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     double expected_bits; /* total expected bits up to the current frame (current one excluded) */
  47     double expected_vbv;
  48     double new_qscale;
  49     float 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     int out_num;
  62 } ratecontrol_entry_t;
  63
  64 typedef struct
  65 {
  66     float coeff_min;
  67     float coeff;
  68     float count;
  69     float decay;
  70     float offset;
  71 } predictor_t;
  72
  73 struct x264_ratecontrol_t
  74 {
  75     /* constants */
  76     int b_abr;
  77     int b_2pass;
  78     int b_vbv;
  79     int b_vbv_min_rate;
  80     double fps;
  81     double bitrate;
  82     double rate_tolerance;
  83     double qcompress;
  84     int nmb;                    /* number of macroblocks in a frame */
  85     int qp_constant[3];
  86
  87     /* current frame */
  88     ratecontrol_entry_t *rce;
  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     ratecontrol_entry_t **entry_out;
 132     double last_qscale;
 133     double last_qscale_for[3];  /* last qscale for a specific pict type, used for max_diff & ipb factor stuff */
 134     int last_non_b_pict_type;
 135     double accum_p_qp;          /* for determining I-frame quant */
 136     double accum_p_norm;
 137     double last_accum_p_norm;
 138     double lmin[3];             /* min qscale by frame type */
 139     double lmax[3];
 140     double lstep;               /* max change (multiply) in qscale per frame */
 141     struct
 142     {
 143         uint16_t *qp_buffer[2]; /* Global buffers for converting MB-tree quantizer data. */
 144         int qpbuf_pos;          /* In order to handle pyramid reordering, QP buffer acts as a stack.
 145                                  * This value is the current position (0 or 1). */
 146         int src_mb_count;
 147
 148         /* For rescaling */
 149         int rescale_enabled;
 150         float *scale_buffer[2]; /* Intermediate buffers */
 151         int filtersize[2];      /* filter size (H/V) */
 152         float *coeffs[2];
 153         int *pos[2];
 154         int srcdim[2];          /* Source dimensions (W/H) */
 155     } mbtree;
 156
 157     /* MBRC stuff */
 158     float frame_size_estimated; /* Access to this variable must be atomic: double is
 159                                  * not atomic on all arches we care about */
 160     double frame_size_maximum;  /* Maximum frame size due to MinCR */
 161     double frame_size_planned;
 162     double slice_size_planned;
 163     predictor_t *row_pred;
 164     predictor_t row_preds[3][2];
 165     predictor_t *pred_b_from_p; /* predict B-frame size from P-frame satd */
 166     int bframes;                /* # consecutive B-frames before this P-frame */
 167     int bframe_bits;            /* total cost of those frames */
 168
 169     int i_zones;
 170     x264_zone_t *zones;
 171     x264_zone_t *prev_zone;
 172
 173     /* hrd stuff */
 174     int initial_cpb_removal_delay;
 175     int initial_cpb_removal_delay_offset;
 176     double nrt_first_access_unit; /* nominal removal time */
 177     double previous_cpb_final_arrival_time;
 178     uint64_t hrd_multiply_denom;
 179 };
 180
 181
 182 static int parse_zones( x264_t *h );
 183 static int init_pass2(x264_t *);
 184 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h );
 185 static int update_vbv( x264_t *h, int bits );
 186 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead );
 187 static float predict_size( predictor_t *p, float q, float var );
 188 static void update_predictor( predictor_t *p, float q, float var, float bits );
 189
 190 #define CMP_OPT_FIRST_PASS( opt, param_val )\
 191 {\
 192     if( ( p = strstr( opts, opt "=" ) ) && sscanf( p, opt "=%d" , &i ) && param_val != i )\
 193     {\
 194         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different " opt " setting than first pass (%d vs %d)\n", param_val, i );\
 195         return -1;\
 196     }\
 197 }
 198
 199 /* Terminology:
 200  * qp = h.264's quantizer
 201  * qscale = linearized quantizer = Lagrange multiplier
 202  */
 203 static inline float qp2qscale( float qp )
 204 {
 205     return 0.85f * powf( 2.0f, ( qp - (12.0f + QP_BD_OFFSET) ) / 6.0f );
 206 }
 207 static inline float qscale2qp( float qscale )
 208 {
 209     return (12.0f + QP_BD_OFFSET) + 6.0f * log2f( qscale/0.85f );
 210 }
 211
 212 /* Texture bitrate is not quite inversely proportional to qscale,
 213  * probably due the the changing number of SKIP blocks.
 214  * MV bits level off at about qp<=12, because the lambda used
 215  * for motion estimation is constant there. */
 216 static inline double qscale2bits( ratecontrol_entry_t *rce, double qscale )
 217 {
 218     if( qscale<0.1 )
 219         qscale = 0.1;
 220     return (rce->tex_bits + .1) * pow( rce->qscale / qscale, 1.1 )
 221            + rce->mv_bits * pow( X264_MAX(rce->qscale, 1) / X264_MAX(qscale, 1), 0.5 )
 222            + rce->misc_bits;
 223 }
 224
 225 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_var( uint64_t sum_ssd, int shift, x264_frame_t *frame, int i, int b_store )
 226 {
 227     uint32_t sum = sum_ssd;
 228     uint32_t ssd = sum_ssd >> 32;
 229     if( b_store )
 230     {
 231         frame->i_pixel_sum[i] += sum;
 232         frame->i_pixel_ssd[i] += ssd;
 233     }
 234     return ssd - ((uint64_t)sum * sum >> shift);
 235 }
 236
 237 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 )
 238 {
 239     int height = b_chroma ? 16>>CHROMA_V_SHIFT : 16;
 240     int stride = frame->i_stride[i];
 241     int offset = b_field
 242         ? 16 * mb_x + height * (mb_y&~1) * stride + (mb_y&1) * stride
 243         : 16 * mb_x + height * mb_y * stride;
 244     stride <<= b_field;
 245     if( b_chroma )
 246     {
 247         ALIGNED_ARRAY_16( pixel, pix,[FENC_STRIDE*16] );
 248         int chromapix = h->luma2chroma_pixel[PIXEL_16x16];
 249         int shift = 7 - CHROMA_V_SHIFT;
 250
 251         h->mc.load_deinterleave_chroma_fenc( pix, frame->plane[1] + offset, stride, height );
 252         return ac_energy_var( h->pixf.var[chromapix]( pix,               FENC_STRIDE ), shift, frame, 1, b_store )
 253              + ac_energy_var( h->pixf.var[chromapix]( pix+FENC_STRIDE/2, FENC_STRIDE ), shift, frame, 2, b_store );
 254     }
 255     else
 256         return ac_energy_var( h->pixf.var[PIXEL_16x16]( frame->plane[i] + offset, stride ), 8, frame, i, b_store );
 257 }
 258
 259 // Find the total AC energy of the block in all planes.
 260 static NOINLINE uint32_t x264_ac_energy_mb( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame )
 261 {
 262     /* This function contains annoying hacks because GCC has a habit of reordering emms
 263      * and putting it after floating point ops.  As a result, we put the emms at the end of the
 264      * function and make sure that its always called before the float math.  Noinline makes
 265      * sure no reordering goes on. */
 266     uint32_t var;
 267     x264_prefetch_fenc( h, frame, mb_x, mb_y );
 268     if( h->mb.b_adaptive_mbaff )
 269     {
 270         /* We don't know the super-MB mode we're going to pick yet, so
 271          * simply try both and pick the lower of the two. */
 272         uint32_t var_interlaced, var_progressive;
 273         var_interlaced   = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0, 0, 1, 1 );
 274         var_progressive  = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0, 0, 0, 0 );
 275         if( CHROMA444 )
 276         {
 277             var_interlaced  += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 0, 1, 1 );
 278             var_progressive += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 0, 0, 0 );
 279             var_interlaced  += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 2, 0, 1, 1 );
 280             var_progressive += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 2, 0, 0, 0 );
 281         }
 282         else
 283         {
 284             var_interlaced  += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 1, 1, 1 );
 285             var_progressive += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 1, 0, 0 );
 286         }
 287         var = X264_MIN( var_interlaced, var_progressive );
 288     }
 289     else
 290     {
 291         var  = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0, 0, PARAM_INTERLACED, 1 );
 292         if( CHROMA444 )
 293         {
 294             var += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 0, PARAM_INTERLACED, 1 );
 295             var += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 2, 0, PARAM_INTERLACED, 1 );
 296         }
 297         else
 298             var += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 1, PARAM_INTERLACED, 1 );
 299     }
 300     x264_emms();
 301     return var;
 302 }
 303
 304 void x264_adaptive_quant_frame( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 305 {
 306     /* Initialize frame stats */
 307     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 308     {
 309         frame->i_pixel_sum[i] = 0;
 310         frame->i_pixel_ssd[i] = 0;
 311     }
 312
 313     /* Degenerate cases */
 314     if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_NONE || h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 315     {
 316         /* Need to init it anyways for MB tree */
 317         if( h->param.rc.i_aq_mode && h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 318         {
 319             if( quant_offsets )
 320             {
 321                 for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 322                     frame->f_qp_offset[mb_xy] = frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = quant_offsets[mb_xy];
 323                 if( h->frames.b_have_lowres )
 324                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 325                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8( frame->f_qp_offset[mb_xy] );
 326             }
 327             else
 328             {
 329                 memset( frame->f_qp_offset, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 330                 memset( frame->f_qp_offset_aq, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 331                 if( h->frames.b_have_lowres )
 332                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 333                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = 256;
 334             }
 335         }
 336         /* Need variance data for weighted prediction */
 337         if( h->param.analyse.i_weighted_pred )
 338         {
 339             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 340                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 341                     x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 342         }
 343         else
 344             return;
 345     }
 346     /* Actual adaptive quantization */
 347     else
 348     {
 349         /* constants chosen to result in approximately the same overall bitrate as without AQ.
 350          * FIXME: while they're written in 5 significant digits, they're only tuned to 2. */
 351         float strength;
 352         float avg_adj = 0.f;
 353         float bias_strength = 0.f;
 354
 355         if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE || h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE_BIASED )
 356         {
 357             float bit_depth_correction = 1.f / (1 << (2*(BIT_DEPTH-8)));
 358             float avg_adj_pow2 = 0.f;
 359             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 360                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 361                 {
 362                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 363                     float qp_adj = powf( energy * bit_depth_correction + 1, 0.125f );
 364                     frame->f_qp_offset[mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride] = qp_adj;
 365                     avg_adj += qp_adj;
 366                     avg_adj_pow2 += qp_adj * qp_adj;
 367                 }
 368             avg_adj /= h->mb.i_mb_count;
 369             avg_adj_pow2 /= h->mb.i_mb_count;
 370             strength = h->param.rc.f_aq_strength * avg_adj;
 371             avg_adj = avg_adj - 0.5f * (avg_adj_pow2 - 14.f) / avg_adj;
 372             bias_strength = h->param.rc.f_aq_strength;
 373         }
 374         else
 375             strength = h->param.rc.f_aq_strength * 1.0397f;
 376
 377         for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 378             for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 379             {
 380                 float qp_adj;
 381                 int mb_xy = mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride;
 382                 if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE_BIASED )
 383                 {
 384                     qp_adj = frame->f_qp_offset[mb_xy];
 385                     qp_adj = strength * (qp_adj - avg_adj) + bias_strength * (1.f - 14.f / (qp_adj * qp_adj));
 386                 }
 387                 else if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 388                 {
 389                     qp_adj = frame->f_qp_offset[mb_xy];
 390                     qp_adj = strength * (qp_adj - avg_adj);
 391                 }
 392                 else
 393                 {
 394                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 395                     qp_adj = strength * (x264_log2( X264_MAX(energy, 1) ) - (14.427f + 2*(BIT_DEPTH-8)));
 396                 }
 397                 if( quant_offsets )
 398                     qp_adj += quant_offsets[mb_xy];
 399                 frame->f_qp_offset[mb_xy] =
 400                 frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = qp_adj;
 401                 if( h->frames.b_have_lowres )
 402                     frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8(qp_adj);
 403             }
 404     }
 405
 406     /* Remove mean from SSD calculation */
 407     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 408     {
 409         uint64_t ssd = frame->i_pixel_ssd[i];
 410         uint64_t sum = frame->i_pixel_sum[i];
 411         int width  = 16*h->mb.i_mb_width  >> (i && CHROMA_H_SHIFT);
 412         int height = 16*h->mb.i_mb_height >> (i && CHROMA_V_SHIFT);
 413         frame->i_pixel_ssd[i] = ssd - (sum * sum + width * height / 2) / (width * height);
 414     }
 415 }
 416
 417 static int x264_macroblock_tree_rescale_init( x264_t *h, x264_ratecontrol_t *rc )
 418 {
 419     /* Use fractional QP array dimensions to compensate for edge padding */
 420     float srcdim[2] = {rc->mbtree.srcdim[0] / 16.f, rc->mbtree.srcdim[1] / 16.f};
 421     float dstdim[2] = {    h->param.i_width / 16.f,    h->param.i_height / 16.f};
 422     int srcdimi[2] = {ceil(srcdim[0]), ceil(srcdim[1])};
 423     int dstdimi[2] = {ceil(dstdim[0]), ceil(dstdim[1])};
 424     if( PARAM_INTERLACED )
 425     {
 426         srcdimi[1] = (srcdimi[1]+1)&~1;
 427         dstdimi[1] = (dstdimi[1]+1)&~1;
 428     }
 429
 430     rc->mbtree.src_mb_count = srcdimi[0] * srcdimi[1];
 431
 432     CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.qp_buffer[0], rc->mbtree.src_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 433     if( h->param.i_bframe_pyramid && h->param.rc.b_stat_read )
 434         CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.qp_buffer[1], rc->mbtree.src_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 435     rc->mbtree.qpbuf_pos = -1;
 436
 437     /* No rescaling to do */
 438     if( srcdimi[0] == dstdimi[0] && srcdimi[1] == dstdimi[1] )
 439         return 0;
 440
 441     rc->mbtree.rescale_enabled = 1;
 442
 443     /* Allocate intermediate scaling buffers */
 444     CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.scale_buffer[0], srcdimi[0] * srcdimi[1] * sizeof(float) );
 445     CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.scale_buffer[1], dstdimi[0] * srcdimi[1] * sizeof(float) );
 446
 447     /* Allocate and calculate resize filter parameters and coefficients */
 448     for( int i = 0; i < 2; i++ )
 449     {
 450         if( srcdim[i] > dstdim[i] ) // downscale
 451             rc->mbtree.filtersize[i] = 1 + (2 * srcdimi[i] + dstdimi[i] - 1) / dstdimi[i];
 452         else                        // upscale
 453             rc->mbtree.filtersize[i] = 3;
 454
 455         CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.coeffs[i], rc->mbtree.filtersize[i] * dstdimi[i] * sizeof(float) );
 456         CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.pos[i], dstdimi[i] * sizeof(int) );
 457
 458         /* Initialize filter coefficients */
 459         float inc = srcdim[i] / dstdim[i];
 460         float dmul = inc > 1.f ? dstdim[i] / srcdim[i] : 1.f;
 461         float dstinsrc = 0.5f * inc - 0.5f;
 462         int filtersize = rc->mbtree.filtersize[i];
 463         for( int j = 0; j < dstdimi[i]; j++ )
 464         {
 465             int pos = dstinsrc - (filtersize - 2.f) * 0.5f;
 466             float sum = 0.0;
 467             rc->mbtree.pos[i][j] = pos;
 468             for( int k = 0; k < filtersize; k++ )
 469             {
 470                 float d = fabs( pos + k - dstinsrc ) * dmul;
 471                 float coeff = X264_MAX( 1.f - d, 0 );
 472                 rc->mbtree.coeffs[i][j * filtersize + k] = coeff;
 473                 sum += coeff;
 474             }
 475             sum = 1.0f / sum;
 476             for( int k = 0; k < filtersize; k++ )
 477                 rc->mbtree.coeffs[i][j * filtersize + k] *= sum;
 478             dstinsrc += inc;
 479         }
 480     }
 481
 482     /* Write back actual qp array dimensions */
 483     rc->mbtree.srcdim[0] = srcdimi[0];
 484     rc->mbtree.srcdim[1] = srcdimi[1];
 485     return 0;
 486 fail:
 487     return -1;
 488 }
 489
 490 static void x264_macroblock_tree_rescale_destroy( x264_ratecontrol_t *rc )
 491 {
 492     for( int i = 0; i < 2; i++ )
 493     {
 494         x264_free( rc->mbtree.qp_buffer[i] );
 495         x264_free( rc->mbtree.scale_buffer[i] );
 496         x264_free( rc->mbtree.coeffs[i] );
 497         x264_free( rc->mbtree.pos[i] );
 498     }
 499 }
 500
 501 static ALWAYS_INLINE float tapfilter( float *src, int pos, int max, int stride, float *coeff, int filtersize )
 502 {
 503     float sum = 0.f;
 504     for( int i = 0; i < filtersize; i++, pos++ )
 505         sum += src[x264_clip3( pos, 0, max-1 )*stride] * coeff[i];
 506     return sum;
 507 }
 508
 509 static void x264_macroblock_tree_rescale( x264_t *h, x264_ratecontrol_t *rc, float *dst )
 510 {
 511     float *input, *output;
 512     int filtersize, stride, height;
 513
 514     /* H scale first */
 515     input = rc->mbtree.scale_buffer[0];
 516     output = rc->mbtree.scale_buffer[1];
 517     filtersize = rc->mbtree.filtersize[0];
 518     stride = rc->mbtree.srcdim[0];
 519     height = rc->mbtree.srcdim[1];
 520     for( int y = 0; y < height; y++, input += stride, output += h->mb.i_mb_width )
 521     {
 522         float *coeff = rc->mbtree.coeffs[0];
 523         for( int x = 0; x < h->mb.i_mb_width; x++, coeff+=filtersize )
 524             output[x] = tapfilter( input, rc->mbtree.pos[0][x], stride, 1, coeff, filtersize );
 525     }
 526
 527     /* V scale next */
 528     input = rc->mbtree.scale_buffer[1];
 529     output = dst;
 530     filtersize = rc->mbtree.filtersize[1];
 531     stride = h->mb.i_mb_width;
 532     height = rc->mbtree.srcdim[1];
 533     for( int x = 0; x < h->mb.i_mb_width; x++, input++, output++ )
 534     {
 535         float *coeff = rc->mbtree.coeffs[1];
 536         for( int y = 0; y < h->mb.i_mb_height; y++, coeff+=filtersize )
 537             output[y*stride] = tapfilter( input, rc->mbtree.pos[1][y], height, stride, coeff, filtersize );
 538     }
 539 }
 540
 541 int x264_macroblock_tree_read( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 542 {
 543     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 544     uint8_t i_type_actual = rc->entry[frame->i_frame].pict_type;
 545
 546     if( rc->entry[frame->i_frame].kept_as_ref )
 547     {
 548         uint8_t i_type;
 549         if( rc->mbtree.qpbuf_pos < 0 )
 550         {
 551             do
 552             {
 553                 rc->mbtree.qpbuf_pos++;
 554
 555                 if( !fread( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_in ) )
 556                     goto fail;
 557                 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 )
 558                     goto fail;
 559
 560                 if( i_type != i_type_actual && rc->mbtree.qpbuf_pos == 1 )
 561                 {
 562                     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree frametype %d doesn't match actual frametype %d.\n", i_type, i_type_actual );
 563                     return -1;
 564                 }
 565             } while( i_type != i_type_actual );
 566         }
 567
 568         float *dst = rc->mbtree.rescale_enabled ? rc->mbtree.scale_buffer[0] : frame->f_qp_offset;
 569         for( int i = 0; i < rc->mbtree.src_mb_count; i++ )
 570         {
 571             int16_t qp_fix8 = endian_fix16( rc->mbtree.qp_buffer[rc->mbtree.qpbuf_pos][i] );
 572             dst[i] = qp_fix8 * (1.f/256.f);
 573         }
 574         if( rc->mbtree.rescale_enabled )
 575             x264_macroblock_tree_rescale( h, rc, frame->f_qp_offset );
 576         if( h->frames.b_have_lowres )
 577             for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
 578                 frame->i_inv_qscale_factor[i] = x264_exp2fix8( frame->f_qp_offset[i] );
 579         rc->mbtree.qpbuf_pos--;
 580     }
 581     else
 582         x264_stack_align( x264_adaptive_quant_frame, h, frame, quant_offsets );
 583     return 0;
 584 fail:
 585     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "Incomplete MB-tree stats file.\n" );
 586     return -1;
 587 }
 588
 589 int x264_reference_build_list_optimal( x264_t *h )
 590 {
 591     ratecontrol_entry_t *rce = h->rc->rce;
 592     x264_frame_t *frames[16];
 593     x264_weight_t weights[16][3];
 594     int refcount[16];
 595
 596     if( rce->refs != h->i_ref[0] )
 597         return -1;
 598
 599     memcpy( frames, h->fref[0], sizeof(frames) );
 600     memcpy( refcount, rce->refcount, sizeof(refcount) );
 601     memcpy( weights, h->fenc->weight, sizeof(weights) );
 602     memset( &h->fenc->weight[1][0], 0, sizeof(x264_weight_t[15][3]) );
 603
 604     /* For now don't reorder ref 0; it seems to lower quality
 605        in most cases due to skips. */
 606     for( int ref = 1; ref < h->i_ref[0]; ref++ )
 607     {
 608         int max = -1;
 609         int bestref = 1;
 610
 611         for( int i = 1; i < h->i_ref[0]; i++ )
 612             /* Favor lower POC as a tiebreaker. */
 613             COPY2_IF_GT( max, refcount[i], bestref, i );
 614
 615         /* FIXME: If there are duplicates from frames other than ref0 then it is possible
 616          * that the optimal ordering doesnt place every duplicate. */
 617
 618         refcount[bestref] = -1;
 619         h->fref[0][ref] = frames[bestref];
 620         memcpy( h->fenc->weight[ref], weights[bestref], sizeof(weights[bestref]) );
 621     }
 622
 623     return 0;
 624 }
 625
 626 static char *x264_strcat_filename( char *input, char *suffix )
 627 {
 628     char *output = x264_malloc( strlen( input ) + strlen( suffix ) + 1 );
 629     if( !output )
 630         return NULL;
 631     strcpy( output, input );
 632     strcat( output, suffix );
 633     return output;
 634 }
 635
 636 void x264_ratecontrol_init_reconfigurable( x264_t *h, int b_init )
 637 {
 638     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 639     if( !b_init && rc->b_2pass )
 640         return;
 641
 642     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
 643     {
 644         /* Arbitrary rescaling to make CRF somewhat similar to QP.
 645          * Try to compensate for MB-tree's effects as well. */
 646         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
 647         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
 648         rc->rate_factor_constant = pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
 649                                  / qp2qscale( h->param.rc.f_rf_constant + mbtree_offset + QP_BD_OFFSET );
 650     }
 651
 652     if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate > 0 && h->param.rc.i_vbv_buffer_size > 0 )
 653     {
 654         /* We don't support changing the ABR bitrate right now,
 655            so if the stream starts as CBR, keep it CBR. */
 656         if( rc->b_vbv_min_rate )
 657             h->param.rc.i_vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_bitrate;
 658
 659         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size < (int)(h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps) )
 660         {
 661             h->param.rc.i_vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps;
 662             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV buffer size cannot be smaller than one frame, using %d kbit\n",
 663                       h->param.rc.i_vbv_buffer_size );
 664         }
 665
 666         int kilobit_size = h->param.i_avcintra_class ? 1024 : 1000;
 667         int vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_buffer_size * kilobit_size;
 668         int vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate * kilobit_size;
 669
 670         /* Init HRD */
 671         if( h->param.i_nal_hrd && b_init )
 672         {
 673             h->sps->vui.hrd.i_cpb_cnt = 1;
 674             h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd = h->param.i_nal_hrd == X264_NAL_HRD_CBR;
 675             h->sps->vui.hrd.i_time_offset_length = 0;
 676
 677             #define BR_SHIFT  6
 678             #define CPB_SHIFT 4
 679
 680             // normalize HRD size and rate to the value / scale notation
 681             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale = x264_clip3( x264_ctz( vbv_max_bitrate ) - BR_SHIFT, 0, 15 );
 682             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_value = vbv_max_bitrate >> ( h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale + BR_SHIFT );
 683             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 );
 684             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale = x264_clip3( x264_ctz( vbv_buffer_size ) - CPB_SHIFT, 0, 15 );
 685             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_value = vbv_buffer_size >> ( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale + CPB_SHIFT );
 686             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 );
 687
 688             #undef CPB_SHIFT
 689             #undef BR_SHIFT
 690
 691             // arbitrary
 692             #define MAX_DURATION 0.5
 693
 694             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 );
 695             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;
 696             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);
 697
 698             h->sps->vui.hrd.i_initial_cpb_removal_delay_length = 2 + x264_clip3( 32 - x264_clz( max_delay ), 4, 22 );
 699             h->sps->vui.hrd.i_cpb_removal_delay_length = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_cpb_output_delay ), 4, 31 );
 700             h->sps->vui.hrd.i_dpb_output_delay_length  = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_dpb_output_delay ), 4, 31 );
 701
 702             #undef MAX_DURATION
 703
 704             vbv_buffer_size = h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled;
 705             vbv_max_bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
 706         }
 707         else if( h->param.i_nal_hrd && !b_init )
 708         {
 709             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV parameters cannot be changed when NAL HRD is in use\n" );
 710             return;
 711         }
 712         h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled = vbv_max_bitrate;
 713         h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled = vbv_buffer_size;
 714
 715         if( rc->b_vbv_min_rate )
 716             rc->bitrate = (double)h->param.rc.i_bitrate * kilobit_size;
 717         rc->buffer_rate = vbv_max_bitrate / rc->fps;
 718         rc->vbv_max_rate = vbv_max_bitrate;
 719         rc->buffer_size = vbv_buffer_size;
 720         rc->single_frame_vbv = rc->buffer_rate * 1.1 > rc->buffer_size;
 721         rc->cbr_decay = 1.0 - rc->buffer_rate / rc->buffer_size
 722                       * 0.5 * X264_MAX(0, 1.5 - rc->buffer_rate * rc->fps / rc->bitrate);
 723         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.f_rf_constant_max )
 724         {
 725             rc->rate_factor_max_increment = h->param.rc.f_rf_constant_max - h->param.rc.f_rf_constant;
 726             if( rc->rate_factor_max_increment <= 0 )
 727             {
 728                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CRF max must be greater than CRF\n" );
 729                 rc->rate_factor_max_increment = 0;
 730             }
 731         }
 732         if( b_init )
 733         {
 734             if( h->param.rc.f_vbv_buffer_init > 1. )
 735                 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 );
 736             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);
 737             rc->buffer_fill_final =
 738             rc->buffer_fill_final_min = rc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init * h->sps->vui.i_time_scale;
 739             rc->b_vbv = 1;
 740             rc->b_vbv_min_rate = !rc->b_2pass
 741                           && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR
 742                           && h->param.rc.i_vbv_max_bitrate <= h->param.rc.i_bitrate;
 743         }
 744     }
 745 }
 746
 747 int x264_ratecontrol_new( x264_t *h )
 748 {
 749     x264_ratecontrol_t *rc;
 750
 751     x264_emms();
 752
 753     CHECKED_MALLOCZERO( h->rc, h->param.i_threads * sizeof(x264_ratecontrol_t) );
 754     rc = h->rc;
 755
 756     rc->b_abr = h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CQP && !h->param.rc.b_stat_read;
 757     rc->b_2pass = h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && h->param.rc.b_stat_read;
 758
 759     /* FIXME: use integers */
 760     if( h->param.i_fps_num > 0 && h->param.i_fps_den > 0 )
 761         rc->fps = (float) h->param.i_fps_num / h->param.i_fps_den;
 762     else
 763         rc->fps = 25.0;
 764
 765     if( h->param.rc.b_mb_tree )
 766     {
 767         h->param.rc.f_pb_factor = 1;
 768         rc->qcompress = 1;
 769     }
 770     else
 771         rc->qcompress = h->param.rc.f_qcompress;
 772
 773     rc->bitrate = h->param.rc.i_bitrate * (h->param.i_avcintra_class ? 1024. : 1000.);
 774     rc->rate_tolerance = h->param.rc.f_rate_tolerance;
 775     rc->nmb = h->mb.i_mb_count;
 776     rc->last_non_b_pict_type = -1;
 777     rc->cbr_decay = 1.0;
 778
 779     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.b_stat_read )
 780     {
 781         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "constant rate-factor is incompatible with 2pass.\n" );
 782         return -1;
 783     }
 784
 785     x264_ratecontrol_init_reconfigurable( h, 1 );
 786
 787     if( h->param.i_nal_hrd )
 788     {
 789         uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
 790         uint64_t num = 90000;
 791         x264_reduce_fraction64( &num, &denom );
 792         rc->hrd_multiply_denom = 90000 / num;
 793
 794         double bits_required = log2( 90000 / rc->hrd_multiply_denom )
 795                              + log2( h->sps->vui.i_time_scale )
 796                              + log2( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled );
 797         if( bits_required >= 63 )
 798         {
 799             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "HRD with very large timescale and bufsize not supported\n" );
 800             return -1;
 801         }
 802     }
 803
 804     if( rc->rate_tolerance < 0.01 )
 805     {
 806         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "bitrate tolerance too small, using .01\n" );
 807         rc->rate_tolerance = 0.01;
 808     }
 809
 810     h->mb.b_variable_qp = rc->b_vbv || h->param.rc.i_aq_mode;
 811
 812     if( rc->b_abr )
 813     {
 814         /* FIXME ABR_INIT_QP is actually used only in CRF */
 815 #define ABR_INIT_QP (( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF ? h->param.rc.f_rf_constant : 24 ) + QP_BD_OFFSET)
 816         rc->accum_p_norm = .01;
 817         rc->accum_p_qp = ABR_INIT_QP * rc->accum_p_norm;
 818         /* estimated ratio that produces a reasonable QP for the first I-frame */
 819         rc->cplxr_sum = .01 * pow( 7.0e5, rc->qcompress ) * pow( h->mb.i_mb_count, 0.5 );
 820         rc->wanted_bits_window = 1.0 * rc->bitrate / rc->fps;
 821         rc->last_non_b_pict_type = SLICE_TYPE_I;
 822     }
 823
 824     rc->ip_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_ip_factor );
 825     rc->pb_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_pb_factor );
 826     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = h->param.rc.i_qp_constant;
 827     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant - rc->ip_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
 828     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant + rc->pb_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
 829     h->mb.ip_offset = rc->ip_offset + 0.5;
 830
 831     rc->lstep = pow( 2, h->param.rc.i_qp_step / 6.0 );
 832     rc->last_qscale = qp2qscale( 26 + QP_BD_OFFSET );
 833     int num_preds = h->param.b_sliced_threads * h->param.i_threads + 1;
 834     CHECKED_MALLOC( rc->pred, 5 * sizeof(predictor_t) * num_preds );
 835     CHECKED_MALLOC( rc->pred_b_from_p, sizeof(predictor_t) );
 836     static const float pred_coeff_table[3] = { 1.0, 1.0, 1.5 };
 837     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 838     {
 839         rc->last_qscale_for[i] = qp2qscale( ABR_INIT_QP );
 840         rc->lmin[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
 841         rc->lmax[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
 842         for( int j = 0; j < num_preds; j++ )
 843         {
 844             rc->pred[i+j*5].coeff_min = pred_coeff_table[i] / 2;
 845             rc->pred[i+j*5].coeff = pred_coeff_table[i];
 846             rc->pred[i+j*5].count = 1.0;
 847             rc->pred[i+j*5].decay = 0.5;
 848             rc->pred[i+j*5].offset = 0.0;
 849         }
 850         for( int j = 0; j < 2; j++ )
 851         {
 852             rc->row_preds[i][j].coeff_min = .25 / 4;
 853             rc->row_preds[i][j].coeff = .25;
 854             rc->row_preds[i][j].count = 1.0;
 855             rc->row_preds[i][j].decay = 0.5;
 856             rc->row_preds[i][j].offset = 0.0;
 857         }
 858     }
 859     rc->pred_b_from_p->coeff_min = 0.5 / 2;
 860     rc->pred_b_from_p->coeff = 0.5;
 861     rc->pred_b_from_p->count = 1.0;
 862     rc->pred_b_from_p->decay = 0.5;
 863     rc->pred_b_from_p->offset = 0.0;
 864
 865     if( parse_zones( h ) < 0 )
 866     {
 867         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to parse zones\n" );
 868         return -1;
 869     }
 870
 871     /* Load stat file and init 2pass algo */
 872     if( h->param.rc.b_stat_read )
 873     {
 874         char *p, *stats_in, *stats_buf;
 875
 876         /* read 1st pass stats */
 877         assert( h->param.rc.psz_stat_in );
 878         stats_buf = stats_in = x264_slurp_file( h->param.rc.psz_stat_in );
 879         if( !stats_buf )
 880         {
 881             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n" );
 882             return -1;
 883         }
 884         if( h->param.rc.b_mb_tree )
 885         {
 886             char *mbtree_stats_in = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_in, ".mbtree" );
 887             if( !mbtree_stats_in )
 888                 return -1;
 889             rc->p_mbtree_stat_file_in = x264_fopen( mbtree_stats_in, "rb" );
 890             x264_free( mbtree_stats_in );
 891             if( !rc->p_mbtree_stat_file_in )
 892             {
 893                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n" );
 894                 return -1;
 895             }
 896         }
 897
 898         /* check whether 1st pass options were compatible with current options */
 899         if( strncmp( stats_buf, "#options:", 9 ) )
 900         {
 901             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "options list in stats file not valid\n" );
 902             return -1;
 903         }
 904
 905         float res_factor, res_factor_bits;
 906         {
 907             int i, j;
 908             uint32_t k, l;
 909             char *opts = stats_buf;
 910             stats_in = strchr( stats_buf, '\n' );
 911             if( !stats_in )
 912                 return -1;
 913             *stats_in = '\0';
 914             stats_in++;
 915             if( sscanf( opts, "#options: %dx%d", &i, &j ) != 2 )
 916             {
 917                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "resolution specified in stats file not valid\n" );
 918                 return -1;
 919             }
 920             else if( h->param.rc.b_mb_tree )
 921             {
 922                 rc->mbtree.srcdim[0] = i;
 923                 rc->mbtree.srcdim[1] = j;
 924             }
 925             res_factor = (float)h->param.i_width * h->param.i_height / (i*j);
 926             /* Change in bits relative to resolution isn't quite linear on typical sources,
 927              * so we'll at least try to roughly approximate this effect. */
 928             res_factor_bits = powf( res_factor, 0.7 );
 929
 930             if( !( p = strstr( opts, "timebase=" ) ) || sscanf( p, "timebase=%u/%u", &k, &l ) != 2 )
 931             {
 932                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase specified in stats file not valid\n" );
 933                 return -1;
 934             }
 935             if( k != h->param.i_timebase_num || l != h->param.i_timebase_den )
 936             {
 937                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase mismatch with 1st pass (%u/%u vs %u/%u)\n",
 938                           h->param.i_timebase_num, h->param.i_timebase_den, k, l );
 939                 return -1;
 940             }
 941
 942             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bitdepth", BIT_DEPTH );
 943             CMP_OPT_FIRST_PASS( "weightp", X264_MAX( 0, h->param.analyse.i_weighted_pred ) );
 944             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bframes", h->param.i_bframe );
 945             CMP_OPT_FIRST_PASS( "b_pyramid", h->param.i_bframe_pyramid );
 946             CMP_OPT_FIRST_PASS( "intra_refresh", h->param.b_intra_refresh );
 947             CMP_OPT_FIRST_PASS( "open_gop", h->param.b_open_gop );
 948             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bluray_compat", h->param.b_bluray_compat );
 949
 950             if( (p = strstr( opts, "interlaced=" )) )
 951             {
 952                 char *current = h->param.b_interlaced ? h->param.b_tff ? "tff" : "bff" : h->param.b_fake_interlaced ? "fake" : "0";
 953                 char buf[5];
 954                 sscanf( p, "interlaced=%4s", buf );
 955                 if( strcmp( current, buf ) )
 956                 {
 957                     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different interlaced setting than first pass (%s vs %s)\n", current, buf );
 958                     return -1;
 959                 }
 960             }
 961
 962             if( (p = strstr( opts, "keyint=" )) )
 963             {
 964                 p += 7;
 965                 char buf[13] = "infinite ";
 966                 if( h->param.i_keyint_max != X264_KEYINT_MAX_INFINITE )
 967                     sprintf( buf, "%d ", h->param.i_keyint_max );
 968                 if( strncmp( p, buf, strlen(buf) ) )
 969                 {
 970                     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different keyint setting than first pass (%.*s vs %.*s)\n",
 971                               strlen(buf)-1, buf, strcspn(p, " "), p );
 972                     return -1;
 973                 }
 974             }
 975
 976             if( strstr( opts, "qp=0" ) && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
 977                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "1st pass was lossless, bitrate prediction will be inaccurate\n" );
 978
 979             if( !strstr( opts, "direct=3" ) && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
 980             {
 981                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "direct=auto not used on the first pass\n" );
 982                 h->mb.b_direct_auto_write = 1;
 983             }
 984
 985             if( ( p = strstr( opts, "b_adapt=" ) ) && sscanf( p, "b_adapt=%d", &i ) && i >= X264_B_ADAPT_NONE && i <= X264_B_ADAPT_TRELLIS )
 986                 h->param.i_bframe_adaptive = i;
 987             else if( h->param.i_bframe )
 988             {
 989                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "b_adapt method specified in stats file not valid\n" );
 990                 return -1;
 991             }
 992
 993             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 ) )
 994                 h->param.rc.i_lookahead = i;
 995         }
 996
 997         /* find number of pics */
 998         p = stats_in;
 999         int num_entries;
1000         for( num_entries = -1; p; num_entries++ )
1001             p = strchr( p + 1, ';' );
1002         if( !num_entries )
1003         {
1004             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "empty stats file\n" );
1005             return -1;
1006         }
1007         rc->num_entries = num_entries;
1008
1009         if( h->param.i_frame_total < rc->num_entries && h->param.i_frame_total > 0 )
1010         {
1011             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "2nd pass has fewer frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
1012                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
1013         }
1014         if( h->param.i_frame_total > rc->num_entries )
1015         {
1016             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
1017                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
1018             return -1;
1019         }
1020
1021         CHECKED_MALLOCZERO( rc->entry, rc->num_entries * sizeof(ratecontrol_entry_t) );
1022         CHECKED_MALLOC( rc->entry_out, rc->num_entries * sizeof(ratecontrol_entry_t*) );
1023
1024         /* init all to skipped p frames */
1025         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
1026         {
1027             ratecontrol_entry_t *rce = &rc->entry[i];
1028             rce->pict_type = SLICE_TYPE_P;
1029             rce->qscale = rce->new_qscale = qp2qscale( 20 + QP_BD_OFFSET );
1030             rce->misc_bits = rc->nmb + 10;
1031             rce->new_qp = 0;
1032             rc->entry_out[i] = rce;
1033         }
1034
1035         /* read stats */
1036         p = stats_in;
1037         double total_qp_aq = 0;
1038         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
1039         {
1040             ratecontrol_entry_t *rce;
1041             int frame_number = 0;
1042             int frame_out_number = 0;
1043             char pict_type = 0;
1044             int e;
1045             char *next;
1046             float qp_rc, qp_aq;
1047             int ref;
1048
1049             next= strchr(p, ';');
1050             if( next )
1051                 *next++ = 0; //sscanf is unbelievably slow on long strings
1052             e = sscanf( p, " in:%d out:%d ", &frame_number, &frame_out_number );
1053
1054             if( frame_number < 0 || frame_number >= rc->num_entries )
1055             {
1056                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad frame number (%d) at stats line %d\n", frame_number, i );
1057                 return -1;
1058             }
1059             if( frame_out_number < 0 || frame_out_number >= rc->num_entries )
1060             {
1061                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad frame output number (%d) at stats line %d\n", frame_out_number, i );
1062                 return -1;
1063             }
1064             rce = &rc->entry[frame_number];
1065             rc->entry_out[frame_out_number] = rce;
1066             rce->direct_mode = 0;
1067
1068             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",
1069                    &pict_type, &rce->i_duration, &rce->i_cpb_duration, &qp_rc, &qp_aq, &rce->tex_bits,
1070                    &rce->mv_bits, &rce->misc_bits, &rce->i_count, &rce->p_count,
1071                    &rce->s_count, &rce->direct_mode );
1072             rce->tex_bits  *= res_factor_bits;
1073             rce->mv_bits   *= res_factor_bits;
1074             rce->misc_bits *= res_factor_bits;
1075             rce->i_count   *= res_factor;
1076             rce->p_count   *= res_factor;
1077             rce->s_count   *= res_factor;
1078
1079             p = strstr( p, "ref:" );
1080             if( !p )
1081                 goto parse_error;
1082             p += 4;
1083             for( ref = 0; ref < 16; ref++ )
1084             {
1085                 if( sscanf( p, " %d", &rce->refcount[ref] ) != 1 )
1086                     break;
1087                 p = strchr( p+1, ' ' );
1088                 if( !p )
1089                     goto parse_error;
1090             }
1091             rce->refs = ref;
1092
1093             /* find weights */
1094             rce->i_weight_denom[0] = rce->i_weight_denom[1] = -1;
1095             char *w = strchr( p, 'w' );
1096             if( w )
1097             {
1098                 int count = sscanf( w, "w:%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd",
1099                                     &rce->i_weight_denom[0], &rce->weight[0][0], &rce->weight[0][1],
1100                                     &rce->i_weight_denom[1], &rce->weight[1][0], &rce->weight[1][1],
1101                                     &rce->weight[2][0], &rce->weight[2][1] );
1102                 if( count == 3 )
1103                     rce->i_weight_denom[1] = -1;
1104                 else if ( count != 8 )
1105                     rce->i_weight_denom[0] = rce->i_weight_denom[1] = -1;
1106             }
1107
1108             if( pict_type != 'b' )
1109                 rce->kept_as_ref = 1;
1110             switch( pict_type )
1111             {
1112                 case 'I':
1113                     rce->frame_type = X264_TYPE_IDR;
1114                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
1115                     break;
1116                 case 'i':
1117                     rce->frame_type = X264_TYPE_I;
1118                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
1119                     break;
1120                 case 'P':
1121                     rce->frame_type = X264_TYPE_P;
1122                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_P;
1123                     break;
1124                 case 'B':
1125                     rce->frame_type = X264_TYPE_BREF;
1126                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
1127                     break;
1128                 case 'b':
1129                     rce->frame_type = X264_TYPE_B;
1130                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
1131                     break;
1132                 default:  e = -1; break;
1133             }
1134             if( e < 14 )
1135             {
1136 parse_error:
1137                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "statistics are damaged at line %d, parser out=%d\n", i, e );
1138                 return -1;
1139             }
1140             rce->qscale = qp2qscale( qp_rc );
1141             total_qp_aq += qp_aq;
1142             p = next;
1143         }
1144         if( !h->param.b_stitchable )
1145             h->pps->i_pic_init_qp = SPEC_QP( (int)(total_qp_aq / rc->num_entries + 0.5) );
1146
1147         x264_free( stats_buf );
1148
1149         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
1150         {
1151             if( init_pass2( h ) < 0 )
1152                 return -1;
1153         } /* else we're using constant quant, so no need to run the bitrate allocation */
1154     }
1155
1156     /* Open output file */
1157     /* If input and output files are the same, output to a temp file
1158      * and move it to the real name only when it's complete */
1159     if( h->param.rc.b_stat_write )
1160     {
1161         char *p;
1162         rc->psz_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".temp" );
1163         if( !rc->psz_stat_file_tmpname )
1164             return -1;
1165
1166         rc->p_stat_file_out = x264_fopen( rc->psz_stat_file_tmpname, "wb" );
1167         if( rc->p_stat_file_out == NULL )
1168         {
1169             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n" );
1170             return -1;
1171         }
1172
1173         p = x264_param2string( &h->param, 1 );
1174         if( p )
1175             fprintf( rc->p_stat_file_out, "#options: %s\n", p );
1176         x264_free( p );
1177         if( h->param.rc.b_mb_tree && !h->param.rc.b_stat_read )
1178         {
1179             rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree.temp" );
1180             rc->psz_mbtree_stat_file_name = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree" );
1181             if( !rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname || !rc->psz_mbtree_stat_file_name )
1182                 return -1;
1183
1184             rc->p_mbtree_stat_file_out = x264_fopen( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, "wb" );
1185             if( rc->p_mbtree_stat_file_out == NULL )
1186             {
1187                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n" );
1188                 return -1;
1189             }
1190         }
1191     }
1192
1193     if( h->param.rc.b_mb_tree && (h->param.rc.b_stat_read || h->param.rc.b_stat_write) )
1194     {
1195         if( !h->param.rc.b_stat_read )
1196         {
1197             rc->mbtree.srcdim[0] = h->param.i_width;
1198             rc->mbtree.srcdim[1] = h->param.i_height;
1199         }
1200         if( x264_macroblock_tree_rescale_init( h, rc ) < 0 )
1201             return -1;
1202     }
1203
1204     for( int i = 0; i<h->param.i_threads; i++ )
1205     {
1206         h->thread[i]->rc = rc+i;
1207         if( i )
1208         {
1209             rc[i] = rc[0];
1210             h->thread[i]->param = h->param;
1211             h->thread[i]->mb.b_variable_qp = h->mb.b_variable_qp;
1212             h->thread[i]->mb.ip_offset = h->mb.ip_offset;
1213         }
1214     }
1215
1216     return 0;
1217 fail:
1218     return -1;
1219 }
1220
1221 static int parse_zone( x264_t *h, x264_zone_t *z, char *p )
1222 {
1223     int len = 0;
1224     char *tok, UNUSED *saveptr=NULL;
1225     z->param = NULL;
1226     z->f_bitrate_factor = 1;
1227     if( 3 <= sscanf(p, "%d,%d,q=%d%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->i_qp, &len) )
1228         z->b_force_qp = 1;
1229     else if( 3 <= sscanf(p, "%d,%d,b=%f%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->f_bitrate_factor, &len) )
1230         z->b_force_qp = 0;
1231     else if( 2 <= sscanf(p, "%d,%d%n", &z->i_start, &z->i_end, &len) )
1232         z->b_force_qp = 0;
1233     else
1234     {
1235         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: \"%s\"\n", p );
1236         return -1;
1237     }
1238     p += len;
1239     if( !*p )
1240         return 0;
1241     CHECKED_MALLOC( z->param, sizeof(x264_param_t) );
1242     memcpy( z->param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
1243     z->param->param_free = x264_free;
1244     while( (tok = strtok_r( p, ",", &saveptr )) )
1245     {
1246         char *val = strchr( tok, '=' );
1247         if( val )
1248         {
1249             *val = '\0';
1250             val++;
1251         }
1252         if( x264_param_parse( z->param, tok, val ) )
1253         {
1254             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone param: %s = %s\n", tok, val );
1255             return -1;
1256         }
1257         p = NULL;
1258     }
1259     return 0;
1260 fail:
1261     return -1;
1262 }
1263
1264 static int parse_zones( x264_t *h )
1265 {
1266     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1267     if( h->param.rc.psz_zones && !h->param.rc.i_zones )
1268     {
1269         char *psz_zones, *p;
1270         CHECKED_MALLOC( psz_zones, strlen( h->param.rc.psz_zones )+1 );
1271         strcpy( psz_zones, h->param.rc.psz_zones );
1272         h->param.rc.i_zones = 1;
1273         for( p = psz_zones; *p; p++ )
1274             h->param.rc.i_zones += (*p == '/');
1275         CHECKED_MALLOC( h->param.rc.zones, h->param.rc.i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1276         p = psz_zones;
1277         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1278         {
1279             int i_tok = strcspn( p, "/" );
1280             p[i_tok] = 0;
1281             if( parse_zone( h, &h->param.rc.zones[i], p ) )
1282             {
1283                 x264_free( psz_zones );
1284                 return -1;
1285             }
1286             p += i_tok + 1;
1287         }
1288         x264_free( psz_zones );
1289     }
1290
1291     if( h->param.rc.i_zones > 0 )
1292     {
1293         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1294         {
1295             x264_zone_t z = h->param.rc.zones[i];
1296             if( z.i_start < 0 || z.i_start > z.i_end )
1297             {
1298                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: start=%d end=%d\n",
1299                           z.i_start, z.i_end );
1300                 return -1;
1301             }
1302             else if( !z.b_force_qp && z.f_bitrate_factor <= 0 )
1303             {
1304                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: bitrate_factor=%f\n",
1305                           z.f_bitrate_factor );
1306                 return -1;
1307             }
1308         }
1309
1310         rc->i_zones = h->param.rc.i_zones + 1;
1311         CHECKED_MALLOC( rc->zones, rc->i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1312         memcpy( rc->zones+1, h->param.rc.zones, (rc->i_zones-1) * sizeof(x264_zone_t) );
1313
1314         // default zone to fall back to if none of the others match
1315         rc->zones[0].i_start = 0;
1316         rc->zones[0].i_end = INT_MAX;
1317         rc->zones[0].b_force_qp = 0;
1318         rc->zones[0].f_bitrate_factor = 1;
1319         CHECKED_MALLOC( rc->zones[0].param, sizeof(x264_param_t) );
1320         memcpy( rc->zones[0].param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
1321         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1322         {
1323             if( !rc->zones[i].param )
1324                 rc->zones[i].param = rc->zones[0].param;
1325         }
1326     }
1327
1328     return 0;
1329 fail:
1330     return -1;
1331 }
1332
1333 static x264_zone_t *get_zone( x264_t *h, int frame_num )
1334 {
1335     for( int i = h->rc->i_zones - 1; i >= 0; i-- )
1336     {
1337         x264_zone_t *z = &h->rc->zones[i];
1338         if( frame_num >= z->i_start && frame_num <= z->i_end )
1339             return z;
1340     }
1341     return NULL;
1342 }
1343
1344 void x264_ratecontrol_summary( x264_t *h )
1345 {
1346     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1347     if( rc->b_abr && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && rc->cbr_decay > .9999 )
1348     {
1349         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
1350         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
1351         x264_log( h, X264_LOG_INFO, "final ratefactor: %.2f\n",
1352                   qscale2qp( pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
1353                              * rc->cplxr_sum / rc->wanted_bits_window ) - mbtree_offset - QP_BD_OFFSET );
1354     }
1355 }
1356
1357 void x264_ratecontrol_delete( x264_t *h )
1358 {
1359     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1360     int b_regular_file;
1361
1362     if( rc->p_stat_file_out )
1363     {
1364         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_stat_file_out );
1365         fclose( rc->p_stat_file_out );
1366         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1367             if( x264_rename( rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out ) != 0 )
1368             {
1369                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1370                           rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out );
1371             }
1372         x264_free( rc->psz_stat_file_tmpname );
1373     }
1374     if( rc->p_mbtree_stat_file_out )
1375     {
1376         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1377         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1378         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1379             if( x264_rename( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name ) != 0 )
1380             {
1381                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1382                           rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1383             }
1384         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname );
1385         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1386     }
1387     if( rc->p_mbtree_stat_file_in )
1388         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_in );
1389     x264_free( rc->pred );
1390     x264_free( rc->pred_b_from_p );
1391     x264_free( rc->entry );
1392     x264_free( rc->entry_out );
1393     x264_macroblock_tree_rescale_destroy( rc );
1394     if( rc->zones )
1395     {
1396         x264_free( rc->zones[0].param );
1397         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1398             if( rc->zones[i].param != rc->zones[0].param && rc->zones[i].param->param_free )
1399                 rc->zones[i].param->param_free( rc->zones[i].param );
1400         x264_free( rc->zones );
1401     }
1402     x264_free( rc );
1403 }
1404
1405 static void accum_p_qp_update( x264_t *h, float qp )
1406 {
1407     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1408     rc->accum_p_qp   *= .95;
1409     rc->accum_p_norm *= .95;
1410     rc->accum_p_norm += 1;
1411     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I )
1412         rc->accum_p_qp += qp + rc->ip_offset;
1413     else
1414         rc->accum_p_qp += qp;
1415 }
1416
1417 /* Before encoding a frame, choose a QP for it */
1418 void x264_ratecontrol_start( x264_t *h, int i_force_qp, int overhead )
1419 {
1420     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1421     ratecontrol_entry_t *rce = NULL;
1422     x264_zone_t *zone = get_zone( h, h->fenc->i_frame );
1423     float q;
1424
1425     x264_emms();
1426
1427     if( zone && (!rc->prev_zone || zone->param != rc->prev_zone->param) )
1428         x264_encoder_reconfig_apply( h, zone->param );
1429     rc->prev_zone = zone;
1430
1431     if( h->param.rc.b_stat_read )
1432     {
1433         int frame = h->fenc->i_frame;
1434         assert( frame >= 0 && frame < rc->num_entries );
1435         rce = h->rc->rce = &h->rc->entry[frame];
1436
1437         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B
1438             && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
1439         {
1440             h->sh.b_direct_spatial_mv_pred = ( rce->direct_mode == 's' );
1441             h->mb.b_direct_auto_read = ( rce->direct_mode == 's' || rce->direct_mode == 't' );
1442         }
1443     }
1444
1445     if( rc->b_vbv )
1446     {
1447         memset( h->fdec->i_row_bits, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(int) );
1448         memset( h->fdec->f_row_qp, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(float) );
1449         memset( h->fdec->f_row_qscale, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(float) );
1450         rc->row_pred = rc->row_preds[h->sh.i_type];
1451         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;
1452         update_vbv_plan( h, overhead );
1453
1454         const x264_level_t *l = x264_levels;
1455         while( l->level_idc != 0 && l->level_idc != h->param.i_level_idc )
1456             l++;
1457
1458         int mincr = l->mincr;
1459
1460         if( h->param.b_bluray_compat )
1461             mincr = 4;
1462
1463         /* Profiles above High don't require minCR, so just set the maximum to a large value. */
1464         if( h->sps->i_profile_idc > PROFILE_HIGH )
1465             rc->frame_size_maximum = 1e9;
1466         else
1467         {
1468             /* The spec has a bizarre special case for the first frame. */
1469             if( h->i_frame == 0 )
1470             {
1471                 //384 * ( Max( PicSizeInMbs, fR * MaxMBPS ) + MaxMBPS * ( tr( 0 ) - tr,n( 0 ) ) ) / MinCR
1472                 double fr = 1. / 172;
1473                 int pic_size_in_mbs = h->mb.i_mb_width * h->mb.i_mb_height;
1474                 rc->frame_size_maximum = 384 * BIT_DEPTH * X264_MAX( pic_size_in_mbs, fr*l->mbps ) / mincr;
1475             }
1476             else
1477             {
1478                 //384 * MaxMBPS * ( tr( n ) - tr( n - 1 ) ) / MinCR
1479                 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;
1480             }
1481         }
1482     }
1483
1484     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1485         rc->bframes = h->fenc->i_bframes;
1486
1487     if( rc->b_abr )
1488     {
1489         q = qscale2qp( rate_estimate_qscale( h ) );
1490     }
1491     else if( rc->b_2pass )
1492     {
1493         rce->new_qscale = rate_estimate_qscale( h );
1494         q = qscale2qp( rce->new_qscale );
1495     }
1496     else /* CQP */
1497     {
1498         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B && h->fdec->b_kept_as_ref )
1499             q = ( rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_B ] + rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_P ] ) / 2;
1500         else
1501             q = rc->qp_constant[ h->sh.i_type ];
1502
1503         if( zone )
1504         {
1505             if( zone->b_force_qp )
1506                 q += zone->i_qp - rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P];
1507             else
1508                 q -= 6*log2f( zone->f_bitrate_factor );
1509         }
1510     }
1511     if( i_force_qp != X264_QP_AUTO )
1512         q = i_force_qp - 1;
1513
1514     q = x264_clip3f( q, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1515
1516     rc->qpa_rc = rc->qpa_rc_prev =
1517     rc->qpa_aq = rc->qpa_aq_prev = 0;
1518     h->fdec->f_qp_avg_rc =
1519     h->fdec->f_qp_avg_aq =
1520     rc->qpm = q;
1521     if( rce )
1522         rce->new_qp = q;
1523
1524     accum_p_qp_update( h, rc->qpm );
1525
1526     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1527         rc->last_non_b_pict_type = h->sh.i_type;
1528 }
1529
1530 static float predict_row_size( x264_t *h, int y, float qscale )
1531 {
1532     /* average between two predictors:
1533      * absolute SATD, and scaled bit cost of the colocated row in the previous frame */
1534     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1535     float pred_s = predict_size( &rc->row_pred[0], qscale, h->fdec->i_row_satd[y] );
1536     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I || qscale >= h->fref[0][0]->f_row_qscale[y] )
1537     {
1538         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P
1539             && h->fref[0][0]->i_type == h->fdec->i_type
1540             && h->fref[0][0]->f_row_qscale[y] > 0
1541             && h->fref[0][0]->i_row_satd[y] > 0
1542             && (abs(h->fref[0][0]->i_row_satd[y] - h->fdec->i_row_satd[y]) < h->fdec->i_row_satd[y]/2))
1543         {
1544             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]
1545                          * h->fref[0][0]->f_row_qscale[y] / qscale;
1546             return (pred_s + pred_t) * 0.5f;
1547         }
1548         return pred_s;
1549     }
1550     /* Our QP is lower than the reference! */
1551     else
1552     {
1553         float pred_intra = predict_size( &rc->row_pred[1], qscale, h->fdec->i_row_satds[0][0][y] );
1554         /* Sum: better to overestimate than underestimate by using only one of the two predictors. */
1555         return pred_intra + pred_s;
1556     }
1557 }
1558
1559 static int row_bits_so_far( x264_t *h, int y )
1560 {
1561     int bits = 0;
1562     for( int i = h->i_threadslice_start; i <= y; i++ )
1563         bits += h->fdec->i_row_bits[i];
1564     return bits;
1565 }
1566
1567 static float predict_row_size_to_end( x264_t *h, int y, float qp )
1568 {
1569     float qscale = qp2qscale( qp );
1570     float bits = 0;
1571     for( int i = y+1; i < h->i_threadslice_end; i++ )
1572         bits += predict_row_size( h, i, qscale );
1573     return bits;
1574 }
1575
1576 /* TODO:
1577  *  eliminate all use of qp in row ratecontrol: make it entirely qscale-based.
1578  *  make this function stop being needlessly O(N^2)
1579  *  update more often than once per row? */
1580 int x264_ratecontrol_mb( x264_t *h, int bits )
1581 {
1582     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1583     const int y = h->mb.i_mb_y;
1584
1585     h->fdec->i_row_bits[y] += bits;
1586     rc->qpa_aq += h->mb.i_qp;
1587
1588     if( h->mb.i_mb_x != h->mb.i_mb_width - 1 )
1589         return 0;
1590
1591     x264_emms();
1592     rc->qpa_rc += rc->qpm * h->mb.i_mb_width;
1593
1594     if( !rc->b_vbv )
1595         return 0;
1596
1597     float qscale = qp2qscale( rc->qpm );
1598     h->fdec->f_row_qp[y] = rc->qpm;
1599     h->fdec->f_row_qscale[y] = qscale;
1600
1601     update_predictor( &rc->row_pred[0], qscale, h->fdec->i_row_satd[y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1602     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I && rc->qpm < h->fref[0][0]->f_row_qp[y] )
1603         update_predictor( &rc->row_pred[1], qscale, h->fdec->i_row_satds[0][0][y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1604
1605     /* update ratecontrol per-mbpair in MBAFF */
1606     if( SLICE_MBAFF && !(y&1) )
1607         return 0;
1608
1609     /* FIXME: We don't currently support the case where there's a slice
1610      * boundary in between. */
1611     int can_reencode_row = h->sh.i_first_mb <= ((h->mb.i_mb_y - SLICE_MBAFF) * h->mb.i_mb_stride);
1612
1613     /* tweak quality based on difference from predicted size */
1614     float prev_row_qp = h->fdec->f_row_qp[y];
1615     float qp_absolute_max = h->param.rc.i_qp_max;
1616     if( rc->rate_factor_max_increment )
1617         qp_absolute_max = X264_MIN( qp_absolute_max, rc->qp_novbv + rc->rate_factor_max_increment );
1618     float qp_max = X264_MIN( prev_row_qp + h->param.rc.i_qp_step, qp_absolute_max );
1619     float qp_min = X264_MAX( prev_row_qp - h->param.rc.i_qp_step, h->param.rc.i_qp_min );
1620     float step_size = 0.5f;
1621     float slice_size_planned = h->param.b_sliced_threads ? rc->slice_size_planned : rc->frame_size_planned;
1622     float bits_so_far = row_bits_so_far( h, y );
1623     float max_frame_error = x264_clip3f( 1.0 / h->mb.i_mb_height, 0.05, 0.25 );
1624     float max_frame_size = rc->frame_size_maximum - rc->frame_size_maximum * max_frame_error;
1625     max_frame_size = X264_MIN( max_frame_size, rc->buffer_fill - rc->buffer_rate * max_frame_error );
1626     float size_of_other_slices = 0;
1627     if( h->param.b_sliced_threads )
1628     {
1629         float size_of_other_slices_planned = 0;
1630         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1631             if( h != h->thread[i] )
1632             {
1633                 size_of_other_slices += h->thread[i]->rc->frame_size_estimated;
1634                 size_of_other_slices_planned += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
1635             }
1636         float weight = rc->slice_size_planned / rc->frame_size_planned;
1637         size_of_other_slices = (size_of_other_slices - size_of_other_slices_planned) * weight + size_of_other_slices_planned;
1638     }
1639     if( y < h->i_threadslice_end-1 )
1640     {
1641         /* B-frames shouldn't use lower QP than their reference frames. */
1642         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1643         {
1644             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] ) );
1645             rc->qpm = X264_MAX( rc->qpm, qp_min );
1646         }
1647
1648         float buffer_left_planned = rc->buffer_fill - rc->frame_size_planned;
1649         buffer_left_planned = X264_MAX( buffer_left_planned, 0.f );
1650         /* More threads means we have to be more cautious in letting ratecontrol use up extra bits. */
1651         float rc_tol = buffer_left_planned / h->param.i_threads * rc->rate_tolerance;
1652         float b1 = bits_so_far + predict_row_size_to_end( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1653         float trust_coeff = x264_clip3f( bits_so_far / slice_size_planned, 0.0, 1.0 );
1654
1655         /* Don't increase the row QPs until a sufficent amount of the bits of the frame have been processed, in case a flat */
1656         /* area at the top of the frame was measured inaccurately. */
1657         if( trust_coeff < 0.05f )
1658             qp_max = qp_absolute_max = prev_row_qp;
1659
1660         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I )
1661             rc_tol *= 0.5f;
1662
1663         if( !rc->b_vbv_min_rate )
1664             qp_min = X264_MAX( qp_min, rc->qp_novbv );
1665
1666         while( rc->qpm < qp_max
1667                && ((b1 > rc->frame_size_planned + rc_tol) ||
1668                    (b1 > rc->frame_size_planned && rc->qpm < rc->qp_novbv) ||
1669                    (b1 > rc->buffer_fill - buffer_left_planned * 0.5f)) )
1670         {
1671             rc->qpm += step_size;
1672             b1 = bits_so_far + predict_row_size_to_end( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1673         }
1674
1675         float b_max = b1 + ((rc->buffer_fill - rc->buffer_size + rc->buffer_rate) * 0.90f - b1) * trust_coeff;
1676         rc->qpm -= step_size;
1677         float b2 = bits_so_far + predict_row_size_to_end( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1678         while( rc->qpm > qp_min && rc->qpm < prev_row_qp
1679                && (rc->qpm > h->fdec->f_row_qp[0] || rc->single_frame_vbv)
1680                && (b2 < max_frame_size)
1681                && ((b2 < rc->frame_size_planned * 0.8f) || (b2 < b_max)) )
1682         {
1683             b1 = b2;
1684             rc->qpm -= step_size;
1685             b2 = bits_so_far + predict_row_size_to_end( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1686         }
1687         rc->qpm += step_size;
1688
1689         /* avoid VBV underflow or MinCR violation */
1690         while( rc->qpm < qp_absolute_max && (b1 > max_frame_size) )
1691         {
1692             rc->qpm += step_size;
1693             b1 = bits_so_far + predict_row_size_to_end( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1694         }
1695
1696         h->rc->frame_size_estimated = b1 - size_of_other_slices;
1697
1698         /* If the current row was large enough to cause a large QP jump, try re-encoding it. */
1699         if( rc->qpm > qp_max && prev_row_qp < qp_max && can_reencode_row )
1700         {
1701             /* Bump QP to halfway in between... close enough. */
1702             rc->qpm = x264_clip3f( (prev_row_qp + rc->qpm)*0.5f, prev_row_qp + 1.0f, 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     else
1711     {
1712         h->rc->frame_size_estimated = bits_so_far;
1713
1714         /* Last-ditch attempt: if the last row of the frame underflowed the VBV,
1715          * try again. */
1716         if( rc->qpm < qp_max && can_reencode_row
1717             && (h->rc->frame_size_estimated + size_of_other_slices > X264_MIN( rc->frame_size_maximum, rc->buffer_fill )) )
1718         {
1719             rc->qpm = qp_max;
1720             rc->qpa_rc = rc->qpa_rc_prev;
1721             rc->qpa_aq = rc->qpa_aq_prev;
1722             h->fdec->i_row_bits[y] = 0;
1723             h->fdec->i_row_bits[y-SLICE_MBAFF] = 0;
1724             return -1;
1725         }
1726     }
1727
1728     rc->qpa_rc_prev = rc->qpa_rc;
1729     rc->qpa_aq_prev = rc->qpa_aq;
1730
1731     return 0;
1732 }
1733
1734 int x264_ratecontrol_qp( x264_t *h )
1735 {
1736     x264_emms();
1737     return x264_clip3( h->rc->qpm + 0.5f, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1738 }
1739
1740 int x264_ratecontrol_mb_qp( x264_t *h )
1741 {
1742     x264_emms();
1743     float qp = h->rc->qpm;
1744     if( h->param.rc.i_aq_mode )
1745     {
1746          /* MB-tree currently doesn't adjust quantizers in unreferenced frames. */
1747         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];
1748         /* Scale AQ's effect towards zero in emergency mode. */
1749         if( qp > QP_MAX_SPEC )
1750             qp_offset *= (QP_MAX - qp) / (QP_MAX - QP_MAX_SPEC);
1751         qp += qp_offset;
1752     }
1753     return x264_clip3( qp + 0.5f, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1754 }
1755
1756 /* In 2pass, force the same frame types as in the 1st pass */
1757 int x264_ratecontrol_slice_type( x264_t *h, int frame_num )
1758 {
1759     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1760     if( h->param.rc.b_stat_read )
1761     {
1762         if( frame_num >= rc->num_entries )
1763         {
1764             /* We could try to initialize everything required for ABR and
1765              * adaptive B-frames, but that would be complicated.
1766              * So just calculate the average QP used so far. */
1767             h->param.rc.i_qp_constant = (h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P] == 0) ? 24 + QP_BD_OFFSET
1768                                       : 1 + h->stat.f_frame_qp[SLICE_TYPE_P] / h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P];
1769             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant, 0, QP_MAX );
1770             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 );
1771             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 );
1772
1773             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d)\n", rc->num_entries );
1774             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "continuing anyway, at constant QP=%d\n", h->param.rc.i_qp_constant );
1775             if( h->param.i_bframe_adaptive )
1776                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "disabling adaptive B-frames\n" );
1777
1778             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1779             {
1780                 h->thread[i]->rc->b_abr = 0;
1781                 h->thread[i]->rc->b_2pass = 0;
1782                 h->thread[i]->param.rc.i_rc_method = X264_RC_CQP;
1783                 h->thread[i]->param.rc.b_stat_read = 0;
1784                 h->thread[i]->param.i_bframe_adaptive = 0;
1785                 h->thread[i]->param.i_scenecut_threshold = 0;
1786                 h->thread[i]->param.rc.b_mb_tree = 0;
1787                 if( h->thread[i]->param.i_bframe > 1 )
1788                     h->thread[i]->param.i_bframe = 1;
1789             }
1790             return X264_TYPE_AUTO;
1791         }
1792         return rc->entry[frame_num].frame_type;
1793     }
1794     else
1795         return X264_TYPE_AUTO;
1796 }
1797
1798 void x264_ratecontrol_set_weights( x264_t *h, x264_frame_t *frm )
1799 {
1800     ratecontrol_entry_t *rce = &h->rc->entry[frm->i_frame];
1801     if( h->param.analyse.i_weighted_pred <= 0 )
1802         return;
1803
1804     if( rce->i_weight_denom[0] >= 0 )
1805         SET_WEIGHT( frm->weight[0][0], 1, rce->weight[0][0], rce->i_weight_denom[0], rce->weight[0][1] );
1806
1807     if( rce->i_weight_denom[1] >= 0 )
1808     {
1809         SET_WEIGHT( frm->weight[0][1], 1, rce->weight[1][0], rce->i_weight_denom[1], rce->weight[1][1] );
1810         SET_WEIGHT( frm->weight[0][2], 1, rce->weight[2][0], rce->i_weight_denom[1], rce->weight[2][1] );
1811     }
1812 }
1813
1814 /* After encoding one frame, save stats and update ratecontrol state */
1815 int x264_ratecontrol_end( x264_t *h, int bits, int *filler )
1816 {
1817     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1818     const int *mbs = h->stat.frame.i_mb_count;
1819
1820     x264_emms();
1821
1822     h->stat.frame.i_mb_count_skip = mbs[P_SKIP] + mbs[B_SKIP];
1823     h->stat.frame.i_mb_count_i = mbs[I_16x16] + mbs[I_8x8] + mbs[I_4x4];
1824     h->stat.frame.i_mb_count_p = mbs[P_L0] + mbs[P_8x8];
1825     for( int i = B_DIRECT; i < B_8x8; i++ )
1826         h->stat.frame.i_mb_count_p += mbs[i];
1827
1828     h->fdec->f_qp_avg_rc = rc->qpa_rc /= h->mb.i_mb_count;
1829     h->fdec->f_qp_avg_aq = (float)rc->qpa_aq / h->mb.i_mb_count;
1830     h->fdec->f_crf_avg = h->param.rc.f_rf_constant + h->fdec->f_qp_avg_rc - rc->qp_novbv;
1831
1832     if( h->param.rc.b_stat_write )
1833     {
1834         char c_type = h->sh.i_type==SLICE_TYPE_I ? (h->fenc->i_poc==0 ? 'I' : 'i')
1835                     : h->sh.i_type==SLICE_TYPE_P ? 'P'
1836                     : h->fenc->b_kept_as_ref ? 'B' : 'b';
1837         int dir_frame = h->stat.frame.i_direct_score[1] - h->stat.frame.i_direct_score[0];
1838         int dir_avg = h->stat.i_direct_score[1] - h->stat.i_direct_score[0];
1839         char c_direct = h->mb.b_direct_auto_write ?
1840                         ( dir_frame>0 ? 's' : dir_frame<0 ? 't' :
1841                           dir_avg>0 ? 's' : dir_avg<0 ? 't' : '-' )
1842                         : '-';
1843         if( fprintf( rc->p_stat_file_out,
1844                  "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:",
1845                  h->fenc->i_frame, h->i_frame,
1846                  c_type, h->fenc->i_duration,
1847                  h->fenc->i_cpb_duration,
1848                  rc->qpa_rc, h->fdec->f_qp_avg_aq,
1849                  h->stat.frame.i_tex_bits,
1850                  h->stat.frame.i_mv_bits,
1851                  h->stat.frame.i_misc_bits,
1852                  h->stat.frame.i_mb_count_i,
1853                  h->stat.frame.i_mb_count_p,
1854                  h->stat.frame.i_mb_count_skip,
1855                  c_direct) < 0 )
1856             goto fail;
1857
1858         /* Only write information for reference reordering once. */
1859         int use_old_stats = h->param.rc.b_stat_read && rc->rce->refs > 1;
1860         for( int i = 0; i < (use_old_stats ? rc->rce->refs : h->i_ref[0]); i++ )
1861         {
1862             int refcount = use_old_stats         ? rc->rce->refcount[i]
1863                          : PARAM_INTERLACED      ? h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2]
1864                                                  + h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2+1]
1865                          :                         h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i];
1866             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "%d ", refcount ) < 0 )
1867                 goto fail;
1868         }
1869
1870         if( h->param.analyse.i_weighted_pred >= X264_WEIGHTP_SIMPLE && h->sh.weight[0][0].weightfn )
1871         {
1872             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "w:%d,%d,%d",
1873                          h->sh.weight[0][0].i_denom, h->sh.weight[0][0].i_scale, h->sh.weight[0][0].i_offset ) < 0 )
1874                 goto fail;
1875             if( h->sh.weight[0][1].weightfn || h->sh.weight[0][2].weightfn )
1876             {
1877                 if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ",%d,%d,%d,%d,%d ",
1878                              h->sh.weight[0][1].i_denom, h->sh.weight[0][1].i_scale, h->sh.weight[0][1].i_offset,
1879                              h->sh.weight[0][2].i_scale, h->sh.weight[0][2].i_offset ) < 0 )
1880                     goto fail;
1881             }
1882             else if( fprintf( rc->p_stat_file_out, " " ) < 0 )
1883                 goto fail;
1884         }
1885
1886         if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ";\n") < 0 )
1887             goto fail;
1888
1889         /* Don't re-write the data in multi-pass mode. */
1890         if( h->param.rc.b_mb_tree && h->fenc->b_kept_as_ref && !h->param.rc.b_stat_read )
1891         {
1892             uint8_t i_type = h->sh.i_type;
1893             /* Values are stored as big-endian FIX8.8 */
1894             for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
1895                 rc->mbtree.qp_buffer[0][i] = endian_fix16( (int16_t)(h->fenc->f_qp_offset[i]*256.0) );
1896             if( fwrite( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < 1 )
1897                 goto fail;
1898             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 )
1899                 goto fail;
1900         }
1901     }
1902
1903     if( rc->b_abr )
1904     {
1905         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1906             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / rc->last_rceq;
1907         else
1908         {
1909             /* Depends on the fact that B-frame's QP is an offset from the following P-frame's.
1910              * Not perfectly accurate with B-refs, but good enough. */
1911             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / (rc->last_rceq * fabs( h->param.rc.f_pb_factor ));
1912         }
1913         rc->cplxr_sum *= rc->cbr_decay;
1914         rc->wanted_bits_window += h->fenc->f_duration * rc->bitrate;
1915         rc->wanted_bits_window *= rc->cbr_decay;
1916     }
1917
1918     if( rc->b_2pass )
1919         rc->expected_bits_sum += qscale2bits( rc->rce, qp2qscale( rc->rce->new_qp ) );
1920
1921     if( h->mb.b_variable_qp )
1922     {
1923         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1924         {
1925             rc->bframe_bits += bits;
1926             if( h->fenc->b_last_minigop_bframe )
1927             {
1928                 update_predictor( rc->pred_b_from_p, qp2qscale( rc->qpa_rc ),
1929                                   h->fref[1][h->i_ref[1]-1]->i_satd, rc->bframe_bits / rc->bframes );
1930                 rc->bframe_bits = 0;
1931             }
1932         }
1933     }
1934
1935     *filler = update_vbv( h, bits );
1936     rc->filler_bits_sum += *filler * 8;
1937
1938     if( h->sps->vui.b_nal_hrd_parameters_present )
1939     {
1940         if( h->fenc->i_frame == 0 )
1941         {
1942             // access unit initialises the HRD
1943             h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = 0;
1944             rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1945             rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1946             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit = (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1947         }
1948         else
1949         {
1950             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit + (double)(h->fenc->i_cpb_delay - h->i_cpb_delay_pir_offset) *
1951                                                    h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1952
1953             if( h->fenc->b_keyframe )
1954             {
1955                 rc->nrt_first_access_unit = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1956                 rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1957                 rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1958             }
1959
1960             double cpb_earliest_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time - (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1961             if( !h->fenc->b_keyframe )
1962                 cpb_earliest_arrival_time -= (double)rc->initial_cpb_removal_delay_offset / 90000;
1963
1964             if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd )
1965                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time;
1966             else
1967                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = X264_MAX( rc->previous_cpb_final_arrival_time, cpb_earliest_arrival_time );
1968         }
1969         int filler_bits = *filler ? X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), *filler )*8 : 0;
1970         // Equation C-6
1971         h->fenc->hrd_timing.cpb_final_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time +
1972                                                      (double)(bits + filler_bits) / h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1973
1974         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 +
1975                                               h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1976     }
1977
1978     return 0;
1979 fail:
1980     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_end: stats file could not be written to\n" );
1981     return -1;
1982 }
1983
1984 /****************************************************************************
1985  * 2 pass functions
1986  ***************************************************************************/
1987
1988 /**
1989  * modify the bitrate curve from pass1 for one frame
1990  */
1991 static double get_qscale(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double rate_factor, int frame_num)
1992 {
1993     x264_ratecontrol_t *rcc= h->rc;
1994     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
1995     double q;
1996     if( h->param.rc.b_mb_tree )
1997     {
1998         double timescale = (double)h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1999         q = pow( BASE_FRAME_DURATION / CLIP_DURATION(rce->i_duration * timescale), 1 - h->param.rc.f_qcompress );
2000     }
2001     else
2002         q = pow( rce->blurred_complexity, 1 - rcc->qcompress );
2003
2004     // avoid NaN's in the rc_eq
2005     if( !isfinite(q) || rce->tex_bits + rce->mv_bits == 0 )
2006         q = rcc->last_qscale_for[rce->pict_type];
2007     else
2008     {
2009         rcc->last_rceq = q;
2010         q /= rate_factor;
2011         rcc->last_qscale = q;
2012     }
2013
2014     if( zone )
2015     {
2016         if( zone->b_force_qp )
2017             q = qp2qscale( zone->i_qp );
2018         else
2019             q /= zone->f_bitrate_factor;
2020     }
2021
2022     return q;
2023 }
2024
2025 static double get_diff_limited_q(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double q, int frame_num)
2026 {
2027     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2028     const int pict_type = rce->pict_type;
2029     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
2030
2031     // force I/B quants as a function of P quants
2032     const double last_p_q    = rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P];
2033     const double last_non_b_q= rcc->last_qscale_for[rcc->last_non_b_pict_type];
2034     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
2035     {
2036         double iq = q;
2037         double pq = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
2038         double ip_factor = fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2039         /* don't apply ip_factor if the following frame is also I */
2040         if( rcc->accum_p_norm <= 0 )
2041             q = iq;
2042         else if( h->param.rc.f_ip_factor < 0 )
2043             q = iq / ip_factor;
2044         else if( rcc->accum_p_norm >= 1 )
2045             q = pq / ip_factor;
2046         else
2047             q = rcc->accum_p_norm * pq / ip_factor + (1 - rcc->accum_p_norm) * iq;
2048     }
2049     else if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
2050     {
2051         if( h->param.rc.f_pb_factor > 0 )
2052             q = last_non_b_q;
2053         if( !rce->kept_as_ref )
2054             q *= fabs( h->param.rc.f_pb_factor );
2055     }
2056     else if( pict_type == SLICE_TYPE_P
2057              && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_P
2058              && rce->tex_bits == 0 )
2059     {
2060         q = last_p_q;
2061     }
2062
2063     /* last qscale / qdiff stuff */
2064     if( rcc->last_non_b_pict_type == pict_type &&
2065         (pict_type!=SLICE_TYPE_I || rcc->last_accum_p_norm < 1) )
2066     {
2067         double last_q = rcc->last_qscale_for[pict_type];
2068         double max_qscale = last_q * rcc->lstep;
2069         double min_qscale = last_q / rcc->lstep;
2070
2071         if     ( q > max_qscale ) q = max_qscale;
2072         else if( q < min_qscale ) q = min_qscale;
2073     }
2074
2075     rcc->last_qscale_for[pict_type] = q;
2076     if( pict_type != SLICE_TYPE_B )
2077         rcc->last_non_b_pict_type = pict_type;
2078     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
2079     {
2080         rcc->last_accum_p_norm = rcc->accum_p_norm;
2081         rcc->accum_p_norm = 0;
2082         rcc->accum_p_qp = 0;
2083     }
2084     if( pict_type == SLICE_TYPE_P )
2085     {
2086         float mask = 1 - pow( (float)rce->i_count / rcc->nmb, 2 );
2087         rcc->accum_p_qp   = mask * (qscale2qp( q ) + rcc->accum_p_qp);
2088         rcc->accum_p_norm = mask * (1 + rcc->accum_p_norm);
2089     }
2090
2091     if( zone )
2092     {
2093         if( zone->b_force_qp )
2094             q = qp2qscale( zone->i_qp );
2095         else
2096             q /= zone->f_bitrate_factor;
2097     }
2098
2099     return q;
2100 }
2101
2102 static float predict_size( predictor_t *p, float q, float var )
2103 {
2104     return (p->coeff*var + p->offset) / (q*p->count);
2105 }
2106
2107 static void update_predictor( predictor_t *p, float q, float var, float bits )
2108 {
2109     float range = 1.5;
2110     if( var < 10 )
2111         return;
2112     float old_coeff = p->coeff / p->count;
2113     float old_offset = p->offset / p->count;
2114     float new_coeff = X264_MAX( (bits*q - old_offset) / var, p->coeff_min );
2115     float new_coeff_clipped = x264_clip3f( new_coeff, old_coeff/range, old_coeff*range );
2116     float new_offset = bits*q - new_coeff_clipped * var;
2117     if( new_offset >= 0 )
2118         new_coeff = new_coeff_clipped;
2119     else
2120         new_offset = 0;
2121     p->count  *= p->decay;
2122     p->coeff  *= p->decay;
2123     p->offset *= p->decay;
2124     p->count  ++;
2125     p->coeff  += new_coeff;
2126     p->offset += new_offset;
2127 }
2128
2129 // update VBV after encoding a frame
2130 static int update_vbv( x264_t *h, int bits )
2131 {
2132     int filler = 0;
2133     int bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
2134     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2135     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
2136     int64_t buffer_size = (int64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
2137
2138     if( rcc->last_satd >= h->mb.i_mb_count )
2139         update_predictor( &rct->pred[h->sh.i_type], qp2qscale( rcc->qpa_rc ), rcc->last_satd, bits );
2140
2141     if( !rcc->b_vbv )
2142         return filler;
2143
2144     uint64_t buffer_diff = (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
2145     rct->buffer_fill_final -= buffer_diff;
2146     rct->buffer_fill_final_min -= buffer_diff;
2147
2148     if( rct->buffer_fill_final_min < 0 )
2149     {
2150         double underflow = (double)rct->buffer_fill_final_min / h->sps->vui.i_time_scale;
2151         if( rcc->rate_factor_max_increment && rcc->qpm >= rcc->qp_novbv + rcc->rate_factor_max_increment )
2152             x264_log( h, X264_LOG_DEBUG, "VBV underflow due to CRF-max (frame %d, %.0f bits)\n", h->i_frame, underflow );
2153         else
2154             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV underflow (frame %d, %.0f bits)\n", h->i_frame, underflow );
2155         rct->buffer_fill_final =
2156         rct->buffer_fill_final_min = 0;
2157     }
2158
2159     if( h->param.i_avcintra_class )
2160         buffer_diff = buffer_size;
2161     else
2162         buffer_diff = (uint64_t)bitrate * h->sps->vui.i_num_units_in_tick * h->fenc->i_cpb_duration;
2163     rct->buffer_fill_final += buffer_diff;
2164     rct->buffer_fill_final_min += buffer_diff;
2165
2166     if( rct->buffer_fill_final > buffer_size )
2167     {
2168         if( h->param.rc.b_filler )
2169         {
2170             int64_t scale = (int64_t)h->sps->vui.i_time_scale * 8;
2171             filler = (rct->buffer_fill_final - buffer_size + scale - 1) / scale;
2172             bits = h->param.i_avcintra_class ? filler * 8 : X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), filler ) * 8;
2173             buffer_diff = (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
2174             rct->buffer_fill_final -= buffer_diff;
2175             rct->buffer_fill_final_min -= buffer_diff;
2176         }
2177         else
2178         {
2179             rct->buffer_fill_final = X264_MIN( rct->buffer_fill_final, buffer_size );
2180             rct->buffer_fill_final_min = X264_MIN( rct->buffer_fill_final_min, buffer_size );
2181         }
2182     }
2183
2184     return filler;
2185 }
2186
2187 void x264_hrd_fullness( x264_t *h )
2188 {
2189     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
2190     uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale / rct->hrd_multiply_denom;
2191     uint64_t cpb_state = rct->buffer_fill_final;
2192     uint64_t cpb_size = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
2193     uint64_t multiply_factor = 90000 / rct->hrd_multiply_denom;
2194
2195     if( rct->buffer_fill_final < 0 || rct->buffer_fill_final > (int64_t)cpb_size )
2196     {
2197          x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CPB %s: %.0f bits in a %.0f-bit buffer\n",
2198                    rct->buffer_fill_final < 0 ? "underflow" : "overflow",
2199                    (double)rct->buffer_fill_final / h->sps->vui.i_time_scale, (double)cpb_size / h->sps->vui.i_time_scale );
2200     }
2201
2202     h->initial_cpb_removal_delay = (multiply_factor * cpb_state) / denom;
2203     h->initial_cpb_removal_delay_offset = (multiply_factor * cpb_size) / denom - h->initial_cpb_removal_delay;
2204
2205     int64_t decoder_buffer_fill = h->initial_cpb_removal_delay * denom / multiply_factor;
2206     rct->buffer_fill_final_min = X264_MIN( rct->buffer_fill_final_min, decoder_buffer_fill );
2207 }
2208
2209 // provisionally update VBV according to the planned size of all frames currently in progress
2210 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead )
2211 {
2212     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2213     rcc->buffer_fill = h->thread[0]->rc->buffer_fill_final_min / h->sps->vui.i_time_scale;
2214     if( h->i_thread_frames > 1 )
2215     {
2216         int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
2217         for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
2218         {
2219             x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
2220             double bits = t->rc->frame_size_planned;
2221             if( !t->b_thread_active )
2222                 continue;
2223             bits = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
2224             rcc->buffer_fill -= bits;
2225             rcc->buffer_fill = X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0 );
2226             rcc->buffer_fill += t->rc->buffer_rate;
2227             rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
2228         }
2229     }
2230     rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
2231     rcc->buffer_fill -= overhead;
2232 }
2233
2234 // apply VBV constraints and clip qscale to between lmin and lmax
2235 static double clip_qscale( x264_t *h, int pict_type, double q )
2236 {
2237     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2238     double lmin = rcc->lmin[pict_type];
2239     double lmax = rcc->lmax[pict_type];
2240     if( rcc->rate_factor_max_increment )
2241         lmax = X264_MIN( lmax, qp2qscale( rcc->qp_novbv + rcc->rate_factor_max_increment ) );
2242     double q0 = q;
2243
2244     /* B-frames are not directly subject to VBV,
2245      * since they are controlled by the P-frames' QPs. */
2246
2247     if( rcc->b_vbv && rcc->last_satd > 0 )
2248     {
2249         double fenc_cpb_duration = (double)h->fenc->i_cpb_duration *
2250                                    h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
2251         /* Lookahead VBV: raise the quantizer as necessary such that no frames in
2252          * the lookahead overflow and such that the buffer is in a reasonable state
2253          * by the end of the lookahead. */
2254         if( h->param.rc.i_lookahead )
2255         {
2256             int terminate = 0;
2257
2258             /* Avoid an infinite loop. */
2259             for( int iterations = 0; iterations < 1000 && terminate != 3; iterations++ )
2260             {
2261                 double frame_q[3];
2262                 double cur_bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2263                 double buffer_fill_cur = rcc->buffer_fill - cur_bits;
2264                 double target_fill;
2265                 double total_duration = 0;
2266                 double last_duration = fenc_cpb_duration;
2267                 frame_q[0] = h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I ? q * h->param.rc.f_ip_factor : q;
2268                 frame_q[1] = frame_q[0] * h->param.rc.f_pb_factor;
2269                 frame_q[2] = frame_q[0] / h->param.rc.f_ip_factor;
2270
2271                 /* Loop over the planned future frames. */
2272                 for( int j = 0; buffer_fill_cur >= 0 && buffer_fill_cur <= rcc->buffer_size; j++ )
2273                 {
2274                     total_duration += last_duration;
2275                     buffer_fill_cur += rcc->vbv_max_rate * last_duration;
2276                     int i_type = h->fenc->i_planned_type[j];
2277                     int i_satd = h->fenc->i_planned_satd[j];
2278                     if( i_type == X264_TYPE_AUTO )
2279                         break;
2280                     i_type = IS_X264_TYPE_I( i_type ) ? SLICE_TYPE_I : IS_X264_TYPE_B( i_type ) ? SLICE_TYPE_B : SLICE_TYPE_P;
2281                     cur_bits = predict_size( &rcc->pred[i_type], frame_q[i_type], i_satd );
2282                     buffer_fill_cur -= cur_bits;
2283                     last_duration = h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
2284                 }
2285                 /* Try to get to get the buffer at least 50% filled, but don't set an impossible goal. */
2286                 target_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill + total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.5 );
2287                 if( buffer_fill_cur < target_fill )
2288                 {
2289                     q *= 1.01;
2290                     terminate |= 1;
2291                     continue;
2292                 }
2293                 /* Try to get the buffer no more than 80% filled, but don't set an impossible goal. */
2294                 target_fill = x264_clip3f( rcc->buffer_fill - total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.8, rcc->buffer_size );
2295                 if( rcc->b_vbv_min_rate && buffer_fill_cur > target_fill )
2296                 {
2297                     q /= 1.01;
2298                     terminate |= 2;
2299                     continue;
2300                 }
2301                 break;
2302             }
2303         }
2304         /* Fallback to old purely-reactive algorithm: no lookahead. */
2305         else
2306         {
2307             if( ( pict_type == SLICE_TYPE_P ||
2308                 ( pict_type == SLICE_TYPE_I && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_I ) ) &&
2309                 rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size < 0.5 )
2310             {
2311                 q /= x264_clip3f( 2.0*rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size, 0.5, 1.0 );
2312             }
2313
2314             /* Now a hard threshold to make sure the frame fits in VBV.
2315              * This one is mostly for I-frames. */
2316             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2317             /* For small VBVs, allow the frame to use up the entire VBV. */
2318             double max_fill_factor = h->param.rc.i_vbv_buffer_size >= 5*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rcc->fps ? 2 : 1;
2319             /* For single-frame VBVs, request that the frame use up the entire VBV. */
2320             double min_fill_factor = rcc->single_frame_vbv ? 1 : 2;
2321
2322             if( bits > rcc->buffer_fill/max_fill_factor )
2323             {
2324                 double qf = x264_clip3f( rcc->buffer_fill/(max_fill_factor*bits), 0.2, 1.0 );
2325                 q /= qf;
2326                 bits *= qf;
2327             }
2328             if( bits < rcc->buffer_rate/min_fill_factor )
2329             {
2330                 double qf = x264_clip3f( bits*min_fill_factor/rcc->buffer_rate, 0.001, 1.0 );
2331                 q *= qf;
2332             }
2333             q = X264_MAX( q0, q );
2334         }
2335
2336         /* Check B-frame complexity, and use up any bits that would
2337          * overflow before the next P-frame. */
2338         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && !rcc->single_frame_vbv )
2339         {
2340             int nb = rcc->bframes;
2341             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2342             double pbbits = bits;
2343             double bbits = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q * h->param.rc.f_pb_factor, rcc->last_satd );
2344             double space;
2345             double bframe_cpb_duration = 0;
2346             double minigop_cpb_duration;
2347             for( int i = 0; i < nb; i++ )
2348                 bframe_cpb_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[i];
2349
2350             if( bbits * nb > bframe_cpb_duration * rcc->vbv_max_rate )
2351                 nb = 0;
2352             pbbits += nb * bbits;
2353
2354             minigop_cpb_duration = bframe_cpb_duration + fenc_cpb_duration;
2355             space = rcc->buffer_fill + minigop_cpb_duration*rcc->vbv_max_rate - rcc->buffer_size;
2356             if( pbbits < space )
2357             {
2358                 q *= X264_MAX( pbbits / space, bits / (0.5 * rcc->buffer_size) );
2359             }
2360             q = X264_MAX( q0/2, q );
2361         }
2362
2363         /* Apply MinCR and buffer fill restrictions */
2364         double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2365         double frame_size_maximum = X264_MIN( rcc->frame_size_maximum, X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0.001 ) );
2366         if( bits > frame_size_maximum )
2367             q *= bits / frame_size_maximum;
2368
2369         if( !rcc->b_vbv_min_rate )
2370             q = X264_MAX( q0, q );
2371     }
2372
2373     if( lmin==lmax )
2374         return lmin;
2375     else if( rcc->b_2pass )
2376     {
2377         double min2 = log( lmin );
2378         double max2 = log( lmax );
2379         q = (log(q) - min2)/(max2-min2) - 0.5;
2380         q = 1.0/(1.0 + exp( -4*q ));
2381         q = q*(max2-min2) + min2;
2382         return exp( q );
2383     }
2384     else
2385         return x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2386 }
2387
2388 // update qscale for 1 frame based on actual bits used so far
2389 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h )
2390 {
2391     float q;
2392     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2393     ratecontrol_entry_t rce = {0};
2394     int pict_type = h->sh.i_type;
2395     int64_t total_bits = 8*(h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_I]
2396                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_P]
2397                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_B])
2398                        - rcc->filler_bits_sum;
2399
2400     if( rcc->b_2pass )
2401     {
2402         rce = *rcc->rce;
2403         if( pict_type != rce.pict_type )
2404         {
2405             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "slice=%c but 2pass stats say %c\n",
2406                       slice_type_to_char[pict_type], slice_type_to_char[rce.pict_type] );
2407         }
2408     }
2409
2410     if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
2411     {
2412         /* B-frames don't have independent ratecontrol, but rather get the
2413          * average QP of the two adjacent P-frames + an offset */
2414
2415         int i0 = IS_X264_TYPE_I(h->fref_nearest[0]->i_type);
2416         int i1 = IS_X264_TYPE_I(h->fref_nearest[1]->i_type);
2417         int dt0 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref_nearest[0]->i_poc);
2418         int dt1 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref_nearest[1]->i_poc);
2419         float q0 = h->fref_nearest[0]->f_qp_avg_rc;
2420         float q1 = h->fref_nearest[1]->f_qp_avg_rc;
2421
2422         if( h->fref_nearest[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2423             q0 -= rcc->pb_offset/2;
2424         if( h->fref_nearest[1]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2425             q1 -= rcc->pb_offset/2;
2426
2427         if( i0 && i1 )
2428             q = (q0 + q1) / 2 + rcc->ip_offset;
2429         else if( i0 )
2430             q = q1;
2431         else if( i1 )
2432             q = q0;
2433         else
2434             q = (q0*dt1 + q1*dt0) / (dt0 + dt1);
2435
2436         if( h->fenc->b_kept_as_ref )
2437             q += rcc->pb_offset/2;
2438         else
2439             q += rcc->pb_offset;
2440
2441         rcc->qp_novbv = q;
2442         q = qp2qscale( q );
2443         if( rcc->b_2pass )
2444             rcc->frame_size_planned = qscale2bits( &rce, q );
2445         else
2446             rcc->frame_size_planned = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q, h->fref[1][h->i_ref[1]-1]->i_satd );
2447         /* Limit planned size by MinCR */
2448         if( rcc->b_vbv )
2449             rcc->frame_size_planned = X264_MIN( rcc->frame_size_planned, rcc->frame_size_maximum );
2450         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2451
2452         /* For row SATDs */
2453         if( rcc->b_vbv )
2454             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2455         return q;
2456     }
2457     else
2458     {
2459         double abr_buffer = 2 * rcc->rate_tolerance * rcc->bitrate;
2460         double predicted_bits = total_bits;
2461         if( h->i_thread_frames > 1 )
2462         {
2463             int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
2464             for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
2465             {
2466                 x264_t *t = h->thread[(j+i) % h->i_thread_frames];
2467                 double bits = t->rc->frame_size_planned;
2468                 if( !t->b_thread_active )
2469                     continue;
2470                 bits = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
2471                 predicted_bits += bits;
2472             }
2473         }
2474
2475         if( rcc->b_2pass )
2476         {
2477             double lmin = rcc->lmin[pict_type];
2478             double lmax = rcc->lmax[pict_type];
2479             double diff;
2480
2481             /* Adjust ABR buffer based on distance to the end of the video. */
2482             if( rcc->num_entries > h->i_frame )
2483             {
2484                 double final_bits = rcc->entry_out[rcc->num_entries-1]->expected_bits;
2485                 double video_pos = rce.expected_bits / final_bits;
2486                 double scale_factor = sqrt( (1 - video_pos) * rcc->num_entries );
2487                 abr_buffer *= 0.5 * X264_MAX( scale_factor, 0.5 );
2488             }
2489
2490             diff = predicted_bits - rce.expected_bits;
2491             q = rce.new_qscale;
2492             q /= x264_clip3f((abr_buffer - diff) / abr_buffer, .5, 2);
2493             if( h->i_frame >= rcc->fps && rcc->expected_bits_sum >= 1 )
2494             {
2495                 /* Adjust quant based on the difference between
2496                  * achieved and expected bitrate so far */
2497                 double cur_time = (double)h->i_frame / rcc->num_entries;
2498                 double w = x264_clip3f( cur_time*100, 0.0, 1.0 );
2499                 q *= pow( (double)total_bits / rcc->expected_bits_sum, w );
2500             }
2501             rcc->qp_novbv = qscale2qp( q );
2502             if( rcc->b_vbv )
2503             {
2504                 /* Do not overflow vbv */
2505                 double expected_size = qscale2bits( &rce, q );
2506                 double expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2507                 double expected_fullness = rce.expected_vbv / rcc->buffer_size;
2508                 double qmax = q*(2 - expected_fullness);
2509                 double size_constraint = 1 + expected_fullness;
2510                 qmax = X264_MAX( qmax, rce.new_qscale );
2511                 if( expected_fullness < .05 )
2512                     qmax = lmax;
2513                 qmax = X264_MIN(qmax, lmax);
2514                 while( ((expected_vbv < rce.expected_vbv/size_constraint) && (q < qmax)) ||
2515                         ((expected_vbv < 0) && (q < lmax)))
2516                 {
2517                     q *= 1.05;
2518                     expected_size = qscale2bits(&rce, q);
2519                     expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2520                 }
2521                 rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2522             }
2523             q = x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2524         }
2525         else /* 1pass ABR */
2526         {
2527             /* Calculate the quantizer which would have produced the desired
2528              * average bitrate if it had been applied to all frames so far.
2529              * Then modulate that quant based on the current frame's complexity
2530              * relative to the average complexity so far (using the 2pass RCEQ).
2531              * Then bias the quant up or down if total size so far was far from
2532              * the target.
2533              * Result: Depending on the value of rate_tolerance, there is a
2534              * tradeoff between quality and bitrate precision. But at large
2535              * tolerances, the bit distribution approaches that of 2pass. */
2536
2537             double wanted_bits, overflow = 1;
2538
2539             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2540             rcc->short_term_cplxsum *= 0.5;
2541             rcc->short_term_cplxcount *= 0.5;
2542             rcc->short_term_cplxsum += rcc->last_satd / (CLIP_DURATION(h->fenc->f_duration) / BASE_FRAME_DURATION);
2543             rcc->short_term_cplxcount ++;
2544
2545             rce.tex_bits = rcc->last_satd;
2546             rce.blurred_complexity = rcc->short_term_cplxsum / rcc->short_term_cplxcount;
2547             rce.mv_bits = 0;
2548             rce.p_count = rcc->nmb;
2549             rce.i_count = 0;
2550             rce.s_count = 0;
2551             rce.qscale = 1;
2552             rce.pict_type = pict_type;
2553             rce.i_duration = h->fenc->i_duration;
2554
2555             if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
2556             {
2557                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->rate_factor_constant, h->fenc->i_frame );
2558             }
2559             else
2560             {
2561                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->wanted_bits_window / rcc->cplxr_sum, h->fenc->i_frame );
2562
2563                 /* ABR code can potentially be counterproductive in CBR, so just don't bother.
2564                  * Don't run it if the frame complexity is zero either. */
2565                 if( !rcc->b_vbv_min_rate && rcc->last_satd )
2566                 {
2567                     // FIXME is it simpler to keep track of wanted_bits in ratecontrol_end?
2568                     int i_frame_done = h->i_frame;
2569                     double time_done = i_frame_done / rcc->fps;
2570                     if( h->param.b_vfr_input && i_frame_done > 0 )
2571                         time_done = ((double)(h->fenc->i_reordered_pts - h->i_reordered_pts_delay)) * h->param.i_timebase_num / h->param.i_timebase_den;
2572                     wanted_bits = time_done * rcc->bitrate;
2573                     if( wanted_bits > 0 )
2574                     {
2575                         abr_buffer *= X264_MAX( 1, sqrt( time_done ) );
2576                         overflow = x264_clip3f( 1.0 + (predicted_bits - wanted_bits) / abr_buffer, .5, 2 );
2577                         q *= overflow;
2578                     }
2579                 }
2580             }
2581
2582             if( pict_type == SLICE_TYPE_I && h->param.i_keyint_max > 1
2583                 /* should test _next_ pict type, but that isn't decided yet */
2584                 && rcc->last_non_b_pict_type != SLICE_TYPE_I )
2585             {
2586                 q = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
2587                 q /= fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2588             }
2589             else if( h->i_frame > 0 )
2590             {
2591                 if( h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CRF )
2592                 {
2593                     /* Asymmetric clipping, because symmetric would prevent
2594                      * overflow control in areas of rapidly oscillating complexity */
2595                     double lmin = rcc->last_qscale_for[pict_type] / rcc->lstep;
2596                     double lmax = rcc->last_qscale_for[pict_type] * rcc->lstep;
2597                     if( overflow > 1.1 && h->i_frame > 3 )
2598                         lmax *= rcc->lstep;
2599                     else if( overflow < 0.9 )
2600                         lmin /= rcc->lstep;
2601
2602                     q = x264_clip3f(q, lmin, lmax);
2603                 }
2604             }
2605             else if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && rcc->qcompress != 1 )
2606             {
2607                 q = qp2qscale( ABR_INIT_QP ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2608             }
2609             rcc->qp_novbv = qscale2qp( q );
2610
2611             //FIXME use get_diff_limited_q() ?
2612             q = clip_qscale( h, pict_type, q );
2613         }
2614
2615         rcc->last_qscale_for[pict_type] =
2616         rcc->last_qscale = q;
2617
2618         if( !(rcc->b_2pass && !rcc->b_vbv) && h->fenc->i_frame == 0 )
2619             rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P] = q * fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2620
2621         if( rcc->b_2pass )
2622             rcc->frame_size_planned = qscale2bits( &rce, q );
2623         else
2624             rcc->frame_size_planned = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2625
2626         /* Always use up the whole VBV in this case. */
2627         if( rcc->single_frame_vbv )
2628             rcc->frame_size_planned = rcc->buffer_rate;
2629         /* Limit planned size by MinCR */
2630         if( rcc->b_vbv )
2631             rcc->frame_size_planned = X264_MIN( rcc->frame_size_planned, rcc->frame_size_maximum );
2632         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2633         return q;
2634     }
2635 }
2636
2637 static void x264_threads_normalize_predictors( x264_t *h )
2638 {
2639     double totalsize = 0;
2640     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2641         totalsize += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2642     double factor = h->rc->frame_size_planned / totalsize;
2643     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2644         h->thread[i]->rc->slice_size_planned *= factor;
2645 }
2646
2647 void x264_threads_distribute_ratecontrol( x264_t *h )
2648 {
2649     int row;
2650     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2651     x264_emms();
2652     float qscale = qp2qscale( rc->qpm );
2653
2654     /* Initialize row predictors */
2655     if( h->i_frame == 0 )
2656         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2657         {
2658             x264_t *t = h->thread[i];
2659             if( t != h )
2660                 memcpy( t->rc->row_preds, rc->row_preds, sizeof(rc->row_preds) );
2661         }
2662
2663     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2664     {
2665         x264_t *t = h->thread[i];
2666         if( t != h )
2667             memcpy( t->rc, rc, offsetof(x264_ratecontrol_t, row_pred) );
2668         t->rc->row_pred = t->rc->row_preds[h->sh.i_type];
2669         /* Calculate the planned slice size. */
2670         if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2671         {
2672             int size = 0;
2673             for( row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2674                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2675             t->rc->slice_size_planned = predict_size( &rc->pred[h->sh.i_type + (i+1)*5], qscale, size );
2676         }
2677         else
2678             t->rc->slice_size_planned = 0;
2679     }
2680     if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2681     {
2682         x264_threads_normalize_predictors( h );
2683
2684         if( rc->single_frame_vbv )
2685         {
2686             /* Compensate for our max frame error threshold: give more bits (proportionally) to smaller slices. */
2687             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2688             {
2689                 x264_t *t = h->thread[i];
2690                 float max_frame_error = x264_clip3f( 1.0 / (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start), 0.05, 0.25 );
2691                 t->rc->slice_size_planned += 2 * max_frame_error * rc->frame_size_planned;
2692             }
2693             x264_threads_normalize_predictors( h );
2694         }
2695
2696         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2697             h->thread[i]->rc->frame_size_estimated = h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2698     }
2699 }
2700
2701 void x264_threads_merge_ratecontrol( x264_t *h )
2702 {
2703     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2704     x264_emms();
2705
2706     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2707     {
2708         x264_t *t = h->thread[i];
2709         x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[i]->rc;
2710         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size )
2711         {
2712             int size = 0;
2713             for( int row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2714                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2715             int bits = t->stat.frame.i_mv_bits + t->stat.frame.i_tex_bits + t->stat.frame.i_misc_bits;
2716             int mb_count = (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) * h->mb.i_mb_width;
2717             update_predictor( &rc->pred[h->sh.i_type+(i+1)*5], qp2qscale( rct->qpa_rc/mb_count ), size, bits );
2718         }
2719         if( !i )
2720             continue;
2721         rc->qpa_rc += rct->qpa_rc;
2722         rc->qpa_aq += rct->qpa_aq;
2723     }
2724 }
2725
2726 void x264_thread_sync_ratecontrol( x264_t *cur, x264_t *prev, x264_t *next )
2727 {
2728     if( cur != prev )
2729     {
2730 #define COPY(var) memcpy(&cur->rc->var, &prev->rc->var, sizeof(cur->rc->var))
2731         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_start()
2732          * so copy them from the context that most recently started (prev)
2733          * to the context that's about to start (cur). */
2734         COPY(accum_p_qp);
2735         COPY(accum_p_norm);
2736         COPY(last_satd);
2737         COPY(last_rceq);
2738         COPY(last_qscale_for);
2739         COPY(last_non_b_pict_type);
2740         COPY(short_term_cplxsum);
2741         COPY(short_term_cplxcount);
2742         COPY(bframes);
2743         COPY(prev_zone);
2744         COPY(mbtree.qpbuf_pos);
2745         /* these vars can be updated by x264_ratecontrol_init_reconfigurable */
2746         COPY(bitrate);
2747         COPY(buffer_size);
2748         COPY(buffer_rate);
2749         COPY(vbv_max_rate);
2750         COPY(single_frame_vbv);
2751         COPY(cbr_decay);
2752         COPY(rate_factor_constant);
2753         COPY(rate_factor_max_increment);
2754 #undef COPY
2755     }
2756     if( cur != next )
2757     {
2758 #define COPY(var) next->rc->var = cur->rc->var
2759         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_end()
2760          * so copy them from the context that most recently ended (cur)
2761          * to the context that's about to end (next) */
2762         COPY(cplxr_sum);
2763         COPY(expected_bits_sum);
2764         COPY(filler_bits_sum);
2765         COPY(wanted_bits_window);
2766         COPY(bframe_bits);
2767         COPY(initial_cpb_removal_delay);
2768         COPY(initial_cpb_removal_delay_offset);
2769         COPY(nrt_first_access_unit);
2770         COPY(previous_cpb_final_arrival_time);
2771 #undef COPY
2772     }
2773     //FIXME row_preds[] (not strictly necessary, but would improve prediction)
2774     /* the rest of the variables are either constant or thread-local */
2775 }
2776
2777 static int find_underflow( x264_t *h, double *fills, int *t0, int *t1, int over )
2778 {
2779     /* find an interval ending on an overflow or underflow (depending on whether
2780      * we're adding or removing bits), and starting on the earliest frame that
2781      * can influence the buffer fill of that end frame. */
2782     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2783     const double buffer_min = .1 * rcc->buffer_size;
2784     const double buffer_max = .9 * rcc->buffer_size;
2785     double fill = fills[*t0-1];
2786     double parity = over ? 1. : -1.;
2787     int start = -1, end = -1;
2788     for( int i = *t0; i < rcc->num_entries; i++ )
2789     {
2790         fill += (rcc->entry_out[i]->i_cpb_duration * rcc->vbv_max_rate * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale -
2791                  qscale2bits( rcc->entry_out[i], rcc->entry_out[i]->new_qscale )) * parity;
2792         fill = x264_clip3f(fill, 0, rcc->buffer_size);
2793         fills[i] = fill;
2794         if( fill <= buffer_min || i == 0 )
2795         {
2796             if( end >= 0 )
2797                 break;
2798             start = i;
2799         }
2800         else if( fill >= buffer_max && start >= 0 )
2801             end = i;
2802     }
2803     *t0 = start;
2804     *t1 = end;
2805     return start >= 0 && end >= 0;
2806 }
2807
2808 static int fix_underflow( x264_t *h, int t0, int t1, double adjustment, double qscale_min, double qscale_max )
2809 {
2810     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2811     double qscale_orig, qscale_new;
2812     int adjusted = 0;
2813     if( t0 > 0 )
2814         t0++;
2815     for( int i = t0; i <= t1; i++ )
2816     {
2817         qscale_orig = rcc->entry_out[i]->new_qscale;
2818         qscale_orig = x264_clip3f( qscale_orig, qscale_min, qscale_max );
2819         qscale_new  = qscale_orig * adjustment;
2820         qscale_new  = x264_clip3f( qscale_new, qscale_min, qscale_max );
2821         rcc->entry_out[i]->new_qscale = qscale_new;
2822         adjusted = adjusted || (qscale_new != qscale_orig);
2823     }
2824     return adjusted;
2825 }
2826
2827 static double count_expected_bits( x264_t *h )
2828 {
2829     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2830     double expected_bits = 0;
2831     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2832     {
2833         ratecontrol_entry_t *rce = rcc->entry_out[i];
2834         rce->expected_bits = expected_bits;
2835         expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2836     }
2837     return expected_bits;
2838 }
2839
2840 static int vbv_pass2( x264_t *h, double all_available_bits )
2841 {
2842     /* for each interval of buffer_full .. underflow, uniformly increase the qp of all
2843      * frames in the interval until either buffer is full at some intermediate frame or the
2844      * last frame in the interval no longer underflows.  Recompute intervals and repeat.
2845      * Then do the converse to put bits back into overflow areas until target size is met */
2846
2847     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2848     double *fills;
2849     double expected_bits = 0;
2850     double adjustment;
2851     double prev_bits = 0;
2852     int t0, t1;
2853     double qscale_min = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
2854     double qscale_max = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
2855     int iterations = 0;
2856     int adj_min, adj_max;
2857     CHECKED_MALLOC( fills, (rcc->num_entries+1)*sizeof(double) );
2858
2859     fills++;
2860
2861     /* adjust overall stream size */
2862     do
2863     {
2864         iterations++;
2865         prev_bits = expected_bits;
2866
2867         if( expected_bits )
2868         {   /* not first iteration */
2869             adjustment = X264_MAX(X264_MIN(expected_bits / all_available_bits, 0.999), 0.9);
2870             fills[-1] = rcc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init;
2871             t0 = 0;
2872             /* fix overflows */
2873             adj_min = 1;
2874             while(adj_min && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 1 ))
2875             {
2876                 adj_min = fix_underflow( h, t0, t1, adjustment, qscale_min, qscale_max );
2877                 t0 = t1;
2878             }
2879         }
2880
2881         fills[-1] = rcc->buffer_size * (1. - h->param.rc.f_vbv_buffer_init);
2882         t0 = 0;
2883         /* fix underflows -- should be done after overflow, as we'd better undersize target than underflowing VBV */
2884         adj_max = 1;
2885         while( adj_max && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 0 ) )
2886             adj_max = fix_underflow( h, t0, t1, 1.001, qscale_min, qscale_max );
2887
2888         expected_bits = count_expected_bits( h );
2889     } while( (expected_bits < .995*all_available_bits) && ((int64_t)(expected_bits+.5) > (int64_t)(prev_bits+.5)) );
2890
2891     if( !adj_max )
2892         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "vbv-maxrate issue, qpmax or vbv-maxrate too low\n");
2893
2894     /* store expected vbv filling values for tracking when encoding */
2895     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2896         rcc->entry_out[i]->expected_vbv = rcc->buffer_size - fills[i];
2897
2898     x264_free( fills-1 );
2899     return 0;
2900 fail:
2901     return -1;
2902 }
2903
2904 static int init_pass2( x264_t *h )
2905 {
2906     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2907     uint64_t all_const_bits = 0;
2908     double timescale = (double)h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
2909     double duration = 0;
2910     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2911         duration += rcc->entry[i].i_duration;
2912     duration *= timescale;
2913     uint64_t all_available_bits = h->param.rc.i_bitrate * 1000. * duration;
2914     double rate_factor, step_mult;
2915     double qblur = h->param.rc.f_qblur;
2916     double cplxblur = h->param.rc.f_complexity_blur;
2917     const int filter_size = (int)(qblur*4) | 1;
2918     double expected_bits;
2919     double *qscale, *blurred_qscale;
2920     double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
2921
2922     /* find total/average complexity & const_bits */
2923     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2924     {
2925         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2926         all_const_bits += rce->misc_bits;
2927     }
2928
2929     if( all_available_bits < all_const_bits)
2930     {
2931         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "requested bitrate is too low. estimated minimum is %d kbps\n",
2932                  (int)(all_const_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.)) );
2933         return -1;
2934     }
2935
2936     /* Blur complexities, to reduce local fluctuation of QP.
2937      * We don't blur the QPs directly, because then one very simple frame
2938      * could drag down the QP of a nearby complex frame and give it more
2939      * bits than intended. */
2940     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2941     {
2942         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2943         double weight_sum = 0;
2944         double cplx_sum = 0;
2945         double weight = 1.0;
2946         double gaussian_weight;
2947         /* weighted average of cplx of future frames */
2948         for( int j = 1; j < cplxblur*2 && j < rcc->num_entries-i; j++ )
2949         {
2950             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i+j];
2951             double frame_duration = CLIP_DURATION(rcj->i_duration * timescale) / BASE_FRAME_DURATION;
2952             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2953             if( weight < .0001 )
2954                 break;
2955             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2956             weight_sum += gaussian_weight;
2957             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits) / frame_duration;
2958         }
2959         /* weighted average of cplx of past frames */
2960         weight = 1.0;
2961         for( int j = 0; j <= cplxblur*2 && j <= i; j++ )
2962         {
2963             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i-j];
2964             double frame_duration = CLIP_DURATION(rcj->i_duration * timescale) / BASE_FRAME_DURATION;
2965             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2966             weight_sum += gaussian_weight;
2967             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits) / frame_duration;
2968             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2969             if( weight < .0001 )
2970                 break;
2971         }
2972         rce->blurred_complexity = cplx_sum / weight_sum;
2973     }
2974
2975     CHECKED_MALLOC( qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2976     if( filter_size > 1 )
2977         CHECKED_MALLOC( blurred_qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2978     else
2979         blurred_qscale = qscale;
2980
2981     /* Search for a factor which, when multiplied by the RCEQ values from
2982      * each frame, adds up to the desired total size.
2983      * There is no exact closed-form solution because of VBV constraints and
2984      * because qscale2bits is not invertible, but we can start with the simple
2985      * approximation of scaling the 1st pass by the ratio of bitrates.
2986      * The search range is probably overkill, but speed doesn't matter here. */
2987
2988     expected_bits = 1;
2989     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2990     {
2991         double q = get_qscale(h, &rcc->entry[i], 1.0, i);
2992         expected_bits += qscale2bits(&rcc->entry[i], q);
2993         rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = q;
2994     }
2995     step_mult = all_available_bits / expected_bits;
2996
2997     rate_factor = 0;
2998     for( double step = 1E4 * step_mult; step > 1E-7 * step_mult; step *= 0.5)
2999     {
3000         expected_bits = 0;
3001         rate_factor += step;
3002
3003         rcc->last_non_b_pict_type = -1;
3004         rcc->last_accum_p_norm = 1;
3005         rcc->accum_p_norm = 0;
3006
3007         rcc->last_qscale_for[0] =
3008         rcc->last_qscale_for[1] =
3009         rcc->last_qscale_for[2] = pow( base_cplx, 1 - rcc->qcompress ) / rate_factor;
3010
3011         /* find qscale */
3012         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
3013         {
3014             qscale[i] = get_qscale( h, &rcc->entry[i], rate_factor, -1 );
3015             rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = qscale[i];
3016         }
3017
3018         /* fixed I/B qscale relative to P */
3019         for( int i = rcc->num_entries-1; i >= 0; i-- )
3020         {
3021             qscale[i] = get_diff_limited_q( h, &rcc->entry[i], qscale[i], i );
3022             assert(qscale[i] >= 0);
3023         }
3024
3025         /* smooth curve */
3026         if( filter_size > 1 )
3027         {
3028             assert( filter_size%2 == 1 );
3029             for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
3030             {
3031                 ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
3032                 double q = 0.0, sum = 0.0;
3033
3034                 for( int j = 0; j < filter_size; j++ )
3035                 {
3036                     int idx = i+j-filter_size/2;
3037                     double d = idx-i;
3038                     double coeff = qblur==0 ? 1.0 : exp( -d*d/(qblur*qblur) );
3039                     if( idx < 0 || idx >= rcc->num_entries )
3040                         continue;
3041                     if( rce->pict_type != rcc->entry[idx].pict_type )
3042                         continue;
3043                     q += qscale[idx] * coeff;
3044                     sum += coeff;
3045                 }
3046                 blurred_qscale[i] = q/sum;
3047             }
3048         }
3049
3050         /* find expected bits */
3051         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
3052         {
3053             ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
3054             rce->new_qscale = clip_qscale( h, rce->pict_type, blurred_qscale[i] );
3055             assert(rce->new_qscale >= 0);
3056             expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
3057         }
3058
3059         if( expected_bits > all_available_bits )
3060             rate_factor -= step;
3061     }
3062
3063     x264_free( qscale );
3064     if( filter_size > 1 )
3065         x264_free( blurred_qscale );
3066
3067     if( rcc->b_vbv )
3068         if( vbv_pass2( h, all_available_bits ) )
3069             return -1;
3070     expected_bits = count_expected_bits( h );
3071
3072     if( fabs( expected_bits/all_available_bits - 1.0 ) > 0.01 )
3073     {
3074         double avgq = 0;
3075         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
3076             avgq += rcc->entry[i].new_qscale;
3077         avgq = qscale2qp( avgq / rcc->num_entries );
3078
3079         if( expected_bits > all_available_bits || !rcc->b_vbv )
3080             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "Error: 2pass curve failed to converge\n" );
3081         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "target: %.2f kbit/s, expected: %.2f kbit/s, avg QP: %.4f\n",
3082                   (float)h->param.rc.i_bitrate,
3083                   expected_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.),
3084                   avgq );
3085         if( expected_bits < all_available_bits && avgq < h->param.rc.i_qp_min + 2 )
3086         {
3087             if( h->param.rc.i_qp_min > 0 )
3088                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate or reducing qp_min (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_min );
3089             else
3090                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate\n" );
3091         }
3092         else if( expected_bits > all_available_bits && avgq > h->param.rc.i_qp_max - 2 )
3093         {
3094             if( h->param.rc.i_qp_max < QP_MAX )
3095                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate or increasing qp_max (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_max );
3096             else
3097                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate\n");
3098         }
3099         else if( !(rcc->b_2pass && rcc->b_vbv) )
3100             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "internal error\n" );
3101     }
3102
3103     return 0;
3104 fail:
3105     return -1;
3106 }