &rce->i_weight_denom, &rce->weight[0], &rce->weight[1] ) != 3 )
 816                     rce->i_weight_denom = -1;
 817
 818             if( pict_type != 'b' )
 819                 rce->kept_as_ref = 1;
 820             switch( pict_type )
 821             {
 822                 case 'I':
 823                     rce->frame_type = X264_TYPE_IDR;
 824                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
 825                     break;
 826                 case 'i':
 827                     rce->frame_type = X264_TYPE_I;
 828                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
 829                     break;
 830                 case 'P':
 831                     rce->frame_type = X264_TYPE_P;
 832                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_P;
 833                     break;
 834                 case 'B':
 835                     rce->frame_type = X264_TYPE_BREF;
 836                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
 837                     break;
 838                 case 'b':
 839                     rce->frame_type = X264_TYPE_B;
 840                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
 841                     break;
 842                 default:  e = -1; break;
 843             }
 844             if( e < 12 )
 845             {
 846 parse_error:
 847                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "statistics are damaged at line %d, parser out=%d\n", i, e );
 848                 return -1;
 849             }
 850             rce->qscale = qp2qscale( qp );
 851             p = next;
 852         }
 853
 854         x264_free( stats_buf );
 855
 856         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
 857         {
 858             if( init_pass2( h ) < 0 )
 859                 return -1;
 860         } /* else we're using constant quant, so no need to run the bitrate allocation */
 861     }
 862
 863     /* Open output file */
 864     /* If input and output files are the same, output to a temp file
 865      * and move it to the real name only when it's complete */
 866     if( h->param.rc.b_stat_write )
 867     {
 868         char *p;
 869         rc->psz_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".temp" );
 870         if( !rc->psz_stat_file_tmpname )
 871             return -1;
 872
 873         rc->p_stat_file_out = fopen( rc->psz_stat_file_tmpname, "wb" );
 874         if( rc->p_stat_file_out == NULL )
 875         {
 876             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n");
 877             return -1;
 878         }
 879
 880         p = x264_param2string( &h->param, 1 );
 881         if( p )
 882             fprintf( rc->p_stat_file_out, "#options: %s\n", p );
 883         x264_free( p );
 884         if( h->param.rc.b_mb_tree && !h->param.rc.b_stat_read )
 885         {
 886             rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree.temp" );
 887             rc->psz_mbtree_stat_file_name = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree" );
 888             if( !rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname || !rc->psz_mbtree_stat_file_name )
 889                 return -1;
 890
 891             rc->p_mbtree_stat_file_out = fopen( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, "wb" );
 892             if( rc->p_mbtree_stat_file_out == NULL )
 893             {
 894                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n");
 895                 return -1;
 896             }
 897         }
 898     }
 899
 900     if( h->param.rc.b_mb_tree && (h->param.rc.b_stat_read || h->param.rc.b_stat_write) )
 901     {
 902         CHECKED_MALLOC( rc->qp_buffer[0], h->mb.i_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 903         if( h->param.i_bframe_pyramid && h->param.rc.b_stat_read )
 904             CHECKED_MALLOC( rc->qp_buffer[1], h->mb.i_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 905         rc->qpbuf_pos = -1;
 906     }
 907
 908     for( int i = 0; i<h->param.i_threads; i++ )
 909     {
 910         h->thread[i]->rc = rc+i;
 911         if( i )
 912         {
 913             rc[i] = rc[0];
 914             h->thread[i]->param = h->param;
 915             h->thread[i]->mb.b_variable_qp = h->mb.b_variable_qp;
 916         }
 917     }
 918
 919     return 0;
 920 fail:
 921     return -1;
 922 }
 923
 924 static int parse_zone( x264_t *h, x264_zone_t *z, char *p )
 925 {
 926     int len = 0;
 927     char *tok, UNUSED *saveptr=NULL;
 928     z->param = NULL;
 929     z->f_bitrate_factor = 1;
 930     if( 3 <= sscanf(p, "%u,%u,q=%u%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->i_qp, &len) )
 931         z->b_force_qp = 1;
 932     else if( 3 <= sscanf(p, "%u,%u,b=%f%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->f_bitrate_factor, &len) )
 933         z->b_force_qp = 0;
 934     else if( 2 <= sscanf(p, "%u,%u%n", &z->i_start, &z->i_end, &len) )
 935         z->b_force_qp = 0;
 936     else
 937     {
 938         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: \"%s\"\n", p );
 939         return -1;
 940     }
 941     p += len;
 942     if( !*p )
 943         return 0;
 944     CHECKED_MALLOC( z->param, sizeof(x264_param_t) );
 945     memcpy( z->param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
 946     z->param->param_free = x264_free;
 947     while( (tok = strtok_r( p, ",", &saveptr )) )
 948     {
 949         char *val = strchr( tok, '=' );
 950         if( val )
 951         {
 952             *val = '\0';
 953             val++;
 954         }
 955         if( x264_param_parse( z->param, tok, val ) )
 956         {
 957             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone param: %s = %s\n", tok, val );
 958             return -1;
 959         }
 960         p = NULL;
 961     }
 962     return 0;
 963 fail:
 964     return -1;
 965 }
 966
 967 static int parse_zones( x264_t *h )
 968 {
 969     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 970     if( h->param.rc.psz_zones && !h->param.rc.i_zones )
 971     {
 972         char *psz_zones, *p;
 973         CHECKED_MALLOC( psz_zones, strlen( h->param.rc.psz_zones )+1 );
 974         strcpy( psz_zones, h->param.rc.psz_zones );
 975         h->param.rc.i_zones = 1;
 976         for( p = psz_zones; *p; p++ )
 977             h->param.rc.i_zones += (*p == '/');
 978         CHECKED_MALLOC( h->param.rc.zones, h->param.rc.i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
 979         p = psz_zones;
 980         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
 981         {
 982             int i_tok = strcspn( p, "/" );
 983             p[i_tok] = 0;
 984             if( parse_zone( h, &h->param.rc.zones[i], p ) )
 985                 return -1;
 986             p += i_tok + 1;
 987         }
 988         x264_free( psz_zones );
 989     }
 990
 991     if( h->param.rc.i_zones > 0 )
 992     {
 993         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
 994         {
 995             x264_zone_t z = h->param.rc.zones[i];
 996             if( z.i_start < 0 || z.i_start > z.i_end )
 997             {
 998                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: start=%d end=%d\n",
 999                           z.i_start, z.i_end );
1000                 return -1;
1001             }
1002             else if( !z.b_force_qp && z.f_bitrate_factor <= 0 )
1003             {
1004                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: bitrate_factor=%f\n",
1005                           z.f_bitrate_factor );
1006                 return -1;
1007             }
1008         }
1009
1010         rc->i_zones = h->param.rc.i_zones + 1;
1011         CHECKED_MALLOC( rc->zones, rc->i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1012         memcpy( rc->zones+1, h->param.rc.zones, (rc->i_zones-1) * sizeof(x264_zone_t) );
1013
1014         // default zone to fall back to if none of the others match
1015         rc->zones[0].i_start = 0;
1016         rc->zones[0].i_end = INT_MAX;
1017         rc->zones[0].b_force_qp = 0;
1018         rc->zones[0].f_bitrate_factor = 1;
1019         CHECKED_MALLOC( rc->zones[0].param, sizeof(x264_param_t) );
1020         memcpy( rc->zones[0].param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
1021         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1022         {
1023             if( !rc->zones[i].param )
1024                 rc->zones[i].param = rc->zones[0].param;
1025         }
1026     }
1027
1028     return 0;
1029 fail:
1030     return -1;
1031 }
1032
1033 static x264_zone_t *get_zone( x264_t *h, int frame_num )
1034 {
1035     for( int i = h->rc->i_zones - 1; i >= 0; i-- )
1036     {
1037         x264_zone_t *z = &h->rc->zones[i];
1038         if( frame_num >= z->i_start && frame_num <= z->i_end )
1039             return z;
1040     }
1041     return NULL;
1042 }
1043
1044 void x264_ratecontrol_summary( x264_t *h )
1045 {
1046     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1047     if( rc->b_abr && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && rc->cbr_decay > .9999 )
1048     {
1049         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
1050         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
1051         x264_log( h, X264_LOG_INFO, "final ratefactor: %.2f\n",
1052                   qscale2qp( pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
1053                              * rc->cplxr_sum / rc->wanted_bits_window ) - mbtree_offset );
1054     }
1055 }
1056
1057 void x264_ratecontrol_delete( x264_t *h )
1058 {
1059     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1060     int b_regular_file;
1061
1062     if( rc->p_stat_file_out )
1063     {
1064         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_stat_file_out );
1065         fclose( rc->p_stat_file_out );
1066         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1067             if( rename( rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out ) != 0 )
1068             {
1069                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1070                           rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out );
1071             }
1072         x264_free( rc->psz_stat_file_tmpname );
1073     }
1074     if( rc->p_mbtree_stat_file_out )
1075     {
1076         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1077         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1078         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1079             if( rename( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name ) != 0 )
1080             {
1081                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1082                           rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1083             }
1084         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname );
1085         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1086     }
1087     if( rc->p_mbtree_stat_file_in )
1088         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_in );
1089     x264_free( rc->pred );
1090     x264_free( rc->pred_b_from_p );
1091     x264_free( rc->entry );
1092     x264_free( rc->qp_buffer[0] );
1093     x264_free( rc->qp_buffer[1] );
1094     if( rc->zones )
1095     {
1096         x264_free( rc->zones[0].param );
1097         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1098             if( rc->zones[i].param != rc->zones[0].param && rc->zones[i].param->param_free )
1099                 rc->zones[i].param->param_free( rc->zones[i].param );
1100         x264_free( rc->zones );
1101     }
1102     x264_free( rc );
1103 }
1104
1105 static void accum_p_qp_update( x264_t *h, float qp )
1106 {
1107     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1108     rc->accum_p_qp   *= .95;
1109     rc->accum_p_norm *= .95;
1110     rc->accum_p_norm += 1;
1111     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I )
1112         rc->accum_p_qp += qp + rc->ip_offset;
1113     else
1114         rc->accum_p_qp += qp;
1115 }
1116
1117 /* Before encoding a frame, choose a QP for it */
1118 void x264_ratecontrol_start( x264_t *h, int i_force_qp, int overhead )
1119 {
1120     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1121     ratecontrol_entry_t *rce = NULL;
1122     x264_zone_t *zone = get_zone( h, h->fenc->i_frame );
1123     float q;
1124
1125     x264_emms();
1126
1127     if( zone && (!rc->prev_zone || zone->param != rc->prev_zone->param) )
1128         x264_encoder_reconfig( h, zone->param );
1129     rc->prev_zone = zone;
1130
1131     rc->qp_force = i_force_qp;
1132
1133     if( h->param.rc.b_stat_read )
1134     {
1135         int frame = h->fenc->i_frame;
1136         assert( frame >= 0 && frame < rc->num_entries );
1137         rce = h->rc->rce = &h->rc->entry[frame];
1138
1139         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B
1140             && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
1141         {
1142             h->sh.b_direct_spatial_mv_pred = ( rce->direct_mode == 's' );
1143             h->mb.b_direct_auto_read = ( rce->direct_mode == 's' || rce->direct_mode == 't' );
1144         }
1145     }
1146
1147     if( rc->b_vbv )
1148     {
1149         memset( h->fdec->i_row_bits, 0, h->sps->i_mb_height * sizeof(int) );
1150         rc->row_pred = &rc->row_preds[h->sh.i_type];
1151         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;
1152         update_vbv_plan( h, overhead );
1153
1154         const x264_level_t *l = x264_levels;
1155         while( l->level_idc != 0 && l->level_idc != h->param.i_level_idc )
1156             l++;
1157
1158         int mincr = l->mincr;
1159
1160         /* Blu-ray requires this */
1161         if( l->level_idc == 41 && h->param.i_nal_hrd )
1162             mincr = 4;
1163
1164         /* The spec has a bizarre special case for the first frame. */
1165         if( h->i_frame == 0 )
1166         {
1167             //384 * ( Max( PicSizeInMbs, fR * MaxMBPS ) + MaxMBPS * ( tr( 0 ) - tr,n( 0 ) ) ) / MinCR
1168             double fr = 1. / 172;
1169             int pic_size_in_mbs = h->sps->i_mb_width * h->sps->i_mb_height;
1170             rc->frame_size_maximum = 384 * 8 * X264_MAX( pic_size_in_mbs, fr*l->mbps ) / mincr;
1171         }
1172         else
1173         {
1174             //384 * MaxMBPS * ( tr( n ) - tr( n - 1 ) ) / MinCR
1175             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;
1176         }
1177     }
1178
1179     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1180         rc->bframes = h->fenc->i_bframes;
1181
1182     if( i_force_qp )
1183     {
1184         q = i_force_qp - 1;
1185     }
1186     else if( rc->b_abr )
1187     {
1188         q = qscale2qp( rate_estimate_qscale( h ) );
1189     }
1190     else if( rc->b_2pass )
1191     {
1192         rce->new_qscale = rate_estimate_qscale( h );
1193         q = qscale2qp( rce->new_qscale );
1194     }
1195     else /* CQP */
1196     {
1197         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B && h->fdec->b_kept_as_ref )
1198             q = ( rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_B ] + rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_P ] ) / 2;
1199         else
1200             q = rc->qp_constant[ h->sh.i_type ];
1201
1202         if( zone )
1203         {
1204             if( zone->b_force_qp )
1205                 q += zone->i_qp - rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P];
1206             else
1207                 q -= 6*log2f( zone->f_bitrate_factor );
1208         }
1209     }
1210
1211     q = x264_clip3f( q, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1212
1213     rc->qpa_rc =
1214     rc->qpa_aq = 0;
1215     rc->qp = x264_clip3( (int)(q + 0.5), 0, 51 );
1216     h->fdec->f_qp_avg_rc =
1217     h->fdec->f_qp_avg_aq =
1218     rc->qpm = q;
1219     if( rce )
1220         rce->new_qp = rc->qp;
1221
1222     accum_p_qp_update( h, rc->qpm );
1223
1224     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1225         rc->last_non_b_pict_type = h->sh.i_type;
1226 }
1227
1228 static double predict_row_size( x264_t *h, int y, double qp )
1229 {
1230     /* average between two predictors:
1231      * absolute SATD, and scaled bit cost of the colocated row in the previous frame */
1232     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1233     double pred_s = predict_size( rc->row_pred[0], qp2qscale( qp ), h->fdec->i_row_satd[y] );
1234     double pred_t = 0;
1235     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I || qp >= h->fref0[0]->f_row_qp[y] )
1236     {
1237         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P
1238             && h->fref0[0]->i_type == h->fdec->i_type
1239             && h->fref0[0]->i_row_satd[y] > 0
1240             && (abs(h->fref0[0]->i_row_satd[y] - h->fdec->i_row_satd[y]) < h->fdec->i_row_satd[y]/2))
1241         {
1242             pred_t = h->fref0[0]->i_row_bits[y] * h->fdec->i_row_satd[y] / h->fref0[0]->i_row_satd[y]
1243                      * qp2qscale( h->fref0[0]->f_row_qp[y] ) / qp2qscale( qp );
1244         }
1245         if( pred_t == 0 )
1246             pred_t = pred_s;
1247         return (pred_s + pred_t) / 2;
1248     }
1249     /* Our QP is lower than the reference! */
1250     else
1251     {
1252         double pred_intra = predict_size( rc->row_pred[1], qp2qscale( qp ), h->fdec->i_row_satds[0][0][y] );
1253         /* Sum: better to overestimate than underestimate by using only one of the two predictors. */
1254         return pred_intra + pred_s;
1255     }
1256 }
1257
1258 static double row_bits_so_far( x264_t *h, int y )
1259 {
1260     double bits = 0;
1261     for( int i = h->i_threadslice_start; i <= y; i++ )
1262         bits += h->fdec->i_row_bits[i];
1263     return bits;
1264 }
1265
1266 static double predict_row_size_sum( x264_t *h, int y, double qp )
1267 {
1268     double bits = row_bits_so_far(h, y);
1269     for( int i = y+1; i < h->i_threadslice_end; i++ )
1270         bits += predict_row_size( h, i, qp );
1271     return bits;
1272 }
1273
1274
1275 void x264_ratecontrol_mb( x264_t *h, int bits )
1276 {
1277     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1278     const int y = h->mb.i_mb_y;
1279
1280     x264_emms();
1281
1282     h->fdec->i_row_bits[y] += bits;
1283     rc->qpa_rc += rc->qpm;
1284     rc->qpa_aq += h->mb.i_qp;
1285
1286     if( h->mb.i_mb_x != h->sps->i_mb_width - 1 || !rc->b_vbv )
1287         return;
1288
1289     h->fdec->f_row_qp[y] = rc->qpm;
1290
1291     update_predictor( rc->row_pred[0], qp2qscale( rc->qpm ), h->fdec->i_row_satd[y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1292     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && rc->qpm < h->fref0[0]->f_row_qp[y] )
1293         update_predictor( rc->row_pred[1], qp2qscale( rc->qpm ), h->fdec->i_row_satds[0][0][y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1294
1295     /* tweak quality based on difference from predicted size */
1296     if( y < h->i_threadslice_end-1 )
1297     {
1298         float prev_row_qp = h->fdec->f_row_qp[y];
1299         float qp_min = X264_MAX( prev_row_qp - h->param.rc.i_qp_step, h->param.rc.i_qp_min );
1300         float qp_absolute_max = h->param.rc.i_qp_max;
1301         if( rc->rate_factor_max_increment )
1302             qp_absolute_max = X264_MIN( qp_absolute_max, rc->qp_novbv + rc->rate_factor_max_increment );
1303         float qp_max = X264_MIN( prev_row_qp + h->param.rc.i_qp_step, qp_absolute_max );
1304         float step_size = 0.5;
1305
1306         /* B-frames shouldn't use lower QP than their reference frames. */
1307         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1308         {
1309             qp_min = X264_MAX( qp_min, X264_MAX( h->fref0[0]->f_row_qp[y+1], h->fref1[0]->f_row_qp[y+1] ) );
1310             rc->qpm = X264_MAX( rc->qpm, qp_min );
1311         }
1312
1313         float buffer_left_planned = rc->buffer_fill - rc->frame_size_planned;
1314         float slice_size_planned = h->param.b_sliced_threads ? rc->slice_size_planned : rc->frame_size_planned;
1315         float size_of_other_slices = 0;
1316         if( h->param.b_sliced_threads )
1317         {
1318             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1319                 if( h != h->thread[i] )
1320                     size_of_other_slices += h->thread[i]->rc->frame_size_estimated;
1321         }
1322         else
1323             rc->max_frame_error = X264_MAX( 0.05, 1.0 / (h->sps->i_mb_width) );
1324
1325         /* More threads means we have to be more cautious in letting ratecontrol use up extra bits. */
1326         float rc_tol = buffer_left_planned / h->param.i_threads * rc->rate_tolerance;
1327         int b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1328
1329         /* Don't modify the row QPs until a sufficent amount of the bits of the frame have been processed, in case a flat */
1330         /* area at the top of the frame was measured inaccurately. */
1331         if( row_bits_so_far( h, y ) < 0.05 * slice_size_planned )
1332             return;
1333
1334         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I )
1335             rc_tol /= 2;
1336
1337         if( !rc->b_vbv_min_rate )
1338             qp_min = X264_MAX( qp_min, rc->qp_novbv );
1339
1340         while( rc->qpm < qp_max
1341                && ((b1 > rc->frame_size_planned + rc_tol) ||
1342                    (rc->buffer_fill - b1 < buffer_left_planned * 0.5) ||
1343                    (b1 > rc->frame_size_planned && rc->qpm < rc->qp_novbv)) )
1344         {
1345             rc->qpm += step_size;
1346             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1347         }
1348
1349         while( rc->qpm > qp_min
1350                && (rc->qpm > h->fdec->f_row_qp[0] || rc->single_frame_vbv)
1351                && ((b1 < rc->frame_size_planned * 0.8 && rc->qpm <= prev_row_qp)
1352                || b1 < (rc->buffer_fill - rc->buffer_size + rc->buffer_rate) * 1.1) )
1353         {
1354             rc->qpm -= step_size;
1355             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1356         }
1357
1358         /* avoid VBV underflow or MinCR violation */
1359         while( (rc->qpm < qp_absolute_max)
1360                && ((rc->buffer_fill - b1 < rc->buffer_rate * rc->max_frame_error) ||
1361                    (rc->frame_size_maximum - b1 < rc->frame_size_maximum * rc->max_frame_error)))
1362         {
1363             rc->qpm += step_size;
1364             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1365         }
1366
1367         h->rc->frame_size_estimated = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm );
1368     }
1369 }
1370
1371 int x264_ratecontrol_qp( x264_t *h )
1372 {
1373     x264_emms();
1374     return x264_clip3( h->rc->qpm + .5, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1375 }
1376
1377 int x264_ratecontrol_mb_qp( x264_t *h )
1378 {
1379     x264_emms();
1380     float qp = h->rc->qpm;
1381     if( h->param.rc.i_aq_mode )
1382         /* MB-tree currently doesn't adjust quantizers in unreferenced frames. */
1383         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];
1384     return x264_clip3( qp + .5, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1385 }
1386
1387 /* In 2pass, force the same frame types as in the 1st pass */
1388 int x264_ratecontrol_slice_type( x264_t *h, int frame_num )
1389 {
1390     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1391     if( h->param.rc.b_stat_read )
1392     {
1393         if( frame_num >= rc->num_entries )
1394         {
1395             /* We could try to initialize everything required for ABR and
1396              * adaptive B-frames, but that would be complicated.
1397              * So just calculate the average QP used so far. */
1398             h->param.rc.i_qp_constant = (h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P] == 0) ? 24
1399                                       : 1 + h->stat.f_frame_qp[SLICE_TYPE_P] / h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P];
1400             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant, 0, 51 );
1401             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 );
1402             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 );
1403
1404             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d)\n", rc->num_entries);
1405             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "continuing anyway, at constant QP=%d\n", h->param.rc.i_qp_constant);
1406             if( h->param.i_bframe_adaptive )
1407                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "disabling adaptive B-frames\n");
1408
1409             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1410             {
1411                 h->thread[i]->rc->b_abr = 0;
1412                 h->thread[i]->rc->b_2pass = 0;
1413                 h->thread[i]->param.rc.i_rc_method = X264_RC_CQP;
1414                 h->thread[i]->param.rc.b_stat_read = 0;
1415                 h->thread[i]->param.i_bframe_adaptive = 0;
1416                 h->thread[i]->param.i_scenecut_threshold = 0;
1417                 h->thread[i]->param.rc.b_mb_tree = 0;
1418                 if( h->thread[i]->param.i_bframe > 1 )
1419                     h->thread[i]->param.i_bframe = 1;
1420             }
1421             return X264_TYPE_AUTO;
1422         }
1423         return rc->entry[frame_num].frame_type;
1424     }
1425     else
1426         return X264_TYPE_AUTO;
1427 }
1428
1429 void x264_ratecontrol_set_weights( x264_t *h, x264_frame_t *frm )
1430 {
1431     ratecontrol_entry_t *rce = &h->rc->entry[frm->i_frame];
1432     if( h->param.analyse.i_weighted_pred <= 0 )
1433         return;
1434     if( rce->i_weight_denom >= 0 )
1435         SET_WEIGHT( frm->weight[0][0], 1, rce->weight[0], rce->i_weight_denom, rce->weight[1] );
1436 }
1437
1438 /* After encoding one frame, save stats and update ratecontrol state */
1439 int x264_ratecontrol_end( x264_t *h, int bits, int *filler )
1440 {
1441     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1442     const int *mbs = h->stat.frame.i_mb_count;
1443
1444     x264_emms();
1445
1446     h->stat.frame.i_mb_count_skip = mbs[P_SKIP] + mbs[B_SKIP];
1447     h->stat.frame.i_mb_count_i = mbs[I_16x16] + mbs[I_8x8] + mbs[I_4x4];
1448     h->stat.frame.i_mb_count_p = mbs[P_L0] + mbs[P_8x8];
1449     for( int i = B_DIRECT; i < B_8x8; i++ )
1450         h->stat.frame.i_mb_count_p += mbs[i];
1451
1452     h->fdec->f_qp_avg_rc = rc->qpa_rc /= h->mb.i_mb_count;
1453     h->fdec->f_qp_avg_aq = rc->qpa_aq /= h->mb.i_mb_count;
1454
1455     if( h->param.rc.b_stat_write )
1456     {
1457         char c_type = h->sh.i_type==SLICE_TYPE_I ? (h->fenc->i_poc==0 ? 'I' : 'i')
1458                     : h->sh.i_type==SLICE_TYPE_P ? 'P'
1459                     : h->fenc->b_kept_as_ref ? 'B' : 'b';
1460         int dir_frame = h->stat.frame.i_direct_score[1] - h->stat.frame.i_direct_score[0];
1461         int dir_avg = h->stat.i_direct_score[1] - h->stat.i_direct_score[0];
1462         char c_direct = h->mb.b_direct_auto_write ?
1463                         ( dir_frame>0 ? 's' : dir_frame<0 ? 't' :
1464                           dir_avg>0 ? 's' : dir_avg<0 ? 't' : '-' )
1465                         : '-';
1466         if( fprintf( rc->p_stat_file_out,
1467                  "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:",
1468                  h->fenc->i_frame, h->i_frame,
1469                  c_type, h->fenc->i_duration,
1470                  h->fenc->i_cpb_duration, rc->qpa_rc,
1471                  h->stat.frame.i_tex_bits,
1472                  h->stat.frame.i_mv_bits,
1473                  h->stat.frame.i_misc_bits,
1474                  h->stat.frame.i_mb_count_i,
1475                  h->stat.frame.i_mb_count_p,
1476                  h->stat.frame.i_mb_count_skip,
1477                  c_direct) < 0 )
1478             goto fail;
1479
1480         /* Only write information for reference reordering once. */
1481         int use_old_stats = h->param.rc.b_stat_read && rc->rce->refs > 1;
1482         for( int i = 0; i < (use_old_stats ? rc->rce->refs : h->i_ref0); i++ )
1483         {
1484             int refcount = use_old_stats         ? rc->rce->refcount[i]
1485                          : h->param.b_interlaced ? h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2]
1486                                                  + h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2+1]
1487                          :                         h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i];
1488             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "%d ", refcount ) < 0 )
1489                 goto fail;
1490         }
1491
1492         if( h->sh.weight[0][0].weightfn )
1493         {
1494             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 )
1495                 goto fail;
1496         }
1497
1498         if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ";\n") < 0 )
1499             goto fail;
1500
1501         /* Don't re-write the data in multi-pass mode. */
1502         if( h->param.rc.b_mb_tree && h->fenc->b_kept_as_ref && !h->param.rc.b_stat_read )
1503         {
1504             uint8_t i_type = h->sh.i_type;
1505             /* Values are stored as big-endian FIX8.8 */
1506             for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
1507                 rc->qp_buffer[0][i] = endian_fix16( h->fenc->f_qp_offset[i]*256.0 );
1508             if( fwrite( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < 1 )
1509                 goto fail;
1510             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 )
1511                 goto fail;
1512         }
1513     }
1514
1515     if( rc->b_abr )
1516     {
1517         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1518             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / rc->last_rceq;
1519         else
1520         {
1521             /* Depends on the fact that B-frame's QP is an offset from the following P-frame's.
1522              * Not perfectly accurate with B-refs, but good enough. */
1523             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / (rc->last_rceq * fabs( h->param.rc.f_pb_factor ));
1524         }
1525         rc->cplxr_sum *= rc->cbr_decay;
1526         double frame_duration = (double)h->fenc->i_duration * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1527
1528         rc->wanted_bits_window += frame_duration * rc->bitrate;
1529         rc->wanted_bits_window *= rc->cbr_decay;
1530     }
1531
1532     if( rc->b_2pass )
1533         rc->expected_bits_sum += qscale2bits( rc->rce, qp2qscale( rc->rce->new_qp ) );
1534
1535     if( h->mb.b_variable_qp )
1536     {
1537         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1538         {
1539             rc->bframe_bits += bits;
1540             if( h->fenc->b_last_minigop_bframe )
1541             {
1542                 update_predictor( rc->pred_b_from_p, qp2qscale( rc->qpa_rc ),
1543                                   h->fref1[h->i_ref1-1]->i_satd, rc->bframe_bits / rc->bframes );
1544                 rc->bframe_bits = 0;
1545             }
1546         }
1547     }
1548
1549     *filler = update_vbv( h, bits );
1550
1551     if( h->sps->vui.b_nal_hrd_parameters_present )
1552     {
1553         if( h->fenc->i_frame == 0 )
1554         {
1555             // access unit initialises the HRD
1556             h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = 0;
1557             rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1558             rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1559             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit = (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1560         }
1561         else
1562         {
1563             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit + (double)h->fenc->i_cpb_delay *
1564                                                    h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1565
1566             double cpb_earliest_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time - (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1567             if( h->fenc->b_keyframe )
1568             {
1569                  rc->nrt_first_access_unit = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1570                  rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1571                  rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1572             }
1573             else
1574                  cpb_earliest_arrival_time -= (double)rc->initial_cpb_removal_delay_offset / 90000;
1575
1576             if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd )
1577                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time;
1578             else
1579                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = X264_MAX( rc->previous_cpb_final_arrival_time, cpb_earliest_arrival_time );
1580         }
1581         int filler_bits = *filler ? X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), *filler )*8 : 0;
1582         // Equation C-6
1583         h->fenc->hrd_timing.cpb_final_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time +
1584                                                      (double)(bits + filler_bits) / h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1585
1586         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 +
1587                                               h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1588     }
1589
1590     return 0;
1591 fail:
1592     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_end: stats file could not be written to\n");
1593     return -1;
1594 }
1595
1596 /****************************************************************************
1597  * 2 pass functions
1598  ***************************************************************************/
1599
1600 /**
1601  * modify the bitrate curve from pass1 for one frame
1602  */
1603 static double get_qscale(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double rate_factor, int frame_num)
1604 {
1605     x264_ratecontrol_t *rcc= h->rc;
1606     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
1607     double q = pow( rce->blurred_complexity, 1 - rcc->qcompress );
1608
1609     // avoid NaN's in the rc_eq
1610     if( !isfinite(q) || rce->tex_bits + rce->mv_bits == 0 )
1611         q = rcc->last_qscale_for[rce->pict_type];
1612     else
1613     {
1614         rcc->last_rceq = q;
1615         q /= rate_factor;
1616         rcc->last_qscale = q;
1617     }
1618
1619     if( zone )
1620     {
1621         if( zone->b_force_qp )
1622             q = qp2qscale( zone->i_qp );
1623         else
1624             q /= zone->f_bitrate_factor;
1625     }
1626
1627     return q;
1628 }
1629
1630 static double get_diff_limited_q(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double q)
1631 {
1632     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1633     const int pict_type = rce->pict_type;
1634
1635     // force I/B quants as a function of P quants
1636     const double last_p_q    = rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P];
1637     const double last_non_b_q= rcc->last_qscale_for[rcc->last_non_b_pict_type];
1638     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
1639     {
1640         double iq = q;
1641         double pq = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
1642         double ip_factor = fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
1643         /* don't apply ip_factor if the following frame is also I */
1644         if( rcc->accum_p_norm <= 0 )
1645             q = iq;
1646         else if( h->param.rc.f_ip_factor < 0 )
1647             q = iq / ip_factor;
1648         else if( rcc->accum_p_norm >= 1 )
1649             q = pq / ip_factor;
1650         else
1651             q = rcc->accum_p_norm * pq / ip_factor + (1 - rcc->accum_p_norm) * iq;
1652     }
1653     else if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
1654     {
1655         if( h->param.rc.f_pb_factor > 0 )
1656             q = last_non_b_q;
1657         if( !rce->kept_as_ref )
1658             q *= fabs( h->param.rc.f_pb_factor );
1659     }
1660     else if( pict_type == SLICE_TYPE_P
1661              && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_P
1662              && rce->tex_bits == 0 )
1663     {
1664         q = last_p_q;
1665     }
1666
1667     /* last qscale / qdiff stuff */
1668     if( rcc->last_non_b_pict_type == pict_type &&
1669         (pict_type!=SLICE_TYPE_I || rcc->last_accum_p_norm < 1) )
1670     {
1671         double last_q = rcc->last_qscale_for[pict_type];
1672         double max_qscale = last_q * rcc->lstep;
1673         double min_qscale = last_q / rcc->lstep;
1674
1675         if     ( q > max_qscale ) q = max_qscale;
1676         else if( q < min_qscale ) q = min_qscale;
1677     }
1678
1679     rcc->last_qscale_for[pict_type] = q;
1680     if( pict_type != SLICE_TYPE_B )
1681         rcc->last_non_b_pict_type = pict_type;
1682     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
1683     {
1684         rcc->last_accum_p_norm = rcc->accum_p_norm;
1685         rcc->accum_p_norm = 0;
1686         rcc->accum_p_qp = 0;
1687     }
1688     if( pict_type == SLICE_TYPE_P )
1689     {
1690         float mask = 1 - pow( (float)rce->i_count / rcc->nmb, 2 );
1691         rcc->accum_p_qp   = mask * (qscale2qp( q ) + rcc->accum_p_qp);
1692         rcc->accum_p_norm = mask * (1 + rcc->accum_p_norm);
1693     }
1694     return q;
1695 }
1696
1697 static double predict_size( predictor_t *p, double q, double var )
1698 {
1699      return (p->coeff*var + p->offset) / (q*p->count);
1700 }
1701
1702 static void update_predictor( predictor_t *p, double q, double var, double bits )
1703 {
1704     const double range = 1.5;
1705     if( var < 10 )
1706         return;
1707     double old_coeff = p->coeff / p->count;
1708     double new_coeff = bits*q / var;
1709     double new_coeff_clipped = x264_clip3f( new_coeff, old_coeff/range, old_coeff*range );
1710     double new_offset = bits*q - new_coeff_clipped * var;
1711     if( new_offset >= 0 )
1712         new_coeff = new_coeff_clipped;
1713     else
1714         new_offset = 0;
1715     p->count  *= p->decay;
1716     p->coeff  *= p->decay;
1717     p->offset *= p->decay;
1718     p->count  ++;
1719     p->coeff  += new_coeff;
1720     p->offset += new_offset;
1721 }
1722
1723 // update VBV after encoding a frame
1724 static int update_vbv( x264_t *h, int bits )
1725 {
1726     int filler = 0;
1727
1728     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1729     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
1730
1731     if( rcc->last_satd >= h->mb.i_mb_count )
1732         update_predictor( &rct->pred[h->sh.i_type], qp2qscale( rcc->qpa_rc ), rcc->last_satd, bits );
1733
1734     if( !rcc->b_vbv )
1735         return filler;
1736
1737     rct->buffer_fill_final -= bits;
1738
1739     if( rct->buffer_fill_final < 0 )
1740         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV underflow (frame %d, %.0f bits)\n", h->i_frame, rct->buffer_fill_final );
1741     rct->buffer_fill_final = X264_MAX( rct->buffer_fill_final, 0 );
1742     rct->buffer_fill_final += rcc->buffer_rate;
1743
1744     if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd && rct->buffer_fill_final > rcc->buffer_size )
1745     {
1746         filler = ceil( (rct->buffer_fill_final - rcc->buffer_size) / 8 );
1747         rct->buffer_fill_final -= X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), filler ) * 8;
1748     }
1749     else
1750         rct->buffer_fill_final = X264_MIN( rct->buffer_fill_final, rcc->buffer_size );
1751
1752     return filler;
1753 }
1754
1755 int x264_hrd_fullness( x264_t *h )
1756 {
1757     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
1758     double cpb_bits = rct->buffer_fill_final;
1759     double bps = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1760     double cpb_size = h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled;
1761     double cpb_fullness = 90000.0*cpb_bits/bps;
1762
1763     if( cpb_bits < 0 || cpb_bits > cpb_size )
1764     {
1765          x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CPB %s: %.0lf bits in a %.0lf-bit buffer\n",
1766                    cpb_bits < 0 ? "underflow" : "overflow", cpb_bits, cpb_size );
1767     }
1768
1769     h->initial_cpb_removal_delay_offset = 90000.0*(cpb_size - cpb_bits)/bps;
1770
1771     return x264_clip3f( cpb_fullness + 0.5, 0, 90000.0*cpb_size/bps ); // just lie if we are in a weird state
1772 }
1773
1774 // provisionally update VBV according to the planned size of all frames currently in progress
1775 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead )
1776 {
1777     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1778     rcc->buffer_fill = h->thread[0]->rc->buffer_fill_final;
1779     if( h->i_thread_frames > 1 )
1780     {
1781         int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
1782         for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
1783         {
1784             x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
1785             double bits = t->rc->frame_size_planned;
1786             if( !t->b_thread_active )
1787                 continue;
1788             bits  = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
1789             rcc->buffer_fill -= bits;
1790             rcc->buffer_fill = X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0 );
1791             rcc->buffer_fill += t->rc->buffer_rate;
1792             rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
1793         }
1794     }
1795     rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
1796     rcc->buffer_fill -= overhead;
1797 }
1798
1799 // apply VBV constraints and clip qscale to between lmin and lmax
1800 static double clip_qscale( x264_t *h, int pict_type, double q )
1801 {
1802     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1803     double lmin = rcc->lmin[pict_type];
1804     double lmax = rcc->lmax[pict_type];
1805     if( rcc->rate_factor_max_increment )
1806         lmax = X264_MIN( lmax, qp2qscale( rcc->qp_novbv + rcc->rate_factor_max_increment ) );
1807     double q0 = q;
1808
1809     /* B-frames are not directly subject to VBV,
1810      * since they are controlled by the P-frames' QPs. */
1811
1812     if( rcc->b_vbv && rcc->last_satd > 0 )
1813     {
1814         /* Lookahead VBV: raise the quantizer as necessary such that no frames in
1815          * the lookahead overflow and such that the buffer is in a reasonable state
1816          * by the end of the lookahead. */
1817         if( h->param.rc.i_lookahead )
1818         {
1819             int terminate = 0;
1820
1821             /* Avoid an infinite loop. */
1822             for( int iterations = 0; iterations < 1000 && terminate != 3; iterations++ )
1823             {
1824                 double frame_q[3];
1825                 double cur_bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1826                 double buffer_fill_cur = rcc->buffer_fill - cur_bits;
1827                 double target_fill;
1828                 double total_duration = 0;
1829                 frame_q[0] = h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I ? q * h->param.rc.f_ip_factor : q;
1830                 frame_q[1] = frame_q[0] * h->param.rc.f_pb_factor;
1831                 frame_q[2] = frame_q[0] / h->param.rc.f_ip_factor;
1832
1833                 /* Loop over the planned future frames. */
1834                 for( int j = 0; buffer_fill_cur >= 0 && buffer_fill_cur <= rcc->buffer_size; j++ )
1835                 {
1836                     total_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
1837                     buffer_fill_cur += rcc->vbv_max_rate * h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
1838                     int i_type = h->fenc->i_planned_type[j];
1839                     int i_satd = h->fenc->i_planned_satd[j];
1840                     if( i_type == X264_TYPE_AUTO )
1841                         break;
1842                     i_type = IS_X264_TYPE_I( i_type ) ? SLICE_TYPE_I : IS_X264_TYPE_B( i_type ) ? SLICE_TYPE_B : SLICE_TYPE_P;
1843                     cur_bits = predict_size( &rcc->pred[i_type], frame_q[i_type], i_satd );
1844                     buffer_fill_cur -= cur_bits;
1845                 }
1846                 /* Try to get to get the buffer at least 50% filled, but don't set an impossible goal. */
1847                 target_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill + total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.5 );
1848                 if( buffer_fill_cur < target_fill )
1849                 {
1850                     q *= 1.01;
1851                     terminate |= 1;
1852                     continue;
1853                 }
1854                 /* Try to get the buffer no more than 80% filled, but don't set an impossible goal. */
1855                 target_fill = x264_clip3f( rcc->buffer_fill - total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.8, rcc->buffer_size );
1856                 if( rcc->b_vbv_min_rate && buffer_fill_cur > target_fill )
1857                 {
1858                     q /= 1.01;
1859                     terminate |= 2;
1860                     continue;
1861                 }
1862                 break;
1863             }
1864         }
1865         /* Fallback to old purely-reactive algorithm: no lookahead. */
1866         else
1867         {
1868             if( ( pict_type == SLICE_TYPE_P ||
1869                 ( pict_type == SLICE_TYPE_I && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_I ) ) &&
1870                 rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size < 0.5 )
1871             {
1872                 q /= x264_clip3f( 2.0*rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size, 0.5, 1.0 );
1873             }
1874
1875             /* Now a hard threshold to make sure the frame fits in VBV.
1876              * This one is mostly for I-frames. */
1877             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1878             double qf = 1.0;
1879             /* For small VBVs, allow the frame to use up the entire VBV. */
1880             double max_fill_factor = h->param.rc.i_vbv_buffer_size >= 5*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rcc->fps ? 2 : 1;
1881             /* For single-frame VBVs, request that the frame use up the entire VBV. */
1882             double min_fill_factor = rcc->single_frame_vbv ? 1 : 2;
1883
1884             if( bits > rcc->buffer_fill/max_fill_factor )
1885                 qf = x264_clip3f( rcc->buffer_fill/(max_fill_factor*bits), 0.2, 1.0 );
1886             q /= qf;
1887             bits *= qf;
1888             if( bits < rcc->buffer_rate/min_fill_factor )
1889                 q *= bits*min_fill_factor/rcc->buffer_rate;
1890             q = X264_MAX( q0, q );
1891         }
1892
1893         /* Apply MinCR restrictions */
1894         double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1895         if( bits > rcc->frame_size_maximum )
1896             q *= bits / rcc->frame_size_maximum;
1897         bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1898
1899         /* Check B-frame complexity, and use up any bits that would
1900          * overflow before the next P-frame. */
1901         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && !rcc->single_frame_vbv )
1902         {
1903             int nb = rcc->bframes;
1904             double pbbits = bits;
1905             double bbits = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q * h->param.rc.f_pb_factor, rcc->last_satd );
1906             double space;
1907             double bframe_cpb_duration = 0;
1908             double minigop_cpb_duration;
1909             for( int i = 0; i < nb; i++ )
1910                 bframe_cpb_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[1+i];
1911
1912             if( bbits * nb > bframe_cpb_duration * rcc->vbv_max_rate )
1913                 nb = 0;
1914             pbbits += nb * bbits;
1915
1916             minigop_cpb_duration = bframe_cpb_duration + h->fenc->f_planned_cpb_duration[0];
1917             space = rcc->buffer_fill + minigop_cpb_duration*rcc->vbv_max_rate - rcc->buffer_size;
1918             if( pbbits < space )
1919             {
1920                 q *= X264_MAX( pbbits / space, bits / (0.5 * rcc->buffer_size) );
1921             }
1922             q = X264_MAX( q0-5, q );
1923         }
1924
1925         if( !rcc->b_vbv_min_rate )
1926             q = X264_MAX( q0, q );
1927     }
1928
1929     if( lmin==lmax )
1930         return lmin;
1931     else if( rcc->b_2pass )
1932     {
1933         double min2 = log( lmin );
1934         double max2 = log( lmax );
1935         q = (log(q) - min2)/(max2-min2) - 0.5;
1936         q = 1.0/(1.0 + exp( -4*q ));
1937         q = q*(max2-min2) + min2;
1938         return exp( q );
1939     }
1940     else
1941         return x264_clip3f( q, lmin, lmax );
1942 }
1943
1944 // update qscale for 1 frame based on actual bits used so far
1945 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h )
1946 {
1947     float q;
1948     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1949     ratecontrol_entry_t rce;
1950     int pict_type = h->sh.i_type;
1951     int64_t total_bits = 8*(h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_I]
1952                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_P]
1953                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_B]);
1954
1955     if( rcc->b_2pass )
1956     {
1957         rce = *rcc->rce;
1958         if( pict_type != rce.pict_type )
1959         {
1960             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "slice=%c but 2pass stats say %c\n",
1961                       slice_type_to_char[pict_type], slice_type_to_char[rce.pict_type] );
1962         }
1963     }
1964
1965     if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
1966     {
1967         /* B-frames don't have independent ratecontrol, but rather get the
1968          * average QP of the two adjacent P-frames + an offset */
1969
1970         int i0 = IS_X264_TYPE_I(h->fref0[0]->i_type);
1971         int i1 = IS_X264_TYPE_I(h->fref1[0]->i_type);
1972         int dt0 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref0[0]->i_poc);
1973         int dt1 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref1[0]->i_poc);
1974         float q0 = h->fref0[0]->f_qp_avg_rc;
1975         float q1 = h->fref1[0]->f_qp_avg_rc;
1976
1977         if( h->fref0[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
1978             q0 -= rcc->pb_offset/2;
1979         if( h->fref1[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
1980             q1 -= rcc->pb_offset/2;
1981
1982         if( i0 && i1 )
1983             q = (q0 + q1) / 2 + rcc->ip_offset;
1984         else if( i0 )
1985             q = q1;
1986         else if( i1 )
1987             q = q0;
1988         else
1989             q = (q0*dt1 + q1*dt0) / (dt0 + dt1);
1990
1991         if( h->fenc->b_kept_as_ref )
1992             q += rcc->pb_offset/2;
1993         else
1994             q += rcc->pb_offset;
1995
1996         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
1997             rcc->frame_size_planned = qscale2bits( &rce, q );
1998         else
1999             rcc->frame_size_planned = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q, h->fref1[h->i_ref1-1]->i_satd );
2000         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2001
2002         /* For row SATDs */
2003         if( rcc->b_vbv )
2004             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2005         rcc->qp_novbv = q;
2006         return qp2qscale( q );
2007     }
2008     else
2009     {
2010         double abr_buffer = 2 * rcc->rate_tolerance * rcc->bitrate;
2011
2012         if( rcc->b_2pass )
2013         {
2014             double lmin = rcc->lmin[pict_type];
2015             double lmax = rcc->lmax[pict_type];
2016             int64_t diff;
2017             int64_t predicted_bits = total_bits;
2018             /* Adjust ABR buffer based on distance to the end of the video. */
2019             if( rcc->num_entries > h->i_frame )
2020                 abr_buffer *= 0.5 * sqrt( rcc->num_entries - h->i_frame );
2021
2022             if( rcc->b_vbv )
2023             {
2024                 if( h->i_thread_frames > 1 )
2025                 {
2026                     int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
2027                     for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
2028                     {
2029                         x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
2030                         double bits = t->rc->frame_size_planned;
2031                         if( !t->b_thread_active )
2032                             continue;
2033                         bits  = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
2034                         predicted_bits += (int64_t)bits;
2035                     }
2036                 }
2037             }
2038             else
2039             {
2040                 if( h->i_frame < h->i_thread_frames )
2041                     predicted_bits += (int64_t)h->i_frame * rcc->bitrate / rcc->fps;
2042                 else
2043                     predicted_bits += (int64_t)(h->i_thread_frames - 1) * rcc->bitrate / rcc->fps;
2044             }
2045
2046             diff = predicted_bits - (int64_t)rce.expected_bits;
2047             q = rce.new_qscale;
2048             q /= x264_clip3f((double)(abr_buffer - diff) / abr_buffer, .5, 2);
2049             if( ((h->i_frame + 1 - h->i_thread_frames) >= rcc->fps) &&
2050                 (rcc->expected_bits_sum > 0))
2051             {
2052                 /* Adjust quant based on the difference between
2053                  * achieved and expected bitrate so far */
2054                 double cur_time = (double)h->i_frame / rcc->num_entries;
2055                 double w = x264_clip3f( cur_time*100, 0.0, 1.0 );
2056                 q *= pow( (double)total_bits / rcc->expected_bits_sum, w );
2057             }
2058             if( rcc->b_vbv )
2059             {
2060                 /* Do not overflow vbv */
2061                 double expected_size = qscale2bits( &rce, q );
2062                 double expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2063                 double expected_fullness = rce.expected_vbv / rcc->buffer_size;
2064                 double qmax = q*(2 - expected_fullness);
2065                 double size_constraint = 1 + expected_fullness;
2066                 qmax = X264_MAX( qmax, rce.new_qscale );
2067                 if( expected_fullness < .05 )
2068                     qmax = lmax;
2069                 qmax = X264_MIN(qmax, lmax);
2070                 while( ((expected_vbv < rce.expected_vbv/size_constraint) && (q < qmax)) ||
2071                         ((expected_vbv < 0) && (q < lmax)))
2072                 {
2073                     q *= 1.05;
2074                     expected_size = qscale2bits(&rce, q);
2075                     expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2076                 }
2077                 rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2078             }
2079             q = x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2080         }
2081         else /* 1pass ABR */
2082         {
2083             /* Calculate the quantizer which would have produced the desired
2084              * average bitrate if it had been applied to all frames so far.
2085              * Then modulate that quant based on the current frame's complexity
2086              * relative to the average complexity so far (using the 2pass RCEQ).
2087              * Then bias the quant up or down if total size so far was far from
2088              * the target.
2089              * Result: Depending on the value of rate_tolerance, there is a
2090              * tradeoff between quality and bitrate precision. But at large
2091              * tolerances, the bit distribution approaches that of 2pass. */
2092
2093             double wanted_bits, overflow = 1;
2094
2095             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2096             rcc->short_term_cplxsum *= 0.5;
2097             rcc->short_term_cplxcount *= 0.5;
2098             rcc->short_term_cplxsum += rcc->last_satd;
2099             rcc->short_term_cplxcount ++;
2100
2101             rce.tex_bits = rcc->last_satd;
2102             rce.blurred_complexity = rcc->short_term_cplxsum / rcc->short_term_cplxcount;
2103             rce.mv_bits = 0;
2104             rce.p_count = rcc->nmb;
2105             rce.i_count = 0;
2106             rce.s_count = 0;
2107             rce.qscale = 1;
2108             rce.pict_type = pict_type;
2109
2110             if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
2111             {
2112                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->rate_factor_constant, h->fenc->i_frame );
2113             }
2114             else
2115             {
2116                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->wanted_bits_window / rcc->cplxr_sum, h->fenc->i_frame );
2117
2118                 /* ABR code can potentially be counterproductive in CBR, so just don't bother.
2119                  * Don't run it if the frame complexity is zero either. */
2120                 if( !rcc->b_vbv_min_rate && rcc->last_satd )
2121                 {
2122                     // FIXME is it simpler to keep track of wanted_bits in ratecontrol_end?
2123                     int i_frame_done = h->i_frame + 1 - h->i_thread_frames;
2124                     double time_done = i_frame_done / rcc->fps;
2125                     if( h->param.b_vfr_input && i_frame_done > 0 )
2126                         time_done = ((double)(h->fenc->i_reordered_pts - h->i_reordered_pts_delay)) * h->param.i_timebase_num / h->param.i_timebase_den;
2127                     wanted_bits = time_done * rcc->bitrate;
2128                     if( wanted_bits > 0 )
2129                     {
2130                         abr_buffer *= X264_MAX( 1, sqrt( time_done ) );
2131                         overflow = x264_clip3f( 1.0 + (total_bits - wanted_bits) / abr_buffer, .5, 2 );
2132                         q *= overflow;
2133                     }
2134                 }
2135             }
2136
2137             if( pict_type == SLICE_TYPE_I && h->param.i_keyint_max > 1
2138                 /* should test _next_ pict type, but that isn't decided yet */
2139                 && rcc->last_non_b_pict_type != SLICE_TYPE_I )
2140             {
2141                 q = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
2142                 q /= fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2143             }
2144             else if( h->i_frame > 0 )
2145             {
2146                 /* Asymmetric clipping, because symmetric would prevent
2147                  * overflow control in areas of rapidly oscillating complexity */
2148                 double lmin = rcc->last_qscale_for[pict_type] / rcc->lstep;
2149                 double lmax = rcc->last_qscale_for[pict_type] * rcc->lstep;
2150                 if( overflow > 1.1 && h->i_frame > 3 )
2151                     lmax *= rcc->lstep;
2152                 else if( overflow < 0.9 )
2153                     lmin /= rcc->lstep;
2154
2155                 q = x264_clip3f(q, lmin, lmax);
2156             }
2157             else if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && rcc->qcompress != 1 )
2158             {
2159                 q = qp2qscale( ABR_INIT_QP ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2160             }
2161             rcc->qp_novbv = qscale2qp( q );
2162
2163             //FIXME use get_diff_limited_q() ?
2164             q = clip_qscale( h, pict_type, q );
2165         }
2166
2167         rcc->last_qscale_for[pict_type] =
2168         rcc->last_qscale = q;
2169
2170         if( !(rcc->b_2pass && !rcc->b_vbv) && h->fenc->i_frame == 0 )
2171             rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P] = q * fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2172
2173         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
2174             rcc->frame_size_planned = qscale2bits(&rce, q);
2175         else
2176             rcc->frame_size_planned = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2177
2178         /* Always use up the whole VBV in this case. */
2179         if( rcc->single_frame_vbv )
2180             rcc->frame_size_planned = rcc->buffer_rate;
2181         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2182         return q;
2183     }
2184 }
2185
2186 void x264_threads_normalize_predictors( x264_t *h )
2187 {
2188     double totalsize = 0;
2189     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2190         totalsize += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2191     double factor = h->rc->frame_size_planned / totalsize;
2192     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2193         h->thread[i]->rc->slice_size_planned *= factor;
2194 }
2195
2196 void x264_threads_distribute_ratecontrol( x264_t *h )
2197 {
2198     int row;
2199     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2200
2201     /* Initialize row predictors */
2202     if( h->i_frame == 0 )
2203         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2204         {
2205             x264_ratecontrol_t *t = h->thread[i]->rc;
2206             memcpy( t->row_preds, rc->row_preds, sizeof(rc->row_preds) );
2207         }
2208
2209     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2210     {
2211         x264_t *t = h->thread[i];
2212         memcpy( t->rc, rc, offsetof(x264_ratecontrol_t, row_pred) );
2213         t->rc->row_pred = &t->rc->row_preds[h->sh.i_type];
2214         /* Calculate the planned slice size. */
2215         if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2216         {
2217             int size = 0;
2218             for( row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2219                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2220             t->rc->slice_size_planned = predict_size( &rc->pred[h->sh.i_type + (i+1)*5], rc->qpm, size );
2221         }
2222         else
2223             t->rc->slice_size_planned = 0;
2224     }
2225     if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2226     {
2227         x264_threads_normalize_predictors( h );
2228
2229         if( rc->single_frame_vbv )
2230         {
2231             /* Compensate for our max frame error threshold: give more bits (proportionally) to smaller slices. */
2232             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2233             {
2234                 x264_t *t = h->thread[i];
2235                 t->rc->max_frame_error = X264_MAX( 0.05, 1.0 / (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) );
2236                 t->rc->slice_size_planned += 2 * t->rc->max_frame_error * rc->frame_size_planned;
2237             }
2238             x264_threads_normalize_predictors( h );
2239         }
2240
2241         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2242             h->thread[i]->rc->frame_size_estimated = h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2243     }
2244 }
2245
2246 void x264_threads_merge_ratecontrol( x264_t *h )
2247 {
2248     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2249     x264_emms();
2250
2251     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2252     {
2253         x264_t *t = h->thread[i];
2254         x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[i]->rc;
2255         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size )
2256         {
2257             int size = 0;
2258             for( int row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2259                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2260             int bits = t->stat.frame.i_mv_bits + t->stat.frame.i_tex_bits + t->stat.frame.i_misc_bits;
2261             int mb_count = (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) * h->sps->i_mb_width;
2262             update_predictor( &rc->pred[h->sh.i_type+5*i], qp2qscale( rct->qpa_rc/mb_count ), size, bits );
2263         }
2264         if( !i )
2265             continue;
2266         rc->qpa_rc += rct->qpa_rc;
2267         rc->qpa_aq += rct->qpa_aq;
2268     }
2269 }
2270
2271 void x264_thread_sync_ratecontrol( x264_t *cur, x264_t *prev, x264_t *next )
2272 {
2273     if( cur != prev )
2274     {
2275 #define COPY(var) memcpy(&cur->rc->var, &prev->rc->var, sizeof(cur->rc->var))
2276         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_start()
2277          * so copy them from the context that most recently started (prev)
2278          * to the context that's about to start (cur). */
2279         COPY(accum_p_qp);
2280         COPY(accum_p_norm);
2281         COPY(last_satd);
2282         COPY(last_rceq);
2283         COPY(last_qscale_for);
2284         COPY(last_non_b_pict_type);
2285         COPY(short_term_cplxsum);
2286         COPY(short_term_cplxcount);
2287         COPY(bframes);
2288         COPY(prev_zone);
2289         COPY(qpbuf_pos);
2290         /* these vars can be updated by x264_ratecontrol_init_reconfigurable */
2291         COPY(buffer_rate);
2292         COPY(buffer_size);
2293         COPY(single_frame_vbv);
2294         COPY(cbr_decay);
2295         COPY(b_vbv_min_rate);
2296         COPY(rate_factor_constant);
2297         COPY(bitrate);
2298 #undef COPY
2299     }
2300     if( cur != next )
2301     {
2302 #define COPY(var) next->rc->var = cur->rc->var
2303         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_end()
2304          * so copy them from the context that most recently ended (cur)
2305          * to the context that's about to end (next) */
2306         COPY(cplxr_sum);
2307         COPY(expected_bits_sum);
2308         COPY(wanted_bits_window);
2309         COPY(bframe_bits);
2310         COPY(initial_cpb_removal_delay);
2311         COPY(initial_cpb_removal_delay_offset);
2312         COPY(nrt_first_access_unit);
2313         COPY(previous_cpb_final_arrival_time);
2314 #undef COPY
2315     }
2316     //FIXME row_preds[] (not strictly necessary, but would improve prediction)
2317     /* the rest of the variables are either constant or thread-local */
2318 }
2319
2320 static int find_underflow( x264_t *h, double *fills, int *t0, int *t1, int over )
2321 {
2322     /* find an interval ending on an overflow or underflow (depending on whether
2323      * we're adding or removing bits), and starting on the earliest frame that
2324      * can influence the buffer fill of that end frame. */
2325     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2326     const double buffer_min = (over ? .1 : .1) * rcc->buffer_size;
2327     const double buffer_max = .9 * rcc->buffer_size;
2328     double fill = fills[*t0-1];
2329     double parity = over ? 1. : -1.;
2330     int start = -1, end = -1;
2331     for( int i = *t0; i < rcc->num_entries; i++ )
2332     {
2333         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 -
2334                  qscale2bits( &rcc->entry[i], rcc->entry[i].new_qscale )) * parity;
2335         fill = x264_clip3f(fill, 0, rcc->buffer_size);
2336         fills[i] = fill;
2337         if( fill <= buffer_min || i == 0 )
2338         {
2339             if( end >= 0 )
2340                 break;
2341             start = i;
2342         }
2343         else if( fill >= buffer_max && start >= 0 )
2344             end = i;
2345     }
2346     *t0 = start;
2347     *t1 = end;
2348     return start >= 0 && end >= 0;
2349 }
2350
2351 static int fix_underflow( x264_t *h, int t0, int t1, double adjustment, double qscale_min, double qscale_max)
2352 {
2353     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2354     double qscale_orig, qscale_new;
2355     int adjusted = 0;
2356     if( t0 > 0 )
2357         t0++;
2358     for( int i = t0; i <= t1; i++ )
2359     {
2360         qscale_orig = rcc->entry[i].new_qscale;
2361         qscale_orig = x264_clip3f( qscale_orig, qscale_min, qscale_max );
2362         qscale_new  = qscale_orig * adjustment;
2363         qscale_new  = x264_clip3f( qscale_new, qscale_min, qscale_max );
2364         rcc->entry[i].new_qscale = qscale_new;
2365         adjusted = adjusted || (qscale_new != qscale_orig);
2366     }
2367     return adjusted;
2368 }
2369
2370 static double count_expected_bits( x264_t *h )
2371 {
2372     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2373     double expected_bits = 0;
2374     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2375     {
2376         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2377         rce->expected_bits = expected_bits;
2378         expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2379     }
2380     return expected_bits;
2381 }
2382
2383 static int vbv_pass2( x264_t *h, double all_available_bits )
2384 {
2385     /* for each interval of buffer_full .. underflow, uniformly increase the qp of all
2386      * frames in the interval until either buffer is full at some intermediate frame or the
2387      * last frame in the interval no longer underflows.  Recompute intervals and repeat.
2388      * Then do the converse to put bits back into overflow areas until target size is met */
2389
2390     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2391     double *fills;
2392     double expected_bits = 0;
2393     double adjustment;
2394     double prev_bits = 0;
2395     int t0, t1;
2396     double qscale_min = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
2397     double qscale_max = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
2398     int iterations = 0;
2399     int adj_min, adj_max;
2400     CHECKED_MALLOC( fills, (rcc->num_entries+1)*sizeof(double) );
2401
2402     fills++;
2403
2404     /* adjust overall stream size */
2405     do
2406     {
2407         iterations++;
2408         prev_bits = expected_bits;
2409
2410         if( expected_bits )
2411         {   /* not first iteration */
2412             adjustment = X264_MAX(X264_MIN(expected_bits / all_available_bits, 0.999), 0.9);
2413             fills[-1] = rcc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init;
2414             t0 = 0;
2415             /* fix overflows */
2416             adj_min = 1;
2417             while(adj_min && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 1 ))
2418             {
2419                 adj_min = fix_underflow( h, t0, t1, adjustment, qscale_min, qscale_max );
2420                 t0 = t1;
2421             }
2422         }
2423
2424         fills[-1] = rcc->buffer_size * (1. - h->param.rc.f_vbv_buffer_init);
2425         t0 = 0;
2426         /* fix underflows -- should be done after overflow, as we'd better undersize target than underflowing VBV */
2427         adj_max = 1;
2428         while( adj_max && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 0 ) )
2429             adj_max = fix_underflow( h, t0, t1, 1.001, qscale_min, qscale_max );
2430
2431         expected_bits = count_expected_bits( h );
2432     } while( (expected_bits < .995*all_available_bits) && ((int64_t)(expected_bits+.5) > (int64_t)(prev_bits+.5)) );
2433
2434     if( !adj_max )
2435         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "vbv-maxrate issue, qpmax or vbv-maxrate too low\n");
2436
2437     /* store expected vbv filling values for tracking when encoding */
2438     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2439         rcc->entry[i].expected_vbv = rcc->buffer_size - fills[i];
2440
2441     x264_free( fills-1 );
2442     return 0;
2443 fail:
2444     return -1;
2445 }
2446
2447 static int init_pass2( x264_t *h )
2448 {
2449     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2450     uint64_t all_const_bits = 0;
2451     double duration = 0;
2452     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2453         duration += rcc->entry[i].i_duration;
2454     duration *= (double)h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
2455     uint64_t all_available_bits = h->param.rc.i_bitrate * 1000. * duration;
2456     double rate_factor, step_mult;
2457     double qblur = h->param.rc.f_qblur;
2458     double cplxblur = h->param.rc.f_complexity_blur;
2459     const int filter_size = (int)(qblur*4) | 1;
2460     double expected_bits;
2461     double *qscale, *blurred_qscale;
2462
2463     /* find total/average complexity & const_bits */
2464     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2465     {
2466         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2467         all_const_bits += rce->misc_bits;
2468     }
2469
2470     if( all_available_bits < all_const_bits)
2471     {
2472         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "requested bitrate is too low. estimated minimum is %d kbps\n",
2473                  (int)(all_const_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.)) );
2474         return -1;
2475     }
2476
2477     /* Blur complexities, to reduce local fluctuation of QP.
2478      * We don't blur the QPs directly, because then one very simple frame
2479      * could drag down the QP of a nearby complex frame and give it more
2480      * bits than intended. */
2481     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2482     {
2483         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2484         double weight_sum = 0;
2485         double cplx_sum = 0;
2486         double weight = 1.0;
2487         double gaussian_weight;
2488         /* weighted average of cplx of future frames */
2489         for( int j = 1; j < cplxblur*2 && j < rcc->num_entries-i; j++ )
2490         {
2491             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i+j];
2492             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2493             if( weight < .0001 )
2494                 break;
2495             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2496             weight_sum += gaussian_weight;
2497             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits(rcj, 1) - rcj->misc_bits);
2498         }
2499         /* weighted average of cplx of past frames */
2500         weight = 1.0;
2501         for( int j = 0; j <= cplxblur*2 && j <= i; j++ )
2502         {
2503             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i-j];
2504             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2505             weight_sum += gaussian_weight;
2506             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits);
2507             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2508             if( weight < .0001 )
2509                 break;
2510         }
2511         rce->blurred_complexity = cplx_sum / weight_sum;
2512     }
2513
2514     CHECKED_MALLOC( qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2515     if( filter_size > 1 )
2516         CHECKED_MALLOC( blurred_qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2517     else
2518         blurred_qscale = qscale;
2519
2520     /* Search for a factor which, when multiplied by the RCEQ values from
2521      * each frame, adds up to the desired total size.
2522      * There is no exact closed-form solution because of VBV constraints and
2523      * because qscale2bits is not invertible, but we can start with the simple
2524      * approximation of scaling the 1st pass by the ratio of bitrates.
2525      * The search range is probably overkill, but speed doesn't matter here. */
2526
2527     expected_bits = 1;
2528     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2529     {
2530         double q = get_qscale(h, &rcc->entry[i], 1.0, i);
2531         expected_bits += qscale2bits(&rcc->entry[i], q);
2532         rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = q;
2533     }
2534     step_mult = all_available_bits / expected_bits;
2535
2536     rate_factor = 0;
2537     for( double step = 1E4 * step_mult; step > 1E-7 * step_mult; step *= 0.5)
2538     {
2539         expected_bits = 0;
2540         rate_factor += step;
2541
2542         rcc->last_non_b_pict_type = -1;
2543         rcc->last_accum_p_norm = 1;
2544         rcc->accum_p_norm = 0;
2545
2546         /* find qscale */
2547         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2548         {
2549             qscale[i] = get_qscale( h, &rcc->entry[i], rate_factor, i );
2550             rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = qscale[i];
2551         }
2552
2553         /* fixed I/B qscale relative to P */
2554         for( int i = rcc->num_entries-1; i >= 0; i-- )
2555         {
2556             qscale[i] = get_diff_limited_q( h, &rcc->entry[i], qscale[i] );
2557             assert(qscale[i] >= 0);
2558         }
2559
2560         /* smooth curve */
2561         if( filter_size > 1 )
2562         {
2563             assert( filter_size%2 == 1 );
2564             for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2565             {
2566                 ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2567                 double q = 0.0, sum = 0.0;
2568
2569                 for( int j = 0; j < filter_size; j++ )
2570                 {
2571                     int index = i+j-filter_size/2;
2572                     double d = index-i;
2573                     double coeff = qblur==0 ? 1.0 : exp( -d*d/(qblur*qblur) );
2574                     if( index < 0 || index >= rcc->num_entries )
2575                         continue;
2576                     if( rce->pict_type != rcc->entry[index].pict_type )
2577                         continue;
2578                     q += qscale[index] * coeff;
2579                     sum += coeff;
2580                 }
2581                 blurred_qscale[i] = q/sum;
2582             }
2583         }
2584
2585         /* find expected bits */
2586         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2587         {
2588             ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2589             rce->new_qscale = clip_qscale( h, rce->pict_type, blurred_qscale[i] );
2590             assert(rce->new_qscale >= 0);
2591             expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2592         }
2593
2594         if( expected_bits > all_available_bits )
2595             rate_factor -= step;
2596     }
2597
2598     x264_free( qscale );
2599     if( filter_size > 1 )
2600         x264_free( blurred_qscale );
2601
2602     if( rcc->b_vbv )
2603         if( vbv_pass2( h, all_available_bits ) )
2604             return -1;
2605     expected_bits = count_expected_bits( h );
2606
2607     if( fabs( expected_bits/all_available_bits - 1.0 ) > 0.01 )
2608     {
2609         double avgq = 0;
2610         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2611             avgq += rcc->entry[i].new_qscale;
2612         avgq = qscale2qp( avgq / rcc->num_entries );
2613
2614         if( expected_bits > all_available_bits || !rcc->b_vbv )
2615             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "Error: 2pass curve failed to converge\n" );
2616         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "target: %.2f kbit/s, expected: %.2f kbit/s, avg QP: %.4f\n",
2617                   (float)h->param.rc.i_bitrate,
2618                   expected_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.),
2619                   avgq );
2620         if( expected_bits < all_available_bits && avgq < h->param.rc.i_qp_min + 2 )
2621         {
2622             if( h->param.rc.i_qp_min > 0 )
2623                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate or reducing qp_min (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_min );
2624             else
2625                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate\n" );
2626         }
2627         else if( expected_bits > all_available_bits && avgq > h->param.rc.i_qp_max - 2 )
2628         {
2629             if( h->param.rc.i_qp_max < 51 )
2630                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate or increasing qp_max (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_max );
2631             else
2632                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate\n");
2633         }
2634         else if( !(rcc->b_2pass && rcc->b_vbv) )
2635             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "internal error\n" );
2636     }
2637
2638     return 0;
2639 fail:
2640     return -1;
2641 }