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

   1 /*****************************************************************************
   2  * ratecontrol.c: ratecontrol
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 2005-2014 x264 project
   5  *
   6  * Authors: Loren Merritt <lorenm@u.washington.edu>
   7  *          Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
   8  *          Gabriel Bouvigne <gabriel.bouvigne@joost.com>
   9  *          Fiona Glaser <fiona@x264.com>
  10  *          Måns Rullgård <mru@mru.ath.cx>
  11  *
  12  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  13  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  14  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  15  * (at your option) any later version.
  16  *
  17  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  20  * GNU General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  23  * along with this program; if not, write to the Free Software
  24  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02111, USA.
  25  *
  26  * This program is also available under a commercial proprietary license.
  27  * For more information, contact us at licensing@x264.com.
  28  *****************************************************************************/
  29
  30 #define _ISOC99_SOURCE
  31 #undef NDEBUG // always check asserts, the speed effect is far too small to disable them
  32
  33 #include "common/common.h"
  34 #include "ratecontrol.h"
  35 #include "me.h"
  36
  37 typedef struct
  38 {
  39     int pict_type;
  40     int frame_type;
  41     int kept_as_ref;
  42     double qscale;
  43     int mv_bits;
  44     int tex_bits;
  45     int misc_bits;
  46     uint64_t expected_bits; /*total expected bits up to the current frame (current one excluded)*/
  47     double expected_vbv;
  48     double new_qscale;
  49     int new_qp;
  50     int i_count;
  51     int p_count;
  52     int s_count;
  53     float blurred_complexity;
  54     char direct_mode;
  55     int16_t weight[3][2];
  56     int16_t i_weight_denom[2];
  57     int refcount[16];
  58     int refs;
  59     int64_t i_duration;
  60     int64_t i_cpb_duration;
  61 } ratecontrol_entry_t;
  62
  63 typedef struct
  64 {
  65     float coeff_min;
  66     float coeff;
  67     float count;
  68     float decay;
  69     float offset;
  70 } predictor_t;
  71
  72 struct x264_ratecontrol_t
  73 {
  74     /* constants */
  75     int b_abr;
  76     int b_2pass;
  77     int b_vbv;
  78     int b_vbv_min_rate;
  79     double fps;
  80     double bitrate;
  81     double rate_tolerance;
  82     double qcompress;
  83     int nmb;                    /* number of macroblocks in a frame */
  84     int qp_constant[3];
  85
  86     /* current frame */
  87     ratecontrol_entry_t *rce;
  88     int qp;                     /* qp for current frame */
  89     float qpm;                  /* qp for current macroblock: precise float for AQ */
  90     float qpa_rc;               /* average of macroblocks' qp before aq */
  91     float qpa_rc_prev;
  92     int   qpa_aq;               /* average of macroblocks' qp after aq */
  93     int   qpa_aq_prev;
  94     float qp_novbv;             /* QP for the current frame if 1-pass VBV was disabled. */
  95
  96     /* VBV stuff */
  97     double buffer_size;
  98     int64_t buffer_fill_final;
  99     int64_t buffer_fill_final_min;
 100     double buffer_fill;         /* planned buffer, if all in-progress frames hit their bit budget */
 101     double buffer_rate;         /* # of bits added to buffer_fill after each frame */
 102     double vbv_max_rate;        /* # of bits added to buffer_fill per second */
 103     predictor_t *pred;          /* predict frame size from satd */
 104     int single_frame_vbv;
 105     float rate_factor_max_increment; /* Don't allow RF above (CRF + this value). */
 106
 107     /* ABR stuff */
 108     int    last_satd;
 109     double last_rceq;
 110     double cplxr_sum;           /* sum of bits*qscale/rceq */
 111     double expected_bits_sum;   /* sum of qscale2bits after rceq, ratefactor, and overflow, only includes finished frames */
 112     int64_t filler_bits_sum;    /* sum in bits of finished frames' filler data */
 113     double wanted_bits_window;  /* target bitrate * window */
 114     double cbr_decay;
 115     double short_term_cplxsum;
 116     double short_term_cplxcount;
 117     double rate_factor_constant;
 118     double ip_offset;
 119     double pb_offset;
 120
 121     /* 2pass stuff */
 122     FILE *p_stat_file_out;
 123     char *psz_stat_file_tmpname;
 124     FILE *p_mbtree_stat_file_out;
 125     char *psz_mbtree_stat_file_tmpname;
 126     char *psz_mbtree_stat_file_name;
 127     FILE *p_mbtree_stat_file_in;
 128
 129     int num_entries;            /* number of ratecontrol_entry_ts */
 130     ratecontrol_entry_t *entry; /* FIXME: copy needed data and free this once init is done */
 131     double last_qscale;
 132     double last_qscale_for[3];  /* last qscale for a specific pict type, used for max_diff & ipb factor stuff */
 133     int last_non_b_pict_type;
 134     double accum_p_qp;          /* for determining I-frame quant */
 135     double accum_p_norm;
 136     double last_accum_p_norm;
 137     double lmin[3];             /* min qscale by frame type */
 138     double lmax[3];
 139     double lstep;               /* max change (multiply) in qscale per frame */
 140     struct
 141     {
 142         uint16_t *qp_buffer[2]; /* Global buffers for converting MB-tree quantizer data. */
 143         int qpbuf_pos;          /* In order to handle pyramid reordering, QP buffer acts as a stack.
 144                                  * This value is the current position (0 or 1). */
 145         int src_mb_count;
 146
 147         /* For rescaling */
 148         int rescale_enabled;
 149         float *scale_buffer[2]; /* Intermediate buffers */
 150         int filtersize[2];      /* filter size (H/V) */
 151         float *coeffs[2];
 152         int *pos[2];
 153         int srcdim[2];          /* Source dimensions (W/H) */
 154     } mbtree;
 155
 156     /* MBRC stuff */
 157     float frame_size_estimated; /* Access to this variable must be atomic: double is
 158                                  * not atomic on all arches we care about */
 159     double frame_size_maximum;  /* Maximum frame size due to MinCR */
 160     double frame_size_planned;
 161     double slice_size_planned;
 162     predictor_t *row_pred;
 163     predictor_t row_preds[3][2];
 164     predictor_t *pred_b_from_p; /* predict B-frame size from P-frame satd */
 165     int bframes;                /* # consecutive B-frames before this P-frame */
 166     int bframe_bits;            /* total cost of those frames */
 167
 168     int i_zones;
 169     x264_zone_t *zones;
 170     x264_zone_t *prev_zone;
 171
 172     /* hrd stuff */
 173     int initial_cpb_removal_delay;
 174     int initial_cpb_removal_delay_offset;
 175     double nrt_first_access_unit; /* nominal removal time */
 176     double previous_cpb_final_arrival_time;
 177     uint64_t hrd_multiply_denom;
 178 };
 179
 180
 181 static int parse_zones( x264_t *h );
 182 static int init_pass2(x264_t *);
 183 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h );
 184 static int update_vbv( x264_t *h, int bits );
 185 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead );
 186 static float predict_size( predictor_t *p, float q, float var );
 187 static void update_predictor( predictor_t *p, float q, float var, float bits );
 188
 189 #define CMP_OPT_FIRST_PASS( opt, param_val )\
 190 {\
 191     if( ( p = strstr( opts, opt "=" ) ) && sscanf( p, opt "=%d" , &i ) && param_val != i )\
 192     {\
 193         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different " opt " setting than first pass (%d vs %d)\n", param_val, i );\
 194         return -1;\
 195     }\
 196 }
 197
 198 /* Terminology:
 199  * qp = h.264's quantizer
 200  * qscale = linearized quantizer = Lagrange multiplier
 201  */
 202 static inline float qp2qscale( float qp )
 203 {
 204     return 0.85f * powf( 2.0f, ( qp - 12.0f ) / 6.0f );
 205 }
 206 static inline float qscale2qp( float qscale )
 207 {
 208     return 12.0f + 6.0f * log2f( qscale/0.85f );
 209 }
 210
 211 /* Texture bitrate is not quite inversely proportional to qscale,
 212  * probably due the the changing number of SKIP blocks.
 213  * MV bits level off at about qp<=12, because the lambda used
 214  * for motion estimation is constant there. */
 215 static inline double qscale2bits( ratecontrol_entry_t *rce, double qscale )
 216 {
 217     if( qscale<0.1 )
 218         qscale = 0.1;
 219     return (rce->tex_bits + .1) * pow( rce->qscale / qscale, 1.1 )
 220            + rce->mv_bits * pow( X264_MAX(rce->qscale, 1) / X264_MAX(qscale, 1), 0.5 )
 221            + rce->misc_bits;
 222 }
 223
 224 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_var( uint64_t sum_ssd, int shift, x264_frame_t *frame, int i, int b_store )
 225 {
 226     uint32_t sum = sum_ssd;
 227     uint32_t ssd = sum_ssd >> 32;
 228     if( b_store )
 229     {
 230         frame->i_pixel_sum[i] += sum;
 231         frame->i_pixel_ssd[i] += ssd;
 232     }
 233     return ssd - ((uint64_t)sum * sum >> shift);
 234 }
 235
 236 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_plane( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame, int i, int b_chroma, int b_field, int b_store )
 237 {
 238     int height = b_chroma ? 16>>CHROMA_V_SHIFT : 16;
 239     int stride = frame->i_stride[i];
 240     int offset = b_field
 241         ? 16 * mb_x + height * (mb_y&~1) * stride + (mb_y&1) * stride
 242         : 16 * mb_x + height * mb_y * stride;
 243     stride <<= b_field;
 244     if( b_chroma )
 245     {
 246         ALIGNED_ARRAY_16( pixel, pix,[FENC_STRIDE*16] );
 247         int chromapix = h->luma2chroma_pixel[PIXEL_16x16];
 248         int shift = 7 - CHROMA_V_SHIFT;
 249
 250         h->mc.load_deinterleave_chroma_fenc( pix, frame->plane[1] + offset, stride, height );
 251         return ac_energy_var( h->pixf.var[chromapix]( pix,               FENC_STRIDE ), shift, frame, 1, b_store )
 252              + ac_energy_var( h->pixf.var[chromapix]( pix+FENC_STRIDE/2, FENC_STRIDE ), shift, frame, 2, b_store );
 253     }
 254     else
 255         return ac_energy_var( h->pixf.var[PIXEL_16x16]( frame->plane[i] + offset, stride ), 8, frame, i, b_store );
 256 }
 257
 258 // Find the total AC energy of the block in all planes.
 259 static NOINLINE uint32_t x264_ac_energy_mb( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame )
 260 {
 261     /* This function contains annoying hacks because GCC has a habit of reordering emms
 262      * and putting it after floating point ops.  As a result, we put the emms at the end of the
 263      * function and make sure that its always called before the float math.  Noinline makes
 264      * sure no reordering goes on. */
 265     uint32_t var;
 266     x264_prefetch_fenc( h, frame, mb_x, mb_y );
 267     if( h->mb.b_adaptive_mbaff )
 268     {
 269         /* We don't know the super-MB mode we're going to pick yet, so
 270          * simply try both and pick the lower of the two. */
 271         uint32_t var_interlaced, var_progressive;
 272         var_interlaced   = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0, 0, 1, 1 );
 273         var_progressive  = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0, 0, 0, 0 );
 274         if( CHROMA444 )
 275         {
 276             var_interlaced  += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 0, 1, 1 );
 277             var_progressive += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 0, 0, 0 );
 278             var_interlaced  += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 2, 0, 1, 1 );
 279             var_progressive += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 2, 0, 0, 0 );
 280         }
 281         else
 282         {
 283             var_interlaced  += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 1, 1, 1 );
 284             var_progressive += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 1, 0, 0 );
 285         }
 286         var = X264_MIN( var_interlaced, var_progressive );
 287     }
 288     else
 289     {
 290         var  = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0, 0, PARAM_INTERLACED, 1 );
 291         if( CHROMA444 )
 292         {
 293             var += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 0, PARAM_INTERLACED, 1 );
 294             var += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 2, 0, PARAM_INTERLACED, 1 );
 295         }
 296         else
 297             var += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 1, PARAM_INTERLACED, 1 );
 298     }
 299     x264_emms();
 300     return var;
 301 }
 302
 303 void x264_adaptive_quant_frame( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 304 {
 305     /* constants chosen to result in approximately the same overall bitrate as without AQ.
 306      * FIXME: while they're written in 5 significant digits, they're only tuned to 2. */
 307     float strength;
 308     float avg_adj = 0.f;
 309     /* Initialize frame stats */
 310     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 311     {
 312         frame->i_pixel_sum[i] = 0;
 313         frame->i_pixel_ssd[i] = 0;
 314     }
 315
 316     /* Degenerate cases */
 317     if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_NONE || h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 318     {
 319         /* Need to init it anyways for MB tree */
 320         if( h->param.rc.i_aq_mode && h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 321         {
 322             if( quant_offsets )
 323             {
 324                 for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 325                     frame->f_qp_offset[mb_xy] = frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = quant_offsets[mb_xy];
 326                 if( h->frames.b_have_lowres )
 327                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 328                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8( frame->f_qp_offset[mb_xy] );
 329             }
 330             else
 331             {
 332                 memset( frame->f_qp_offset, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 333                 memset( frame->f_qp_offset_aq, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 334                 if( h->frames.b_have_lowres )
 335                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 336                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = 256;
 337             }
 338         }
 339         /* Need variance data for weighted prediction */
 340         if( h->param.analyse.i_weighted_pred )
 341         {
 342             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 343                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 344                     x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 345         }
 346         else
 347             return;
 348     }
 349     /* Actual adaptive quantization */
 350     else
 351     {
 352         if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 353         {
 354             float bit_depth_correction = powf(1 << (BIT_DEPTH-8), 0.5f);
 355             float avg_adj_pow2 = 0.f;
 356             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 357                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 358                 {
 359                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 360                     float qp_adj = powf( energy + 1, 0.125f );
 361                     frame->f_qp_offset[mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride] = qp_adj;
 362                     avg_adj += qp_adj;
 363                     avg_adj_pow2 += qp_adj * qp_adj;
 364                 }
 365             avg_adj /= h->mb.i_mb_count;
 366             avg_adj_pow2 /= h->mb.i_mb_count;
 367             strength = h->param.rc.f_aq_strength * avg_adj / bit_depth_correction;
 368             avg_adj = avg_adj - 0.5f * (avg_adj_pow2 - (14.f * bit_depth_correction)) / avg_adj;
 369         }
 370         else
 371             strength = h->param.rc.f_aq_strength * 1.0397f;
 372
 373         for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 374             for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 375             {
 376                 float qp_adj;
 377                 int mb_xy = mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride;
 378                 if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 379                 {
 380                     qp_adj = frame->f_qp_offset[mb_xy];
 381                     qp_adj = strength * (qp_adj - avg_adj);
 382                 }
 383                 else
 384                 {
 385                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 386                     qp_adj = strength * (x264_log2( X264_MAX(energy, 1) ) - (14.427f + 2*(BIT_DEPTH-8)));
 387                 }
 388                 if( quant_offsets )
 389                     qp_adj += quant_offsets[mb_xy];
 390                 frame->f_qp_offset[mb_xy] =
 391                 frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = qp_adj;
 392                 if( h->frames.b_have_lowres )
 393                     frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8(qp_adj);
 394             }
 395     }
 396
 397     /* Remove mean from SSD calculation */
 398     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 399     {
 400         uint64_t ssd = frame->i_pixel_ssd[i];
 401         uint64_t sum = frame->i_pixel_sum[i];
 402         int width  = 16*h->mb.i_mb_width  >> (i && CHROMA_H_SHIFT);
 403         int height = 16*h->mb.i_mb_height >> (i && CHROMA_V_SHIFT);
 404         frame->i_pixel_ssd[i] = ssd - (sum * sum + width * height / 2) / (width * height);
 405     }
 406 }
 407
 408 static int x264_macroblock_tree_rescale_init( x264_t *h, x264_ratecontrol_t *rc )
 409 {
 410     /* Use fractional QP array dimensions to compensate for edge padding */
 411     float srcdim[2] = {rc->mbtree.srcdim[0] / 16.f, rc->mbtree.srcdim[1] / 16.f};
 412     float dstdim[2] = {    h->param.i_width / 16.f,    h->param.i_height / 16.f};
 413     int srcdimi[2] = {ceil(srcdim[0]), ceil(srcdim[1])};
 414     int dstdimi[2] = {ceil(dstdim[0]), ceil(dstdim[1])};
 415     if( PARAM_INTERLACED )
 416     {
 417         srcdimi[1] = (srcdimi[1]+1)&~1;
 418         dstdimi[1] = (dstdimi[1]+1)&~1;
 419     }
 420
 421     rc->mbtree.src_mb_count = srcdimi[0] * srcdimi[1];
 422
 423     CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.qp_buffer[0], rc->mbtree.src_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 424     if( h->param.i_bframe_pyramid && h->param.rc.b_stat_read )
 425         CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.qp_buffer[1], rc->mbtree.src_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 426     rc->mbtree.qpbuf_pos = -1;
 427
 428     /* No rescaling to do */
 429     if( srcdimi[0] == dstdimi[0] && srcdimi[1] == dstdimi[1] )
 430         return 0;
 431
 432     rc->mbtree.rescale_enabled = 1;
 433
 434     /* Allocate intermediate scaling buffers */
 435     CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.scale_buffer[0], srcdimi[0] * srcdimi[1] * sizeof(float) );
 436     CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.scale_buffer[1], dstdimi[0] * srcdimi[1] * sizeof(float) );
 437
 438     /* Allocate and calculate resize filter parameters and coefficients */
 439     for( int i = 0; i < 2; i++ )
 440     {
 441         if( srcdim[i] > dstdim[i] ) // downscale
 442             rc->mbtree.filtersize[i] = 1 + (2 * srcdimi[i] + dstdimi[i] - 1) / dstdimi[i];
 443         else                        // upscale
 444             rc->mbtree.filtersize[i] = 3;
 445
 446         CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.coeffs[i], rc->mbtree.filtersize[i] * dstdimi[i] * sizeof(float) );
 447         CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.pos[i], dstdimi[i] * sizeof(int) );
 448
 449         /* Initialize filter coefficients */
 450         float inc = srcdim[i] / dstdim[i];
 451         float dmul = inc > 1.f ? dstdim[i] / srcdim[i] : 1.f;
 452         float dstinsrc = 0.5f * inc - 0.5f;
 453         int filtersize = rc->mbtree.filtersize[i];
 454         for( int j = 0; j < dstdimi[i]; j++ )
 455         {
 456             int pos = dstinsrc - (filtersize - 2.f) * 0.5f;
 457             float sum = 0.0;
 458             rc->mbtree.pos[i][j] = pos;
 459             for( int k = 0; k < filtersize; k++ )
 460             {
 461                 float d = fabs( pos + k - dstinsrc ) * dmul;
 462                 float coeff = X264_MAX( 1.f - d, 0 );
 463                 rc->mbtree.coeffs[i][j * filtersize + k] = coeff;
 464                 sum += coeff;
 465             }
 466             sum = 1.0f / sum;
 467             for( int k = 0; k < filtersize; k++ )
 468                 rc->mbtree.coeffs[i][j * filtersize + k] *= sum;
 469             dstinsrc += inc;
 470         }
 471     }
 472
 473     /* Write back actual qp array dimensions */
 474     rc->mbtree.srcdim[0] = srcdimi[0];
 475     rc->mbtree.srcdim[1] = srcdimi[1];
 476     return 0;
 477 fail:
 478     return -1;
 479 }
 480
 481 static void x264_macroblock_tree_rescale_destroy( x264_ratecontrol_t *rc )
 482 {
 483     for( int i = 0; i < 2; i++ )
 484     {
 485         x264_free( rc->mbtree.qp_buffer[i] );
 486         x264_free( rc->mbtree.scale_buffer[i] );
 487         x264_free( rc->mbtree.coeffs[i] );
 488         x264_free( rc->mbtree.pos[i] );
 489     }
 490 }
 491
 492 static ALWAYS_INLINE float tapfilter( float *src, int pos, int max, int stride, float *coeff, int filtersize )
 493 {
 494     float sum = 0.f;
 495     for( int i = 0; i < filtersize; i++, pos++ )
 496         sum += src[x264_clip3( pos, 0, max-1 )*stride] * coeff[i];
 497     return sum;
 498 }
 499
 500 static void x264_macroblock_tree_rescale( x264_t *h, x264_ratecontrol_t *rc, float *dst )
 501 {
 502     float *input, *output;
 503     int filtersize, stride, height;
 504
 505     /* H scale first */
 506     input = rc->mbtree.scale_buffer[0];
 507     output = rc->mbtree.scale_buffer[1];
 508     filtersize = rc->mbtree.filtersize[0];
 509     stride = rc->mbtree.srcdim[0];
 510     height = rc->mbtree.srcdim[1];
 511     for( int y = 0; y < height; y++, input += stride, output += h->mb.i_mb_width )
 512     {
 513         float *coeff = rc->mbtree.coeffs[0];
 514         for( int x = 0; x < h->mb.i_mb_width; x++, coeff+=filtersize )
 515             output[x] = tapfilter( input, rc->mbtree.pos[0][x], stride, 1, coeff, filtersize );
 516     }
 517
 518     /* V scale next */
 519     input = rc->mbtree.scale_buffer[1];
 520     output = dst;
 521     filtersize = rc->mbtree.filtersize[1];
 522     stride = h->mb.i_mb_width;
 523     height = rc->mbtree.srcdim[1];
 524     for( int x = 0; x < h->mb.i_mb_width; x++, input++, output++ )
 525     {
 526         float *coeff = rc->mbtree.coeffs[1];
 527         for( int y = 0; y < h->mb.i_mb_height; y++, coeff+=filtersize )
 528             output[y*stride] = tapfilter( input, rc->mbtree.pos[1][y], height, stride, coeff, filtersize );
 529     }
 530 }
 531
 532 int x264_macroblock_tree_read( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 533 {
 534     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 535     uint8_t i_type_actual = rc->entry[frame->i_frame].pict_type;
 536
 537     if( rc->entry[frame->i_frame].kept_as_ref )
 538     {
 539         uint8_t i_type;
 540         if( rc->mbtree.qpbuf_pos < 0 )
 541         {
 542             do
 543             {
 544                 rc->mbtree.qpbuf_pos++;
 545
 546                 if( !fread( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_in ) )
 547                     goto fail;
 548                 if( fread( rc->mbtree.qp_buffer[rc->mbtree.qpbuf_pos], sizeof(uint16_t), rc->mbtree.src_mb_count, rc->p_mbtree_stat_file_in ) != rc->mbtree.src_mb_count )
 549                     goto fail;
 550
 551                 if( i_type != i_type_actual && rc->mbtree.qpbuf_pos == 1 )
 552                 {
 553                     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree frametype %d doesn't match actual frametype %d.\n", i_type, i_type_actual );
 554                     return -1;
 555                 }
 556             } while( i_type != i_type_actual );
 557         }
 558
 559         float *dst = rc->mbtree.rescale_enabled ? rc->mbtree.scale_buffer[0] : frame->f_qp_offset;
 560         for( int i = 0; i < rc->mbtree.src_mb_count; i++ )
 561         {
 562             int16_t qp_fix8 = endian_fix16( rc->mbtree.qp_buffer[rc->mbtree.qpbuf_pos][i] );
 563             dst[i] = qp_fix8 * (1.f/256.f);
 564         }
 565         if( rc->mbtree.rescale_enabled )
 566             x264_macroblock_tree_rescale( h, rc, frame->f_qp_offset );
 567         if( h->frames.b_have_lowres )
 568             for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
 569                 frame->i_inv_qscale_factor[i] = x264_exp2fix8( frame->f_qp_offset[i] );
 570         rc->mbtree.qpbuf_pos--;
 571     }
 572     else
 573         x264_stack_align( x264_adaptive_quant_frame, h, frame, quant_offsets );
 574     return 0;
 575 fail:
 576     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "Incomplete MB-tree stats file.\n" );
 577     return -1;
 578 }
 579
 580 int x264_reference_build_list_optimal( x264_t *h )
 581 {
 582     ratecontrol_entry_t *rce = h->rc->rce;
 583     x264_frame_t *frames[16];
 584     x264_weight_t weights[16][3];
 585     int refcount[16];
 586
 587     if( rce->refs != h->i_ref[0] )
 588         return -1;
 589
 590     memcpy( frames, h->fref[0], sizeof(frames) );
 591     memcpy( refcount, rce->refcount, sizeof(refcount) );
 592     memcpy( weights, h->fenc->weight, sizeof(weights) );
 593     memset( &h->fenc->weight[1][0], 0, sizeof(x264_weight_t[15][3]) );
 594
 595     /* For now don't reorder ref 0; it seems to lower quality
 596        in most cases due to skips. */
 597     for( int ref = 1; ref < h->i_ref[0]; ref++ )
 598     {
 599         int max = -1;
 600         int bestref = 1;
 601
 602         for( int i = 1; i < h->i_ref[0]; i++ )
 603             /* Favor lower POC as a tiebreaker. */
 604             COPY2_IF_GT( max, refcount[i], bestref, i );
 605
 606         /* FIXME: If there are duplicates from frames other than ref0 then it is possible
 607          * that the optimal ordering doesnt place every duplicate. */
 608
 609         refcount[bestref] = -1;
 610         h->fref[0][ref] = frames[bestref];
 611         memcpy( h->fenc->weight[ref], weights[bestref], sizeof(weights[bestref]) );
 612     }
 613
 614     return 0;
 615 }
 616
 617 static char *x264_strcat_filename( char *input, char *suffix )
 618 {
 619     char *output = x264_malloc( strlen( input ) + strlen( suffix ) + 1 );
 620     if( !output )
 621         return NULL;
 622     strcpy( output, input );
 623     strcat( output, suffix );
 624     return output;
 625 }
 626
 627 void x264_ratecontrol_init_reconfigurable( x264_t *h, int b_init )
 628 {
 629     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 630     if( !b_init && rc->b_2pass )
 631         return;
 632
 633     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
 634     {
 635         /* Arbitrary rescaling to make CRF somewhat similar to QP.
 636          * Try to compensate for MB-tree's effects as well. */
 637         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
 638         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
 639         rc->rate_factor_constant = pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
 640                                  / qp2qscale( h->param.rc.f_rf_constant + mbtree_offset + QP_BD_OFFSET );
 641     }
 642
 643     if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate > 0 && h->param.rc.i_vbv_buffer_size > 0 )
 644     {
 645         /* We don't support changing the ABR bitrate right now,
 646            so if the stream starts as CBR, keep it CBR. */
 647         if( rc->b_vbv_min_rate )
 648             h->param.rc.i_vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_bitrate;
 649
 650         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size < (int)(h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps) )
 651         {
 652             h->param.rc.i_vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps;
 653             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV buffer size cannot be smaller than one frame, using %d kbit\n",
 654                       h->param.rc.i_vbv_buffer_size );
 655         }
 656
 657         int kilobit_size = h->param.i_avcintra_class ? 1024 : 1000;
 658         int vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_buffer_size * kilobit_size;
 659         int vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate * kilobit_size;
 660
 661         /* Init HRD */
 662         if( h->param.i_nal_hrd && b_init )
 663         {
 664             h->sps->vui.hrd.i_cpb_cnt = 1;
 665             h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd = h->param.i_nal_hrd == X264_NAL_HRD_CBR;
 666             h->sps->vui.hrd.i_time_offset_length = 0;
 667
 668             #define BR_SHIFT  6
 669             #define CPB_SHIFT 4
 670
 671             // normalize HRD size and rate to the value / scale notation
 672             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale = x264_clip3( x264_ctz( vbv_max_bitrate ) - BR_SHIFT, 0, 15 );
 673             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_value = vbv_max_bitrate >> ( h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale + BR_SHIFT );
 674             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 );
 675             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale = x264_clip3( x264_ctz( vbv_buffer_size ) - CPB_SHIFT, 0, 15 );
 676             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_value = vbv_buffer_size >> ( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale + CPB_SHIFT );
 677             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 );
 678
 679             #undef CPB_SHIFT
 680             #undef BR_SHIFT
 681
 682             // arbitrary
 683             #define MAX_DURATION 0.5
 684
 685             int max_cpb_output_delay = X264_MIN( h->param.i_keyint_max * MAX_DURATION * h->sps->vui.i_time_scale / h->sps->vui.i_num_units_in_tick, INT_MAX );
 686             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;
 687             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);
 688
 689             h->sps->vui.hrd.i_initial_cpb_removal_delay_length = 2 + x264_clip3( 32 - x264_clz( max_delay ), 4, 22 );
 690             h->sps->vui.hrd.i_cpb_removal_delay_length = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_cpb_output_delay ), 4, 31 );
 691             h->sps->vui.hrd.i_dpb_output_delay_length  = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_dpb_output_delay ), 4, 31 );
 692
 693             #undef MAX_DURATION
 694
 695             vbv_buffer_size = h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled;
 696             vbv_max_bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
 697         }
 698         else if( h->param.i_nal_hrd && !b_init )
 699         {
 700             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV parameters cannot be changed when NAL HRD is in use\n" );
 701             return;
 702         }
 703         h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled = vbv_max_bitrate;
 704         h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled = vbv_buffer_size;
 705
 706         if( rc->b_vbv_min_rate )
 707             rc->bitrate = (double)h->param.rc.i_bitrate * kilobit_size;
 708         rc->buffer_rate = vbv_max_bitrate / rc->fps;
 709         rc->vbv_max_rate = vbv_max_bitrate;
 710         rc->buffer_size = vbv_buffer_size;
 711         rc->single_frame_vbv = rc->buffer_rate * 1.1 > rc->buffer_size;
 712         rc->cbr_decay = 1.0 - rc->buffer_rate / rc->buffer_size
 713                       * 0.5 * X264_MAX(0, 1.5 - rc->buffer_rate * rc->fps / rc->bitrate);
 714         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.f_rf_constant_max )
 715         {
 716             rc->rate_factor_max_increment = h->param.rc.f_rf_constant_max - h->param.rc.f_rf_constant;
 717             if( rc->rate_factor_max_increment <= 0 )
 718             {
 719                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CRF max must be greater than CRF\n" );
 720                 rc->rate_factor_max_increment = 0;
 721             }
 722         }
 723         if( b_init )
 724         {
 725             if( h->param.rc.f_vbv_buffer_init > 1. )
 726                 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 );
 727             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);
 728             rc->buffer_fill_final =
 729             rc->buffer_fill_final_min = rc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init * h->sps->vui.i_time_scale;
 730             rc->b_vbv = 1;
 731             rc->b_vbv_min_rate = !rc->b_2pass
 732                           && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR
 733                           && h->param.rc.i_vbv_max_bitrate <= h->param.rc.i_bitrate;
 734         }
 735     }
 736 }
 737
 738 int x264_ratecontrol_new( x264_t *h )
 739 {
 740     x264_ratecontrol_t *rc;
 741
 742     x264_emms();
 743
 744     CHECKED_MALLOCZERO( h->rc, h->param.i_threads * sizeof(x264_ratecontrol_t) );
 745     rc = h->rc;
 746
 747     rc->b_abr = h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CQP && !h->param.rc.b_stat_read;
 748     rc->b_2pass = h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && h->param.rc.b_stat_read;
 749
 750     /* FIXME: use integers */
 751     if( h->param.i_fps_num > 0 && h->param.i_fps_den > 0 )
 752         rc->fps = (float) h->param.i_fps_num / h->param.i_fps_den;
 753     else
 754         rc->fps = 25.0;
 755
 756     if( h->param.rc.b_mb_tree )
 757     {
 758         h->param.rc.f_pb_factor = 1;
 759         rc->qcompress = 1;
 760     }
 761     else
 762         rc->qcompress = h->param.rc.f_qcompress;
 763
 764     rc->bitrate = h->param.rc.i_bitrate * (h->param.i_avcintra_class ? 1024. : 1000.);
 765     rc->rate_tolerance = h->param.rc.f_rate_tolerance;
 766     rc->nmb = h->mb.i_mb_count;
 767     rc->last_non_b_pict_type = -1;
 768     rc->cbr_decay = 1.0;
 769
 770     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.b_stat_read )
 771     {
 772         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "constant rate-factor is incompatible with 2pass.\n" );
 773         return -1;
 774     }
 775
 776     x264_ratecontrol_init_reconfigurable( h, 1 );
 777
 778     if( h->param.i_nal_hrd )
 779     {
 780         uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
 781         uint64_t num = 90000;
 782         x264_reduce_fraction64( &num, &denom );
 783         rc->hrd_multiply_denom = 90000 / num;
 784
 785         double bits_required = log2( 90000 / rc->hrd_multiply_denom )
 786                              + log2( h->sps->vui.i_time_scale )
 787                              + log2( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled );
 788         if( bits_required >= 63 )
 789         {
 790             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "HRD with very large timescale and bufsize not supported\n" );
 791             return -1;
 792         }
 793     }
 794
 795     if( rc->rate_tolerance < 0.01 )
 796     {
 797         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "bitrate tolerance too small, using .01\n" );
 798         rc->rate_tolerance = 0.01;
 799     }
 800
 801     h->mb.b_variable_qp = rc->b_vbv || h->param.rc.i_aq_mode;
 802
 803     if( rc->b_abr )
 804     {
 805         /* FIXME ABR_INIT_QP is actually used only in CRF */
 806 #define ABR_INIT_QP (( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF ? h->param.rc.f_rf_constant : 24 ) + QP_BD_OFFSET)
 807         rc->accum_p_norm = .01;
 808         rc->accum_p_qp = ABR_INIT_QP * rc->accum_p_norm;
 809         /* estimated ratio that produces a reasonable QP for the first I-frame */
 810         rc->cplxr_sum = .01 * pow( 7.0e5, rc->qcompress ) * pow( h->mb.i_mb_count, 0.5 );
 811         rc->wanted_bits_window = 1.0 * rc->bitrate / rc->fps;
 812         rc->last_non_b_pict_type = SLICE_TYPE_I;
 813     }
 814
 815     rc->ip_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_ip_factor );
 816     rc->pb_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_pb_factor );
 817     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = h->param.rc.i_qp_constant;
 818     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant - rc->ip_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
 819     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant + rc->pb_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
 820     h->mb.ip_offset = rc->ip_offset + 0.5;
 821
 822     rc->lstep = pow( 2, h->param.rc.i_qp_step / 6.0 );
 823     rc->last_qscale = qp2qscale( 26 );
 824     int num_preds = h->param.b_sliced_threads * h->param.i_threads + 1;
 825     CHECKED_MALLOC( rc->pred, 5 * sizeof(predictor_t) * num_preds );
 826     CHECKED_MALLOC( rc->pred_b_from_p, sizeof(predictor_t) );
 827     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 828     {
 829         rc->last_qscale_for[i] = qp2qscale( ABR_INIT_QP );
 830         rc->lmin[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
 831         rc->lmax[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
 832         for( int j = 0; j < num_preds; j++ )
 833         {
 834             rc->pred[i+j*5].coeff_min = 2.0 / 4;
 835             rc->pred[i+j*5].coeff = 2.0;
 836             rc->pred[i+j*5].count = 1.0;
 837             rc->pred[i+j*5].decay = 0.5;
 838             rc->pred[i+j*5].offset = 0.0;
 839         }
 840         for( int j = 0; j < 2; j++ )
 841         {
 842             rc->row_preds[i][j].coeff_min = .25 / 4;
 843             rc->row_preds[i][j].coeff = .25;
 844             rc->row_preds[i][j].count = 1.0;
 845             rc->row_preds[i][j].decay = 0.5;
 846             rc->row_preds[i][j].offset = 0.0;
 847         }
 848     }
 849     *rc->pred_b_from_p = rc->pred[0];
 850
 851     if( parse_zones( h ) < 0 )
 852     {
 853         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to parse zones\n" );
 854         return -1;
 855     }
 856
 857     /* Load stat file and init 2pass algo */
 858     if( h->param.rc.b_stat_read )
 859     {
 860         char *p, *stats_in, *stats_buf;
 861
 862         /* read 1st pass stats */
 863         assert( h->param.rc.psz_stat_in );
 864         stats_buf = stats_in = x264_slurp_file( h->param.rc.psz_stat_in );
 865         if( !stats_buf )
 866         {
 867             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n" );
 868             return -1;
 869         }
 870         if( h->param.rc.b_mb_tree )
 871         {
 872             char *mbtree_stats_in = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_in, ".mbtree" );
 873             if( !mbtree_stats_in )
 874                 return -1;
 875             rc->p_mbtree_stat_file_in = x264_fopen( mbtree_stats_in, "rb" );
 876             x264_free( mbtree_stats_in );
 877             if( !rc->p_mbtree_stat_file_in )
 878             {
 879                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n" );
 880                 return -1;
 881             }
 882         }
 883
 884         /* check whether 1st pass options were compatible with current options */
 885         if( strncmp( stats_buf, "#options:", 9 ) )
 886         {
 887             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "options list in stats file not valid\n" );
 888             return -1;
 889         }
 890
 891         float res_factor, res_factor_bits;
 892         {
 893             int i, j;
 894             uint32_t k, l;
 895             char *opts = stats_buf;
 896             stats_in = strchr( stats_buf, '\n' );
 897             if( !stats_in )
 898                 return -1;
 899             *stats_in = '\0';
 900             stats_in++;
 901             if( sscanf( opts, "#options: %dx%d", &i, &j ) != 2 )
 902             {
 903                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "resolution specified in stats file not valid\n" );
 904                 return -1;
 905             }
 906             else if( h->param.rc.b_mb_tree )
 907             {
 908                 rc->mbtree.srcdim[0] = i;
 909                 rc->mbtree.srcdim[1] = j;
 910             }
 911             res_factor = (float)h->param.i_width * h->param.i_height / (i*j);
 912             /* Change in bits relative to resolution isn't quite linear on typical sources,
 913              * so we'll at least try to roughly approximate this effect. */
 914             res_factor_bits = powf( res_factor, 0.7 );
 915
 916             if( !( p = strstr( opts, "timebase=" ) ) || sscanf( p, "timebase=%u/%u", &k, &l ) != 2 )
 917             {
 918                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase specified in stats file not valid\n" );
 919                 return -1;
 920             }
 921             if( k != h->param.i_timebase_num || l != h->param.i_timebase_den )
 922             {
 923                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase mismatch with 1st pass (%u/%u vs %u/%u)\n",
 924                           h->param.i_timebase_num, h->param.i_timebase_den, k, l );
 925                 return -1;
 926             }
 927
 928             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bitdepth", BIT_DEPTH );
 929             CMP_OPT_FIRST_PASS( "weightp", X264_MAX( 0, h->param.analyse.i_weighted_pred ) );
 930             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bframes", h->param.i_bframe );
 931             CMP_OPT_FIRST_PASS( "b_pyramid", h->param.i_bframe_pyramid );
 932             CMP_OPT_FIRST_PASS( "intra_refresh", h->param.b_intra_refresh );
 933             CMP_OPT_FIRST_PASS( "open_gop", h->param.b_open_gop );
 934             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bluray_compat", h->param.b_bluray_compat );
 935
 936             if( (p = strstr( opts, "interlaced=" )) )
 937             {
 938                 char *current = h->param.b_interlaced ? h->param.b_tff ? "tff" : "bff" : h->param.b_fake_interlaced ? "fake" : "0";
 939                 char buf[5];
 940                 sscanf( p, "interlaced=%4s", buf );
 941                 if( strcmp( current, buf ) )
 942                 {
 943                     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different interlaced setting than first pass (%s vs %s)\n", current, buf );
 944                     return -1;
 945                 }
 946             }
 947
 948             if( (p = strstr( opts, "keyint=" )) )
 949             {
 950                 p += 7;
 951                 char buf[13] = "infinite ";
 952                 if( h->param.i_keyint_max != X264_KEYINT_MAX_INFINITE )
 953                     sprintf( buf, "%d ", h->param.i_keyint_max );
 954                 if( strncmp( p, buf, strlen(buf) ) )
 955                 {
 956                     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different keyint setting than first pass (%.*s vs %.*s)\n",
 957                               strlen(buf)-1, buf, strcspn(p, " "), p );
 958                     return -1;
 959                 }
 960             }
 961
 962             if( strstr( opts, "qp=0" ) && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
 963                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "1st pass was lossless, bitrate prediction will be inaccurate\n" );
 964
 965             if( !strstr( opts, "direct=3" ) && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
 966             {
 967                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "direct=auto not used on the first pass\n" );
 968                 h->mb.b_direct_auto_write = 1;
 969             }
 970
 971             if( ( p = strstr( opts, "b_adapt=" ) ) && sscanf( p, "b_adapt=%d", &i ) && i >= X264_B_ADAPT_NONE && i <= X264_B_ADAPT_TRELLIS )
 972                 h->param.i_bframe_adaptive = i;
 973             else if( h->param.i_bframe )
 974             {
 975                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "b_adapt method specified in stats file not valid\n" );
 976                 return -1;
 977             }
 978
 979             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 ) )
 980                 h->param.rc.i_lookahead = i;
 981         }
 982
 983         /* find number of pics */
 984         p = stats_in;
 985         int num_entries;
 986         for( num_entries = -1; p; num_entries++ )
 987             p = strchr( p + 1, ';' );
 988         if( !num_entries )
 989         {
 990             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "empty stats file\n" );
 991             return -1;
 992         }
 993         rc->num_entries = num_entries;
 994
 995         if( h->param.i_frame_total < rc->num_entries && h->param.i_frame_total > 0 )
 996         {
 997             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "2nd pass has fewer frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
 998                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
 999         }
1000         if( h->param.i_frame_total > rc->num_entries )
1001         {
1002             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
1003                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
1004             return -1;
1005         }
1006
1007         CHECKED_MALLOCZERO( rc->entry, rc->num_entries * sizeof(ratecontrol_entry_t) );
1008
1009         /* init all to skipped p frames */
1010         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
1011         {
1012             ratecontrol_entry_t *rce = &rc->entry[i];
1013             rce->pict_type = SLICE_TYPE_P;
1014             rce->qscale = rce->new_qscale = qp2qscale( 20 );
1015             rce->misc_bits = rc->nmb + 10;
1016             rce->new_qp = 0;
1017         }
1018
1019         /* read stats */
1020         p = stats_in;
1021         double total_qp_aq = 0;
1022         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
1023         {
1024             ratecontrol_entry_t *rce;
1025             int frame_number;
1026             char pict_type;
1027             int e;
1028             char *next;
1029             float qp_rc, qp_aq;
1030             int ref;
1031
1032             next= strchr(p, ';');
1033             if( next )
1034                 *next++ = 0; //sscanf is unbelievably slow on long strings
1035             e = sscanf( p, " in:%d ", &frame_number );
1036
1037             if( frame_number < 0 || frame_number >= rc->num_entries )
1038             {
1039                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad frame number (%d) at stats line %d\n", frame_number, i );
1040                 return -1;
1041             }
1042             rce = &rc->entry[frame_number];
1043             rce->direct_mode = 0;
1044
1045             e += sscanf( p, " in:%*d out:%*d type:%c dur:%"SCNd64" cpbdur:%"SCNd64" q:%f aq:%f tex:%d mv:%d misc:%d imb:%d pmb:%d smb:%d d:%c",
1046                    &pict_type, &rce->i_duration, &rce->i_cpb_duration, &qp_rc, &qp_aq, &rce->tex_bits,
1047                    &rce->mv_bits, &rce->misc_bits, &rce->i_count, &rce->p_count,
1048                    &rce->s_count, &rce->direct_mode );
1049             rce->tex_bits  *= res_factor_bits;
1050             rce->mv_bits   *= res_factor_bits;
1051             rce->misc_bits *= res_factor_bits;
1052             rce->i_count   *= res_factor;
1053             rce->p_count   *= res_factor;
1054             rce->s_count   *= res_factor;
1055
1056             p = strstr( p, "ref:" );
1057             if( !p )
1058                 goto parse_error;
1059             p += 4;
1060             for( ref = 0; ref < 16; ref++ )
1061             {
1062                 if( sscanf( p, " %d", &rce->refcount[ref] ) != 1 )
1063                     break;
1064                 p = strchr( p+1, ' ' );
1065                 if( !p )
1066                     goto parse_error;
1067             }
1068             rce->refs = ref;
1069
1070             /* find weights */
1071             rce->i_weight_denom[0] = rce->i_weight_denom[1] = -1;
1072             char *w = strchr( p, 'w' );
1073             if( w )
1074             {
1075                 int count = sscanf( w, "w:%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd",
1076                                     &rce->i_weight_denom[0], &rce->weight[0][0], &rce->weight[0][1],
1077                                     &rce->i_weight_denom[1], &rce->weight[1][0], &rce->weight[1][1],
1078                                     &rce->weight[2][0], &rce->weight[2][1] );
1079                 if( count == 3 )
1080                     rce->i_weight_denom[1] = -1;
1081                 else if ( count != 8 )
1082                     rce->i_weight_denom[0] = rce->i_weight_denom[1] = -1;
1083             }
1084
1085             if( pict_type != 'b' )
1086                 rce->kept_as_ref = 1;
1087             switch( pict_type )
1088             {
1089                 case 'I':
1090                     rce->frame_type = X264_TYPE_IDR;
1091                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
1092                     break;
1093                 case 'i':
1094                     rce->frame_type = X264_TYPE_I;
1095                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
1096                     break;
1097                 case 'P':
1098                     rce->frame_type = X264_TYPE_P;
1099                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_P;
1100                     break;
1101                 case 'B':
1102                     rce->frame_type = X264_TYPE_BREF;
1103                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
1104                     break;
1105                 case 'b':
1106                     rce->frame_type = X264_TYPE_B;
1107                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
1108                     break;
1109                 default:  e = -1; break;
1110             }
1111             if( e < 13 )
1112             {
1113 parse_error:
1114                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "statistics are damaged at line %d, parser out=%d\n", i, e );
1115                 return -1;
1116             }
1117             rce->qscale = qp2qscale( qp_rc );
1118             total_qp_aq += qp_aq;
1119             p = next;
1120         }
1121         if( !h->param.b_stitchable )
1122             h->pps->i_pic_init_qp = SPEC_QP( (int)(total_qp_aq / rc->num_entries + 0.5) );
1123
1124         x264_free( stats_buf );
1125
1126         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
1127         {
1128             if( init_pass2( h ) < 0 )
1129                 return -1;
1130         } /* else we're using constant quant, so no need to run the bitrate allocation */
1131     }
1132
1133     /* Open output file */
1134     /* If input and output files are the same, output to a temp file
1135      * and move it to the real name only when it's complete */
1136     if( h->param.rc.b_stat_write )
1137     {
1138         char *p;
1139         rc->psz_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".temp" );
1140         if( !rc->psz_stat_file_tmpname )
1141             return -1;
1142
1143         rc->p_stat_file_out = x264_fopen( rc->psz_stat_file_tmpname, "wb" );
1144         if( rc->p_stat_file_out == NULL )
1145         {
1146             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n" );
1147             return -1;
1148         }
1149
1150         p = x264_param2string( &h->param, 1 );
1151         if( p )
1152             fprintf( rc->p_stat_file_out, "#options: %s\n", p );
1153         x264_free( p );
1154         if( h->param.rc.b_mb_tree && !h->param.rc.b_stat_read )
1155         {
1156             rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree.temp" );
1157             rc->psz_mbtree_stat_file_name = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree" );
1158             if( !rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname || !rc->psz_mbtree_stat_file_name )
1159                 return -1;
1160
1161             rc->p_mbtree_stat_file_out = x264_fopen( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, "wb" );
1162             if( rc->p_mbtree_stat_file_out == NULL )
1163             {
1164                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n" );
1165                 return -1;
1166             }
1167         }
1168     }
1169
1170     if( h->param.rc.b_mb_tree && (h->param.rc.b_stat_read || h->param.rc.b_stat_write) )
1171     {
1172         if( !h->param.rc.b_stat_read )
1173         {
1174             rc->mbtree.srcdim[0] = h->param.i_width;
1175             rc->mbtree.srcdim[1] = h->param.i_height;
1176         }
1177         if( x264_macroblock_tree_rescale_init( h, rc ) < 0 )
1178             return -1;
1179     }
1180
1181     for( int i = 0; i<h->param.i_threads; i++ )
1182     {
1183         h->thread[i]->rc = rc+i;
1184         if( i )
1185         {
1186             rc[i] = rc[0];
1187             h->thread[i]->param = h->param;
1188             h->thread[i]->mb.b_variable_qp = h->mb.b_variable_qp;
1189             h->thread[i]->mb.ip_offset = h->mb.ip_offset;
1190         }
1191     }
1192
1193     return 0;
1194 fail:
1195     return -1;
1196 }
1197
1198 static int parse_zone( x264_t *h, x264_zone_t *z, char *p )
1199 {
1200     int len = 0;
1201     char *tok, UNUSED *saveptr=NULL;
1202     z->param = NULL;
1203     z->f_bitrate_factor = 1;
1204     if( 3 <= sscanf(p, "%d,%d,q=%d%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->i_qp, &len) )
1205         z->b_force_qp = 1;
1206     else if( 3 <= sscanf(p, "%d,%d,b=%f%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->f_bitrate_factor, &len) )
1207         z->b_force_qp = 0;
1208     else if( 2 <= sscanf(p, "%d,%d%n", &z->i_start, &z->i_end, &len) )
1209         z->b_force_qp = 0;
1210     else
1211     {
1212         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: \"%s\"\n", p );
1213         return -1;
1214     }
1215     p += len;
1216     if( !*p )
1217         return 0;
1218     CHECKED_MALLOC( z->param, sizeof(x264_param_t) );
1219     memcpy( z->param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
1220     z->param->param_free = x264_free;
1221     while( (tok = strtok_r( p, ",", &saveptr )) )
1222     {
1223         char *val = strchr( tok, '=' );
1224         if( val )
1225         {
1226             *val = '\0';
1227             val++;
1228         }
1229         if( x264_param_parse( z->param, tok, val ) )
1230         {
1231             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone param: %s = %s\n", tok, val );
1232             return -1;
1233         }
1234         p = NULL;
1235     }
1236     return 0;
1237 fail:
1238     return -1;
1239 }
1240
1241 static int parse_zones( x264_t *h )
1242 {
1243     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1244     if( h->param.rc.psz_zones && !h->param.rc.i_zones )
1245     {
1246         char *psz_zones, *p;
1247         CHECKED_MALLOC( psz_zones, strlen( h->param.rc.psz_zones )+1 );
1248         strcpy( psz_zones, h->param.rc.psz_zones );
1249         h->param.rc.i_zones = 1;
1250         for( p = psz_zones; *p; p++ )
1251             h->param.rc.i_zones += (*p == '/');
1252         CHECKED_MALLOC( h->param.rc.zones, h->param.rc.i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1253         p = psz_zones;
1254         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1255         {
1256             int i_tok = strcspn( p, "/" );
1257             p[i_tok] = 0;
1258             if( parse_zone( h, &h->param.rc.zones[i], p ) )
1259                 return -1;
1260             p += i_tok + 1;
1261         }
1262         x264_free( psz_zones );
1263     }
1264
1265     if( h->param.rc.i_zones > 0 )
1266     {
1267         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1268         {
1269             x264_zone_t z = h->param.rc.zones[i];
1270             if( z.i_start < 0 || z.i_start > z.i_end )
1271             {
1272                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: start=%d end=%d\n",
1273                           z.i_start, z.i_end );
1274                 return -1;
1275             }
1276             else if( !z.b_force_qp && z.f_bitrate_factor <= 0 )
1277             {
1278                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: bitrate_factor=%f\n",
1279                           z.f_bitrate_factor );
1280                 return -1;
1281             }
1282         }
1283
1284         rc->i_zones = h->param.rc.i_zones + 1;
1285         CHECKED_MALLOC( rc->zones, rc->i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1286         memcpy( rc->zones+1, h->param.rc.zones, (rc->i_zones-1) * sizeof(x264_zone_t) );
1287
1288         // default zone to fall back to if none of the others match
1289         rc->zones[0].i_start = 0;
1290         rc->zones[0].i_end = INT_MAX;
1291         rc->zones[0].b_force_qp = 0;
1292         rc->zones[0].f_bitrate_factor = 1;
1293         CHECKED_MALLOC( rc->zones[0].param, sizeof(x264_param_t) );
1294         memcpy( rc->zones[0].param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
1295         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1296         {
1297             if( !rc->zones[i].param )
1298                 rc->zones[i].param = rc->zones[0].param;
1299         }
1300     }
1301
1302     return 0;
1303 fail:
1304     return -1;
1305 }
1306
1307 static x264_zone_t *get_zone( x264_t *h, int frame_num )
1308 {
1309     for( int i = h->rc->i_zones - 1; i >= 0; i-- )
1310     {
1311         x264_zone_t *z = &h->rc->zones[i];
1312         if( frame_num >= z->i_start && frame_num <= z->i_end )
1313             return z;
1314     }
1315     return NULL;
1316 }
1317
1318 void x264_ratecontrol_summary( x264_t *h )
1319 {
1320     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1321     if( rc->b_abr && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && rc->cbr_decay > .9999 )
1322     {
1323         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
1324         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
1325         x264_log( h, X264_LOG_INFO, "final ratefactor: %.2f\n",
1326                   qscale2qp( pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
1327                              * rc->cplxr_sum / rc->wanted_bits_window ) - mbtree_offset - QP_BD_OFFSET );
1328     }
1329 }
1330
1331 void x264_ratecontrol_delete( x264_t *h )
1332 {
1333     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1334     int b_regular_file;
1335
1336     if( rc->p_stat_file_out )
1337     {
1338         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_stat_file_out );
1339         fclose( rc->p_stat_file_out );
1340         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1341             if( x264_rename( rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out ) != 0 )
1342             {
1343                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1344                           rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out );
1345             }
1346         x264_free( rc->psz_stat_file_tmpname );
1347     }
1348     if( rc->p_mbtree_stat_file_out )
1349     {
1350         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1351         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1352         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1353             if( x264_rename( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name ) != 0 )
1354             {
1355                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1356                           rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1357             }
1358         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname );
1359         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1360     }
1361     if( rc->p_mbtree_stat_file_in )
1362         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_in );
1363     x264_free( rc->pred );
1364     x264_free( rc->pred_b_from_p );
1365     x264_free( rc->entry );
1366     x264_macroblock_tree_rescale_destroy( rc );
1367     if( rc->zones )
1368     {
1369         x264_free( rc->zones[0].param );
1370         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1371             if( rc->zones[i].param != rc->zones[0].param && rc->zones[i].param->param_free )
1372                 rc->zones[i].param->param_free( rc->zones[i].param );
1373         x264_free( rc->zones );
1374     }
1375     x264_free( rc );
1376 }
1377
1378 static void accum_p_qp_update( x264_t *h, float qp )
1379 {
1380     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1381     rc->accum_p_qp   *= .95;
1382     rc->accum_p_norm *= .95;
1383     rc->accum_p_norm += 1;
1384     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I )
1385         rc->accum_p_qp += qp + rc->ip_offset;
1386     else
1387         rc->accum_p_qp += qp;
1388 }
1389
1390 /* Before encoding a frame, choose a QP for it */
1391 void x264_ratecontrol_start( x264_t *h, int i_force_qp, int overhead )
1392 {
1393     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1394     ratecontrol_entry_t *rce = NULL;
1395     x264_zone_t *zone = get_zone( h, h->fenc->i_frame );
1396     float q;
1397
1398     x264_emms();
1399
1400     if( zone && (!rc->prev_zone || zone->param != rc->prev_zone->param) )
1401         x264_encoder_reconfig_apply( h, zone->param );
1402     rc->prev_zone = zone;
1403
1404     if( h->param.rc.b_stat_read )
1405     {
1406         int frame = h->fenc->i_frame;
1407         assert( frame >= 0 && frame < rc->num_entries );
1408         rce = h->rc->rce = &h->rc->entry[frame];
1409
1410         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B
1411             && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
1412         {
1413             h->sh.b_direct_spatial_mv_pred = ( rce->direct_mode == 's' );
1414             h->mb.b_direct_auto_read = ( rce->direct_mode == 's' || rce->direct_mode == 't' );
1415         }
1416     }
1417
1418     if( rc->b_vbv )
1419     {
1420         memset( h->fdec->i_row_bits, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(int) );
1421         memset( h->fdec->f_row_qp, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(float) );
1422         memset( h->fdec->f_row_qscale, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(float) );
1423         rc->row_pred = rc->row_preds[h->sh.i_type];
1424         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;
1425         update_vbv_plan( h, overhead );
1426
1427         const x264_level_t *l = x264_levels;
1428         while( l->level_idc != 0 && l->level_idc != h->param.i_level_idc )
1429             l++;
1430
1431         int mincr = l->mincr;
1432
1433         if( h->param.b_bluray_compat )
1434             mincr = 4;
1435
1436         /* Profiles above High don't require minCR, so just set the maximum to a large value. */
1437         if( h->sps->i_profile_idc > PROFILE_HIGH )
1438             rc->frame_size_maximum = 1e9;
1439         else
1440         {
1441             /* The spec has a bizarre special case for the first frame. */
1442             if( h->i_frame == 0 )
1443             {
1444                 //384 * ( Max( PicSizeInMbs, fR * MaxMBPS ) + MaxMBPS * ( tr( 0 ) - tr,n( 0 ) ) ) / MinCR
1445                 double fr = 1. / 172;
1446                 int pic_size_in_mbs = h->mb.i_mb_width * h->mb.i_mb_height;
1447                 rc->frame_size_maximum = 384 * BIT_DEPTH * X264_MAX( pic_size_in_mbs, fr*l->mbps ) / mincr;
1448             }
1449             else
1450             {
1451                 //384 * MaxMBPS * ( tr( n ) - tr( n - 1 ) ) / MinCR
1452                 rc->frame_size_maximum = 384 * BIT_DEPTH * ((double)h->fenc->i_cpb_duration * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale) * l->mbps / mincr;
1453             }
1454         }
1455     }
1456
1457     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1458         rc->bframes = h->fenc->i_bframes;
1459
1460     if( rc->b_abr )
1461     {
1462         q = qscale2qp( rate_estimate_qscale( h ) );
1463     }
1464     else if( rc->b_2pass )
1465     {
1466         rce->new_qscale = rate_estimate_qscale( h );
1467         q = qscale2qp( rce->new_qscale );
1468     }
1469     else /* CQP */
1470     {
1471         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B && h->fdec->b_kept_as_ref )
1472             q = ( rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_B ] + rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_P ] ) / 2;
1473         else
1474             q = rc->qp_constant[ h->sh.i_type ];
1475
1476         if( zone )
1477         {
1478             if( zone->b_force_qp )
1479                 q += zone->i_qp - rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P];
1480             else
1481                 q -= 6*log2f( zone->f_bitrate_factor );
1482         }
1483     }
1484     if( i_force_qp != X264_QP_AUTO )
1485         q = i_force_qp - 1;
1486
1487     q = x264_clip3f( q, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1488
1489     rc->qpa_rc = rc->qpa_rc_prev =
1490     rc->qpa_aq = rc->qpa_aq_prev = 0;
1491     rc->qp = x264_clip3( q + 0.5f, 0, QP_MAX );
1492     h->fdec->f_qp_avg_rc =
1493     h->fdec->f_qp_avg_aq =
1494     rc->qpm = q;
1495     if( rce )
1496         rce->new_qp = rc->qp;
1497
1498     accum_p_qp_update( h, rc->qpm );
1499
1500     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1501         rc->last_non_b_pict_type = h->sh.i_type;
1502 }
1503
1504 static float predict_row_size( x264_t *h, int y, float qscale )
1505 {
1506     /* average between two predictors:
1507      * absolute SATD, and scaled bit cost of the colocated row in the previous frame */
1508     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1509     float pred_s = predict_size( &rc->row_pred[0], qscale, h->fdec->i_row_satd[y] );
1510     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I || qscale >= h->fref[0][0]->f_row_qscale[y] )
1511     {
1512         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P
1513             && h->fref[0][0]->i_type == h->fdec->i_type
1514             && h->fref[0][0]->f_row_qscale[y] > 0
1515             && h->fref[0][0]->i_row_satd[y] > 0
1516             && (abs(h->fref[0][0]->i_row_satd[y] - h->fdec->i_row_satd[y]) < h->fdec->i_row_satd[y]/2))
1517         {
1518             float pred_t = h->fref[0][0]->i_row_bits[y] * h->fdec->i_row_satd[y] / h->fref[0][0]->i_row_satd[y]
1519                          * h->fref[0][0]->f_row_qscale[y] / qscale;
1520             return (pred_s + pred_t) * 0.5f;
1521         }
1522         return pred_s;
1523     }
1524     /* Our QP is lower than the reference! */
1525     else
1526     {
1527         float pred_intra = predict_size( &rc->row_pred[1], qscale, h->fdec->i_row_satds[0][0][y] );
1528         /* Sum: better to overestimate than underestimate by using only one of the two predictors. */
1529         return pred_intra + pred_s;
1530     }
1531 }
1532
1533 static int row_bits_so_far( x264_t *h, int y )
1534 {
1535     int bits = 0;
1536     for( int i = h->i_threadslice_start; i <= y; i++ )
1537         bits += h->fdec->i_row_bits[i];
1538     return bits;
1539 }
1540
1541 static float predict_row_size_sum( x264_t *h, int y, float qp )
1542 {
1543     float qscale = qp2qscale( qp );
1544     float bits = row_bits_so_far( h, y );
1545     for( int i = y+1; i < h->i_threadslice_end; i++ )
1546         bits += predict_row_size( h, i, qscale );
1547     return bits;
1548 }
1549
1550 /* TODO:
1551  *  eliminate all use of qp in row ratecontrol: make it entirely qscale-based.
1552  *  make this function stop being needlessly O(N^2)
1553  *  update more often than once per row? */
1554 int x264_ratecontrol_mb( x264_t *h, int bits )
1555 {
1556     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1557     const int y = h->mb.i_mb_y;
1558
1559     h->fdec->i_row_bits[y] += bits;
1560     rc->qpa_aq += h->mb.i_qp;
1561
1562     if( h->mb.i_mb_x != h->mb.i_mb_width - 1 )
1563         return 0;
1564
1565     x264_emms();
1566     rc->qpa_rc += rc->qpm * h->mb.i_mb_width;
1567
1568     if( !rc->b_vbv )
1569         return 0;
1570
1571     float qscale = qp2qscale( rc->qpm );
1572     h->fdec->f_row_qp[y] = rc->qpm;
1573     h->fdec->f_row_qscale[y] = qscale;
1574
1575     update_predictor( &rc->row_pred[0], qscale, h->fdec->i_row_satd[y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1576     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && rc->qpm < h->fref[0][0]->f_row_qp[y] )
1577         update_predictor( &rc->row_pred[1], qscale, h->fdec->i_row_satds[0][0][y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1578
1579     /* update ratecontrol per-mbpair in MBAFF */
1580     if( SLICE_MBAFF && !(y&1) )
1581         return 0;
1582
1583     /* FIXME: We don't currently support the case where there's a slice
1584      * boundary in between. */
1585     int can_reencode_row = h->sh.i_first_mb <= ((h->mb.i_mb_y - SLICE_MBAFF) * h->mb.i_mb_stride);
1586
1587     /* tweak quality based on difference from predicted size */
1588     float prev_row_qp = h->fdec->f_row_qp[y];
1589     float qp_absolute_max = h->param.rc.i_qp_max;
1590     if( rc->rate_factor_max_increment )
1591         qp_absolute_max = X264_MIN( qp_absolute_max, rc->qp_novbv + rc->rate_factor_max_increment );
1592     float qp_max = X264_MIN( prev_row_qp + h->param.rc.i_qp_step, qp_absolute_max );
1593     float qp_min = X264_MAX( prev_row_qp - h->param.rc.i_qp_step, h->param.rc.i_qp_min );
1594     float step_size = 0.5f;
1595     float buffer_left_planned = rc->buffer_fill - rc->frame_size_planned;
1596     float slice_size_planned = h->param.b_sliced_threads ? rc->slice_size_planned : rc->frame_size_planned;
1597     float max_frame_error = X264_MAX( 0.05f, 1.0f / h->mb.i_mb_height );
1598     float size_of_other_slices = 0;
1599     if( h->param.b_sliced_threads )
1600     {
1601         float size_of_other_slices_planned = 0;
1602         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1603             if( h != h->thread[i] )
1604             {
1605                 size_of_other_slices += h->thread[i]->rc->frame_size_estimated;
1606                 size_of_other_slices_planned += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
1607             }
1608         float weight = rc->slice_size_planned / rc->frame_size_planned;
1609         size_of_other_slices = (size_of_other_slices - size_of_other_slices_planned) * weight + size_of_other_slices_planned;
1610     }
1611     if( y < h->i_threadslice_end-1 )
1612     {
1613         /* B-frames shouldn't use lower QP than their reference frames. */
1614         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1615         {
1616             qp_min = X264_MAX( qp_min, X264_MAX( h->fref[0][0]->f_row_qp[y+1], h->fref[1][0]->f_row_qp[y+1] ) );
1617             rc->qpm = X264_MAX( rc->qpm, qp_min );
1618         }
1619
1620         /* More threads means we have to be more cautious in letting ratecontrol use up extra bits. */
1621         float rc_tol = buffer_left_planned / h->param.i_threads * rc->rate_tolerance;
1622         float b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1623
1624         /* Don't increase the row QPs until a sufficent amount of the bits of the frame have been processed, in case a flat */
1625         /* area at the top of the frame was measured inaccurately. */
1626         if( row_bits_so_far( h, y ) < 0.05f * slice_size_planned )
1627             qp_max = qp_absolute_max = prev_row_qp;
1628
1629         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I )
1630             rc_tol *= 0.5f;
1631
1632         if( !rc->b_vbv_min_rate )
1633             qp_min = X264_MAX( qp_min, rc->qp_novbv );
1634
1635         while( rc->qpm < qp_max
1636                && ((b1 > rc->frame_size_planned + rc_tol) ||
1637                    (rc->buffer_fill - b1 < buffer_left_planned * 0.5f) ||
1638                    (b1 > rc->frame_size_planned && rc->qpm < rc->qp_novbv)) )
1639         {
1640             rc->qpm += step_size;
1641             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1642         }
1643
1644         while( rc->qpm > qp_min
1645                && (rc->qpm > h->fdec->f_row_qp[0] || rc->single_frame_vbv)
1646                && ((b1 < rc->frame_size_planned * 0.8f && rc->qpm <= prev_row_qp)
1647                || b1 < (rc->buffer_fill - rc->buffer_size + rc->buffer_rate) * 1.1f) )
1648         {
1649             rc->qpm -= step_size;
1650             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1651         }
1652
1653         /* avoid VBV underflow or MinCR violation */
1654         while( (rc->qpm < qp_absolute_max)
1655                && ((rc->buffer_fill - b1 < rc->buffer_rate * max_frame_error) ||
1656                    (rc->frame_size_maximum - b1 < rc->frame_size_maximum * max_frame_error)))
1657         {
1658             rc->qpm += step_size;
1659             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1660         }
1661
1662         h->rc->frame_size_estimated = b1 - size_of_other_slices;
1663
1664         /* If the current row was large enough to cause a large QP jump, try re-encoding it. */
1665         if( rc->qpm > qp_max && prev_row_qp < qp_max && can_reencode_row )
1666         {
1667             /* Bump QP to halfway in between... close enough. */
1668             rc->qpm = x264_clip3f( (prev_row_qp + rc->qpm)*0.5f, prev_row_qp + 1.0f, qp_max );
1669             rc->qpa_rc = rc->qpa_rc_prev;
1670             rc->qpa_aq = rc->qpa_aq_prev;
1671             h->fdec->i_row_bits[y] = 0;
1672             h->fdec->i_row_bits[y-SLICE_MBAFF] = 0;
1673             return -1;
1674         }
1675     }
1676     else
1677     {
1678         h->rc->frame_size_estimated = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm );
1679
1680         /* Last-ditch attempt: if the last row of the frame underflowed the VBV,
1681          * try again. */
1682         if( (h->rc->frame_size_estimated + size_of_other_slices) > (rc->buffer_fill - rc->buffer_rate * max_frame_error) &&
1683              rc->qpm < qp_max && can_reencode_row )
1684         {
1685             rc->qpm = qp_max;
1686             rc->qpa_rc = rc->qpa_rc_prev;
1687             rc->qpa_aq = rc->qpa_aq_prev;
1688             h->fdec->i_row_bits[y] = 0;
1689             h->fdec->i_row_bits[y-SLICE_MBAFF] = 0;
1690             return -1;
1691         }
1692     }
1693
1694     rc->qpa_rc_prev = rc->qpa_rc;
1695     rc->qpa_aq_prev = rc->qpa_aq;
1696
1697     return 0;
1698 }
1699
1700 int x264_ratecontrol_qp( x264_t *h )
1701 {
1702     x264_emms();
1703     return x264_clip3( h->rc->qpm + 0.5f, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1704 }
1705
1706 int x264_ratecontrol_mb_qp( x264_t *h )
1707 {
1708     x264_emms();
1709     float qp = h->rc->qpm;
1710     if( h->param.rc.i_aq_mode )
1711     {
1712          /* MB-tree currently doesn't adjust quantizers in unreferenced frames. */
1713         float qp_offset = 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];
1714         /* Scale AQ's effect towards zero in emergency mode. */
1715         if( qp > QP_MAX_SPEC )
1716             qp_offset *= (QP_MAX - qp) / (QP_MAX - QP_MAX_SPEC);
1717         qp += qp_offset;
1718     }
1719     return x264_clip3( qp + 0.5f, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1720 }
1721
1722 /* In 2pass, force the same frame types as in the 1st pass */
1723 int x264_ratecontrol_slice_type( x264_t *h, int frame_num )
1724 {
1725     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1726     if( h->param.rc.b_stat_read )
1727     {
1728         if( frame_num >= rc->num_entries )
1729         {
1730             /* We could try to initialize everything required for ABR and
1731              * adaptive B-frames, but that would be complicated.
1732              * So just calculate the average QP used so far. */
1733             h->param.rc.i_qp_constant = (h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P] == 0) ? 24 + QP_BD_OFFSET
1734                                       : 1 + h->stat.f_frame_qp[SLICE_TYPE_P] / h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P];
1735             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant, 0, QP_MAX );
1736             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( (int)( qscale2qp( qp2qscale( h->param.rc.i_qp_constant ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor )) + 0.5 ), 0, QP_MAX );
1737             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( (int)( qscale2qp( qp2qscale( h->param.rc.i_qp_constant ) * fabs( h->param.rc.f_pb_factor )) + 0.5 ), 0, QP_MAX );
1738
1739             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d)\n", rc->num_entries );
1740             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "continuing anyway, at constant QP=%d\n", h->param.rc.i_qp_constant );
1741             if( h->param.i_bframe_adaptive )
1742                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "disabling adaptive B-frames\n" );
1743
1744             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1745             {
1746                 h->thread[i]->rc->b_abr = 0;
1747                 h->thread[i]->rc->b_2pass = 0;
1748                 h->thread[i]->param.rc.i_rc_method = X264_RC_CQP;
1749                 h->thread[i]->param.rc.b_stat_read = 0;
1750                 h->thread[i]->param.i_bframe_adaptive = 0;
1751                 h->thread[i]->param.i_scenecut_threshold = 0;
1752                 h->thread[i]->param.rc.b_mb_tree = 0;
1753                 if( h->thread[i]->param.i_bframe > 1 )
1754                     h->thread[i]->param.i_bframe = 1;
1755             }
1756             return X264_TYPE_AUTO;
1757         }
1758         return rc->entry[frame_num].frame_type;
1759     }
1760     else
1761         return X264_TYPE_AUTO;
1762 }
1763
1764 void x264_ratecontrol_set_weights( x264_t *h, x264_frame_t *frm )
1765 {
1766     ratecontrol_entry_t *rce = &h->rc->entry[frm->i_frame];
1767     if( h->param.analyse.i_weighted_pred <= 0 )
1768         return;
1769
1770     if( rce->i_weight_denom[0] >= 0 )
1771         SET_WEIGHT( frm->weight[0][0], 1, rce->weight[0][0], rce->i_weight_denom[0], rce->weight[0][1] );
1772
1773     if( rce->i_weight_denom[1] >= 0 )
1774     {
1775         SET_WEIGHT( frm->weight[0][1], 1, rce->weight[1][0], rce->i_weight_denom[1], rce->weight[1][1] );
1776         SET_WEIGHT( frm->weight[0][2], 1, rce->weight[2][0], rce->i_weight_denom[1], rce->weight[2][1] );
1777     }
1778 }
1779
1780 /* After encoding one frame, save stats and update ratecontrol state */
1781 int x264_ratecontrol_end( x264_t *h, int bits, int *filler )
1782 {
1783     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1784     const int *mbs = h->stat.frame.i_mb_count;
1785
1786     x264_emms();
1787
1788     h->stat.frame.i_mb_count_skip = mbs[P_SKIP] + mbs[B_SKIP];
1789     h->stat.frame.i_mb_count_i = mbs[I_16x16] + mbs[I_8x8] + mbs[I_4x4];
1790     h->stat.frame.i_mb_count_p = mbs[P_L0] + mbs[P_8x8];
1791     for( int i = B_DIRECT; i < B_8x8; i++ )
1792         h->stat.frame.i_mb_count_p += mbs[i];
1793
1794     h->fdec->f_qp_avg_rc = rc->qpa_rc /= h->mb.i_mb_count;
1795     h->fdec->f_qp_avg_aq = (float)rc->qpa_aq / h->mb.i_mb_count;
1796     h->fdec->f_crf_avg = h->param.rc.f_rf_constant + h->fdec->f_qp_avg_rc - rc->qp_novbv;
1797
1798     if( h->param.rc.b_stat_write )
1799     {
1800         char c_type = h->sh.i_type==SLICE_TYPE_I ? (h->fenc->i_poc==0 ? 'I' : 'i')
1801                     : h->sh.i_type==SLICE_TYPE_P ? 'P'
1802                     : h->fenc->b_kept_as_ref ? 'B' : 'b';
1803         int dir_frame = h->stat.frame.i_direct_score[1] - h->stat.frame.i_direct_score[0];
1804         int dir_avg = h->stat.i_direct_score[1] - h->stat.i_direct_score[0];
1805         char c_direct = h->mb.b_direct_auto_write ?
1806                         ( dir_frame>0 ? 's' : dir_frame<0 ? 't' :
1807                           dir_avg>0 ? 's' : dir_avg<0 ? 't' : '-' )
1808                         : '-';
1809         if( fprintf( rc->p_stat_file_out,
1810                  "in:%d out:%d type:%c dur:%"PRId64" cpbdur:%"PRId64" q:%.2f aq:%.2f tex:%d mv:%d misc:%d imb:%d pmb:%d smb:%d d:%c ref:",
1811                  h->fenc->i_frame, h->i_frame,
1812                  c_type, h->fenc->i_duration,
1813                  h->fenc->i_cpb_duration,
1814                  rc->qpa_rc, h->fdec->f_qp_avg_aq,
1815                  h->stat.frame.i_tex_bits,
1816                  h->stat.frame.i_mv_bits,
1817                  h->stat.frame.i_misc_bits,
1818                  h->stat.frame.i_mb_count_i,
1819                  h->stat.frame.i_mb_count_p,
1820                  h->stat.frame.i_mb_count_skip,
1821                  c_direct) < 0 )
1822             goto fail;
1823
1824         /* Only write information for reference reordering once. */
1825         int use_old_stats = h->param.rc.b_stat_read && rc->rce->refs > 1;
1826         for( int i = 0; i < (use_old_stats ? rc->rce->refs : h->i_ref[0]); i++ )
1827         {
1828             int refcount = use_old_stats         ? rc->rce->refcount[i]
1829                          : PARAM_INTERLACED      ? h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2]
1830                                                  + h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2+1]
1831                          :                         h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i];
1832             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "%d ", refcount ) < 0 )
1833                 goto fail;
1834         }
1835
1836         if( h->param.analyse.i_weighted_pred >= X264_WEIGHTP_SIMPLE && h->sh.weight[0][0].weightfn )
1837         {
1838             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "w:%d,%d,%d",
1839                          h->sh.weight[0][0].i_denom, h->sh.weight[0][0].i_scale, h->sh.weight[0][0].i_offset ) < 0 )
1840                 goto fail;
1841             if( h->sh.weight[0][1].weightfn || h->sh.weight[0][2].weightfn )
1842             {
1843                 if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ",%d,%d,%d,%d,%d ",
1844                              h->sh.weight[0][1].i_denom, h->sh.weight[0][1].i_scale, h->sh.weight[0][1].i_offset,
1845                              h->sh.weight[0][2].i_scale, h->sh.weight[0][2].i_offset ) < 0 )
1846                     goto fail;
1847             }
1848             else if( fprintf( rc->p_stat_file_out, " " ) < 0 )
1849                 goto fail;
1850         }
1851
1852         if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ";\n") < 0 )
1853             goto fail;
1854
1855         /* Don't re-write the data in multi-pass mode. */
1856         if( h->param.rc.b_mb_tree && h->fenc->b_kept_as_ref && !h->param.rc.b_stat_read )
1857         {
1858             uint8_t i_type = h->sh.i_type;
1859             /* Values are stored as big-endian FIX8.8 */
1860             for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
1861                 rc->mbtree.qp_buffer[0][i] = endian_fix16( h->fenc->f_qp_offset[i]*256.0 );
1862             if( fwrite( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < 1 )
1863                 goto fail;
1864             if( fwrite( rc->mbtree.qp_buffer[0], sizeof(uint16_t), h->mb.i_mb_count, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < h->mb.i_mb_count )
1865                 goto fail;
1866         }
1867     }
1868
1869     if( rc->b_abr )
1870     {
1871         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1872             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / rc->last_rceq;
1873         else
1874         {
1875             /* Depends on the fact that B-frame's QP is an offset from the following P-frame's.
1876              * Not perfectly accurate with B-refs, but good enough. */
1877             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / (rc->last_rceq * fabs( h->param.rc.f_pb_factor ));
1878         }
1879         rc->cplxr_sum *= rc->cbr_decay;
1880         rc->wanted_bits_window += h->fenc->f_duration * rc->bitrate;
1881         rc->wanted_bits_window *= rc->cbr_decay;
1882     }
1883
1884     if( rc->b_2pass )
1885         rc->expected_bits_sum += qscale2bits( rc->rce, qp2qscale( rc->rce->new_qp ) );
1886
1887     if( h->mb.b_variable_qp )
1888     {
1889         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1890         {
1891             rc->bframe_bits += bits;
1892             if( h->fenc->b_last_minigop_bframe )
1893             {
1894                 update_predictor( rc->pred_b_from_p, qp2qscale( rc->qpa_rc ),
1895                                   h->fref[1][h->i_ref[1]-1]->i_satd, rc->bframe_bits / rc->bframes );
1896                 rc->bframe_bits = 0;
1897             }
1898         }
1899     }
1900
1901     *filler = update_vbv( h, bits );
1902     rc->filler_bits_sum += *filler * 8;
1903
1904     if( h->sps->vui.b_nal_hrd_parameters_present )
1905     {
1906         if( h->fenc->i_frame == 0 )
1907         {
1908             // access unit initialises the HRD
1909             h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = 0;
1910             rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1911             rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1912             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit = (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1913         }
1914         else
1915         {
1916             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit + (double)(h->fenc->i_cpb_delay - h->i_cpb_delay_pir_offset) *
1917                                                    h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1918
1919             if( h->fenc->b_keyframe )
1920             {
1921                 rc->nrt_first_access_unit = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1922                 rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1923                 rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1924             }
1925
1926             double cpb_earliest_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time - (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1927             if( !h->fenc->b_keyframe )
1928                 cpb_earliest_arrival_time -= (double)rc->initial_cpb_removal_delay_offset / 90000;
1929
1930             if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd )
1931                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time;
1932             else
1933                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = X264_MAX( rc->previous_cpb_final_arrival_time, cpb_earliest_arrival_time );
1934         }
1935         int filler_bits = *filler ? X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), *filler )*8 : 0;
1936         // Equation C-6
1937         h->fenc->hrd_timing.cpb_final_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time +
1938                                                      (double)(bits + filler_bits) / h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1939
1940         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 +
1941                                               h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1942     }
1943
1944     return 0;
1945 fail:
1946     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_end: stats file could not be written to\n" );
1947     return -1;
1948 }
1949
1950 /****************************************************************************
1951  * 2 pass functions
1952  ***************************************************************************/
1953
1954 /**
1955  * modify the bitrate curve from pass1 for one frame
1956  */
1957 static double get_qscale(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double rate_factor, int frame_num)
1958 {
1959     x264_ratecontrol_t *rcc= h->rc;
1960     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
1961     double q;
1962     if( h->param.rc.b_mb_tree )
1963     {
1964         double timescale = (double)h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1965         q = pow( BASE_FRAME_DURATION / CLIP_DURATION(rce->i_duration * timescale), 1 - h->param.rc.f_qcompress );
1966     }
1967     else
1968         q = pow( rce->blurred_complexity, 1 - rcc->qcompress );
1969
1970     // avoid NaN's in the rc_eq
1971     if( !isfinite(q) || rce->tex_bits + rce->mv_bits == 0 )
1972         q = rcc->last_qscale_for[rce->pict_type];
1973     else
1974     {
1975         rcc->last_rceq = q;
1976         q /= rate_factor;
1977         rcc->last_qscale = q;
1978     }
1979
1980     if( zone )
1981     {
1982         if( zone->b_force_qp )
1983             q = qp2qscale( zone->i_qp );
1984         else
1985             q /= zone->f_bitrate_factor;
1986     }
1987
1988     return q;
1989 }
1990
1991 static double get_diff_limited_q(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double q, int frame_num)
1992 {
1993     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1994     const int pict_type = rce->pict_type;
1995     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
1996
1997     // force I/B quants as a function of P quants
1998     const double last_p_q    = rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P];
1999     const double last_non_b_q= rcc->last_qscale_for[rcc->last_non_b_pict_type];
2000     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
2001     {
2002         double iq = q;
2003         double pq = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
2004         double ip_factor = fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2005         /* don't apply ip_factor if the following frame is also I */
2006         if( rcc->accum_p_norm <= 0 )
2007             q = iq;
2008         else if( h->param.rc.f_ip_factor < 0 )
2009             q = iq / ip_factor;
2010         else if( rcc->accum_p_norm >= 1 )
2011             q = pq / ip_factor;
2012         else
2013             q = rcc->accum_p_norm * pq / ip_factor + (1 - rcc->accum_p_norm) * iq;
2014     }
2015     else if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
2016     {
2017         if( h->param.rc.f_pb_factor > 0 )
2018             q = last_non_b_q;
2019         if( !rce->kept_as_ref )
2020             q *= fabs( h->param.rc.f_pb_factor );
2021     }
2022     else if( pict_type == SLICE_TYPE_P
2023              && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_P
2024              && rce->tex_bits == 0 )
2025     {
2026         q = last_p_q;
2027     }
2028
2029     /* last qscale / qdiff stuff */
2030     if( rcc->last_non_b_pict_type == pict_type &&
2031         (pict_type!=SLICE_TYPE_I || rcc->last_accum_p_norm < 1) )
2032     {
2033         double last_q = rcc->last_qscale_for[pict_type];
2034         double max_qscale = last_q * rcc->lstep;
2035         double min_qscale = last_q / rcc->lstep;
2036
2037         if     ( q > max_qscale ) q = max_qscale;
2038         else if( q < min_qscale ) q = min_qscale;
2039     }
2040
2041     rcc->last_qscale_for[pict_type] = q;
2042     if( pict_type != SLICE_TYPE_B )
2043         rcc->last_non_b_pict_type = pict_type;
2044     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
2045     {
2046         rcc->last_accum_p_norm = rcc->accum_p_norm;
2047         rcc->accum_p_norm = 0;
2048         rcc->accum_p_qp = 0;
2049     }
2050     if( pict_type == SLICE_TYPE_P )
2051     {
2052         float mask = 1 - pow( (float)rce->i_count / rcc->nmb, 2 );
2053         rcc->accum_p_qp   = mask * (qscale2qp( q ) + rcc->accum_p_qp);
2054         rcc->accum_p_norm = mask * (1 + rcc->accum_p_norm);
2055     }
2056
2057     if( zone )
2058     {
2059         if( zone->b_force_qp )
2060             q = qp2qscale( zone->i_qp );
2061         else
2062             q /= zone->f_bitrate_factor;
2063     }
2064
2065     return q;
2066 }
2067
2068 static float predict_size( predictor_t *p, float q, float var )
2069 {
2070     return (p->coeff*var + p->offset) / (q*p->count);
2071 }
2072
2073 static void update_predictor( predictor_t *p, float q, float var, float bits )
2074 {
2075     float range = 1.5;
2076     if( var < 10 )
2077         return;
2078     float old_coeff = p->coeff / p->count;
2079     float new_coeff = X264_MAX( bits*q / var, p->coeff_min );
2080     float new_coeff_clipped = x264_clip3f( new_coeff, old_coeff/range, old_coeff*range );
2081     float new_offset = bits*q - new_coeff_clipped * var;
2082     if( new_offset >= 0 )
2083         new_coeff = new_coeff_clipped;
2084     else
2085         new_offset = 0;
2086     p->count  *= p->decay;
2087     p->coeff  *= p->decay;
2088     p->offset *= p->decay;
2089     p->count  ++;
2090     p->coeff  += new_coeff;
2091     p->offset += new_offset;
2092 }
2093
2094 // update VBV after encoding a frame
2095 static int update_vbv( x264_t *h, int bits )
2096 {
2097     int filler = 0;
2098     int bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
2099     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2100     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
2101     int64_t buffer_size = (int64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
2102
2103     if( rcc->last_satd >= h->mb.i_mb_count )
2104         update_predictor( &rct->pred[h->sh.i_type], qp2qscale( rcc->qpa_rc ), rcc->last_satd, bits );
2105
2106     if( !rcc->b_vbv )
2107         return filler;
2108
2109     uint64_t buffer_diff = (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
2110     rct->buffer_fill_final -= buffer_diff;
2111     rct->buffer_fill_final_min -= buffer_diff;
2112
2113     if( rct->buffer_fill_final_min < 0 )
2114     {
2115         double underflow = (double)rct->buffer_fill_final_min / h->sps->vui.i_time_scale;
2116         if( rcc->rate_factor_max_increment && rcc->qpm >= rcc->qp_novbv + rcc->rate_factor_max_increment )
2117             x264_log( h, X264_LOG_DEBUG, "VBV underflow due to CRF-max (frame %d, %.0f bits)\n", h->i_frame, underflow );
2118         else
2119             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV underflow (frame %d, %.0f bits)\n", h->i_frame, underflow );
2120         rct->buffer_fill_final =
2121         rct->buffer_fill_final_min = 0;
2122     }
2123
2124     if( h->param.i_avcintra_class )
2125         buffer_diff = buffer_size;
2126     else
2127         buffer_diff = (uint64_t)bitrate * h->sps->vui.i_num_units_in_tick * h->fenc->i_cpb_duration;
2128     rct->buffer_fill_final += buffer_diff;
2129     rct->buffer_fill_final_min += buffer_diff;
2130
2131     if( rct->buffer_fill_final > buffer_size )
2132     {
2133         if( h->param.rc.b_filler )
2134         {
2135             int64_t scale = (int64_t)h->sps->vui.i_time_scale * 8;
2136             filler = (rct->buffer_fill_final - buffer_size + scale - 1) / scale;
2137             bits = h->param.i_avcintra_class ? filler * 8 : X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), filler ) * 8;
2138             buffer_diff = (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
2139             rct->buffer_fill_final -= buffer_diff;
2140             rct->buffer_fill_final_min -= buffer_diff;
2141         }
2142         else
2143         {
2144             rct->buffer_fill_final = X264_MIN( rct->buffer_fill_final, buffer_size );
2145             rct->buffer_fill_final_min = X264_MIN( rct->buffer_fill_final_min, buffer_size );
2146         }
2147     }
2148
2149     return filler;
2150 }
2151
2152 void x264_hrd_fullness( x264_t *h )
2153 {
2154     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
2155     uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale / rct->hrd_multiply_denom;
2156     uint64_t cpb_state = rct->buffer_fill_final;
2157     uint64_t cpb_size = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
2158     uint64_t multiply_factor = 90000 / rct->hrd_multiply_denom;
2159
2160     if( rct->buffer_fill_final < 0 || rct->buffer_fill_final > (int64_t)cpb_size )
2161     {
2162          x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CPB %s: %.0f bits in a %.0f-bit buffer\n",
2163                    rct->buffer_fill_final < 0 ? "underflow" : "overflow",
2164                    (double)rct->buffer_fill_final / h->sps->vui.i_time_scale, (double)cpb_size / h->sps->vui.i_time_scale );
2165     }
2166
2167     h->initial_cpb_removal_delay = (multiply_factor * cpb_state) / denom;
2168     h->initial_cpb_removal_delay_offset = (multiply_factor * cpb_size) / denom - h->initial_cpb_removal_delay;
2169
2170     int64_t decoder_buffer_fill = h->initial_cpb_removal_delay * denom / multiply_factor;
2171     rct->buffer_fill_final_min = X264_MIN( rct->buffer_fill_final_min, decoder_buffer_fill );
2172 }
2173
2174 // provisionally update VBV according to the planned size of all frames currently in progress
2175 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead )
2176 {
2177     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2178     rcc->buffer_fill = h->thread[0]->rc->buffer_fill_final_min / h->sps->vui.i_time_scale;
2179     if( h->i_thread_frames > 1 )
2180     {
2181         int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
2182         for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
2183         {
2184             x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
2185             double bits = t->rc->frame_size_planned;
2186             if( !t->b_thread_active )
2187                 continue;
2188             bits = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
2189             rcc->buffer_fill -= bits;
2190             rcc->buffer_fill = X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0 );
2191             rcc->buffer_fill += t->rc->buffer_rate;
2192             rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
2193         }
2194     }
2195     rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
2196     rcc->buffer_fill -= overhead;
2197 }
2198
2199 // apply VBV constraints and clip qscale to between lmin and lmax
2200 static double clip_qscale( x264_t *h, int pict_type, double q )
2201 {
2202     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2203     double lmin = rcc->lmin[pict_type];
2204     double lmax = rcc->lmax[pict_type];
2205     if( rcc->rate_factor_max_increment )
2206         lmax = X264_MIN( lmax, qp2qscale( rcc->qp_novbv + rcc->rate_factor_max_increment ) );
2207     double q0 = q;
2208
2209     /* B-frames are not directly subject to VBV,
2210      * since they are controlled by the P-frames' QPs. */
2211
2212     if( rcc->b_vbv && rcc->last_satd > 0 )
2213     {
2214         double fenc_cpb_duration = (double)h->fenc->i_cpb_duration *
2215                                    h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
2216         /* Lookahead VBV: raise the quantizer as necessary such that no frames in
2217          * the lookahead overflow and such that the buffer is in a reasonable state
2218          * by the end of the lookahead. */
2219         if( h->param.rc.i_lookahead )
2220         {
2221             int terminate = 0;
2222
2223             /* Avoid an infinite loop. */
2224             for( int iterations = 0; iterations < 1000 && terminate != 3; iterations++ )
2225             {
2226                 double frame_q[3];
2227                 double cur_bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2228                 double buffer_fill_cur = rcc->buffer_fill - cur_bits;
2229                 double target_fill;
2230                 double total_duration = 0;
2231                 double last_duration = fenc_cpb_duration;
2232                 frame_q[0] = h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I ? q * h->param.rc.f_ip_factor : q;
2233                 frame_q[1] = frame_q[0] * h->param.rc.f_pb_factor;
2234                 frame_q[2] = frame_q[0] / h->param.rc.f_ip_factor;
2235
2236                 /* Loop over the planned future frames. */
2237                 for( int j = 0; buffer_fill_cur >= 0 && buffer_fill_cur <= rcc->buffer_size; j++ )
2238                 {
2239                     total_duration += last_duration;
2240                     buffer_fill_cur += rcc->vbv_max_rate * last_duration;
2241                     int i_type = h->fenc->i_planned_type[j];
2242                     int i_satd = h->fenc->i_planned_satd[j];
2243                     if( i_type == X264_TYPE_AUTO )
2244                         break;
2245                     i_type = IS_X264_TYPE_I( i_type ) ? SLICE_TYPE_I : IS_X264_TYPE_B( i_type ) ? SLICE_TYPE_B : SLICE_TYPE_P;
2246                     cur_bits = predict_size( &rcc->pred[i_type], frame_q[i_type], i_satd );
2247                     buffer_fill_cur -= cur_bits;
2248                     last_duration = h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
2249                 }
2250                 /* Try to get to get the buffer at least 50% filled, but don't set an impossible goal. */
2251                 target_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill + total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.5 );
2252                 if( buffer_fill_cur < target_fill )
2253                 {
2254                     q *= 1.01;
2255                     terminate |= 1;
2256                     continue;
2257                 }
2258                 /* Try to get the buffer no more than 80% filled, but don't set an impossible goal. */
2259                 target_fill = x264_clip3f( rcc->buffer_fill - total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.8, rcc->buffer_size );
2260                 if( rcc->b_vbv_min_rate && buffer_fill_cur > target_fill )
2261                 {
2262                     q /= 1.01;
2263                     terminate |= 2;
2264                     continue;
2265                 }
2266                 break;
2267             }
2268         }
2269         /* Fallback to old purely-reactive algorithm: no lookahead. */
2270         else
2271         {
2272             if( ( pict_type == SLICE_TYPE_P ||
2273                 ( pict_type == SLICE_TYPE_I && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_I ) ) &&
2274                 rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size < 0.5 )
2275             {
2276                 q /= x264_clip3f( 2.0*rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size, 0.5, 1.0 );
2277             }
2278
2279             /* Now a hard threshold to make sure the frame fits in VBV.
2280              * This one is mostly for I-frames. */
2281             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2282             /* For small VBVs, allow the frame to use up the entire VBV. */
2283             double max_fill_factor = h->param.rc.i_vbv_buffer_size >= 5*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rcc->fps ? 2 : 1;
2284             /* For single-frame VBVs, request that the frame use up the entire VBV. */
2285             double min_fill_factor = rcc->single_frame_vbv ? 1 : 2;
2286
2287             if( bits > rcc->buffer_fill/max_fill_factor )
2288             {
2289                 double qf = x264_clip3f( rcc->buffer_fill/(max_fill_factor*bits), 0.2, 1.0 );
2290                 q /= qf;
2291                 bits *= qf;
2292             }
2293             if( bits < rcc->buffer_rate/min_fill_factor )
2294             {
2295                 double qf = x264_clip3f( bits*min_fill_factor/rcc->buffer_rate, 0.001, 1.0 );
2296                 q *= qf;
2297             }
2298             q = X264_MAX( q0, q );
2299         }
2300
2301         /* Check B-frame complexity, and use up any bits that would
2302          * overflow before the next P-frame. */
2303         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && !rcc->single_frame_vbv )
2304         {
2305             int nb = rcc->bframes;
2306             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2307             double pbbits = bits;
2308             double bbits = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q * h->param.rc.f_pb_factor, rcc->last_satd );
2309             double space;
2310             double bframe_cpb_duration = 0;
2311             double minigop_cpb_duration;
2312             for( int i = 0; i < nb; i++ )
2313                 bframe_cpb_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[i];
2314
2315             if( bbits * nb > bframe_cpb_duration * rcc->vbv_max_rate )
2316                 nb = 0;
2317             pbbits += nb * bbits;
2318
2319             minigop_cpb_duration = bframe_cpb_duration + fenc_cpb_duration;
2320             space = rcc->buffer_fill + minigop_cpb_duration*rcc->vbv_max_rate - rcc->buffer_size;
2321             if( pbbits < space )
2322             {
2323                 q *= X264_MAX( pbbits / space, bits / (0.5 * rcc->buffer_size) );
2324             }
2325             q = X264_MAX( q0/2, q );
2326         }
2327
2328         /* Apply MinCR and buffer fill restrictions */
2329         double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2330         double frame_size_maximum = X264_MIN( rcc->frame_size_maximum, X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0.001 ) );
2331         if( bits > frame_size_maximum )
2332             q *= bits / frame_size_maximum;
2333
2334         if( !rcc->b_vbv_min_rate )
2335             q = X264_MAX( q0, q );
2336     }
2337
2338     if( lmin==lmax )
2339         return lmin;
2340     else if( rcc->b_2pass )
2341     {
2342         double min2 = log( lmin );
2343         double max2 = log( lmax );
2344         q = (log(q) - min2)/(max2-min2) - 0.5;
2345         q = 1.0/(1.0 + exp( -4*q ));
2346         q = q*(max2-min2) + min2;
2347         return exp( q );
2348     }
2349     else
2350         return x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2351 }
2352
2353 // update qscale for 1 frame based on actual bits used so far
2354 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h )
2355 {
2356     float q;
2357     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2358     ratecontrol_entry_t rce = {0};
2359     int pict_type = h->sh.i_type;
2360     int64_t total_bits = 8*(h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_I]
2361                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_P]
2362                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_B])
2363                        - rcc->filler_bits_sum;
2364
2365     if( rcc->b_2pass )
2366     {
2367         rce = *rcc->rce;
2368         if( pict_type != rce.pict_type )
2369         {
2370             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "slice=%c but 2pass stats say %c\n",
2371                       slice_type_to_char[pict_type], slice_type_to_char[rce.pict_type] );
2372         }
2373     }
2374
2375     if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
2376     {
2377         /* B-frames don't have independent ratecontrol, but rather get the
2378          * average QP of the two adjacent P-frames + an offset */
2379
2380         int i0 = IS_X264_TYPE_I(h->fref_nearest[0]->i_type);
2381         int i1 = IS_X264_TYPE_I(h->fref_nearest[1]->i_type);
2382         int dt0 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref_nearest[0]->i_poc);
2383         int dt1 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref_nearest[1]->i_poc);
2384         float q0 = h->fref_nearest[0]->f_qp_avg_rc;
2385         float q1 = h->fref_nearest[1]->f_qp_avg_rc;
2386
2387         if( h->fref_nearest[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2388             q0 -= rcc->pb_offset/2;
2389         if( h->fref_nearest[1]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2390             q1 -= rcc->pb_offset/2;
2391
2392         if( i0 && i1 )
2393             q = (q0 + q1) / 2 + rcc->ip_offset;
2394         else if( i0 )
2395             q = q1;
2396         else if( i1 )
2397             q = q0;
2398         else
2399             q = (q0*dt1 + q1*dt0) / (dt0 + dt1);
2400
2401         if( h->fenc->b_kept_as_ref )
2402             q += rcc->pb_offset/2;
2403         else
2404             q += rcc->pb_offset;
2405
2406         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
2407             rcc->frame_size_planned = qscale2bits( &rce, qp2qscale( q ) );
2408         else
2409             rcc->frame_size_planned = predict_size( rcc->pred_b_from_p, qp2qscale( q ), h->fref[1][h->i_ref[1]-1]->i_satd );
2410         /* Limit planned size by MinCR */
2411         if( rcc->b_vbv )
2412             rcc->frame_size_planned = X264_MIN( rcc->frame_size_planned, rcc->frame_size_maximum );
2413         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2414
2415         /* For row SATDs */
2416         if( rcc->b_vbv )
2417             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2418         rcc->qp_novbv = q;
2419         return qp2qscale( q );
2420     }
2421     else
2422     {
2423         double abr_buffer = 2 * rcc->rate_tolerance * rcc->bitrate;
2424
2425         if( rcc->b_2pass )
2426         {
2427             double lmin = rcc->lmin[pict_type];
2428             double lmax = rcc->lmax[pict_type];
2429             int64_t diff;
2430             int64_t predicted_bits = total_bits;
2431
2432             if( rcc->b_vbv )
2433             {
2434                 if( h->i_thread_frames > 1 )
2435                 {
2436                     int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
2437                     for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
2438                     {
2439                         x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
2440                         double bits = t->rc->frame_size_planned;
2441                         if( !t->b_thread_active )
2442                             continue;
2443                         bits = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
2444                         predicted_bits += (int64_t)bits;
2445                     }
2446                 }
2447             }
2448             else
2449             {
2450                 if( h->i_frame < h->i_thread_frames )
2451                     predicted_bits += (int64_t)h->i_frame * rcc->bitrate / rcc->fps;
2452                 else
2453                     predicted_bits += (int64_t)(h->i_thread_frames - 1) * rcc->bitrate / rcc->fps;
2454             }
2455
2456             /* Adjust ABR buffer based on distance to the end of the video. */
2457             if( rcc->num_entries > h->i_frame )
2458             {
2459                 double final_bits = rcc->entry[rcc->num_entries-1].expected_bits;
2460                 double video_pos = rce.expected_bits / final_bits;
2461                 double scale_factor = sqrt( (1 - video_pos) * rcc->num_entries );
2462                 abr_buffer *= 0.5 * X264_MAX( scale_factor, 0.5 );
2463             }
2464
2465             diff = predicted_bits - (int64_t)rce.expected_bits;
2466             q = rce.new_qscale;
2467             q /= x264_clip3f((double)(abr_buffer - diff) / abr_buffer, .5, 2);
2468             if( ((h->i_frame + 1 - h->i_thread_frames) >= rcc->fps) &&
2469                 (rcc->expected_bits_sum > 0))
2470             {
2471                 /* Adjust quant based on the difference between
2472                  * achieved and expected bitrate so far */
2473                 double cur_time = (double)h->i_frame / rcc->num_entries;
2474                 double w = x264_clip3f( cur_time*100, 0.0, 1.0 );
2475                 q *= pow( (double)total_bits / rcc->expected_bits_sum, w );
2476             }
2477             rcc->qp_novbv = qscale2qp( q );
2478             if( rcc->b_vbv )
2479             {
2480                 /* Do not overflow vbv */
2481                 double expected_size = qscale2bits( &rce, q );
2482                 double expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2483                 double expected_fullness = rce.expected_vbv / rcc->buffer_size;
2484                 double qmax = q*(2 - expected_fullness);
2485                 double size_constraint = 1 + expected_fullness;
2486                 qmax = X264_MAX( qmax, rce.new_qscale );
2487                 if( expected_fullness < .05 )
2488                     qmax = lmax;
2489                 qmax = X264_MIN(qmax, lmax);
2490                 while( ((expected_vbv < rce.expected_vbv/size_constraint) && (q < qmax)) ||
2491                         ((expected_vbv < 0) && (q < lmax)))
2492                 {
2493                     q *= 1.05;
2494                     expected_size = qscale2bits(&rce, q);
2495                     expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2496                 }
2497                 rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2498             }
2499             q = x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2500         }
2501         else /* 1pass ABR */
2502         {
2503             /* Calculate the quantizer which would have produced the desired
2504              * average bitrate if it had been applied to all frames so far.
2505              * Then modulate that quant based on the current frame's complexity
2506              * relative to the average complexity so far (using the 2pass RCEQ).
2507              * Then bias the quant up or down if total size so far was far from
2508              * the target.
2509              * Result: Depending on the value of rate_tolerance, there is a
2510              * tradeoff between quality and bitrate precision. But at large
2511              * tolerances, the bit distribution approaches that of 2pass. */
2512
2513             double wanted_bits, overflow = 1;
2514
2515             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2516             rcc->short_term_cplxsum *= 0.5;
2517             rcc->short_term_cplxcount *= 0.5;
2518             rcc->short_term_cplxsum += rcc->last_satd / (CLIP_DURATION(h->fenc->f_duration) / BASE_FRAME_DURATION);
2519             rcc->short_term_cplxcount ++;
2520
2521             rce.tex_bits = rcc->last_satd;
2522             rce.blurred_complexity = rcc->short_term_cplxsum / rcc->short_term_cplxcount;
2523             rce.mv_bits = 0;
2524             rce.p_count = rcc->nmb;
2525             rce.i_count = 0;
2526             rce.s_count = 0;
2527             rce.qscale = 1;
2528             rce.pict_type = pict_type;
2529             rce.i_duration = h->fenc->i_duration;
2530
2531             if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
2532             {
2533                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->rate_factor_constant, h->fenc->i_frame );
2534             }
2535             else
2536             {
2537                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->wanted_bits_window / rcc->cplxr_sum, h->fenc->i_frame );
2538
2539                 /* ABR code can potentially be counterproductive in CBR, so just don't bother.
2540                  * Don't run it if the frame complexity is zero either. */
2541                 if( !rcc->b_vbv_min_rate && rcc->last_satd )
2542                 {
2543                     // FIXME is it simpler to keep track of wanted_bits in ratecontrol_end?
2544                     int i_frame_done = h->i_frame + 1 - h->i_thread_frames;
2545                     double time_done = i_frame_done / rcc->fps;
2546                     if( h->param.b_vfr_input && i_frame_done > 0 )
2547                         time_done = ((double)(h->fenc->i_reordered_pts - h->i_reordered_pts_delay)) * h->param.i_timebase_num / h->param.i_timebase_den;
2548                     wanted_bits = time_done * rcc->bitrate;
2549                     if( wanted_bits > 0 )
2550                     {
2551                         abr_buffer *= X264_MAX( 1, sqrt( time_done ) );
2552                         overflow = x264_clip3f( 1.0 + (total_bits - wanted_bits) / abr_buffer, .5, 2 );
2553                         q *= overflow;
2554                     }
2555                 }
2556             }
2557
2558             if( pict_type == SLICE_TYPE_I && h->param.i_keyint_max > 1
2559                 /* should test _next_ pict type, but that isn't decided yet */
2560                 && rcc->last_non_b_pict_type != SLICE_TYPE_I )
2561             {
2562                 q = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
2563                 q /= fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2564             }
2565             else if( h->i_frame > 0 )
2566             {
2567                 if( h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CRF )
2568                 {
2569                     /* Asymmetric clipping, because symmetric would prevent
2570                      * overflow control in areas of rapidly oscillating complexity */
2571                     double lmin = rcc->last_qscale_for[pict_type] / rcc->lstep;
2572                     double lmax = rcc->last_qscale_for[pict_type] * rcc->lstep;
2573                     if( overflow > 1.1 && h->i_frame > 3 )
2574                         lmax *= rcc->lstep;
2575                     else if( overflow < 0.9 )
2576                         lmin /= rcc->lstep;
2577
2578                     q = x264_clip3f(q, lmin, lmax);
2579                 }
2580             }
2581             else if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && rcc->qcompress != 1 )
2582             {
2583                 q = qp2qscale( ABR_INIT_QP ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2584             }
2585             rcc->qp_novbv = qscale2qp( q );
2586
2587             //FIXME use get_diff_limited_q() ?
2588             q = clip_qscale( h, pict_type, q );
2589         }
2590
2591         rcc->last_qscale_for[pict_type] =
2592         rcc->last_qscale = q;
2593
2594         if( !(rcc->b_2pass && !rcc->b_vbv) && h->fenc->i_frame == 0 )
2595             rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P] = q * fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2596
2597         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
2598             rcc->frame_size_planned = qscale2bits(&rce, q);
2599         else
2600             rcc->frame_size_planned = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2601
2602         /* Always use up the whole VBV in this case. */
2603         if( rcc->single_frame_vbv )
2604             rcc->frame_size_planned = rcc->buffer_rate;
2605         /* Limit planned size by MinCR */
2606         if( rcc->b_vbv )
2607             rcc->frame_size_planned = X264_MIN( rcc->frame_size_planned, rcc->frame_size_maximum );
2608         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2609         return q;
2610     }
2611 }
2612
2613 static void x264_threads_normalize_predictors( x264_t *h )
2614 {
2615     double totalsize = 0;
2616     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2617         totalsize += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2618     double factor = h->rc->frame_size_planned / totalsize;
2619     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2620         h->thread[i]->rc->slice_size_planned *= factor;
2621 }
2622
2623 void x264_threads_distribute_ratecontrol( x264_t *h )
2624 {
2625     int row;
2626     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2627     x264_emms();
2628     float qscale = qp2qscale( rc->qpm );
2629
2630     /* Initialize row predictors */
2631     if( h->i_frame == 0 )
2632         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2633         {
2634             x264_t *t = h->thread[i];
2635             if( t != h )
2636                 memcpy( t->rc->row_preds, rc->row_preds, sizeof(rc->row_preds) );
2637         }
2638
2639     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2640     {
2641         x264_t *t = h->thread[i];
2642         if( t != h )
2643             memcpy( t->rc, rc, offsetof(x264_ratecontrol_t, row_pred) );
2644         t->rc->row_pred = t->rc->row_preds[h->sh.i_type];
2645         /* Calculate the planned slice size. */
2646         if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2647         {
2648             int size = 0;
2649             for( row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2650                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2651             t->rc->slice_size_planned = predict_size( &rc->pred[h->sh.i_type + (i+1)*5], qscale, size );
2652         }
2653         else
2654             t->rc->slice_size_planned = 0;
2655     }
2656     if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2657     {
2658         x264_threads_normalize_predictors( h );
2659
2660         if( rc->single_frame_vbv )
2661         {
2662             /* Compensate for our max frame error threshold: give more bits (proportionally) to smaller slices. */
2663             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2664             {
2665                 x264_t *t = h->thread[i];
2666                 float max_frame_error = X264_MAX( 0.05, 1.0 / (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) );
2667                 t->rc->slice_size_planned += 2 * max_frame_error * rc->frame_size_planned;
2668             }
2669             x264_threads_normalize_predictors( h );
2670         }
2671
2672         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2673             h->thread[i]->rc->frame_size_estimated = h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2674     }
2675 }
2676
2677 void x264_threads_merge_ratecontrol( x264_t *h )
2678 {
2679     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2680     x264_emms();
2681
2682     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2683     {
2684         x264_t *t = h->thread[i];
2685         x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[i]->rc;
2686         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size )
2687         {
2688             int size = 0;
2689             for( int row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2690                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2691             int bits = t->stat.frame.i_mv_bits + t->stat.frame.i_tex_bits + t->stat.frame.i_misc_bits;
2692             int mb_count = (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) * h->mb.i_mb_width;
2693             update_predictor( &rc->pred[h->sh.i_type+(i+1)*5], qp2qscale( rct->qpa_rc/mb_count ), size, bits );
2694         }
2695         if( !i )
2696             continue;
2697         rc->qpa_rc += rct->qpa_rc;
2698         rc->qpa_aq += rct->qpa_aq;
2699     }
2700 }
2701
2702 void x264_thread_sync_ratecontrol( x264_t *cur, x264_t *prev, x264_t *next )
2703 {
2704     if( cur != prev )
2705     {
2706 #define COPY(var) memcpy(&cur->rc->var, &prev->rc->var, sizeof(cur->rc->var))
2707         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_start()
2708          * so copy them from the context that most recently started (prev)
2709          * to the context that's about to start (cur). */
2710         COPY(accum_p_qp);
2711         COPY(accum_p_norm);
2712         COPY(last_satd);
2713         COPY(last_rceq);
2714         COPY(last_qscale_for);
2715         COPY(last_non_b_pict_type);
2716         COPY(short_term_cplxsum);
2717         COPY(short_term_cplxcount);
2718         COPY(bframes);
2719         COPY(prev_zone);
2720         COPY(mbtree.qpbuf_pos);
2721         /* these vars can be updated by x264_ratecontrol_init_reconfigurable */
2722         COPY(bitrate);
2723         COPY(buffer_size);
2724         COPY(buffer_rate);
2725         COPY(vbv_max_rate);
2726         COPY(single_frame_vbv);
2727         COPY(cbr_decay);
2728         COPY(rate_factor_constant);
2729         COPY(rate_factor_max_increment);
2730 #undef COPY
2731     }
2732     if( cur != next )
2733     {
2734 #define COPY(var) next->rc->var = cur->rc->var
2735         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_end()
2736          * so copy them from the context that most recently ended (cur)
2737          * to the context that's about to end (next) */
2738         COPY(cplxr_sum);
2739         COPY(expected_bits_sum);
2740         COPY(filler_bits_sum);
2741         COPY(wanted_bits_window);
2742         COPY(bframe_bits);
2743         COPY(initial_cpb_removal_delay);
2744         COPY(initial_cpb_removal_delay_offset);
2745         COPY(nrt_first_access_unit);
2746         COPY(previous_cpb_final_arrival_time);
2747 #undef COPY
2748     }
2749     //FIXME row_preds[] (not strictly necessary, but would improve prediction)
2750     /* the rest of the variables are either constant or thread-local */
2751 }
2752
2753 static int find_underflow( x264_t *h, double *fills, int *t0, int *t1, int over )
2754 {
2755     /* find an interval ending on an overflow or underflow (depending on whether
2756      * we're adding or removing bits), and starting on the earliest frame that
2757      * can influence the buffer fill of that end frame. */
2758     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2759     const double buffer_min = .1 * rcc->buffer_size;
2760     const double buffer_max = .9 * rcc->buffer_size;
2761     double fill = fills[*t0-1];
2762     double parity = over ? 1. : -1.;
2763     int start = -1, end = -1;
2764     for( int i = *t0; i < rcc->num_entries; i++ )
2765     {
2766         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 -
2767                  qscale2bits( &rcc->entry[i], rcc->entry[i].new_qscale )) * parity;
2768         fill = x264_clip3f(fill, 0, rcc->buffer_size);
2769         fills[i] = fill;
2770         if( fill <= buffer_min || i == 0 )
2771         {
2772             if( end >= 0 )
2773                 break;
2774             start = i;
2775         }
2776         else if( fill >= buffer_max && start >= 0 )
2777             end = i;
2778     }
2779     *t0 = start;
2780     *t1 = end;
2781     return start >= 0 && end >= 0;
2782 }
2783
2784 static int fix_underflow( x264_t *h, int t0, int t1, double adjustment, double qscale_min, double qscale_max)
2785 {
2786     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2787     double qscale_orig, qscale_new;
2788     int adjusted = 0;
2789     if( t0 > 0 )
2790         t0++;
2791     for( int i = t0; i <= t1; i++ )
2792     {
2793         qscale_orig = rcc->entry[i].new_qscale;
2794         qscale_orig = x264_clip3f( qscale_orig, qscale_min, qscale_max );
2795         qscale_new  = qscale_orig * adjustment;
2796         qscale_new  = x264_clip3f( qscale_new, qscale_min, qscale_max );
2797         rcc->entry[i].new_qscale = qscale_new;
2798         adjusted = adjusted || (qscale_new != qscale_orig);
2799     }
2800     return adjusted;
2801 }
2802
2803 static double count_expected_bits( x264_t *h )
2804 {
2805     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2806     double expected_bits = 0;
2807     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2808     {
2809         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2810         rce->expected_bits = expected_bits;
2811         expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2812     }
2813     return expected_bits;
2814 }
2815
2816 static int vbv_pass2( x264_t *h, double all_available_bits )
2817 {
2818     /* for each interval of buffer_full .. underflow, uniformly increase the qp of all
2819      * frames in the interval until either buffer is full at some intermediate frame or the
2820      * last frame in the interval no longer underflows.  Recompute intervals and repeat.
2821      * Then do the converse to put bits back into overflow areas until target size is met */
2822
2823     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2824     double *fills;
2825     double expected_bits = 0;
2826     double adjustment;
2827     double prev_bits = 0;
2828     int t0, t1;
2829     double qscale_min = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
2830     double qscale_max = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
2831     int iterations = 0;
2832     int adj_min, adj_max;
2833     CHECKED_MALLOC( fills, (rcc->num_entries+1)*sizeof(double) );
2834
2835     fills++;
2836
2837     /* adjust overall stream size */
2838     do
2839     {
2840         iterations++;
2841         prev_bits = expected_bits;
2842
2843         if( expected_bits )
2844         {   /* not first iteration */
2845             adjustment = X264_MAX(X264_MIN(expected_bits / all_available_bits, 0.999), 0.9);
2846             fills[-1] = rcc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init;
2847             t0 = 0;
2848             /* fix overflows */
2849             adj_min = 1;
2850             while(adj_min && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 1 ))
2851             {
2852                 adj_min = fix_underflow( h, t0, t1, adjustment, qscale_min, qscale_max );
2853                 t0 = t1;
2854             }
2855         }
2856
2857         fills[-1] = rcc->buffer_size * (1. - h->param.rc.f_vbv_buffer_init);
2858         t0 = 0;
2859         /* fix underflows -- should be done after overflow, as we'd better undersize target than underflowing VBV */
2860         adj_max = 1;
2861         while( adj_max && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 0 ) )
2862             adj_max = fix_underflow( h, t0, t1, 1.001, qscale_min, qscale_max );
2863
2864         expected_bits = count_expected_bits( h );
2865     } while( (expected_bits < .995*all_available_bits) && ((int64_t)(expected_bits+.5) > (int64_t)(prev_bits+.5)) );
2866
2867     if( !adj_max )
2868         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "vbv-maxrate issue, qpmax or vbv-maxrate too low\n");
2869
2870     /* store expected vbv filling values for tracking when encoding */
2871     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2872         rcc->entry[i].expected_vbv = rcc->buffer_size - fills[i];
2873
2874     x264_free( fills-1 );
2875     return 0;
2876 fail:
2877     return -1;
2878 }
2879
2880 static int init_pass2( x264_t *h )
2881 {
2882     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2883     uint64_t all_const_bits = 0;
2884     double timescale = (double)h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
2885     double duration = 0;
2886     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2887         duration += rcc->entry[i].i_duration;
2888     duration *= timescale;
2889     uint64_t all_available_bits = h->param.rc.i_bitrate * 1000. * duration;
2890     double rate_factor, step_mult;
2891     double qblur = h->param.rc.f_qblur;
2892     double cplxblur = h->param.rc.f_complexity_blur;
2893     const int filter_size = (int)(qblur*4) | 1;
2894     double expected_bits;
2895     double *qscale, *blurred_qscale;
2896     double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
2897
2898     /* find total/average complexity & const_bits */
2899     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2900     {
2901         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2902         all_const_bits += rce->misc_bits;
2903     }
2904
2905     if( all_available_bits < all_const_bits)
2906     {
2907         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "requested bitrate is too low. estimated minimum is %d kbps\n",
2908                  (int)(all_const_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.)) );
2909         return -1;
2910     }
2911
2912     /* Blur complexities, to reduce local fluctuation of QP.
2913      * We don't blur the QPs directly, because then one very simple frame
2914      * could drag down the QP of a nearby complex frame and give it more
2915      * bits than intended. */
2916     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2917     {
2918         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2919         double weight_sum = 0;
2920         double cplx_sum = 0;
2921         double weight = 1.0;
2922         double gaussian_weight;
2923         /* weighted average of cplx of future frames */
2924         for( int j = 1; j < cplxblur*2 && j < rcc->num_entries-i; j++ )
2925         {
2926             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i+j];
2927             double frame_duration = CLIP_DURATION(rcj->i_duration * timescale) / BASE_FRAME_DURATION;
2928             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2929             if( weight < .0001 )
2930                 break;
2931             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2932             weight_sum += gaussian_weight;
2933             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits) / frame_duration;
2934         }
2935         /* weighted average of cplx of past frames */
2936         weight = 1.0;
2937         for( int j = 0; j <= cplxblur*2 && j <= i; j++ )
2938         {
2939             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i-j];
2940             double frame_duration = CLIP_DURATION(rcj->i_duration * timescale) / BASE_FRAME_DURATION;
2941             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2942             weight_sum += gaussian_weight;
2943             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits) / frame_duration;
2944             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2945             if( weight < .0001 )
2946                 break;
2947         }
2948         rce->blurred_complexity = cplx_sum / weight_sum;
2949     }
2950
2951     CHECKED_MALLOC( qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2952     if( filter_size > 1 )
2953         CHECKED_MALLOC( blurred_qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2954     else
2955         blurred_qscale = qscale;
2956
2957     /* Search for a factor which, when multiplied by the RCEQ values from
2958      * each frame, adds up to the desired total size.
2959      * There is no exact closed-form solution because of VBV constraints and
2960      * because qscale2bits is not invertible, but we can start with the simple
2961      * approximation of scaling the 1st pass by the ratio of bitrates.
2962      * The search range is probably overkill, but speed doesn't matter here. */
2963
2964     expected_bits = 1;
2965     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2966     {
2967         double q = get_qscale(h, &rcc->entry[i], 1.0, i);
2968         expected_bits += qscale2bits(&rcc->entry[i], q);
2969         rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = q;
2970     }
2971     step_mult = all_available_bits / expected_bits;
2972
2973     rate_factor = 0;
2974     for( double step = 1E4 * step_mult; step > 1E-7 * step_mult; step *= 0.5)
2975     {
2976         expected_bits = 0;
2977         rate_factor += step;
2978
2979         rcc->last_non_b_pict_type = -1;
2980         rcc->last_accum_p_norm = 1;
2981         rcc->accum_p_norm = 0;
2982
2983         rcc->last_qscale_for[0] =
2984         rcc->last_qscale_for[1] =
2985         rcc->last_qscale_for[2] = pow( base_cplx, 1 - rcc->qcompress ) / rate_factor;
2986
2987         /* find qscale */
2988         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2989         {
2990             qscale[i] = get_qscale( h, &rcc->entry[i], rate_factor, -1 );
2991             rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = qscale[i];
2992         }
2993
2994         /* fixed I/B qscale relative to P */
2995         for( int i = rcc->num_entries-1; i >= 0; i-- )
2996         {
2997             qscale[i] = get_diff_limited_q( h, &rcc->entry[i], qscale[i], i );
2998             assert(qscale[i] >= 0);
2999         }
3000
3001         /* smooth curve */
3002         if( filter_size > 1 )
3003         {
3004             assert( filter_size%2 == 1 );
3005             for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
3006             {
3007                 ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
3008                 double q = 0.0, sum = 0.0;
3009
3010                 for( int j = 0; j < filter_size; j++ )
3011                 {
3012                     int idx = i+j-filter_size/2;
3013                     double d = idx-i;
3014                     double coeff = qblur==0 ? 1.0 : exp( -d*d/(qblur*qblur) );
3015                     if( idx < 0 || idx >= rcc->num_entries )
3016                         continue;
3017                     if( rce->pict_type != rcc->entry[idx].pict_type )
3018                         continue;
3019                     q += qscale[idx] * coeff;
3020                     sum += coeff;
3021                 }
3022                 blurred_qscale[i] = q/sum;
3023             }
3024         }
3025
3026         /* find expected bits */
3027         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
3028         {
3029             ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
3030             rce->new_qscale = clip_qscale( h, rce->pict_type, blurred_qscale[i] );
3031             assert(rce->new_qscale >= 0);
3032             expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
3033         }
3034
3035         if( expected_bits > all_available_bits )
3036             rate_factor -= step;
3037     }
3038
3039     x264_free( qscale );
3040     if( filter_size > 1 )
3041         x264_free( blurred_qscale );
3042
3043     if( rcc->b_vbv )
3044         if( vbv_pass2( h, all_available_bits ) )
3045             return -1;
3046     expected_bits = count_expected_bits( h );
3047
3048     if( fabs( expected_bits/all_available_bits - 1.0 ) > 0.01 )
3049     {
3050         double avgq = 0;
3051         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
3052             avgq += rcc->entry[i].new_qscale;
3053         avgq = qscale2qp( avgq / rcc->num_entries );
3054
3055         if( expected_bits > all_available_bits || !rcc->b_vbv )
3056             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "Error: 2pass curve failed to converge\n" );
3057         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "target: %.2f kbit/s, expected: %.2f kbit/s, avg QP: %.4f\n",
3058                   (float)h->param.rc.i_bitrate,
3059                   expected_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.),
3060                   avgq );
3061         if( expected_bits < all_available_bits && avgq < h->param.rc.i_qp_min + 2 )
3062         {
3063             if( h->param.rc.i_qp_min > 0 )
3064                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate or reducing qp_min (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_min );
3065             else
3066                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate\n" );
3067         }
3068         else if( expected_bits > all_available_bits && avgq > h->param.rc.i_qp_max - 2 )
3069         {
3070             if( h->param.rc.i_qp_max < QP_MAX )
3071                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate or increasing qp_max (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_max );
3072             else
3073                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate\n");
3074         }
3075         else if( !(rcc->b_2pass && rcc->b_vbv) )
3076             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "internal error\n" );
3077     }
3078
3079     return 0;
3080 fail:
3081     return -1;
3082 }