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

   1 /*****************************************************************************
   2  * ratecontrol.c: ratecontrol
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 2005-2016 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 + QP_BD_OFFSET) ) / 6.0f );
 205 }
 206 static inline float qscale2qp( float qscale )
 207 {
 208     return (12.0f + QP_BD_OFFSET) + 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     /* Initialize frame stats */
 306     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 307     {
 308         frame->i_pixel_sum[i] = 0;
 309         frame->i_pixel_ssd[i] = 0;
 310     }
 311
 312     /* Degenerate cases */
 313     if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_NONE || h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 314     {
 315         /* Need to init it anyways for MB tree */
 316         if( h->param.rc.i_aq_mode && h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 317         {
 318             if( quant_offsets )
 319             {
 320                 for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 321                     frame->f_qp_offset[mb_xy] = frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = quant_offsets[mb_xy];
 322                 if( h->frames.b_have_lowres )
 323                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 324                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8( frame->f_qp_offset[mb_xy] );
 325             }
 326             else
 327             {
 328                 memset( frame->f_qp_offset, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 329                 memset( frame->f_qp_offset_aq, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 330                 if( h->frames.b_have_lowres )
 331                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 332                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = 256;
 333             }
 334         }
 335         /* Need variance data for weighted prediction */
 336         if( h->param.analyse.i_weighted_pred )
 337         {
 338             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 339                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 340                     x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 341         }
 342         else
 343             return;
 344     }
 345     /* Actual adaptive quantization */
 346     else
 347     {
 348         /* constants chosen to result in approximately the same overall bitrate as without AQ.
 349          * FIXME: while they're written in 5 significant digits, they're only tuned to 2. */
 350         float strength;
 351         float avg_adj = 0.f;
 352         float bias_strength = 0.f;
 353
 354         if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE || h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE_BIASED )
 355         {
 356             float bit_depth_correction = 1.f / (1 << (2*(BIT_DEPTH-8)));
 357             float avg_adj_pow2 = 0.f;
 358             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 359                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 360                 {
 361                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 362                     float qp_adj = powf( energy * bit_depth_correction + 1, 0.125f );
 363                     frame->f_qp_offset[mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride] = qp_adj;
 364                     avg_adj += qp_adj;
 365                     avg_adj_pow2 += qp_adj * qp_adj;
 366                 }
 367             avg_adj /= h->mb.i_mb_count;
 368             avg_adj_pow2 /= h->mb.i_mb_count;
 369             strength = h->param.rc.f_aq_strength * avg_adj;
 370             avg_adj = avg_adj - 0.5f * (avg_adj_pow2 - 14.f) / avg_adj;
 371             bias_strength = h->param.rc.f_aq_strength;
 372         }
 373         else
 374             strength = h->param.rc.f_aq_strength * 1.0397f;
 375
 376         for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 377             for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 378             {
 379                 float qp_adj;
 380                 int mb_xy = mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride;
 381                 if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE_BIASED )
 382                 {
 383                     qp_adj = frame->f_qp_offset[mb_xy];
 384                     qp_adj = strength * (qp_adj - avg_adj) + bias_strength * (1.f - 14.f / (qp_adj * qp_adj));
 385                 }
 386                 else if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 387                 {
 388                     qp_adj = frame->f_qp_offset[mb_xy];
 389                     qp_adj = strength * (qp_adj - avg_adj);
 390                 }
 391                 else
 392                 {
 393                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 394                     qp_adj = strength * (x264_log2( X264_MAX(energy, 1) ) - (14.427f + 2*(BIT_DEPTH-8)));
 395                 }
 396                 if( quant_offsets )
 397                     qp_adj += quant_offsets[mb_xy];
 398                 frame->f_qp_offset[mb_xy] =
 399                 frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = qp_adj;
 400                 if( h->frames.b_have_lowres )
 401                     frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8(qp_adj);
 402             }
 403     }
 404
 405     /* Remove mean from SSD calculation */
 406     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 407     {
 408         uint64_t ssd = frame->i_pixel_ssd[i];
 409         uint64_t sum = frame->i_pixel_sum[i];
 410         int width  = 16*h->mb.i_mb_width  >> (i && CHROMA_H_SHIFT);
 411         int height = 16*h->mb.i_mb_height >> (i && CHROMA_V_SHIFT);
 412         frame->i_pixel_ssd[i] = ssd - (sum * sum + width * height / 2) / (width * height);
 413     }
 414 }
 415
 416 static int x264_macroblock_tree_rescale_init( x264_t *h, x264_ratecontrol_t *rc )
 417 {
 418     /* Use fractional QP array dimensions to compensate for edge padding */
 419     float srcdim[2] = {rc->mbtree.srcdim[0] / 16.f, rc->mbtree.srcdim[1] / 16.f};
 420     float dstdim[2] = {    h->param.i_width / 16.f,    h->param.i_height / 16.f};
 421     int srcdimi[2] = {ceil(srcdim[0]), ceil(srcdim[1])};
 422     int dstdimi[2] = {ceil(dstdim[0]), ceil(dstdim[1])};
 423     if( PARAM_INTERLACED )
 424     {
 425         srcdimi[1] = (srcdimi[1]+1)&~1;
 426         dstdimi[1] = (dstdimi[1]+1)&~1;
 427     }
 428
 429     rc->mbtree.src_mb_count = srcdimi[0] * srcdimi[1];
 430
 431     CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.qp_buffer[0], rc->mbtree.src_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 432     if( h->param.i_bframe_pyramid && h->param.rc.b_stat_read )
 433         CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.qp_buffer[1], rc->mbtree.src_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 434     rc->mbtree.qpbuf_pos = -1;
 435
 436     /* No rescaling to do */
 437     if( srcdimi[0] == dstdimi[0] && srcdimi[1] == dstdimi[1] )
 438         return 0;
 439
 440     rc->mbtree.rescale_enabled = 1;
 441
 442     /* Allocate intermediate scaling buffers */
 443     CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.scale_buffer[0], srcdimi[0] * srcdimi[1] * sizeof(float) );
 444     CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.scale_buffer[1], dstdimi[0] * srcdimi[1] * sizeof(float) );
 445
 446     /* Allocate and calculate resize filter parameters and coefficients */
 447     for( int i = 0; i < 2; i++ )
 448     {
 449         if( srcdim[i] > dstdim[i] ) // downscale
 450             rc->mbtree.filtersize[i] = 1 + (2 * srcdimi[i] + dstdimi[i] - 1) / dstdimi[i];
 451         else                        // upscale
 452             rc->mbtree.filtersize[i] = 3;
 453
 454         CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.coeffs[i], rc->mbtree.filtersize[i] * dstdimi[i] * sizeof(float) );
 455         CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.pos[i], dstdimi[i] * sizeof(int) );
 456
 457         /* Initialize filter coefficients */
 458         float inc = srcdim[i] / dstdim[i];
 459         float dmul = inc > 1.f ? dstdim[i] / srcdim[i] : 1.f;
 460         float dstinsrc = 0.5f * inc - 0.5f;
 461         int filtersize = rc->mbtree.filtersize[i];
 462         for( int j = 0; j < dstdimi[i]; j++ )
 463         {
 464             int pos = dstinsrc - (filtersize - 2.f) * 0.5f;
 465             float sum = 0.0;
 466             rc->mbtree.pos[i][j] = pos;
 467             for( int k = 0; k < filtersize; k++ )
 468             {
 469                 float d = fabs( pos + k - dstinsrc ) * dmul;
 470                 float coeff = X264_MAX( 1.f - d, 0 );
 471                 rc->mbtree.coeffs[i][j * filtersize + k] = coeff;
 472                 sum += coeff;
 473             }
 474             sum = 1.0f / sum;
 475             for( int k = 0; k < filtersize; k++ )
 476                 rc->mbtree.coeffs[i][j * filtersize + k] *= sum;
 477             dstinsrc += inc;
 478         }
 479     }
 480
 481     /* Write back actual qp array dimensions */
 482     rc->mbtree.srcdim[0] = srcdimi[0];
 483     rc->mbtree.srcdim[1] = srcdimi[1];
 484     return 0;
 485 fail:
 486     return -1;
 487 }
 488
 489 static void x264_macroblock_tree_rescale_destroy( x264_ratecontrol_t *rc )
 490 {
 491     for( int i = 0; i < 2; i++ )
 492     {
 493         x264_free( rc->mbtree.qp_buffer[i] );
 494         x264_free( rc->mbtree.scale_buffer[i] );
 495         x264_free( rc->mbtree.coeffs[i] );
 496         x264_free( rc->mbtree.pos[i] );
 497     }
 498 }
 499
 500 static ALWAYS_INLINE float tapfilter( float *src, int pos, int max, int stride, float *coeff, int filtersize )
 501 {
 502     float sum = 0.f;
 503     for( int i = 0; i < filtersize; i++, pos++ )
 504         sum += src[x264_clip3( pos, 0, max-1 )*stride] * coeff[i];
 505     return sum;
 506 }
 507
 508 static void x264_macroblock_tree_rescale( x264_t *h, x264_ratecontrol_t *rc, float *dst )
 509 {
 510     float *input, *output;
 511     int filtersize, stride, height;
 512
 513     /* H scale first */
 514     input = rc->mbtree.scale_buffer[0];
 515     output = rc->mbtree.scale_buffer[1];
 516     filtersize = rc->mbtree.filtersize[0];
 517     stride = rc->mbtree.srcdim[0];
 518     height = rc->mbtree.srcdim[1];
 519     for( int y = 0; y < height; y++, input += stride, output += h->mb.i_mb_width )
 520     {
 521         float *coeff = rc->mbtree.coeffs[0];
 522         for( int x = 0; x < h->mb.i_mb_width; x++, coeff+=filtersize )
 523             output[x] = tapfilter( input, rc->mbtree.pos[0][x], stride, 1, coeff, filtersize );
 524     }
 525
 526     /* V scale next */
 527     input = rc->mbtree.scale_buffer[1];
 528     output = dst;
 529     filtersize = rc->mbtree.filtersize[1];
 530     stride = h->mb.i_mb_width;
 531     height = rc->mbtree.srcdim[1];
 532     for( int x = 0; x < h->mb.i_mb_width; x++, input++, output++ )
 533     {
 534         float *coeff = rc->mbtree.coeffs[1];
 535         for( int y = 0; y < h->mb.i_mb_height; y++, coeff+=filtersize )
 536             output[y*stride] = tapfilter( input, rc->mbtree.pos[1][y], height, stride, coeff, filtersize );
 537     }
 538 }
 539
 540 int x264_macroblock_tree_read( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 541 {
 542     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 543     uint8_t i_type_actual = rc->entry[frame->i_frame].pict_type;
 544
 545     if( rc->entry[frame->i_frame].kept_as_ref )
 546     {
 547         uint8_t i_type;
 548         if( rc->mbtree.qpbuf_pos < 0 )
 549         {
 550             do
 551             {
 552                 rc->mbtree.qpbuf_pos++;
 553
 554                 if( !fread( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_in ) )
 555                     goto fail;
 556                 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 )
 557                     goto fail;
 558
 559                 if( i_type != i_type_actual && rc->mbtree.qpbuf_pos == 1 )
 560                 {
 561                     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree frametype %d doesn't match actual frametype %d.\n", i_type, i_type_actual );
 562                     return -1;
 563                 }
 564             } while( i_type != i_type_actual );
 565         }
 566
 567         float *dst = rc->mbtree.rescale_enabled ? rc->mbtree.scale_buffer[0] : frame->f_qp_offset;
 568         for( int i = 0; i < rc->mbtree.src_mb_count; i++ )
 569         {
 570             int16_t qp_fix8 = endian_fix16( rc->mbtree.qp_buffer[rc->mbtree.qpbuf_pos][i] );
 571             dst[i] = qp_fix8 * (1.f/256.f);
 572         }
 573         if( rc->mbtree.rescale_enabled )
 574             x264_macroblock_tree_rescale( h, rc, frame->f_qp_offset );
 575         if( h->frames.b_have_lowres )
 576             for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
 577                 frame->i_inv_qscale_factor[i] = x264_exp2fix8( frame->f_qp_offset[i] );
 578         rc->mbtree.qpbuf_pos--;
 579     }
 580     else
 581         x264_stack_align( x264_adaptive_quant_frame, h, frame, quant_offsets );
 582     return 0;
 583 fail:
 584     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "Incomplete MB-tree stats file.\n" );
 585     return -1;
 586 }
 587
 588 int x264_reference_build_list_optimal( x264_t *h )
 589 {
 590     ratecontrol_entry_t *rce = h->rc->rce;
 591     x264_frame_t *frames[16];
 592     x264_weight_t weights[16][3];
 593     int refcount[16];
 594
 595     if( rce->refs != h->i_ref[0] )
 596         return -1;
 597
 598     memcpy( frames, h->fref[0], sizeof(frames) );
 599     memcpy( refcount, rce->refcount, sizeof(refcount) );
 600     memcpy( weights, h->fenc->weight, sizeof(weights) );
 601     memset( &h->fenc->weight[1][0], 0, sizeof(x264_weight_t[15][3]) );
 602
 603     /* For now don't reorder ref 0; it seems to lower quality
 604        in most cases due to skips. */
 605     for( int ref = 1; ref < h->i_ref[0]; ref++ )
 606     {
 607         int max = -1;
 608         int bestref = 1;
 609
 610         for( int i = 1; i < h->i_ref[0]; i++ )
 611             /* Favor lower POC as a tiebreaker. */
 612             COPY2_IF_GT( max, refcount[i], bestref, i );
 613
 614         /* FIXME: If there are duplicates from frames other than ref0 then it is possible
 615          * that the optimal ordering doesnt place every duplicate. */
 616
 617         refcount[bestref] = -1;
 618         h->fref[0][ref] = frames[bestref];
 619         memcpy( h->fenc->weight[ref], weights[bestref], sizeof(weights[bestref]) );
 620     }
 621
 622     return 0;
 623 }
 624
 625 static char *x264_strcat_filename( char *input, char *suffix )
 626 {
 627     char *output = x264_malloc( strlen( input ) + strlen( suffix ) + 1 );
 628     if( !output )
 629         return NULL;
 630     strcpy( output, input );
 631     strcat( output, suffix );
 632     return output;
 633 }
 634
 635 void x264_ratecontrol_init_reconfigurable( x264_t *h, int b_init )
 636 {
 637     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 638     if( !b_init && rc->b_2pass )
 639         return;
 640
 641     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
 642     {
 643         /* Arbitrary rescaling to make CRF somewhat similar to QP.
 644          * Try to compensate for MB-tree's effects as well. */
 645         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
 646         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
 647         rc->rate_factor_constant = pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
 648                                  / qp2qscale( h->param.rc.f_rf_constant + mbtree_offset + QP_BD_OFFSET );
 649     }
 650
 651     if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate > 0 && h->param.rc.i_vbv_buffer_size > 0 )
 652     {
 653         /* We don't support changing the ABR bitrate right now,
 654            so if the stream starts as CBR, keep it CBR. */
 655         if( rc->b_vbv_min_rate )
 656             h->param.rc.i_vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_bitrate;
 657
 658         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size < (int)(h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps) )
 659         {
 660             h->param.rc.i_vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps;
 661             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV buffer size cannot be smaller than one frame, using %d kbit\n",
 662                       h->param.rc.i_vbv_buffer_size );
 663         }
 664
 665         int kilobit_size = h->param.i_avcintra_class ? 1024 : 1000;
 666         int vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_buffer_size * kilobit_size;
 667         int vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate * kilobit_size;
 668
 669         /* Init HRD */
 670         if( h->param.i_nal_hrd && b_init )
 671         {
 672             h->sps->vui.hrd.i_cpb_cnt = 1;
 673             h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd = h->param.i_nal_hrd == X264_NAL_HRD_CBR;
 674             h->sps->vui.hrd.i_time_offset_length = 0;
 675
 676             #define BR_SHIFT  6
 677             #define CPB_SHIFT 4
 678
 679             // normalize HRD size and rate to the value / scale notation
 680             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale = x264_clip3( x264_ctz( vbv_max_bitrate ) - BR_SHIFT, 0, 15 );
 681             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_value = vbv_max_bitrate >> ( h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale + BR_SHIFT );
 682             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 );
 683             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale = x264_clip3( x264_ctz( vbv_buffer_size ) - CPB_SHIFT, 0, 15 );
 684             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_value = vbv_buffer_size >> ( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale + CPB_SHIFT );
 685             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 );
 686
 687             #undef CPB_SHIFT
 688             #undef BR_SHIFT
 689
 690             // arbitrary
 691             #define MAX_DURATION 0.5
 692
 693             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 );
 694             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;
 695             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);
 696
 697             h->sps->vui.hrd.i_initial_cpb_removal_delay_length = 2 + x264_clip3( 32 - x264_clz( max_delay ), 4, 22 );
 698             h->sps->vui.hrd.i_cpb_removal_delay_length = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_cpb_output_delay ), 4, 31 );
 699             h->sps->vui.hrd.i_dpb_output_delay_length  = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_dpb_output_delay ), 4, 31 );
 700
 701             #undef MAX_DURATION
 702
 703             vbv_buffer_size = h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled;
 704             vbv_max_bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
 705         }
 706         else if( h->param.i_nal_hrd && !b_init )
 707         {
 708             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV parameters cannot be changed when NAL HRD is in use\n" );
 709             return;
 710         }
 711         h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled = vbv_max_bitrate;
 712         h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled = vbv_buffer_size;
 713
 714         if( rc->b_vbv_min_rate )
 715             rc->bitrate = (double)h->param.rc.i_bitrate * kilobit_size;
 716         rc->buffer_rate = vbv_max_bitrate / rc->fps;
 717         rc->vbv_max_rate = vbv_max_bitrate;
 718         rc->buffer_size = vbv_buffer_size;
 719         rc->single_frame_vbv = rc->buffer_rate * 1.1 > rc->buffer_size;
 720         rc->cbr_decay = 1.0 - rc->buffer_rate / rc->buffer_size
 721                       * 0.5 * X264_MAX(0, 1.5 - rc->buffer_rate * rc->fps / rc->bitrate);
 722         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.f_rf_constant_max )
 723         {
 724             rc->rate_factor_max_increment = h->param.rc.f_rf_constant_max - h->param.rc.f_rf_constant;
 725             if( rc->rate_factor_max_increment <= 0 )
 726             {
 727                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CRF max must be greater than CRF\n" );
 728                 rc->rate_factor_max_increment = 0;
 729             }
 730         }
 731         if( b_init )
 732         {
 733             if( h->param.rc.f_vbv_buffer_init > 1. )
 734                 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 );
 735             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);
 736             rc->buffer_fill_final =
 737             rc->buffer_fill_final_min = rc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init * h->sps->vui.i_time_scale;
 738             rc->b_vbv = 1;
 739             rc->b_vbv_min_rate = !rc->b_2pass
 740                           && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR
 741                           && h->param.rc.i_vbv_max_bitrate <= h->param.rc.i_bitrate;
 742         }
 743     }
 744 }
 745
 746 int x264_ratecontrol_new( x264_t *h )
 747 {
 748     x264_ratecontrol_t *rc;
 749
 750     x264_emms();
 751
 752     CHECKED_MALLOCZERO( h->rc, h->param.i_threads * sizeof(x264_ratecontrol_t) );
 753     rc = h->rc;
 754
 755     rc->b_abr = h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CQP && !h->param.rc.b_stat_read;
 756     rc->b_2pass = h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && h->param.rc.b_stat_read;
 757
 758     /* FIXME: use integers */
 759     if( h->param.i_fps_num > 0 && h->param.i_fps_den > 0 )
 760         rc->fps = (float) h->param.i_fps_num / h->param.i_fps_den;
 761     else
 762         rc->fps = 25.0;
 763
 764     if( h->param.rc.b_mb_tree )
 765     {
 766         h->param.rc.f_pb_factor = 1;
 767         rc->qcompress = 1;
 768     }
 769     else
 770         rc->qcompress = h->param.rc.f_qcompress;
 771
 772     rc->bitrate = h->param.rc.i_bitrate * (h->param.i_avcintra_class ? 1024. : 1000.);
 773     rc->rate_tolerance = h->param.rc.f_rate_tolerance;
 774     rc->nmb = h->mb.i_mb_count;
 775     rc->last_non_b_pict_type = -1;
 776     rc->cbr_decay = 1.0;
 777
 778     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.b_stat_read )
 779     {
 780         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "constant rate-factor is incompatible with 2pass.\n" );
 781         return -1;
 782     }
 783
 784     x264_ratecontrol_init_reconfigurable( h, 1 );
 785
 786     if( h->param.i_nal_hrd )
 787     {
 788         uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
 789         uint64_t num = 90000;
 790         x264_reduce_fraction64( &num, &denom );
 791         rc->hrd_multiply_denom = 90000 / num;
 792
 793         double bits_required = log2( 90000 / rc->hrd_multiply_denom )
 794                              + log2( h->sps->vui.i_time_scale )
 795                              + log2( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled );
 796         if( bits_required >= 63 )
 797         {
 798             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "HRD with very large timescale and bufsize not supported\n" );
 799             return -1;
 800         }
 801     }
 802
 803     if( rc->rate_tolerance < 0.01 )
 804     {
 805         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "bitrate tolerance too small, using .01\n" );
 806         rc->rate_tolerance = 0.01;
 807     }
 808
 809     h->mb.b_variable_qp = rc->b_vbv || h->param.rc.i_aq_mode;
 810
 811     if( rc->b_abr )
 812     {
 813         /* FIXME ABR_INIT_QP is actually used only in CRF */
 814 #define ABR_INIT_QP (( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF ? h->param.rc.f_rf_constant : 24 ) + QP_BD_OFFSET)
 815         rc->accum_p_norm = .01;
 816         rc->accum_p_qp = ABR_INIT_QP * rc->accum_p_norm;
 817         /* estimated ratio that produces a reasonable QP for the first I-frame */
 818         rc->cplxr_sum = .01 * pow( 7.0e5, rc->qcompress ) * pow( h->mb.i_mb_count, 0.5 );
 819         rc->wanted_bits_window = 1.0 * rc->bitrate / rc->fps;
 820         rc->last_non_b_pict_type = SLICE_TYPE_I;
 821     }
 822
 823     rc->ip_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_ip_factor );
 824     rc->pb_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_pb_factor );
 825     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = h->param.rc.i_qp_constant;
 826     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant - rc->ip_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
 827     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant + rc->pb_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
 828     h->mb.ip_offset = rc->ip_offset + 0.5;
 829
 830     rc->lstep = pow( 2, h->param.rc.i_qp_step / 6.0 );
 831     rc->last_qscale = qp2qscale( 26 + QP_BD_OFFSET );
 832     int num_preds = h->param.b_sliced_threads * h->param.i_threads + 1;
 833     CHECKED_MALLOC( rc->pred, 5 * sizeof(predictor_t) * num_preds );
 834     CHECKED_MALLOC( rc->pred_b_from_p, sizeof(predictor_t) );
 835     static const float pred_coeff_table[3] = { 1.0, 1.0, 1.5 };
 836     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 837     {
 838         rc->last_qscale_for[i] = qp2qscale( ABR_INIT_QP );
 839         rc->lmin[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
 840         rc->lmax[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
 841         for( int j = 0; j < num_preds; j++ )
 842         {
 843             rc->pred[i+j*5].coeff_min = pred_coeff_table[i] / 2;
 844             rc->pred[i+j*5].coeff = pred_coeff_table[i];
 845             rc->pred[i+j*5].count = 1.0;
 846             rc->pred[i+j*5].decay = 0.5;
 847             rc->pred[i+j*5].offset = 0.0;
 848         }
 849         for( int j = 0; j < 2; j++ )
 850         {
 851             rc->row_preds[i][j].coeff_min = .25 / 4;
 852             rc->row_preds[i][j].coeff = .25;
 853             rc->row_preds[i][j].count = 1.0;
 854             rc->row_preds[i][j].decay = 0.5;
 855             rc->row_preds[i][j].offset = 0.0;
 856         }
 857     }
 858     rc->pred_b_from_p->coeff_min = 0.5 / 2;
 859     rc->pred_b_from_p->coeff = 0.5;
 860     rc->pred_b_from_p->count = 1.0;
 861     rc->pred_b_from_p->decay = 0.5;
 862     rc->pred_b_from_p->offset = 0.0;
 863
 864     if( parse_zones( h ) < 0 )
 865     {
 866         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to parse zones\n" );
 867         return -1;
 868     }
 869
 870     /* Load stat file and init 2pass algo */
 871     if( h->param.rc.b_stat_read )
 872     {
 873         char *p, *stats_in, *stats_buf;
 874
 875         /* read 1st pass stats */
 876         assert( h->param.rc.psz_stat_in );
 877         stats_buf = stats_in = x264_slurp_file( h->param.rc.psz_stat_in );
 878         if( !stats_buf )
 879         {
 880             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n" );
 881             return -1;
 882         }
 883         if( h->param.rc.b_mb_tree )
 884         {
 885             char *mbtree_stats_in = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_in, ".mbtree" );
 886             if( !mbtree_stats_in )
 887                 return -1;
 888             rc->p_mbtree_stat_file_in = x264_fopen( mbtree_stats_in, "rb" );
 889             x264_free( mbtree_stats_in );
 890             if( !rc->p_mbtree_stat_file_in )
 891             {
 892                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n" );
 893                 return -1;
 894             }
 895         }
 896
 897         /* check whether 1st pass options were compatible with current options */
 898         if( strncmp( stats_buf, "#options:", 9 ) )
 899         {
 900             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "options list in stats file not valid\n" );
 901             return -1;
 902         }
 903
 904         float res_factor, res_factor_bits;
 905         {
 906             int i, j;
 907             uint32_t k, l;
 908             char *opts = stats_buf;
 909             stats_in = strchr( stats_buf, '\n' );
 910             if( !stats_in )
 911                 return -1;
 912             *stats_in = '\0';
 913             stats_in++;
 914             if( sscanf( opts, "#options: %dx%d", &i, &j ) != 2 )
 915             {
 916                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "resolution specified in stats file not valid\n" );
 917                 return -1;
 918             }
 919             else if( h->param.rc.b_mb_tree )
 920             {
 921                 rc->mbtree.srcdim[0] = i;
 922                 rc->mbtree.srcdim[1] = j;
 923             }
 924             res_factor = (float)h->param.i_width * h->param.i_height / (i*j);
 925             /* Change in bits relative to resolution isn't quite linear on typical sources,
 926              * so we'll at least try to roughly approximate this effect. */
 927             res_factor_bits = powf( res_factor, 0.7 );
 928
 929             if( !( p = strstr( opts, "timebase=" ) ) || sscanf( p, "timebase=%u/%u", &k, &l ) != 2 )
 930             {
 931                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase specified in stats file not valid\n" );
 932                 return -1;
 933             }
 934             if( k != h->param.i_timebase_num || l != h->param.i_timebase_den )
 935             {
 936                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase mismatch with 1st pass (%u/%u vs %u/%u)\n",
 937                           h->param.i_timebase_num, h->param.i_timebase_den, k, l );
 938                 return -1;
 939             }
 940
 941             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bitdepth", BIT_DEPTH );
 942             CMP_OPT_FIRST_PASS( "weightp", X264_MAX( 0, h->param.analyse.i_weighted_pred ) );
 943             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bframes", h->param.i_bframe );
 944             CMP_OPT_FIRST_PASS( "b_pyramid", h->param.i_bframe_pyramid );
 945             CMP_OPT_FIRST_PASS( "intra_refresh", h->param.b_intra_refresh );
 946             CMP_OPT_FIRST_PASS( "open_gop", h->param.b_open_gop );
 947             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bluray_compat", h->param.b_bluray_compat );
 948
 949             if( (p = strstr( opts, "interlaced=" )) )
 950             {
 951                 char *current = h->param.b_interlaced ? h->param.b_tff ? "tff" : "bff" : h->param.b_fake_interlaced ? "fake" : "0";
 952                 char buf[5];
 953                 sscanf( p, "interlaced=%4s", buf );
 954                 if( strcmp( current, buf ) )
 955                 {
 956                     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different interlaced setting than first pass (%s vs %s)\n", current, buf );
 957                     return -1;
 958                 }
 959             }
 960
 961             if( (p = strstr( opts, "keyint=" )) )
 962             {
 963                 p += 7;
 964                 char buf[13] = "infinite ";
 965                 if( h->param.i_keyint_max != X264_KEYINT_MAX_INFINITE )
 966                     sprintf( buf, "%d ", h->param.i_keyint_max );
 967                 if( strncmp( p, buf, strlen(buf) ) )
 968                 {
 969                     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different keyint setting than first pass (%.*s vs %.*s)\n",
 970                               strlen(buf)-1, buf, strcspn(p, " "), p );
 971                     return -1;
 972                 }
 973             }
 974
 975             if( strstr( opts, "qp=0" ) && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
 976                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "1st pass was lossless, bitrate prediction will be inaccurate\n" );
 977
 978             if( !strstr( opts, "direct=3" ) && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
 979             {
 980                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "direct=auto not used on the first pass\n" );
 981                 h->mb.b_direct_auto_write = 1;
 982             }
 983
 984             if( ( p = strstr( opts, "b_adapt=" ) ) && sscanf( p, "b_adapt=%d", &i ) && i >= X264_B_ADAPT_NONE && i <= X264_B_ADAPT_TRELLIS )
 985                 h->param.i_bframe_adaptive = i;
 986             else if( h->param.i_bframe )
 987             {
 988                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "b_adapt method specified in stats file not valid\n" );
 989                 return -1;
 990             }
 991
 992             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 ) )
 993                 h->param.rc.i_lookahead = i;
 994         }
 995
 996         /* find number of pics */
 997         p = stats_in;
 998         int num_entries;
 999         for( num_entries = -1; p; num_entries++ )
1000             p = strchr( p + 1, ';' );
1001         if( !num_entries )
1002         {
1003             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "empty stats file\n" );
1004             return -1;
1005         }
1006         rc->num_entries = num_entries;
1007
1008         if( h->param.i_frame_total < rc->num_entries && h->param.i_frame_total > 0 )
1009         {
1010             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "2nd pass has fewer frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
1011                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
1012         }
1013         if( h->param.i_frame_total > rc->num_entries )
1014         {
1015             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
1016                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
1017             return -1;
1018         }
1019
1020         CHECKED_MALLOCZERO( rc->entry, rc->num_entries * sizeof(ratecontrol_entry_t) );
1021
1022         /* init all to skipped p frames */
1023         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
1024         {
1025             ratecontrol_entry_t *rce = &rc->entry[i];
1026             rce->pict_type = SLICE_TYPE_P;
1027             rce->qscale = rce->new_qscale = qp2qscale( 20 + QP_BD_OFFSET );
1028             rce->misc_bits = rc->nmb + 10;
1029             rce->new_qp = 0;
1030         }
1031
1032         /* read stats */
1033         p = stats_in;
1034         double total_qp_aq = 0;
1035         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
1036         {
1037             ratecontrol_entry_t *rce;
1038             int frame_number;
1039             char pict_type;
1040             int e;
1041             char *next;
1042             float qp_rc, qp_aq;
1043             int ref;
1044
1045             next= strchr(p, ';');
1046             if( next )
1047                 *next++ = 0; //sscanf is unbelievably slow on long strings
1048             e = sscanf( p, " in:%d ", &frame_number );
1049
1050             if( frame_number < 0 || frame_number >= rc->num_entries )
1051             {
1052                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad frame number (%d) at stats line %d\n", frame_number, i );
1053                 return -1;
1054             }
1055             rce = &rc->entry[frame_number];
1056             rce->direct_mode = 0;
1057
1058             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",
1059                    &pict_type, &rce->i_duration, &rce->i_cpb_duration, &qp_rc, &qp_aq, &rce->tex_bits,
1060                    &rce->mv_bits, &rce->misc_bits, &rce->i_count, &rce->p_count,
1061                    &rce->s_count, &rce->direct_mode );
1062             rce->tex_bits  *= res_factor_bits;
1063             rce->mv_bits   *= res_factor_bits;
1064             rce->misc_bits *= res_factor_bits;
1065             rce->i_count   *= res_factor;
1066             rce->p_count   *= res_factor;
1067             rce->s_count   *= res_factor;
1068
1069             p = strstr( p, "ref:" );
1070             if( !p )
1071                 goto parse_error;
1072             p += 4;
1073             for( ref = 0; ref < 16; ref++ )
1074             {
1075                 if( sscanf( p, " %d", &rce->refcount[ref] ) != 1 )
1076                     break;
1077                 p = strchr( p+1, ' ' );
1078                 if( !p )
1079                     goto parse_error;
1080             }
1081             rce->refs = ref;
1082
1083             /* find weights */
1084             rce->i_weight_denom[0] = rce->i_weight_denom[1] = -1;
1085             char *w = strchr( p, 'w' );
1086             if( w )
1087             {
1088                 int count = sscanf( w, "w:%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd",
1089                                     &rce->i_weight_denom[0], &rce->weight[0][0], &rce->weight[0][1],
1090                                     &rce->i_weight_denom[1], &rce->weight[1][0], &rce->weight[1][1],
1091                                     &rce->weight[2][0], &rce->weight[2][1] );
1092                 if( count == 3 )
1093                     rce->i_weight_denom[1] = -1;
1094                 else if ( count != 8 )
1095                     rce->i_weight_denom[0] = rce->i_weight_denom[1] = -1;
1096             }
1097
1098             if( pict_type != 'b' )
1099                 rce->kept_as_ref = 1;
1100             switch( pict_type )
1101             {
1102                 case 'I':
1103                     rce->frame_type = X264_TYPE_IDR;
1104                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
1105                     break;
1106                 case 'i':
1107                     rce->frame_type = X264_TYPE_I;
1108                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
1109                     break;
1110                 case 'P':
1111                     rce->frame_type = X264_TYPE_P;
1112                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_P;
1113                     break;
1114                 case 'B':
1115                     rce->frame_type = X264_TYPE_BREF;
1116                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
1117                     break;
1118                 case 'b':
1119                     rce->frame_type = X264_TYPE_B;
1120                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
1121                     break;
1122                 default:  e = -1; break;
1123             }
1124             if( e < 13 )
1125             {
1126 parse_error:
1127                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "statistics are damaged at line %d, parser out=%d\n", i, e );
1128                 return -1;
1129             }
1130             rce->qscale = qp2qscale( qp_rc );
1131             total_qp_aq += qp_aq;
1132             p = next;
1133         }
1134         if( !h->param.b_stitchable )
1135             h->pps->i_pic_init_qp = SPEC_QP( (int)(total_qp_aq / rc->num_entries + 0.5) );
1136
1137         x264_free( stats_buf );
1138
1139         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
1140         {
1141             if( init_pass2( h ) < 0 )
1142                 return -1;
1143         } /* else we're using constant quant, so no need to run the bitrate allocation */
1144     }
1145
1146     /* Open output file */
1147     /* If input and output files are the same, output to a temp file
1148      * and move it to the real name only when it's complete */
1149     if( h->param.rc.b_stat_write )
1150     {
1151         char *p;
1152         rc->psz_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".temp" );
1153         if( !rc->psz_stat_file_tmpname )
1154             return -1;
1155
1156         rc->p_stat_file_out = x264_fopen( rc->psz_stat_file_tmpname, "wb" );
1157         if( rc->p_stat_file_out == NULL )
1158         {
1159             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n" );
1160             return -1;
1161         }
1162
1163         p = x264_param2string( &h->param, 1 );
1164         if( p )
1165             fprintf( rc->p_stat_file_out, "#options: %s\n", p );
1166         x264_free( p );
1167         if( h->param.rc.b_mb_tree && !h->param.rc.b_stat_read )
1168         {
1169             rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree.temp" );
1170             rc->psz_mbtree_stat_file_name = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree" );
1171             if( !rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname || !rc->psz_mbtree_stat_file_name )
1172                 return -1;
1173
1174             rc->p_mbtree_stat_file_out = x264_fopen( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, "wb" );
1175             if( rc->p_mbtree_stat_file_out == NULL )
1176             {
1177                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n" );
1178                 return -1;
1179             }
1180         }
1181     }
1182
1183     if( h->param.rc.b_mb_tree && (h->param.rc.b_stat_read || h->param.rc.b_stat_write) )
1184     {
1185         if( !h->param.rc.b_stat_read )
1186         {
1187             rc->mbtree.srcdim[0] = h->param.i_width;
1188             rc->mbtree.srcdim[1] = h->param.i_height;
1189         }
1190         if( x264_macroblock_tree_rescale_init( h, rc ) < 0 )
1191             return -1;
1192     }
1193
1194     for( int i = 0; i<h->param.i_threads; i++ )
1195     {
1196         h->thread[i]->rc = rc+i;
1197         if( i )
1198         {
1199             rc[i] = rc[0];
1200             h->thread[i]->param = h->param;
1201             h->thread[i]->mb.b_variable_qp = h->mb.b_variable_qp;
1202             h->thread[i]->mb.ip_offset = h->mb.ip_offset;
1203         }
1204     }
1205
1206     return 0;
1207 fail:
1208     return -1;
1209 }
1210
1211 static int parse_zone( x264_t *h, x264_zone_t *z, char *p )
1212 {
1213     int len = 0;
1214     char *tok, UNUSED *saveptr=NULL;
1215     z->param = NULL;
1216     z->f_bitrate_factor = 1;
1217     if( 3 <= sscanf(p, "%d,%d,q=%d%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->i_qp, &len) )
1218         z->b_force_qp = 1;
1219     else if( 3 <= sscanf(p, "%d,%d,b=%f%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->f_bitrate_factor, &len) )
1220         z->b_force_qp = 0;
1221     else if( 2 <= sscanf(p, "%d,%d%n", &z->i_start, &z->i_end, &len) )
1222         z->b_force_qp = 0;
1223     else
1224     {
1225         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: \"%s\"\n", p );
1226         return -1;
1227     }
1228     p += len;
1229     if( !*p )
1230         return 0;
1231     CHECKED_MALLOC( z->param, sizeof(x264_param_t) );
1232     memcpy( z->param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
1233     z->param->param_free = x264_free;
1234     while( (tok = strtok_r( p, ",", &saveptr )) )
1235     {
1236         char *val = strchr( tok, '=' );
1237         if( val )
1238         {
1239             *val = '\0';
1240             val++;
1241         }
1242         if( x264_param_parse( z->param, tok, val ) )
1243         {
1244             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone param: %s = %s\n", tok, val );
1245             return -1;
1246         }
1247         p = NULL;
1248     }
1249     return 0;
1250 fail:
1251     return -1;
1252 }
1253
1254 static int parse_zones( x264_t *h )
1255 {
1256     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1257     if( h->param.rc.psz_zones && !h->param.rc.i_zones )
1258     {
1259         char *psz_zones, *p;
1260         CHECKED_MALLOC( psz_zones, strlen( h->param.rc.psz_zones )+1 );
1261         strcpy( psz_zones, h->param.rc.psz_zones );
1262         h->param.rc.i_zones = 1;
1263         for( p = psz_zones; *p; p++ )
1264             h->param.rc.i_zones += (*p == '/');
1265         CHECKED_MALLOC( h->param.rc.zones, h->param.rc.i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1266         p = psz_zones;
1267         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1268         {
1269             int i_tok = strcspn( p, "/" );
1270             p[i_tok] = 0;
1271             if( parse_zone( h, &h->param.rc.zones[i], p ) )
1272                 return -1;
1273             p += i_tok + 1;
1274         }
1275         x264_free( psz_zones );
1276     }
1277
1278     if( h->param.rc.i_zones > 0 )
1279     {
1280         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1281         {
1282             x264_zone_t z = h->param.rc.zones[i];
1283             if( z.i_start < 0 || z.i_start > z.i_end )
1284             {
1285                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: start=%d end=%d\n",
1286                           z.i_start, z.i_end );
1287                 return -1;
1288             }
1289             else if( !z.b_force_qp && z.f_bitrate_factor <= 0 )
1290             {
1291                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: bitrate_factor=%f\n",
1292                           z.f_bitrate_factor );
1293                 return -1;
1294             }
1295         }
1296
1297         rc->i_zones = h->param.rc.i_zones + 1;
1298         CHECKED_MALLOC( rc->zones, rc->i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1299         memcpy( rc->zones+1, h->param.rc.zones, (rc->i_zones-1) * sizeof(x264_zone_t) );
1300
1301         // default zone to fall back to if none of the others match
1302         rc->zones[0].i_start = 0;
1303         rc->zones[0].i_end = INT_MAX;
1304         rc->zones[0].b_force_qp = 0;
1305         rc->zones[0].f_bitrate_factor = 1;
1306         CHECKED_MALLOC( rc->zones[0].param, sizeof(x264_param_t) );
1307         memcpy( rc->zones[0].param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
1308         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1309         {
1310             if( !rc->zones[i].param )
1311                 rc->zones[i].param = rc->zones[0].param;
1312         }
1313     }
1314
1315     return 0;
1316 fail:
1317     return -1;
1318 }
1319
1320 static x264_zone_t *get_zone( x264_t *h, int frame_num )
1321 {
1322     for( int i = h->rc->i_zones - 1; i >= 0; i-- )
1323     {
1324         x264_zone_t *z = &h->rc->zones[i];
1325         if( frame_num >= z->i_start && frame_num <= z->i_end )
1326             return z;
1327     }
1328     return NULL;
1329 }
1330
1331 void x264_ratecontrol_summary( x264_t *h )
1332 {
1333     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1334     if( rc->b_abr && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && rc->cbr_decay > .9999 )
1335     {
1336         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
1337         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
1338         x264_log( h, X264_LOG_INFO, "final ratefactor: %.2f\n",
1339                   qscale2qp( pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
1340                              * rc->cplxr_sum / rc->wanted_bits_window ) - mbtree_offset - QP_BD_OFFSET );
1341     }
1342 }
1343
1344 void x264_ratecontrol_delete( x264_t *h )
1345 {
1346     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1347     int b_regular_file;
1348
1349     if( rc->p_stat_file_out )
1350     {
1351         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_stat_file_out );
1352         fclose( rc->p_stat_file_out );
1353         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1354             if( x264_rename( rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out ) != 0 )
1355             {
1356                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1357                           rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out );
1358             }
1359         x264_free( rc->psz_stat_file_tmpname );
1360     }
1361     if( rc->p_mbtree_stat_file_out )
1362     {
1363         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1364         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1365         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1366             if( x264_rename( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name ) != 0 )
1367             {
1368                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1369                           rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1370             }
1371         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname );
1372         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1373     }
1374     if( rc->p_mbtree_stat_file_in )
1375         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_in );
1376     x264_free( rc->pred );
1377     x264_free( rc->pred_b_from_p );
1378     x264_free( rc->entry );
1379     x264_macroblock_tree_rescale_destroy( rc );
1380     if( rc->zones )
1381     {
1382         x264_free( rc->zones[0].param );
1383         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1384             if( rc->zones[i].param != rc->zones[0].param && rc->zones[i].param->param_free )
1385                 rc->zones[i].param->param_free( rc->zones[i].param );
1386         x264_free( rc->zones );
1387     }
1388     x264_free( rc );
1389 }
1390
1391 static void accum_p_qp_update( x264_t *h, float qp )
1392 {
1393     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1394     rc->accum_p_qp   *= .95;
1395     rc->accum_p_norm *= .95;
1396     rc->accum_p_norm += 1;
1397     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I )
1398         rc->accum_p_qp += qp + rc->ip_offset;
1399     else
1400         rc->accum_p_qp += qp;
1401 }
1402
1403 /* Before encoding a frame, choose a QP for it */
1404 void x264_ratecontrol_start( x264_t *h, int i_force_qp, int overhead )
1405 {
1406     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1407     ratecontrol_entry_t *rce = NULL;
1408     x264_zone_t *zone = get_zone( h, h->fenc->i_frame );
1409     float q;
1410
1411     x264_emms();
1412
1413     if( zone && (!rc->prev_zone || zone->param != rc->prev_zone->param) )
1414         x264_encoder_reconfig_apply( h, zone->param );
1415     rc->prev_zone = zone;
1416
1417     if( h->param.rc.b_stat_read )
1418     {
1419         int frame = h->fenc->i_frame;
1420         assert( frame >= 0 && frame < rc->num_entries );
1421         rce = h->rc->rce = &h->rc->entry[frame];
1422
1423         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B
1424             && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
1425         {
1426             h->sh.b_direct_spatial_mv_pred = ( rce->direct_mode == 's' );
1427             h->mb.b_direct_auto_read = ( rce->direct_mode == 's' || rce->direct_mode == 't' );
1428         }
1429     }
1430
1431     if( rc->b_vbv )
1432     {
1433         memset( h->fdec->i_row_bits, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(int) );
1434         memset( h->fdec->f_row_qp, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(float) );
1435         memset( h->fdec->f_row_qscale, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(float) );
1436         rc->row_pred = rc->row_preds[h->sh.i_type];
1437         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;
1438         update_vbv_plan( h, overhead );
1439
1440         const x264_level_t *l = x264_levels;
1441         while( l->level_idc != 0 && l->level_idc != h->param.i_level_idc )
1442             l++;
1443
1444         int mincr = l->mincr;
1445
1446         if( h->param.b_bluray_compat )
1447             mincr = 4;
1448
1449         /* Profiles above High don't require minCR, so just set the maximum to a large value. */
1450         if( h->sps->i_profile_idc > PROFILE_HIGH )
1451             rc->frame_size_maximum = 1e9;
1452         else
1453         {
1454             /* The spec has a bizarre special case for the first frame. */
1455             if( h->i_frame == 0 )
1456             {
1457                 //384 * ( Max( PicSizeInMbs, fR * MaxMBPS ) + MaxMBPS * ( tr( 0 ) - tr,n( 0 ) ) ) / MinCR
1458                 double fr = 1. / 172;
1459                 int pic_size_in_mbs = h->mb.i_mb_width * h->mb.i_mb_height;
1460                 rc->frame_size_maximum = 384 * BIT_DEPTH * X264_MAX( pic_size_in_mbs, fr*l->mbps ) / mincr;
1461             }
1462             else
1463             {
1464                 //384 * MaxMBPS * ( tr( n ) - tr( n - 1 ) ) / MinCR
1465                 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;
1466             }
1467         }
1468     }
1469
1470     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1471         rc->bframes = h->fenc->i_bframes;
1472
1473     if( rc->b_abr )
1474     {
1475         q = qscale2qp( rate_estimate_qscale( h ) );
1476     }
1477     else if( rc->b_2pass )
1478     {
1479         rce->new_qscale = rate_estimate_qscale( h );
1480         q = qscale2qp( rce->new_qscale );
1481     }
1482     else /* CQP */
1483     {
1484         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B && h->fdec->b_kept_as_ref )
1485             q = ( rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_B ] + rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_P ] ) / 2;
1486         else
1487             q = rc->qp_constant[ h->sh.i_type ];
1488
1489         if( zone )
1490         {
1491             if( zone->b_force_qp )
1492                 q += zone->i_qp - rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P];
1493             else
1494                 q -= 6*log2f( zone->f_bitrate_factor );
1495         }
1496     }
1497     if( i_force_qp != X264_QP_AUTO )
1498         q = i_force_qp - 1;
1499
1500     q = x264_clip3f( q, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1501
1502     rc->qpa_rc = rc->qpa_rc_prev =
1503     rc->qpa_aq = rc->qpa_aq_prev = 0;
1504     rc->qp = x264_clip3( q + 0.5f, 0, QP_MAX );
1505     h->fdec->f_qp_avg_rc =
1506     h->fdec->f_qp_avg_aq =
1507     rc->qpm = q;
1508     if( rce )
1509         rce->new_qp = rc->qp;
1510
1511     accum_p_qp_update( h, rc->qpm );
1512
1513     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1514         rc->last_non_b_pict_type = h->sh.i_type;
1515 }
1516
1517 static float predict_row_size( x264_t *h, int y, float qscale )
1518 {
1519     /* average between two predictors:
1520      * absolute SATD, and scaled bit cost of the colocated row in the previous frame */
1521     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1522     float pred_s = predict_size( &rc->row_pred[0], qscale, h->fdec->i_row_satd[y] );
1523     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I || qscale >= h->fref[0][0]->f_row_qscale[y] )
1524     {
1525         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P
1526             && h->fref[0][0]->i_type == h->fdec->i_type
1527             && h->fref[0][0]->f_row_qscale[y] > 0
1528             && h->fref[0][0]->i_row_satd[y] > 0
1529             && (abs(h->fref[0][0]->i_row_satd[y] - h->fdec->i_row_satd[y]) < h->fdec->i_row_satd[y]/2))
1530         {
1531             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]
1532                          * h->fref[0][0]->f_row_qscale[y] / qscale;
1533             return (pred_s + pred_t) * 0.5f;
1534         }
1535         return pred_s;
1536     }
1537     /* Our QP is lower than the reference! */
1538     else
1539     {
1540         float pred_intra = predict_size( &rc->row_pred[1], qscale, h->fdec->i_row_satds[0][0][y] );
1541         /* Sum: better to overestimate than underestimate by using only one of the two predictors. */
1542         return pred_intra + pred_s;
1543     }
1544 }
1545
1546 static int row_bits_so_far( x264_t *h, int y )
1547 {
1548     int bits = 0;
1549     for( int i = h->i_threadslice_start; i <= y; i++ )
1550         bits += h->fdec->i_row_bits[i];
1551     return bits;
1552 }
1553
1554 static float predict_row_size_sum( x264_t *h, int y, float qp )
1555 {
1556     float qscale = qp2qscale( qp );
1557     float bits = row_bits_so_far( h, y );
1558     for( int i = y+1; i < h->i_threadslice_end; i++ )
1559         bits += predict_row_size( h, i, qscale );
1560     return bits;
1561 }
1562
1563 /* TODO:
1564  *  eliminate all use of qp in row ratecontrol: make it entirely qscale-based.
1565  *  make this function stop being needlessly O(N^2)
1566  *  update more often than once per row? */
1567 int x264_ratecontrol_mb( x264_t *h, int bits )
1568 {
1569     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1570     const int y = h->mb.i_mb_y;
1571
1572     h->fdec->i_row_bits[y] += bits;
1573     rc->qpa_aq += h->mb.i_qp;
1574
1575     if( h->mb.i_mb_x != h->mb.i_mb_width - 1 )
1576         return 0;
1577
1578     x264_emms();
1579     rc->qpa_rc += rc->qpm * h->mb.i_mb_width;
1580
1581     if( !rc->b_vbv )
1582         return 0;
1583
1584     float qscale = qp2qscale( rc->qpm );
1585     h->fdec->f_row_qp[y] = rc->qpm;
1586     h->fdec->f_row_qscale[y] = qscale;
1587
1588     update_predictor( &rc->row_pred[0], qscale, h->fdec->i_row_satd[y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1589     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I && rc->qpm < h->fref[0][0]->f_row_qp[y] )
1590         update_predictor( &rc->row_pred[1], qscale, h->fdec->i_row_satds[0][0][y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1591
1592     /* update ratecontrol per-mbpair in MBAFF */
1593     if( SLICE_MBAFF && !(y&1) )
1594         return 0;
1595
1596     /* FIXME: We don't currently support the case where there's a slice
1597      * boundary in between. */
1598     int can_reencode_row = h->sh.i_first_mb <= ((h->mb.i_mb_y - SLICE_MBAFF) * h->mb.i_mb_stride);
1599
1600     /* tweak quality based on difference from predicted size */
1601     float prev_row_qp = h->fdec->f_row_qp[y];
1602     float qp_absolute_max = h->param.rc.i_qp_max;
1603     if( rc->rate_factor_max_increment )
1604         qp_absolute_max = X264_MIN( qp_absolute_max, rc->qp_novbv + rc->rate_factor_max_increment );
1605     float qp_max = X264_MIN( prev_row_qp + h->param.rc.i_qp_step, qp_absolute_max );
1606     float qp_min = X264_MAX( prev_row_qp - h->param.rc.i_qp_step, h->param.rc.i_qp_min );
1607     float step_size = 0.5f;
1608     float slice_size_planned = h->param.b_sliced_threads ? rc->slice_size_planned : rc->frame_size_planned;
1609     float max_frame_error = x264_clip3f( 1.0 / h->mb.i_mb_height, 0.05, 0.25 );
1610     float max_frame_size = rc->frame_size_maximum - rc->frame_size_maximum * max_frame_error;
1611     max_frame_size = X264_MIN( max_frame_size, rc->buffer_fill - rc->buffer_rate * max_frame_error );
1612     float size_of_other_slices = 0;
1613     if( h->param.b_sliced_threads )
1614     {
1615         float size_of_other_slices_planned = 0;
1616         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1617             if( h != h->thread[i] )
1618             {
1619                 size_of_other_slices += h->thread[i]->rc->frame_size_estimated;
1620                 size_of_other_slices_planned += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
1621             }
1622         float weight = rc->slice_size_planned / rc->frame_size_planned;
1623         size_of_other_slices = (size_of_other_slices - size_of_other_slices_planned) * weight + size_of_other_slices_planned;
1624     }
1625     if( y < h->i_threadslice_end-1 )
1626     {
1627         /* B-frames shouldn't use lower QP than their reference frames. */
1628         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1629         {
1630             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] ) );
1631             rc->qpm = X264_MAX( rc->qpm, qp_min );
1632         }
1633
1634         float buffer_left_planned = rc->buffer_fill - rc->frame_size_planned;
1635         buffer_left_planned = X264_MAX( buffer_left_planned, 0.f );
1636         /* More threads means we have to be more cautious in letting ratecontrol use up extra bits. */
1637         float rc_tol = buffer_left_planned / h->param.i_threads * rc->rate_tolerance;
1638         float b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1639
1640         /* Don't increase the row QPs until a sufficent amount of the bits of the frame have been processed, in case a flat */
1641         /* area at the top of the frame was measured inaccurately. */
1642         if( row_bits_so_far( h, y ) < 0.05f * slice_size_planned )
1643             qp_max = qp_absolute_max = prev_row_qp;
1644
1645         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I )
1646             rc_tol *= 0.5f;
1647
1648         if( !rc->b_vbv_min_rate )
1649             qp_min = X264_MAX( qp_min, rc->qp_novbv );
1650
1651         while( rc->qpm < qp_max
1652                && ((b1 > rc->frame_size_planned + rc_tol) ||
1653                    (b1 > rc->frame_size_planned && rc->qpm < rc->qp_novbv) ||
1654                    (b1 > rc->buffer_fill - buffer_left_planned * 0.5f)) )
1655         {
1656             rc->qpm += step_size;
1657             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1658         }
1659
1660         rc->qpm -= step_size;
1661         while( rc->qpm > qp_min && rc->qpm < prev_row_qp
1662                && (rc->qpm > h->fdec->f_row_qp[0] || rc->single_frame_vbv)
1663                && (b1 < max_frame_size)
1664                && ((b1 < rc->frame_size_planned * 0.8f) ||
1665                    (b1 < (rc->buffer_fill - rc->buffer_size + rc->buffer_rate) * 0.95f)) )
1666         {
1667             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1668             rc->qpm -= step_size;
1669         }
1670         rc->qpm += step_size;
1671
1672         /* avoid VBV underflow or MinCR violation */
1673         while( rc->qpm < qp_absolute_max && (b1 > max_frame_size) )
1674         {
1675             rc->qpm += step_size;
1676             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1677         }
1678
1679         h->rc->frame_size_estimated = b1 - size_of_other_slices;
1680
1681         /* If the current row was large enough to cause a large QP jump, try re-encoding it. */
1682         if( rc->qpm > qp_max && prev_row_qp < qp_max && can_reencode_row )
1683         {
1684             /* Bump QP to halfway in between... close enough. */
1685             rc->qpm = x264_clip3f( (prev_row_qp + rc->qpm)*0.5f, prev_row_qp + 1.0f, 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     else
1694     {
1695         h->rc->frame_size_estimated = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm );
1696
1697         /* Last-ditch attempt: if the last row of the frame underflowed the VBV,
1698          * try again. */
1699         if( rc->qpm < qp_max && can_reencode_row
1700             && (h->rc->frame_size_estimated + size_of_other_slices > max_frame_size) )
1701         {
1702             rc->qpm = qp_max;
1703             rc->qpa_rc = rc->qpa_rc_prev;
1704             rc->qpa_aq = rc->qpa_aq_prev;
1705             h->fdec->i_row_bits[y] = 0;
1706             h->fdec->i_row_bits[y-SLICE_MBAFF] = 0;
1707             return -1;
1708         }
1709     }
1710
1711     rc->qpa_rc_prev = rc->qpa_rc;
1712     rc->qpa_aq_prev = rc->qpa_aq;
1713
1714     return 0;
1715 }
1716
1717 int x264_ratecontrol_qp( x264_t *h )
1718 {
1719     x264_emms();
1720     return x264_clip3( h->rc->qpm + 0.5f, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1721 }
1722
1723 int x264_ratecontrol_mb_qp( x264_t *h )
1724 {
1725     x264_emms();
1726     float qp = h->rc->qpm;
1727     if( h->param.rc.i_aq_mode )
1728     {
1729          /* MB-tree currently doesn't adjust quantizers in unreferenced frames. */
1730         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];
1731         /* Scale AQ's effect towards zero in emergency mode. */
1732         if( qp > QP_MAX_SPEC )
1733             qp_offset *= (QP_MAX - qp) / (QP_MAX - QP_MAX_SPEC);
1734         qp += qp_offset;
1735     }
1736     return x264_clip3( qp + 0.5f, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1737 }
1738
1739 /* In 2pass, force the same frame types as in the 1st pass */
1740 int x264_ratecontrol_slice_type( x264_t *h, int frame_num )
1741 {
1742     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1743     if( h->param.rc.b_stat_read )
1744     {
1745         if( frame_num >= rc->num_entries )
1746         {
1747             /* We could try to initialize everything required for ABR and
1748              * adaptive B-frames, but that would be complicated.
1749              * So just calculate the average QP used so far. */
1750             h->param.rc.i_qp_constant = (h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P] == 0) ? 24 + QP_BD_OFFSET
1751                                       : 1 + h->stat.f_frame_qp[SLICE_TYPE_P] / h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P];
1752             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant, 0, QP_MAX );
1753             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 );
1754             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 );
1755
1756             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d)\n", rc->num_entries );
1757             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "continuing anyway, at constant QP=%d\n", h->param.rc.i_qp_constant );
1758             if( h->param.i_bframe_adaptive )
1759                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "disabling adaptive B-frames\n" );
1760
1761             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1762             {
1763                 h->thread[i]->rc->b_abr = 0;
1764                 h->thread[i]->rc->b_2pass = 0;
1765                 h->thread[i]->param.rc.i_rc_method = X264_RC_CQP;
1766                 h->thread[i]->param.rc.b_stat_read = 0;
1767                 h->thread[i]->param.i_bframe_adaptive = 0;
1768                 h->thread[i]->param.i_scenecut_threshold = 0;
1769                 h->thread[i]->param.rc.b_mb_tree = 0;
1770                 if( h->thread[i]->param.i_bframe > 1 )
1771                     h->thread[i]->param.i_bframe = 1;
1772             }
1773             return X264_TYPE_AUTO;
1774         }
1775         return rc->entry[frame_num].frame_type;
1776     }
1777     else
1778         return X264_TYPE_AUTO;
1779 }
1780
1781 void x264_ratecontrol_set_weights( x264_t *h, x264_frame_t *frm )
1782 {
1783     ratecontrol_entry_t *rce = &h->rc->entry[frm->i_frame];
1784     if( h->param.analyse.i_weighted_pred <= 0 )
1785         return;
1786
1787     if( rce->i_weight_denom[0] >= 0 )
1788         SET_WEIGHT( frm->weight[0][0], 1, rce->weight[0][0], rce->i_weight_denom[0], rce->weight[0][1] );
1789
1790     if( rce->i_weight_denom[1] >= 0 )
1791     {
1792         SET_WEIGHT( frm->weight[0][1], 1, rce->weight[1][0], rce->i_weight_denom[1], rce->weight[1][1] );
1793         SET_WEIGHT( frm->weight[0][2], 1, rce->weight[2][0], rce->i_weight_denom[1], rce->weight[2][1] );
1794     }
1795 }
1796
1797 /* After encoding one frame, save stats and update ratecontrol state */
1798 int x264_ratecontrol_end( x264_t *h, int bits, int *filler )
1799 {
1800     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1801     const int *mbs = h->stat.frame.i_mb_count;
1802
1803     x264_emms();
1804
1805     h->stat.frame.i_mb_count_skip = mbs[P_SKIP] + mbs[B_SKIP];
1806     h->stat.frame.i_mb_count_i = mbs[I_16x16] + mbs[I_8x8] + mbs[I_4x4];
1807     h->stat.frame.i_mb_count_p = mbs[P_L0] + mbs[P_8x8];
1808     for( int i = B_DIRECT; i < B_8x8; i++ )
1809         h->stat.frame.i_mb_count_p += mbs[i];
1810
1811     h->fdec->f_qp_avg_rc = rc->qpa_rc /= h->mb.i_mb_count;
1812     h->fdec->f_qp_avg_aq = (float)rc->qpa_aq / h->mb.i_mb_count;
1813     h->fdec->f_crf_avg = h->param.rc.f_rf_constant + h->fdec->f_qp_avg_rc - rc->qp_novbv;
1814
1815     if( h->param.rc.b_stat_write )
1816     {
1817         char c_type = h->sh.i_type==SLICE_TYPE_I ? (h->fenc->i_poc==0 ? 'I' : 'i')
1818                     : h->sh.i_type==SLICE_TYPE_P ? 'P'
1819                     : h->fenc->b_kept_as_ref ? 'B' : 'b';
1820         int dir_frame = h->stat.frame.i_direct_score[1] - h->stat.frame.i_direct_score[0];
1821         int dir_avg = h->stat.i_direct_score[1] - h->stat.i_direct_score[0];
1822         char c_direct = h->mb.b_direct_auto_write ?
1823                         ( dir_frame>0 ? 's' : dir_frame<0 ? 't' :
1824                           dir_avg>0 ? 's' : dir_avg<0 ? 't' : '-' )
1825                         : '-';
1826         if( fprintf( rc->p_stat_file_out,
1827                  "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:",
1828                  h->fenc->i_frame, h->i_frame,
1829                  c_type, h->fenc->i_duration,
1830                  h->fenc->i_cpb_duration,
1831                  rc->qpa_rc, h->fdec->f_qp_avg_aq,
1832                  h->stat.frame.i_tex_bits,
1833                  h->stat.frame.i_mv_bits,
1834                  h->stat.frame.i_misc_bits,
1835                  h->stat.frame.i_mb_count_i,
1836                  h->stat.frame.i_mb_count_p,
1837                  h->stat.frame.i_mb_count_skip,
1838                  c_direct) < 0 )
1839             goto fail;
1840
1841         /* Only write information for reference reordering once. */
1842         int use_old_stats = h->param.rc.b_stat_read && rc->rce->refs > 1;
1843         for( int i = 0; i < (use_old_stats ? rc->rce->refs : h->i_ref[0]); i++ )
1844         {
1845             int refcount = use_old_stats         ? rc->rce->refcount[i]
1846                          : PARAM_INTERLACED      ? h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2]
1847                                                  + h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2+1]
1848                          :                         h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i];
1849             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "%d ", refcount ) < 0 )
1850                 goto fail;
1851         }
1852
1853         if( h->param.analyse.i_weighted_pred >= X264_WEIGHTP_SIMPLE && h->sh.weight[0][0].weightfn )
1854         {
1855             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "w:%d,%d,%d",
1856                          h->sh.weight[0][0].i_denom, h->sh.weight[0][0].i_scale, h->sh.weight[0][0].i_offset ) < 0 )
1857                 goto fail;
1858             if( h->sh.weight[0][1].weightfn || h->sh.weight[0][2].weightfn )
1859             {
1860                 if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ",%d,%d,%d,%d,%d ",
1861                              h->sh.weight[0][1].i_denom, h->sh.weight[0][1].i_scale, h->sh.weight[0][1].i_offset,
1862                              h->sh.weight[0][2].i_scale, h->sh.weight[0][2].i_offset ) < 0 )
1863                     goto fail;
1864             }
1865             else if( fprintf( rc->p_stat_file_out, " " ) < 0 )
1866                 goto fail;
1867         }
1868
1869         if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ";\n") < 0 )
1870             goto fail;
1871
1872         /* Don't re-write the data in multi-pass mode. */
1873         if( h->param.rc.b_mb_tree && h->fenc->b_kept_as_ref && !h->param.rc.b_stat_read )
1874         {
1875             uint8_t i_type = h->sh.i_type;
1876             /* Values are stored as big-endian FIX8.8 */
1877             for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
1878                 rc->mbtree.qp_buffer[0][i] = endian_fix16( h->fenc->f_qp_offset[i]*256.0 );
1879             if( fwrite( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < 1 )
1880                 goto fail;
1881             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 )
1882                 goto fail;
1883         }
1884     }
1885
1886     if( rc->b_abr )
1887     {
1888         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1889             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / rc->last_rceq;
1890         else
1891         {
1892             /* Depends on the fact that B-frame's QP is an offset from the following P-frame's.
1893              * Not perfectly accurate with B-refs, but good enough. */
1894             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / (rc->last_rceq * fabs( h->param.rc.f_pb_factor ));
1895         }
1896         rc->cplxr_sum *= rc->cbr_decay;
1897         rc->wanted_bits_window += h->fenc->f_duration * rc->bitrate;
1898         rc->wanted_bits_window *= rc->cbr_decay;
1899     }
1900
1901     if( rc->b_2pass )
1902         rc->expected_bits_sum += qscale2bits( rc->rce, qp2qscale( rc->rce->new_qp ) );
1903
1904     if( h->mb.b_variable_qp )
1905     {
1906         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1907         {
1908             rc->bframe_bits += bits;
1909             if( h->fenc->b_last_minigop_bframe )
1910             {
1911                 update_predictor( rc->pred_b_from_p, qp2qscale( rc->qpa_rc ),
1912                                   h->fref[1][h->i_ref[1]-1]->i_satd, rc->bframe_bits / rc->bframes );
1913                 rc->bframe_bits = 0;
1914             }
1915         }
1916     }
1917
1918     *filler = update_vbv( h, bits );
1919     rc->filler_bits_sum += *filler * 8;
1920
1921     if( h->sps->vui.b_nal_hrd_parameters_present )
1922     {
1923         if( h->fenc->i_frame == 0 )
1924         {
1925             // access unit initialises the HRD
1926             h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = 0;
1927             rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1928             rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1929             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit = (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1930         }
1931         else
1932         {
1933             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit + (double)(h->fenc->i_cpb_delay - h->i_cpb_delay_pir_offset) *
1934                                                    h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1935
1936             if( h->fenc->b_keyframe )
1937             {
1938                 rc->nrt_first_access_unit = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1939                 rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1940                 rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1941             }
1942
1943             double cpb_earliest_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time - (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1944             if( !h->fenc->b_keyframe )
1945                 cpb_earliest_arrival_time -= (double)rc->initial_cpb_removal_delay_offset / 90000;
1946
1947             if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd )
1948                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time;
1949             else
1950                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = X264_MAX( rc->previous_cpb_final_arrival_time, cpb_earliest_arrival_time );
1951         }
1952         int filler_bits = *filler ? X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), *filler )*8 : 0;
1953         // Equation C-6
1954         h->fenc->hrd_timing.cpb_final_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time +
1955                                                      (double)(bits + filler_bits) / h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1956
1957         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 +
1958                                               h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1959     }
1960
1961     return 0;
1962 fail:
1963     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_end: stats file could not be written to\n" );
1964     return -1;
1965 }
1966
1967 /****************************************************************************
1968  * 2 pass functions
1969  ***************************************************************************/
1970
1971 /**
1972  * modify the bitrate curve from pass1 for one frame
1973  */
1974 static double get_qscale(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double rate_factor, int frame_num)
1975 {
1976     x264_ratecontrol_t *rcc= h->rc;
1977     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
1978     double q;
1979     if( h->param.rc.b_mb_tree )
1980     {
1981         double timescale = (double)h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1982         q = pow( BASE_FRAME_DURATION / CLIP_DURATION(rce->i_duration * timescale), 1 - h->param.rc.f_qcompress );
1983     }
1984     else
1985         q = pow( rce->blurred_complexity, 1 - rcc->qcompress );
1986
1987     // avoid NaN's in the rc_eq
1988     if( !isfinite(q) || rce->tex_bits + rce->mv_bits == 0 )
1989         q = rcc->last_qscale_for[rce->pict_type];
1990     else
1991     {
1992         rcc->last_rceq = q;
1993         q /= rate_factor;
1994         rcc->last_qscale = q;
1995     }
1996
1997     if( zone )
1998     {
1999         if( zone->b_force_qp )
2000             q = qp2qscale( zone->i_qp );
2001         else
2002             q /= zone->f_bitrate_factor;
2003     }
2004
2005     return q;
2006 }
2007
2008 static double get_diff_limited_q(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double q, int frame_num)
2009 {
2010     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2011     const int pict_type = rce->pict_type;
2012     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
2013
2014     // force I/B quants as a function of P quants
2015     const double last_p_q    = rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P];
2016     const double last_non_b_q= rcc->last_qscale_for[rcc->last_non_b_pict_type];
2017     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
2018     {
2019         double iq = q;
2020         double pq = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
2021         double ip_factor = fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2022         /* don't apply ip_factor if the following frame is also I */
2023         if( rcc->accum_p_norm <= 0 )
2024             q = iq;
2025         else if( h->param.rc.f_ip_factor < 0 )
2026             q = iq / ip_factor;
2027         else if( rcc->accum_p_norm >= 1 )
2028             q = pq / ip_factor;
2029         else
2030             q = rcc->accum_p_norm * pq / ip_factor + (1 - rcc->accum_p_norm) * iq;
2031     }
2032     else if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
2033     {
2034         if( h->param.rc.f_pb_factor > 0 )
2035             q = last_non_b_q;
2036         if( !rce->kept_as_ref )
2037             q *= fabs( h->param.rc.f_pb_factor );
2038     }
2039     else if( pict_type == SLICE_TYPE_P
2040              && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_P
2041              && rce->tex_bits == 0 )
2042     {
2043         q = last_p_q;
2044     }
2045
2046     /* last qscale / qdiff stuff */
2047     if( rcc->last_non_b_pict_type == pict_type &&
2048         (pict_type!=SLICE_TYPE_I || rcc->last_accum_p_norm < 1) )
2049     {
2050         double last_q = rcc->last_qscale_for[pict_type];
2051         double max_qscale = last_q * rcc->lstep;
2052         double min_qscale = last_q / rcc->lstep;
2053
2054         if     ( q > max_qscale ) q = max_qscale;
2055         else if( q < min_qscale ) q = min_qscale;
2056     }
2057
2058     rcc->last_qscale_for[pict_type] = q;
2059     if( pict_type != SLICE_TYPE_B )
2060         rcc->last_non_b_pict_type = pict_type;
2061     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
2062     {
2063         rcc->last_accum_p_norm = rcc->accum_p_norm;
2064         rcc->accum_p_norm = 0;
2065         rcc->accum_p_qp = 0;
2066     }
2067     if( pict_type == SLICE_TYPE_P )
2068     {
2069         float mask = 1 - pow( (float)rce->i_count / rcc->nmb, 2 );
2070         rcc->accum_p_qp   = mask * (qscale2qp( q ) + rcc->accum_p_qp);
2071         rcc->accum_p_norm = mask * (1 + rcc->accum_p_norm);
2072     }
2073
2074     if( zone )
2075     {
2076         if( zone->b_force_qp )
2077             q = qp2qscale( zone->i_qp );
2078         else
2079             q /= zone->f_bitrate_factor;
2080     }
2081
2082     return q;
2083 }
2084
2085 static float predict_size( predictor_t *p, float q, float var )
2086 {
2087     return (p->coeff*var + p->offset) / (q*p->count);
2088 }
2089
2090 static void update_predictor( predictor_t *p, float q, float var, float bits )
2091 {
2092     float range = 1.5;
2093     if( var < 10 )
2094         return;
2095     float old_coeff = p->coeff / p->count;
2096     float old_offset = p->offset / p->count;
2097     float new_coeff = X264_MAX( (bits*q - old_offset) / var, p->coeff_min );
2098     float new_coeff_clipped = x264_clip3f( new_coeff, old_coeff/range, old_coeff*range );
2099     float new_offset = bits*q - new_coeff_clipped * var;
2100     if( new_offset >= 0 )
2101         new_coeff = new_coeff_clipped;
2102     else
2103         new_offset = 0;
2104     p->count  *= p->decay;
2105     p->coeff  *= p->decay;
2106     p->offset *= p->decay;
2107     p->count  ++;
2108     p->coeff  += new_coeff;
2109     p->offset += new_offset;
2110 }
2111
2112 // update VBV after encoding a frame
2113 static int update_vbv( x264_t *h, int bits )
2114 {
2115     int filler = 0;
2116     int bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
2117     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2118     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
2119     int64_t buffer_size = (int64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
2120
2121     if( rcc->last_satd >= h->mb.i_mb_count )
2122         update_predictor( &rct->pred[h->sh.i_type], qp2qscale( rcc->qpa_rc ), rcc->last_satd, bits );
2123
2124     if( !rcc->b_vbv )
2125         return filler;
2126
2127     uint64_t buffer_diff = (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
2128     rct->buffer_fill_final -= buffer_diff;
2129     rct->buffer_fill_final_min -= buffer_diff;
2130
2131     if( rct->buffer_fill_final_min < 0 )
2132     {
2133         double underflow = (double)rct->buffer_fill_final_min / h->sps->vui.i_time_scale;
2134         if( rcc->rate_factor_max_increment && rcc->qpm >= rcc->qp_novbv + rcc->rate_factor_max_increment )
2135             x264_log( h, X264_LOG_DEBUG, "VBV underflow due to CRF-max (frame %d, %.0f bits)\n", h->i_frame, underflow );
2136         else
2137             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV underflow (frame %d, %.0f bits)\n", h->i_frame, underflow );
2138         rct->buffer_fill_final =
2139         rct->buffer_fill_final_min = 0;
2140     }
2141
2142     if( h->param.i_avcintra_class )
2143         buffer_diff = buffer_size;
2144     else
2145         buffer_diff = (uint64_t)bitrate * h->sps->vui.i_num_units_in_tick * h->fenc->i_cpb_duration;
2146     rct->buffer_fill_final += buffer_diff;
2147     rct->buffer_fill_final_min += buffer_diff;
2148
2149     if( rct->buffer_fill_final > buffer_size )
2150     {
2151         if( h->param.rc.b_filler )
2152         {
2153             int64_t scale = (int64_t)h->sps->vui.i_time_scale * 8;
2154             filler = (rct->buffer_fill_final - buffer_size + scale - 1) / scale;
2155             bits = h->param.i_avcintra_class ? filler * 8 : X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), filler ) * 8;
2156             buffer_diff = (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
2157             rct->buffer_fill_final -= buffer_diff;
2158             rct->buffer_fill_final_min -= buffer_diff;
2159         }
2160         else
2161         {
2162             rct->buffer_fill_final = X264_MIN( rct->buffer_fill_final, buffer_size );
2163             rct->buffer_fill_final_min = X264_MIN( rct->buffer_fill_final_min, buffer_size );
2164         }
2165     }
2166
2167     return filler;
2168 }
2169
2170 void x264_hrd_fullness( x264_t *h )
2171 {
2172     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
2173     uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale / rct->hrd_multiply_denom;
2174     uint64_t cpb_state = rct->buffer_fill_final;
2175     uint64_t cpb_size = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
2176     uint64_t multiply_factor = 90000 / rct->hrd_multiply_denom;
2177
2178     if( rct->buffer_fill_final < 0 || rct->buffer_fill_final > (int64_t)cpb_size )
2179     {
2180          x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CPB %s: %.0f bits in a %.0f-bit buffer\n",
2181                    rct->buffer_fill_final < 0 ? "underflow" : "overflow",
2182                    (double)rct->buffer_fill_final / h->sps->vui.i_time_scale, (double)cpb_size / h->sps->vui.i_time_scale );
2183     }
2184
2185     h->initial_cpb_removal_delay = (multiply_factor * cpb_state) / denom;
2186     h->initial_cpb_removal_delay_offset = (multiply_factor * cpb_size) / denom - h->initial_cpb_removal_delay;
2187
2188     int64_t decoder_buffer_fill = h->initial_cpb_removal_delay * denom / multiply_factor;
2189     rct->buffer_fill_final_min = X264_MIN( rct->buffer_fill_final_min, decoder_buffer_fill );
2190 }
2191
2192 // provisionally update VBV according to the planned size of all frames currently in progress
2193 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead )
2194 {
2195     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2196     rcc->buffer_fill = h->thread[0]->rc->buffer_fill_final_min / h->sps->vui.i_time_scale;
2197     if( h->i_thread_frames > 1 )
2198     {
2199         int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
2200         for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
2201         {
2202             x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
2203             double bits = t->rc->frame_size_planned;
2204             if( !t->b_thread_active )
2205                 continue;
2206             bits = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
2207             rcc->buffer_fill -= bits;
2208             rcc->buffer_fill = X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0 );
2209             rcc->buffer_fill += t->rc->buffer_rate;
2210             rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
2211         }
2212     }
2213     rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
2214     rcc->buffer_fill -= overhead;
2215 }
2216
2217 // apply VBV constraints and clip qscale to between lmin and lmax
2218 static double clip_qscale( x264_t *h, int pict_type, double q )
2219 {
2220     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2221     double lmin = rcc->lmin[pict_type];
2222     double lmax = rcc->lmax[pict_type];
2223     if( rcc->rate_factor_max_increment )
2224         lmax = X264_MIN( lmax, qp2qscale( rcc->qp_novbv + rcc->rate_factor_max_increment ) );
2225     double q0 = q;
2226
2227     /* B-frames are not directly subject to VBV,
2228      * since they are controlled by the P-frames' QPs. */
2229
2230     if( rcc->b_vbv && rcc->last_satd > 0 )
2231     {
2232         double fenc_cpb_duration = (double)h->fenc->i_cpb_duration *
2233                                    h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
2234         /* Lookahead VBV: raise the quantizer as necessary such that no frames in
2235          * the lookahead overflow and such that the buffer is in a reasonable state
2236          * by the end of the lookahead. */
2237         if( h->param.rc.i_lookahead )
2238         {
2239             int terminate = 0;
2240
2241             /* Avoid an infinite loop. */
2242             for( int iterations = 0; iterations < 1000 && terminate != 3; iterations++ )
2243             {
2244                 double frame_q[3];
2245                 double cur_bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2246                 double buffer_fill_cur = rcc->buffer_fill - cur_bits;
2247                 double target_fill;
2248                 double total_duration = 0;
2249                 double last_duration = fenc_cpb_duration;
2250                 frame_q[0] = h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I ? q * h->param.rc.f_ip_factor : q;
2251                 frame_q[1] = frame_q[0] * h->param.rc.f_pb_factor;
2252                 frame_q[2] = frame_q[0] / h->param.rc.f_ip_factor;
2253
2254                 /* Loop over the planned future frames. */
2255                 for( int j = 0; buffer_fill_cur >= 0 && buffer_fill_cur <= rcc->buffer_size; j++ )
2256                 {
2257                     total_duration += last_duration;
2258                     buffer_fill_cur += rcc->vbv_max_rate * last_duration;
2259                     int i_type = h->fenc->i_planned_type[j];
2260                     int i_satd = h->fenc->i_planned_satd[j];
2261                     if( i_type == X264_TYPE_AUTO )
2262                         break;
2263                     i_type = IS_X264_TYPE_I( i_type ) ? SLICE_TYPE_I : IS_X264_TYPE_B( i_type ) ? SLICE_TYPE_B : SLICE_TYPE_P;
2264                     cur_bits = predict_size( &rcc->pred[i_type], frame_q[i_type], i_satd );
2265                     buffer_fill_cur -= cur_bits;
2266                     last_duration = h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
2267                 }
2268                 /* Try to get to get the buffer at least 50% filled, but don't set an impossible goal. */
2269                 target_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill + total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.5 );
2270                 if( buffer_fill_cur < target_fill )
2271                 {
2272                     q *= 1.01;
2273                     terminate |= 1;
2274                     continue;
2275                 }
2276                 /* Try to get the buffer no more than 80% filled, but don't set an impossible goal. */
2277                 target_fill = x264_clip3f( rcc->buffer_fill - total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.8, rcc->buffer_size );
2278                 if( rcc->b_vbv_min_rate && buffer_fill_cur > target_fill )
2279                 {
2280                     q /= 1.01;
2281                     terminate |= 2;
2282                     continue;
2283                 }
2284                 break;
2285             }
2286         }
2287         /* Fallback to old purely-reactive algorithm: no lookahead. */
2288         else
2289         {
2290             if( ( pict_type == SLICE_TYPE_P ||
2291                 ( pict_type == SLICE_TYPE_I && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_I ) ) &&
2292                 rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size < 0.5 )
2293             {
2294                 q /= x264_clip3f( 2.0*rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size, 0.5, 1.0 );
2295             }
2296
2297             /* Now a hard threshold to make sure the frame fits in VBV.
2298              * This one is mostly for I-frames. */
2299             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2300             /* For small VBVs, allow the frame to use up the entire VBV. */
2301             double max_fill_factor = h->param.rc.i_vbv_buffer_size >= 5*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rcc->fps ? 2 : 1;
2302             /* For single-frame VBVs, request that the frame use up the entire VBV. */
2303             double min_fill_factor = rcc->single_frame_vbv ? 1 : 2;
2304
2305             if( bits > rcc->buffer_fill/max_fill_factor )
2306             {
2307                 double qf = x264_clip3f( rcc->buffer_fill/(max_fill_factor*bits), 0.2, 1.0 );
2308                 q /= qf;
2309                 bits *= qf;
2310             }
2311             if( bits < rcc->buffer_rate/min_fill_factor )
2312             {
2313                 double qf = x264_clip3f( bits*min_fill_factor/rcc->buffer_rate, 0.001, 1.0 );
2314                 q *= qf;
2315             }
2316             q = X264_MAX( q0, q );
2317         }
2318
2319         /* Check B-frame complexity, and use up any bits that would
2320          * overflow before the next P-frame. */
2321         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && !rcc->single_frame_vbv )
2322         {
2323             int nb = rcc->bframes;
2324             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2325             double pbbits = bits;
2326             double bbits = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q * h->param.rc.f_pb_factor, rcc->last_satd );
2327             double space;
2328             double bframe_cpb_duration = 0;
2329             double minigop_cpb_duration;
2330             for( int i = 0; i < nb; i++ )
2331                 bframe_cpb_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[i];
2332
2333             if( bbits * nb > bframe_cpb_duration * rcc->vbv_max_rate )
2334                 nb = 0;
2335             pbbits += nb * bbits;
2336
2337             minigop_cpb_duration = bframe_cpb_duration + fenc_cpb_duration;
2338             space = rcc->buffer_fill + minigop_cpb_duration*rcc->vbv_max_rate - rcc->buffer_size;
2339             if( pbbits < space )
2340             {
2341                 q *= X264_MAX( pbbits / space, bits / (0.5 * rcc->buffer_size) );
2342             }
2343             q = X264_MAX( q0/2, q );
2344         }
2345
2346         /* Apply MinCR and buffer fill restrictions */
2347         double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2348         double frame_size_maximum = X264_MIN( rcc->frame_size_maximum, X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0.001 ) );
2349         if( bits > frame_size_maximum )
2350             q *= bits / frame_size_maximum;
2351
2352         if( !rcc->b_vbv_min_rate )
2353             q = X264_MAX( q0, q );
2354     }
2355
2356     if( lmin==lmax )
2357         return lmin;
2358     else if( rcc->b_2pass )
2359     {
2360         double min2 = log( lmin );
2361         double max2 = log( lmax );
2362         q = (log(q) - min2)/(max2-min2) - 0.5;
2363         q = 1.0/(1.0 + exp( -4*q ));
2364         q = q*(max2-min2) + min2;
2365         return exp( q );
2366     }
2367     else
2368         return x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2369 }
2370
2371 // update qscale for 1 frame based on actual bits used so far
2372 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h )
2373 {
2374     float q;
2375     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2376     ratecontrol_entry_t rce = {0};
2377     int pict_type = h->sh.i_type;
2378     int64_t total_bits = 8*(h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_I]
2379                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_P]
2380                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_B])
2381                        - rcc->filler_bits_sum;
2382
2383     if( rcc->b_2pass )
2384     {
2385         rce = *rcc->rce;
2386         if( pict_type != rce.pict_type )
2387         {
2388             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "slice=%c but 2pass stats say %c\n",
2389                       slice_type_to_char[pict_type], slice_type_to_char[rce.pict_type] );
2390         }
2391     }
2392
2393     if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
2394     {
2395         /* B-frames don't have independent ratecontrol, but rather get the
2396          * average QP of the two adjacent P-frames + an offset */
2397
2398         int i0 = IS_X264_TYPE_I(h->fref_nearest[0]->i_type);
2399         int i1 = IS_X264_TYPE_I(h->fref_nearest[1]->i_type);
2400         int dt0 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref_nearest[0]->i_poc);
2401         int dt1 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref_nearest[1]->i_poc);
2402         float q0 = h->fref_nearest[0]->f_qp_avg_rc;
2403         float q1 = h->fref_nearest[1]->f_qp_avg_rc;
2404
2405         if( h->fref_nearest[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2406             q0 -= rcc->pb_offset/2;
2407         if( h->fref_nearest[1]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2408             q1 -= rcc->pb_offset/2;
2409
2410         if( i0 && i1 )
2411             q = (q0 + q1) / 2 + rcc->ip_offset;
2412         else if( i0 )
2413             q = q1;
2414         else if( i1 )
2415             q = q0;
2416         else
2417             q = (q0*dt1 + q1*dt0) / (dt0 + dt1);
2418
2419         if( h->fenc->b_kept_as_ref )
2420             q += rcc->pb_offset/2;
2421         else
2422             q += rcc->pb_offset;
2423
2424         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
2425             rcc->frame_size_planned = qscale2bits( &rce, qp2qscale( q ) );
2426         else
2427             rcc->frame_size_planned = predict_size( rcc->pred_b_from_p, qp2qscale( q ), h->fref[1][h->i_ref[1]-1]->i_satd );
2428         /* Limit planned size by MinCR */
2429         if( rcc->b_vbv )
2430             rcc->frame_size_planned = X264_MIN( rcc->frame_size_planned, rcc->frame_size_maximum );
2431         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2432
2433         /* For row SATDs */
2434         if( rcc->b_vbv )
2435             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2436         rcc->qp_novbv = q;
2437         return qp2qscale( q );
2438     }
2439     else
2440     {
2441         double abr_buffer = 2 * rcc->rate_tolerance * rcc->bitrate;
2442
2443         if( rcc->b_2pass )
2444         {
2445             double lmin = rcc->lmin[pict_type];
2446             double lmax = rcc->lmax[pict_type];
2447             int64_t diff;
2448             int64_t predicted_bits = total_bits;
2449
2450             if( rcc->b_vbv )
2451             {
2452                 if( h->i_thread_frames > 1 )
2453                 {
2454                     int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
2455                     for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
2456                     {
2457                         x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
2458                         double bits = t->rc->frame_size_planned;
2459                         if( !t->b_thread_active )
2460                             continue;
2461                         bits = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
2462                         predicted_bits += (int64_t)bits;
2463                     }
2464                 }
2465             }
2466             else
2467             {
2468                 if( h->i_frame < h->i_thread_frames )
2469                     predicted_bits += (int64_t)h->i_frame * rcc->bitrate / rcc->fps;
2470                 else
2471                     predicted_bits += (int64_t)(h->i_thread_frames - 1) * rcc->bitrate / rcc->fps;
2472             }
2473
2474             /* Adjust ABR buffer based on distance to the end of the video. */
2475             if( rcc->num_entries > h->i_frame )
2476             {
2477                 double final_bits = rcc->entry[rcc->num_entries-1].expected_bits;
2478                 double video_pos = rce.expected_bits / final_bits;
2479                 double scale_factor = sqrt( (1 - video_pos) * rcc->num_entries );
2480                 abr_buffer *= 0.5 * X264_MAX( scale_factor, 0.5 );
2481             }
2482
2483             diff = predicted_bits - (int64_t)rce.expected_bits;
2484             q = rce.new_qscale;
2485             q /= x264_clip3f((double)(abr_buffer - diff) / abr_buffer, .5, 2);
2486             if( ((h->i_frame + 1 - h->i_thread_frames) >= rcc->fps) &&
2487                 (rcc->expected_bits_sum > 0))
2488             {
2489                 /* Adjust quant based on the difference between
2490                  * achieved and expected bitrate so far */
2491                 double cur_time = (double)h->i_frame / rcc->num_entries;
2492                 double w = x264_clip3f( cur_time*100, 0.0, 1.0 );
2493                 q *= pow( (double)total_bits / rcc->expected_bits_sum, w );
2494             }
2495             rcc->qp_novbv = qscale2qp( q );
2496             if( rcc->b_vbv )
2497             {
2498                 /* Do not overflow vbv */
2499                 double expected_size = qscale2bits( &rce, q );
2500                 double expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2501                 double expected_fullness = rce.expected_vbv / rcc->buffer_size;
2502                 double qmax = q*(2 - expected_fullness);
2503                 double size_constraint = 1 + expected_fullness;
2504                 qmax = X264_MAX( qmax, rce.new_qscale );
2505                 if( expected_fullness < .05 )
2506                     qmax = lmax;
2507                 qmax = X264_MIN(qmax, lmax);
2508                 while( ((expected_vbv < rce.expected_vbv/size_constraint) && (q < qmax)) ||
2509                         ((expected_vbv < 0) && (q < lmax)))
2510                 {
2511                     q *= 1.05;
2512                     expected_size = qscale2bits(&rce, q);
2513                     expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2514                 }
2515                 rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2516             }
2517             q = x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2518         }
2519         else /* 1pass ABR */
2520         {
2521             /* Calculate the quantizer which would have produced the desired
2522              * average bitrate if it had been applied to all frames so far.
2523              * Then modulate that quant based on the current frame's complexity
2524              * relative to the average complexity so far (using the 2pass RCEQ).
2525              * Then bias the quant up or down if total size so far was far from
2526              * the target.
2527              * Result: Depending on the value of rate_tolerance, there is a
2528              * tradeoff between quality and bitrate precision. But at large
2529              * tolerances, the bit distribution approaches that of 2pass. */
2530
2531             double wanted_bits, overflow = 1;
2532
2533             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2534             rcc->short_term_cplxsum *= 0.5;
2535             rcc->short_term_cplxcount *= 0.5;
2536             rcc->short_term_cplxsum += rcc->last_satd / (CLIP_DURATION(h->fenc->f_duration) / BASE_FRAME_DURATION);
2537             rcc->short_term_cplxcount ++;
2538
2539             rce.tex_bits = rcc->last_satd;
2540             rce.blurred_complexity = rcc->short_term_cplxsum / rcc->short_term_cplxcount;
2541             rce.mv_bits = 0;
2542             rce.p_count = rcc->nmb;
2543             rce.i_count = 0;
2544             rce.s_count = 0;
2545             rce.qscale = 1;
2546             rce.pict_type = pict_type;
2547             rce.i_duration = h->fenc->i_duration;
2548
2549             if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
2550             {
2551                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->rate_factor_constant, h->fenc->i_frame );
2552             }
2553             else
2554             {
2555                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->wanted_bits_window / rcc->cplxr_sum, h->fenc->i_frame );
2556
2557                 /* ABR code can potentially be counterproductive in CBR, so just don't bother.
2558                  * Don't run it if the frame complexity is zero either. */
2559                 if( !rcc->b_vbv_min_rate && rcc->last_satd )
2560                 {
2561                     // FIXME is it simpler to keep track of wanted_bits in ratecontrol_end?
2562                     int i_frame_done = h->i_frame + 1 - h->i_thread_frames;
2563                     double time_done = i_frame_done / rcc->fps;
2564                     if( h->param.b_vfr_input && i_frame_done > 0 )
2565                         time_done = ((double)(h->fenc->i_reordered_pts - h->i_reordered_pts_delay)) * h->param.i_timebase_num / h->param.i_timebase_den;
2566                     wanted_bits = time_done * rcc->bitrate;
2567                     if( wanted_bits > 0 )
2568                     {
2569                         abr_buffer *= X264_MAX( 1, sqrt( time_done ) );
2570                         overflow = x264_clip3f( 1.0 + (total_bits - wanted_bits) / abr_buffer, .5, 2 );
2571                         q *= overflow;
2572                     }
2573                 }
2574             }
2575
2576             if( pict_type == SLICE_TYPE_I && h->param.i_keyint_max > 1
2577                 /* should test _next_ pict type, but that isn't decided yet */
2578                 && rcc->last_non_b_pict_type != SLICE_TYPE_I )
2579             {
2580                 q = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
2581                 q /= fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2582             }
2583             else if( h->i_frame > 0 )
2584             {
2585                 if( h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CRF )
2586                 {
2587                     /* Asymmetric clipping, because symmetric would prevent
2588                      * overflow control in areas of rapidly oscillating complexity */
2589                     double lmin = rcc->last_qscale_for[pict_type] / rcc->lstep;
2590                     double lmax = rcc->last_qscale_for[pict_type] * rcc->lstep;
2591                     if( overflow > 1.1 && h->i_frame > 3 )
2592                         lmax *= rcc->lstep;
2593                     else if( overflow < 0.9 )
2594                         lmin /= rcc->lstep;
2595
2596                     q = x264_clip3f(q, lmin, lmax);
2597                 }
2598             }
2599             else if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && rcc->qcompress != 1 )
2600             {
2601                 q = qp2qscale( ABR_INIT_QP ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2602             }
2603             rcc->qp_novbv = qscale2qp( q );
2604
2605             //FIXME use get_diff_limited_q() ?
2606             q = clip_qscale( h, pict_type, q );
2607         }
2608
2609         rcc->last_qscale_for[pict_type] =
2610         rcc->last_qscale = q;
2611
2612         if( !(rcc->b_2pass && !rcc->b_vbv) && h->fenc->i_frame == 0 )
2613             rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P] = q * fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2614
2615         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
2616             rcc->frame_size_planned = qscale2bits(&rce, q);
2617         else
2618             rcc->frame_size_planned = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2619
2620         /* Always use up the whole VBV in this case. */
2621         if( rcc->single_frame_vbv )
2622             rcc->frame_size_planned = rcc->buffer_rate;
2623         /* Limit planned size by MinCR */
2624         if( rcc->b_vbv )
2625             rcc->frame_size_planned = X264_MIN( rcc->frame_size_planned, rcc->frame_size_maximum );
2626         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2627         return q;
2628     }
2629 }
2630
2631 static void x264_threads_normalize_predictors( x264_t *h )
2632 {
2633     double totalsize = 0;
2634     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2635         totalsize += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2636     double factor = h->rc->frame_size_planned / totalsize;
2637     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2638         h->thread[i]->rc->slice_size_planned *= factor;
2639 }
2640
2641 void x264_threads_distribute_ratecontrol( x264_t *h )
2642 {
2643     int row;
2644     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2645     x264_emms();
2646     float qscale = qp2qscale( rc->qpm );
2647
2648     /* Initialize row predictors */
2649     if( h->i_frame == 0 )
2650         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2651         {
2652             x264_t *t = h->thread[i];
2653             if( t != h )
2654                 memcpy( t->rc->row_preds, rc->row_preds, sizeof(rc->row_preds) );
2655         }
2656
2657     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2658     {
2659         x264_t *t = h->thread[i];
2660         if( t != h )
2661             memcpy( t->rc, rc, offsetof(x264_ratecontrol_t, row_pred) );
2662         t->rc->row_pred = t->rc->row_preds[h->sh.i_type];
2663         /* Calculate the planned slice size. */
2664         if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2665         {
2666             int size = 0;
2667             for( row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2668                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2669             t->rc->slice_size_planned = predict_size( &rc->pred[h->sh.i_type + (i+1)*5], qscale, size );
2670         }
2671         else
2672             t->rc->slice_size_planned = 0;
2673     }
2674     if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2675     {
2676         x264_threads_normalize_predictors( h );
2677
2678         if( rc->single_frame_vbv )
2679         {
2680             /* Compensate for our max frame error threshold: give more bits (proportionally) to smaller slices. */
2681             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2682             {
2683                 x264_t *t = h->thread[i];
2684                 float max_frame_error = x264_clip3f( 1.0 / (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start), 0.05, 0.25 );
2685                 t->rc->slice_size_planned += 2 * max_frame_error * rc->frame_size_planned;
2686             }
2687             x264_threads_normalize_predictors( h );
2688         }
2689
2690         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2691             h->thread[i]->rc->frame_size_estimated = h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2692     }
2693 }
2694
2695 void x264_threads_merge_ratecontrol( x264_t *h )
2696 {
2697     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2698     x264_emms();
2699
2700     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2701     {
2702         x264_t *t = h->thread[i];
2703         x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[i]->rc;
2704         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size )
2705         {
2706             int size = 0;
2707             for( int row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2708                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2709             int bits = t->stat.frame.i_mv_bits + t->stat.frame.i_tex_bits + t->stat.frame.i_misc_bits;
2710             int mb_count = (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) * h->mb.i_mb_width;
2711             update_predictor( &rc->pred[h->sh.i_type+(i+1)*5], qp2qscale( rct->qpa_rc/mb_count ), size, bits );
2712         }
2713         if( !i )
2714             continue;
2715         rc->qpa_rc += rct->qpa_rc;
2716         rc->qpa_aq += rct->qpa_aq;
2717     }
2718 }
2719
2720 void x264_thread_sync_ratecontrol( x264_t *cur, x264_t *prev, x264_t *next )
2721 {
2722     if( cur != prev )
2723     {
2724 #define COPY(var) memcpy(&cur->rc->var, &prev->rc->var, sizeof(cur->rc->var))
2725         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_start()
2726          * so copy them from the context that most recently started (prev)
2727          * to the context that's about to start (cur). */
2728         COPY(accum_p_qp);
2729         COPY(accum_p_norm);
2730         COPY(last_satd);
2731         COPY(last_rceq);
2732         COPY(last_qscale_for);
2733         COPY(last_non_b_pict_type);
2734         COPY(short_term_cplxsum);
2735         COPY(short_term_cplxcount);
2736         COPY(bframes);
2737         COPY(prev_zone);
2738         COPY(mbtree.qpbuf_pos);
2739         /* these vars can be updated by x264_ratecontrol_init_reconfigurable */
2740         COPY(bitrate);
2741         COPY(buffer_size);
2742         COPY(buffer_rate);
2743         COPY(vbv_max_rate);
2744         COPY(single_frame_vbv);
2745         COPY(cbr_decay);
2746         COPY(rate_factor_constant);
2747         COPY(rate_factor_max_increment);
2748 #undef COPY
2749     }
2750     if( cur != next )
2751     {
2752 #define COPY(var) next->rc->var = cur->rc->var
2753         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_end()
2754          * so copy them from the context that most recently ended (cur)
2755          * to the context that's about to end (next) */
2756         COPY(cplxr_sum);
2757         COPY(expected_bits_sum);
2758         COPY(filler_bits_sum);
2759         COPY(wanted_bits_window);
2760         COPY(bframe_bits);
2761         COPY(initial_cpb_removal_delay);
2762         COPY(initial_cpb_removal_delay_offset);
2763         COPY(nrt_first_access_unit);
2764         COPY(previous_cpb_final_arrival_time);
2765 #undef COPY
2766     }
2767     //FIXME row_preds[] (not strictly necessary, but would improve prediction)
2768     /* the rest of the variables are either constant or thread-local */
2769 }
2770
2771 static int find_underflow( x264_t *h, double *fills, int *t0, int *t1, int over )
2772 {
2773     /* find an interval ending on an overflow or underflow (depending on whether
2774      * we're adding or removing bits), and starting on the earliest frame that
2775      * can influence the buffer fill of that end frame. */
2776     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2777     const double buffer_min = .1 * rcc->buffer_size;
2778     const double buffer_max = .9 * rcc->buffer_size;
2779     double fill = fills[*t0-1];
2780     double parity = over ? 1. : -1.;
2781     int start = -1, end = -1;
2782     for( int i = *t0; i < rcc->num_entries; i++ )
2783     {
2784         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 -
2785                  qscale2bits( &rcc->entry[i], rcc->entry[i].new_qscale )) * parity;
2786         fill = x264_clip3f(fill, 0, rcc->buffer_size);
2787         fills[i] = fill;
2788         if( fill <= buffer_min || i == 0 )
2789         {
2790             if( end >= 0 )
2791                 break;
2792             start = i;
2793         }
2794         else if( fill >= buffer_max && start >= 0 )
2795             end = i;
2796     }
2797     *t0 = start;
2798     *t1 = end;
2799     return start >= 0 && end >= 0;
2800 }
2801
2802 static int fix_underflow( x264_t *h, int t0, int t1, double adjustment, double qscale_min, double qscale_max)
2803 {
2804     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2805     double qscale_orig, qscale_new;
2806     int adjusted = 0;
2807     if( t0 > 0 )
2808         t0++;
2809     for( int i = t0; i <= t1; i++ )
2810     {
2811         qscale_orig = rcc->entry[i].new_qscale;
2812         qscale_orig = x264_clip3f( qscale_orig, qscale_min, qscale_max );
2813         qscale_new  = qscale_orig * adjustment;
2814         qscale_new  = x264_clip3f( qscale_new, qscale_min, qscale_max );
2815         rcc->entry[i].new_qscale = qscale_new;
2816         adjusted = adjusted || (qscale_new != qscale_orig);
2817     }
2818     return adjusted;
2819 }
2820
2821 static double count_expected_bits( x264_t *h )
2822 {
2823     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2824     double expected_bits = 0;
2825     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2826     {
2827         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2828         rce->expected_bits = expected_bits;
2829         expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2830     }
2831     return expected_bits;
2832 }
2833
2834 static int vbv_pass2( x264_t *h, double all_available_bits )
2835 {
2836     /* for each interval of buffer_full .. underflow, uniformly increase the qp of all
2837      * frames in the interval until either buffer is full at some intermediate frame or the
2838      * last frame in the interval no longer underflows.  Recompute intervals and repeat.
2839      * Then do the converse to put bits back into overflow areas until target size is met */
2840
2841     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2842     double *fills;
2843     double expected_bits = 0;
2844     double adjustment;
2845     double prev_bits = 0;
2846     int t0, t1;
2847     double qscale_min = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
2848     double qscale_max = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
2849     int iterations = 0;
2850     int adj_min, adj_max;
2851     CHECKED_MALLOC( fills, (rcc->num_entries+1)*sizeof(double) );
2852
2853     fills++;
2854
2855     /* adjust overall stream size */
2856     do
2857     {
2858         iterations++;
2859         prev_bits = expected_bits;
2860
2861         if( expected_bits )
2862         {   /* not first iteration */
2863             adjustment = X264_MAX(X264_MIN(expected_bits / all_available_bits, 0.999), 0.9);
2864             fills[-1] = rcc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init;
2865             t0 = 0;
2866             /* fix overflows */
2867             adj_min = 1;
2868             while(adj_min && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 1 ))
2869             {
2870                 adj_min = fix_underflow( h, t0, t1, adjustment, qscale_min, qscale_max );
2871                 t0 = t1;
2872             }
2873         }
2874
2875         fills[-1] = rcc->buffer_size * (1. - h->param.rc.f_vbv_buffer_init);
2876         t0 = 0;
2877         /* fix underflows -- should be done after overflow, as we'd better undersize target than underflowing VBV */
2878         adj_max = 1;
2879         while( adj_max && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 0 ) )
2880             adj_max = fix_underflow( h, t0, t1, 1.001, qscale_min, qscale_max );
2881
2882         expected_bits = count_expected_bits( h );
2883     } while( (expected_bits < .995*all_available_bits) && ((int64_t)(expected_bits+.5) > (int64_t)(prev_bits+.5)) );
2884
2885     if( !adj_max )
2886         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "vbv-maxrate issue, qpmax or vbv-maxrate too low\n");
2887
2888     /* store expected vbv filling values for tracking when encoding */
2889     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2890         rcc->entry[i].expected_vbv = rcc->buffer_size - fills[i];
2891
2892     x264_free( fills-1 );
2893     return 0;
2894 fail:
2895     return -1;
2896 }
2897
2898 static int init_pass2( x264_t *h )
2899 {
2900     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2901     uint64_t all_const_bits = 0;
2902     double timescale = (double)h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
2903     double duration = 0;
2904     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2905         duration += rcc->entry[i].i_duration;
2906     duration *= timescale;
2907     uint64_t all_available_bits = h->param.rc.i_bitrate * 1000. * duration;
2908     double rate_factor, step_mult;
2909     double qblur = h->param.rc.f_qblur;
2910     double cplxblur = h->param.rc.f_complexity_blur;
2911     const int filter_size = (int)(qblur*4) | 1;
2912     double expected_bits;
2913     double *qscale, *blurred_qscale;
2914     double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
2915
2916     /* find total/average complexity & const_bits */
2917     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2918     {
2919         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2920         all_const_bits += rce->misc_bits;
2921     }
2922
2923     if( all_available_bits < all_const_bits)
2924     {
2925         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "requested bitrate is too low. estimated minimum is %d kbps\n",
2926                  (int)(all_const_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.)) );
2927         return -1;
2928     }
2929
2930     /* Blur complexities, to reduce local fluctuation of QP.
2931      * We don't blur the QPs directly, because then one very simple frame
2932      * could drag down the QP of a nearby complex frame and give it more
2933      * bits than intended. */
2934     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2935     {
2936         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2937         double weight_sum = 0;
2938         double cplx_sum = 0;
2939         double weight = 1.0;
2940         double gaussian_weight;
2941         /* weighted average of cplx of future frames */
2942         for( int j = 1; j < cplxblur*2 && j < rcc->num_entries-i; j++ )
2943         {
2944             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i+j];
2945             double frame_duration = CLIP_DURATION(rcj->i_duration * timescale) / BASE_FRAME_DURATION;
2946             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2947             if( weight < .0001 )
2948                 break;
2949             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2950             weight_sum += gaussian_weight;
2951             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits) / frame_duration;
2952         }
2953         /* weighted average of cplx of past frames */
2954         weight = 1.0;
2955         for( int j = 0; j <= cplxblur*2 && j <= i; j++ )
2956         {
2957             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i-j];
2958             double frame_duration = CLIP_DURATION(rcj->i_duration * timescale) / BASE_FRAME_DURATION;
2959             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2960             weight_sum += gaussian_weight;
2961             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits) / frame_duration;
2962             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2963             if( weight < .0001 )
2964                 break;
2965         }
2966         rce->blurred_complexity = cplx_sum / weight_sum;
2967     }
2968
2969     CHECKED_MALLOC( qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2970     if( filter_size > 1 )
2971         CHECKED_MALLOC( blurred_qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2972     else
2973         blurred_qscale = qscale;
2974
2975     /* Search for a factor which, when multiplied by the RCEQ values from
2976      * each frame, adds up to the desired total size.
2977      * There is no exact closed-form solution because of VBV constraints and
2978      * because qscale2bits is not invertible, but we can start with the simple
2979      * approximation of scaling the 1st pass by the ratio of bitrates.
2980      * The search range is probably overkill, but speed doesn't matter here. */
2981
2982     expected_bits = 1;
2983     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2984     {
2985         double q = get_qscale(h, &rcc->entry[i], 1.0, i);
2986         expected_bits += qscale2bits(&rcc->entry[i], q);
2987         rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = q;
2988     }
2989     step_mult = all_available_bits / expected_bits;
2990
2991     rate_factor = 0;
2992     for( double step = 1E4 * step_mult; step > 1E-7 * step_mult; step *= 0.5)
2993     {
2994         expected_bits = 0;
2995         rate_factor += step;
2996
2997         rcc->last_non_b_pict_type = -1;
2998         rcc->last_accum_p_norm = 1;
2999         rcc->accum_p_norm = 0;
3000
3001         rcc->last_qscale_for[0] =
3002         rcc->last_qscale_for[1] =
3003         rcc->last_qscale_for[2] = pow( base_cplx, 1 - rcc->qcompress ) / rate_factor;
3004
3005         /* find qscale */
3006         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
3007         {
3008             qscale[i] = get_qscale( h, &rcc->entry[i], rate_factor, -1 );
3009             rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = qscale[i];
3010         }
3011
3012         /* fixed I/B qscale relative to P */
3013         for( int i = rcc->num_entries-1; i >= 0; i-- )
3014         {
3015             qscale[i] = get_diff_limited_q( h, &rcc->entry[i], qscale[i], i );
3016             assert(qscale[i] >= 0);
3017         }
3018
3019         /* smooth curve */
3020         if( filter_size > 1 )
3021         {
3022             assert( filter_size%2 == 1 );
3023             for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
3024             {
3025                 ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
3026                 double q = 0.0, sum = 0.0;
3027
3028                 for( int j = 0; j < filter_size; j++ )
3029                 {
3030                     int idx = i+j-filter_size/2;
3031                     double d = idx-i;
3032                     double coeff = qblur==0 ? 1.0 : exp( -d*d/(qblur*qblur) );
3033                     if( idx < 0 || idx >= rcc->num_entries )
3034                         continue;
3035                     if( rce->pict_type != rcc->entry[idx].pict_type )
3036                         continue;
3037                     q += qscale[idx] * coeff;
3038                     sum += coeff;
3039                 }
3040                 blurred_qscale[i] = q/sum;
3041             }
3042         }
3043
3044         /* find expected bits */
3045         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
3046         {
3047             ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
3048             rce->new_qscale = clip_qscale( h, rce->pict_type, blurred_qscale[i] );
3049             assert(rce->new_qscale >= 0);
3050             expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
3051         }
3052
3053         if( expected_bits > all_available_bits )
3054             rate_factor -= step;
3055     }
3056
3057     x264_free( qscale );
3058     if( filter_size > 1 )
3059         x264_free( blurred_qscale );
3060
3061     if( rcc->b_vbv )
3062         if( vbv_pass2( h, all_available_bits ) )
3063             return -1;
3064     expected_bits = count_expected_bits( h );
3065
3066     if( fabs( expected_bits/all_available_bits - 1.0 ) > 0.01 )
3067     {
3068         double avgq = 0;
3069         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
3070             avgq += rcc->entry[i].new_qscale;
3071         avgq = qscale2qp( avgq / rcc->num_entries );
3072
3073         if( expected_bits > all_available_bits || !rcc->b_vbv )
3074             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "Error: 2pass curve failed to converge\n" );
3075         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "target: %.2f kbit/s, expected: %.2f kbit/s, avg QP: %.4f\n",
3076                   (float)h->param.rc.i_bitrate,
3077                   expected_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.),
3078                   avgq );
3079         if( expected_bits < all_available_bits && avgq < h->param.rc.i_qp_min + 2 )
3080         {
3081             if( h->param.rc.i_qp_min > 0 )
3082                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate or reducing qp_min (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_min );
3083             else
3084                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate\n" );
3085         }
3086         else if( expected_bits > all_available_bits && avgq > h->param.rc.i_qp_max - 2 )
3087         {
3088             if( h->param.rc.i_qp_max < QP_MAX )
3089                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate or increasing qp_max (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_max );
3090             else
3091                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate\n");
3092         }
3093         else if( !(rcc->b_2pass && rcc->b_vbv) )
3094             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "internal error\n" );
3095     }
3096
3097     return 0;
3098 fail:
3099     return -1;
3100 }