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 #undef NDEBUG // always check asserts, the speed effect is far too small to disable them
  31
  32 #include "common/common.h"
  33 #include "ratecontrol.h"
  34 #include "me.h"
  35
  36 typedef struct
  37 {
  38     int pict_type;
  39     int frame_type;
  40     int kept_as_ref;
  41     double qscale;
  42     int mv_bits;
  43     int tex_bits;
  44     int misc_bits;
  45     double expected_bits; /* total expected bits up to the current frame (current one excluded) */
  46     double expected_vbv;
  47     double new_qscale;
  48     float new_qp;
  49     int i_count;
  50     int p_count;
  51     int s_count;
  52     float blurred_complexity;
  53     char direct_mode;
  54     int16_t weight[3][2];
  55     int16_t i_weight_denom[2];
  56     int refcount[16];
  57     int refs;
  58     int64_t i_duration;
  59     int64_t i_cpb_duration;
  60     int out_num;
  61 } ratecontrol_entry_t;
  62
  63 typedef struct
  64 {
  65     float coeff_min;
  66     float coeff;
  67     float count;
  68     float decay;
  69     float offset;
  70 } predictor_t;
  71
  72 struct x264_ratecontrol_t
  73 {
  74     /* constants */
  75     int b_abr;
  76     int b_2pass;
  77     int b_vbv;
  78     int b_vbv_min_rate;
  79     double fps;
  80     double bitrate;
  81     double rate_tolerance;
  82     double qcompress;
  83     int nmb;                    /* number of macroblocks in a frame */
  84     int qp_constant[3];
  85
  86     /* current frame */
  87     ratecontrol_entry_t *rce;
  88     float qpm;                  /* qp for current macroblock: precise float for AQ */
  89     float qpa_rc;               /* average of macroblocks' qp before aq */
  90     float qpa_rc_prev;
  91     int   qpa_aq;               /* average of macroblocks' qp after aq */
  92     int   qpa_aq_prev;
  93     float qp_novbv;             /* QP for the current frame if 1-pass VBV was disabled. */
  94
  95     /* VBV stuff */
  96     double buffer_size;
  97     int64_t buffer_fill_final;
  98     int64_t buffer_fill_final_min;
  99     double buffer_fill;         /* planned buffer, if all in-progress frames hit their bit budget */
 100     double buffer_rate;         /* # of bits added to buffer_fill after each frame */
 101     double vbv_max_rate;        /* # of bits added to buffer_fill per second */
 102     predictor_t *pred;          /* predict frame size from satd */
 103     int single_frame_vbv;
 104     float rate_factor_max_increment; /* Don't allow RF above (CRF + this value). */
 105
 106     /* ABR stuff */
 107     int    last_satd;
 108     double last_rceq;
 109     double cplxr_sum;           /* sum of bits*qscale/rceq */
 110     double expected_bits_sum;   /* sum of qscale2bits after rceq, ratefactor, and overflow, only includes finished frames */
 111     int64_t filler_bits_sum;    /* sum in bits of finished frames' filler data */
 112     double wanted_bits_window;  /* target bitrate * window */
 113     double cbr_decay;
 114     double short_term_cplxsum;
 115     double short_term_cplxcount;
 116     double rate_factor_constant;
 117     double ip_offset;
 118     double pb_offset;
 119
 120     /* 2pass stuff */
 121     FILE *p_stat_file_out;
 122     char *psz_stat_file_tmpname;
 123     FILE *p_mbtree_stat_file_out;
 124     char *psz_mbtree_stat_file_tmpname;
 125     char *psz_mbtree_stat_file_name;
 126     FILE *p_mbtree_stat_file_in;
 127
 128     int num_entries;            /* number of ratecontrol_entry_ts */
 129     ratecontrol_entry_t *entry; /* FIXME: copy needed data and free this once init is done */
 130     ratecontrol_entry_t **entry_out;
 131     double last_qscale;
 132     double last_qscale_for[3];  /* last qscale for a specific pict type, used for max_diff & ipb factor stuff */
 133     int last_non_b_pict_type;
 134     double accum_p_qp;          /* for determining I-frame quant */
 135     double accum_p_norm;
 136     double last_accum_p_norm;
 137     double lmin[3];             /* min qscale by frame type */
 138     double lmax[3];
 139     double lstep;               /* max change (multiply) in qscale per frame */
 140     struct
 141     {
 142         uint16_t *qp_buffer[2]; /* Global buffers for converting MB-tree quantizer data. */
 143         int qpbuf_pos;          /* In order to handle pyramid reordering, QP buffer acts as a stack.
 144                                  * This value is the current position (0 or 1). */
 145         int src_mb_count;
 146
 147         /* For rescaling */
 148         int rescale_enabled;
 149         float *scale_buffer[2]; /* Intermediate buffers */
 150         int filtersize[2];      /* filter size (H/V) */
 151         float *coeffs[2];
 152         int *pos[2];
 153         int srcdim[2];          /* Source dimensions (W/H) */
 154     } mbtree;
 155
 156     /* MBRC stuff */
 157     float frame_size_estimated; /* Access to this variable must be atomic: double is
 158                                  * not atomic on all arches we care about */
 159     double frame_size_maximum;  /* Maximum frame size due to MinCR */
 160     double frame_size_planned;
 161     double slice_size_planned;
 162     predictor_t *row_pred;
 163     predictor_t row_preds[3][2];
 164     predictor_t *pred_b_from_p; /* predict B-frame size from P-frame satd */
 165     int bframes;                /* # consecutive B-frames before this P-frame */
 166     int bframe_bits;            /* total cost of those frames */
 167
 168     int i_zones;
 169     x264_zone_t *zones;
 170     x264_zone_t *prev_zone;
 171
 172     /* hrd stuff */
 173     int initial_cpb_removal_delay;
 174     int initial_cpb_removal_delay_offset;
 175     double nrt_first_access_unit; /* nominal removal time */
 176     double previous_cpb_final_arrival_time;
 177     uint64_t hrd_multiply_denom;
 178 };
 179
 180
 181 static int parse_zones( x264_t *h );
 182 static int init_pass2(x264_t *);
 183 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h );
 184 static int update_vbv( x264_t *h, int bits );
 185 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead );
 186 static float predict_size( predictor_t *p, float q, float var );
 187 static void update_predictor( predictor_t *p, float q, float var, float bits );
 188
 189 #define CMP_OPT_FIRST_PASS( opt, param_val )\
 190 {\
 191     if( ( p = strstr( opts, opt "=" ) ) && sscanf( p, opt "=%d" , &i ) && param_val != i )\
 192     {\
 193         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different " opt " setting than first pass (%d vs %d)\n", param_val, i );\
 194         return -1;\
 195     }\
 196 }
 197
 198 /* Terminology:
 199  * qp = h.264's quantizer
 200  * qscale = linearized quantizer = Lagrange multiplier
 201  */
 202 static inline float qp2qscale( float qp )
 203 {
 204     return 0.85f * powf( 2.0f, ( qp - (12.0f + QP_BD_OFFSET) ) / 6.0f );
 205 }
 206 static inline float qscale2qp( float qscale )
 207 {
 208     return (12.0f + QP_BD_OFFSET) + 6.0f * log2f( qscale/0.85f );
 209 }
 210
 211 /* Texture bitrate is not quite inversely proportional to qscale,
 212  * probably due the the changing number of SKIP blocks.
 213  * MV bits level off at about qp<=12, because the lambda used
 214  * for motion estimation is constant there. */
 215 static inline double qscale2bits( ratecontrol_entry_t *rce, double qscale )
 216 {
 217     if( qscale<0.1 )
 218         qscale = 0.1;
 219     return (rce->tex_bits + .1) * pow( rce->qscale / qscale, 1.1 )
 220            + rce->mv_bits * pow( X264_MAX(rce->qscale, 1) / X264_MAX(qscale, 1), 0.5 )
 221            + rce->misc_bits;
 222 }
 223
 224 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_var( uint64_t sum_ssd, int shift, x264_frame_t *frame, int i, int b_store )
 225 {
 226     uint32_t sum = sum_ssd;
 227     uint32_t ssd = sum_ssd >> 32;
 228     if( b_store )
 229     {
 230         frame->i_pixel_sum[i] += sum;
 231         frame->i_pixel_ssd[i] += ssd;
 232     }
 233     return ssd - ((uint64_t)sum * sum >> shift);
 234 }
 235
 236 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_plane( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame, int i, int b_chroma, int b_field, int b_store )
 237 {
 238     int height = b_chroma ? 16>>CHROMA_V_SHIFT : 16;
 239     int stride = frame->i_stride[i];
 240     int offset = b_field
 241         ? 16 * mb_x + height * (mb_y&~1) * stride + (mb_y&1) * stride
 242         : 16 * mb_x + height * mb_y * stride;
 243     stride <<= b_field;
 244     if( b_chroma )
 245     {
 246         ALIGNED_ARRAY_16( pixel, pix,[FENC_STRIDE*16] );
 247         int chromapix = h->luma2chroma_pixel[PIXEL_16x16];
 248         int shift = 7 - CHROMA_V_SHIFT;
 249
 250         h->mc.load_deinterleave_chroma_fenc( pix, frame->plane[1] + offset, stride, height );
 251         return ac_energy_var( h->pixf.var[chromapix]( pix,               FENC_STRIDE ), shift, frame, 1, b_store )
 252              + ac_energy_var( h->pixf.var[chromapix]( pix+FENC_STRIDE/2, FENC_STRIDE ), shift, frame, 2, b_store );
 253     }
 254     else
 255         return ac_energy_var( h->pixf.var[PIXEL_16x16]( frame->plane[i] + offset, stride ), 8, frame, i, b_store );
 256 }
 257
 258 // Find the total AC energy of the block in all planes.
 259 static NOINLINE uint32_t x264_ac_energy_mb( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame )
 260 {
 261     /* This function contains annoying hacks because GCC has a habit of reordering emms
 262      * and putting it after floating point ops.  As a result, we put the emms at the end of the
 263      * function and make sure that its always called before the float math.  Noinline makes
 264      * sure no reordering goes on. */
 265     uint32_t var;
 266     x264_prefetch_fenc( h, frame, mb_x, mb_y );
 267     if( h->mb.b_adaptive_mbaff )
 268     {
 269         /* We don't know the super-MB mode we're going to pick yet, so
 270          * simply try both and pick the lower of the two. */
 271         uint32_t var_interlaced, var_progressive;
 272         var_interlaced   = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0, 0, 1, 1 );
 273         var_progressive  = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0, 0, 0, 0 );
 274         if( CHROMA444 )
 275         {
 276             var_interlaced  += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 0, 1, 1 );
 277             var_progressive += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 0, 0, 0 );
 278             var_interlaced  += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 2, 0, 1, 1 );
 279             var_progressive += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 2, 0, 0, 0 );
 280         }
 281         else
 282         {
 283             var_interlaced  += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 1, 1, 1 );
 284             var_progressive += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 1, 0, 0 );
 285         }
 286         var = X264_MIN( var_interlaced, var_progressive );
 287     }
 288     else
 289     {
 290         var  = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0, 0, PARAM_INTERLACED, 1 );
 291         if( CHROMA444 )
 292         {
 293             var += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 0, PARAM_INTERLACED, 1 );
 294             var += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 2, 0, PARAM_INTERLACED, 1 );
 295         }
 296         else
 297             var += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1, 1, PARAM_INTERLACED, 1 );
 298     }
 299     x264_emms();
 300     return var;
 301 }
 302
 303 void x264_adaptive_quant_frame( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 304 {
 305     /* Initialize frame stats */
 306     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 307     {
 308         frame->i_pixel_sum[i] = 0;
 309         frame->i_pixel_ssd[i] = 0;
 310     }
 311
 312     /* Degenerate cases */
 313     if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_NONE || h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 314     {
 315         /* Need to init it anyways for MB tree */
 316         if( h->param.rc.i_aq_mode && h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 317         {
 318             if( quant_offsets )
 319             {
 320                 for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 321                     frame->f_qp_offset[mb_xy] = frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = quant_offsets[mb_xy];
 322                 if( h->frames.b_have_lowres )
 323                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 324                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8( frame->f_qp_offset[mb_xy] );
 325             }
 326             else
 327             {
 328                 memset( frame->f_qp_offset, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 329                 memset( frame->f_qp_offset_aq, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 330                 if( h->frames.b_have_lowres )
 331                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 332                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = 256;
 333             }
 334         }
 335         /* Need variance data for weighted prediction */
 336         if( h->param.analyse.i_weighted_pred )
 337         {
 338             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 339                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 340                     x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 341         }
 342         else
 343             return;
 344     }
 345     /* Actual adaptive quantization */
 346     else
 347     {
 348         /* constants chosen to result in approximately the same overall bitrate as without AQ.
 349          * FIXME: while they're written in 5 significant digits, they're only tuned to 2. */
 350         float strength;
 351         float avg_adj = 0.f;
 352         float bias_strength = 0.f;
 353
 354         if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE || h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE_BIASED )
 355         {
 356             float bit_depth_correction = 1.f / (1 << (2*(BIT_DEPTH-8)));
 357             float avg_adj_pow2 = 0.f;
 358             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 359                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 360                 {
 361                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 362                     float qp_adj = powf( energy * bit_depth_correction + 1, 0.125f );
 363                     frame->f_qp_offset[mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride] = qp_adj;
 364                     avg_adj += qp_adj;
 365                     avg_adj_pow2 += qp_adj * qp_adj;
 366                 }
 367             avg_adj /= h->mb.i_mb_count;
 368             avg_adj_pow2 /= h->mb.i_mb_count;
 369             strength = h->param.rc.f_aq_strength * avg_adj;
 370             avg_adj = avg_adj - 0.5f * (avg_adj_pow2 - 14.f) / avg_adj;
 371             bias_strength = h->param.rc.f_aq_strength;
 372         }
 373         else
 374             strength = h->param.rc.f_aq_strength * 1.0397f;
 375
 376         for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 377             for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 378             {
 379                 float qp_adj;
 380                 int mb_xy = mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride;
 381                 if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE_BIASED )
 382                 {
 383                     qp_adj = frame->f_qp_offset[mb_xy];
 384                     qp_adj = strength * (qp_adj - avg_adj) + bias_strength * (1.f - 14.f / (qp_adj * qp_adj));
 385                 }
 386                 else if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 387                 {
 388                     qp_adj = frame->f_qp_offset[mb_xy];
 389                     qp_adj = strength * (qp_adj - avg_adj);
 390                 }
 391                 else
 392                 {
 393                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 394                     qp_adj = strength * (x264_log2( X264_MAX(energy, 1) ) - (14.427f + 2*(BIT_DEPTH-8)));
 395                 }
 396                 if( quant_offsets )
 397                     qp_adj += quant_offsets[mb_xy];
 398                 frame->f_qp_offset[mb_xy] =
 399                 frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = qp_adj;
 400                 if( h->frames.b_have_lowres )
 401                     frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8(qp_adj);
 402             }
 403     }
 404
 405     /* Remove mean from SSD calculation */
 406     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 407     {
 408         uint64_t ssd = frame->i_pixel_ssd[i];
 409         uint64_t sum = frame->i_pixel_sum[i];
 410         int width  = 16*h->mb.i_mb_width  >> (i && CHROMA_H_SHIFT);
 411         int height = 16*h->mb.i_mb_height >> (i && CHROMA_V_SHIFT);
 412         frame->i_pixel_ssd[i] = ssd - (sum * sum + width * height / 2) / (width * height);
 413     }
 414 }
 415
 416 static int x264_macroblock_tree_rescale_init( x264_t *h, x264_ratecontrol_t *rc )
 417 {
 418     /* Use fractional QP array dimensions to compensate for edge padding */
 419     float srcdim[2] = {rc->mbtree.srcdim[0] / 16.f, rc->mbtree.srcdim[1] / 16.f};
 420     float dstdim[2] = {    h->param.i_width / 16.f,    h->param.i_height / 16.f};
 421     int srcdimi[2] = {ceil(srcdim[0]), ceil(srcdim[1])};
 422     int dstdimi[2] = {ceil(dstdim[0]), ceil(dstdim[1])};
 423     if( PARAM_INTERLACED )
 424     {
 425         srcdimi[1] = (srcdimi[1]+1)&~1;
 426         dstdimi[1] = (dstdimi[1]+1)&~1;
 427     }
 428
 429     rc->mbtree.src_mb_count = srcdimi[0] * srcdimi[1];
 430
 431     CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.qp_buffer[0], rc->mbtree.src_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 432     if( h->param.i_bframe_pyramid && h->param.rc.b_stat_read )
 433         CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.qp_buffer[1], rc->mbtree.src_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 434     rc->mbtree.qpbuf_pos = -1;
 435
 436     /* No rescaling to do */
 437     if( srcdimi[0] == dstdimi[0] && srcdimi[1] == dstdimi[1] )
 438         return 0;
 439
 440     rc->mbtree.rescale_enabled = 1;
 441
 442     /* Allocate intermediate scaling buffers */
 443     CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.scale_buffer[0], srcdimi[0] * srcdimi[1] * sizeof(float) );
 444     CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.scale_buffer[1], dstdimi[0] * srcdimi[1] * sizeof(float) );
 445
 446     /* Allocate and calculate resize filter parameters and coefficients */
 447     for( int i = 0; i < 2; i++ )
 448     {
 449         if( srcdim[i] > dstdim[i] ) // downscale
 450             rc->mbtree.filtersize[i] = 1 + (2 * srcdimi[i] + dstdimi[i] - 1) / dstdimi[i];
 451         else                        // upscale
 452             rc->mbtree.filtersize[i] = 3;
 453
 454         CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.coeffs[i], rc->mbtree.filtersize[i] * dstdimi[i] * sizeof(float) );
 455         CHECKED_MALLOC( rc->mbtree.pos[i], dstdimi[i] * sizeof(int) );
 456
 457         /* Initialize filter coefficients */
 458         float inc = srcdim[i] / dstdim[i];
 459         float dmul = inc > 1.f ? dstdim[i] / srcdim[i] : 1.f;
 460         float dstinsrc = 0.5f * inc - 0.5f;
 461         int filtersize = rc->mbtree.filtersize[i];
 462         for( int j = 0; j < dstdimi[i]; j++ )
 463         {
 464             int pos = dstinsrc - (filtersize - 2.f) * 0.5f;
 465             float sum = 0.0;
 466             rc->mbtree.pos[i][j] = pos;
 467             for( int k = 0; k < filtersize; k++ )
 468             {
 469                 float d = fabs( pos + k - dstinsrc ) * dmul;
 470                 float coeff = X264_MAX( 1.f - d, 0 );
 471                 rc->mbtree.coeffs[i][j * filtersize + k] = coeff;
 472                 sum += coeff;
 473             }
 474             sum = 1.0f / sum;
 475             for( int k = 0; k < filtersize; k++ )
 476                 rc->mbtree.coeffs[i][j * filtersize + k] *= sum;
 477             dstinsrc += inc;
 478         }
 479     }
 480
 481     /* Write back actual qp array dimensions */
 482     rc->mbtree.srcdim[0] = srcdimi[0];
 483     rc->mbtree.srcdim[1] = srcdimi[1];
 484     return 0;
 485 fail:
 486     return -1;
 487 }
 488
 489 static void x264_macroblock_tree_rescale_destroy( x264_ratecontrol_t *rc )
 490 {
 491     for( int i = 0; i < 2; i++ )
 492     {
 493         x264_free( rc->mbtree.qp_buffer[i] );
 494         x264_free( rc->mbtree.scale_buffer[i] );
 495         x264_free( rc->mbtree.coeffs[i] );
 496         x264_free( rc->mbtree.pos[i] );
 497     }
 498 }
 499
 500 static ALWAYS_INLINE float tapfilter( float *src, int pos, int max, int stride, float *coeff, int filtersize )
 501 {
 502     float sum = 0.f;
 503     for( int i = 0; i < filtersize; i++, pos++ )
 504         sum += src[x264_clip3( pos, 0, max-1 )*stride] * coeff[i];
 505     return sum;
 506 }
 507
 508 static void x264_macroblock_tree_rescale( x264_t *h, x264_ratecontrol_t *rc, float *dst )
 509 {
 510     float *input, *output;
 511     int filtersize, stride, height;
 512
 513     /* H scale first */
 514     input = rc->mbtree.scale_buffer[0];
 515     output = rc->mbtree.scale_buffer[1];
 516     filtersize = rc->mbtree.filtersize[0];
 517     stride = rc->mbtree.srcdim[0];
 518     height = rc->mbtree.srcdim[1];
 519     for( int y = 0; y < height; y++, input += stride, output += h->mb.i_mb_width )
 520     {
 521         float *coeff = rc->mbtree.coeffs[0];
 522         for( int x = 0; x < h->mb.i_mb_width; x++, coeff+=filtersize )
 523             output[x] = tapfilter( input, rc->mbtree.pos[0][x], stride, 1, coeff, filtersize );
 524     }
 525
 526     /* V scale next */
 527     input = rc->mbtree.scale_buffer[1];
 528     output = dst;
 529     filtersize = rc->mbtree.filtersize[1];
 530     stride = h->mb.i_mb_width;
 531     height = rc->mbtree.srcdim[1];
 532     for( int x = 0; x < h->mb.i_mb_width; x++, input++, output++ )
 533     {
 534         float *coeff = rc->mbtree.coeffs[1];
 535         for( int y = 0; y < h->mb.i_mb_height; y++, coeff+=filtersize )
 536             output[y*stride] = tapfilter( input, rc->mbtree.pos[1][y], height, stride, coeff, filtersize );
 537     }
 538 }
 539
 540 int x264_macroblock_tree_read( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 541 {
 542     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 543     uint8_t i_type_actual = rc->entry[frame->i_frame].pict_type;
 544
 545     if( rc->entry[frame->i_frame].kept_as_ref )
 546     {
 547         uint8_t i_type;
 548         if( rc->mbtree.qpbuf_pos < 0 )
 549         {
 550             do
 551             {
 552                 rc->mbtree.qpbuf_pos++;
 553
 554                 if( !fread( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_in ) )
 555                     goto fail;
 556                 if( fread( rc->mbtree.qp_buffer[rc->mbtree.qpbuf_pos], sizeof(uint16_t), rc->mbtree.src_mb_count, rc->p_mbtree_stat_file_in ) != rc->mbtree.src_mb_count )
 557                     goto fail;
 558
 559                 if( i_type != i_type_actual && rc->mbtree.qpbuf_pos == 1 )
 560                 {
 561                     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree frametype %d doesn't match actual frametype %d.\n", i_type, i_type_actual );
 562                     return -1;
 563                 }
 564             } while( i_type != i_type_actual );
 565         }
 566
 567         float *dst = rc->mbtree.rescale_enabled ? rc->mbtree.scale_buffer[0] : frame->f_qp_offset;
 568         h->mc.mbtree_fix8_unpack( dst, rc->mbtree.qp_buffer[rc->mbtree.qpbuf_pos], rc->mbtree.src_mb_count );
 569         if( rc->mbtree.rescale_enabled )
 570             x264_macroblock_tree_rescale( h, rc, frame->f_qp_offset );
 571         if( h->frames.b_have_lowres )
 572             for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
 573                 frame->i_inv_qscale_factor[i] = x264_exp2fix8( frame->f_qp_offset[i] );
 574         rc->mbtree.qpbuf_pos--;
 575     }
 576     else
 577         x264_stack_align( x264_adaptive_quant_frame, h, frame, quant_offsets );
 578     return 0;
 579 fail:
 580     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "Incomplete MB-tree stats file.\n" );
 581     return -1;
 582 }
 583
 584 int x264_reference_build_list_optimal( x264_t *h )
 585 {
 586     ratecontrol_entry_t *rce = h->rc->rce;
 587     x264_frame_t *frames[16];
 588     x264_weight_t weights[16][3];
 589     int refcount[16];
 590
 591     if( rce->refs != h->i_ref[0] )
 592         return -1;
 593
 594     memcpy( frames, h->fref[0], sizeof(frames) );
 595     memcpy( refcount, rce->refcount, sizeof(refcount) );
 596     memcpy( weights, h->fenc->weight, sizeof(weights) );
 597     memset( &h->fenc->weight[1][0], 0, sizeof(x264_weight_t[15][3]) );
 598
 599     /* For now don't reorder ref 0; it seems to lower quality
 600        in most cases due to skips. */
 601     for( int ref = 1; ref < h->i_ref[0]; ref++ )
 602     {
 603         int max = -1;
 604         int bestref = 1;
 605
 606         for( int i = 1; i < h->i_ref[0]; i++ )
 607             /* Favor lower POC as a tiebreaker. */
 608             COPY2_IF_GT( max, refcount[i], bestref, i );
 609
 610         /* FIXME: If there are duplicates from frames other than ref0 then it is possible
 611          * that the optimal ordering doesnt place every duplicate. */
 612
 613         refcount[bestref] = -1;
 614         h->fref[0][ref] = frames[bestref];
 615         memcpy( h->fenc->weight[ref], weights[bestref], sizeof(weights[bestref]) );
 616     }
 617
 618     return 0;
 619 }
 620
 621 static char *x264_strcat_filename( char *input, char *suffix )
 622 {
 623     char *output = x264_malloc( strlen( input ) + strlen( suffix ) + 1 );
 624     if( !output )
 625         return NULL;
 626     strcpy( output, input );
 627     strcat( output, suffix );
 628     return output;
 629 }
 630
 631 void x264_ratecontrol_init_reconfigurable( x264_t *h, int b_init )
 632 {
 633     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 634     if( !b_init && rc->b_2pass )
 635         return;
 636
 637     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
 638     {
 639         /* Arbitrary rescaling to make CRF somewhat similar to QP.
 640          * Try to compensate for MB-tree's effects as well. */
 641         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
 642         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
 643         rc->rate_factor_constant = pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
 644                                  / qp2qscale( h->param.rc.f_rf_constant + mbtree_offset + QP_BD_OFFSET );
 645     }
 646
 647     if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate > 0 && h->param.rc.i_vbv_buffer_size > 0 )
 648     {
 649         /* We don't support changing the ABR bitrate right now,
 650            so if the stream starts as CBR, keep it CBR. */
 651         if( rc->b_vbv_min_rate )
 652             h->param.rc.i_vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_bitrate;
 653
 654         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size < (int)(h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps) )
 655         {
 656             h->param.rc.i_vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps;
 657             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV buffer size cannot be smaller than one frame, using %d kbit\n",
 658                       h->param.rc.i_vbv_buffer_size );
 659         }
 660
 661         int kilobit_size = h->param.i_avcintra_class ? 1024 : 1000;
 662         int vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_buffer_size * kilobit_size;
 663         int vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate * kilobit_size;
 664
 665         /* Init HRD */
 666         if( h->param.i_nal_hrd && b_init )
 667         {
 668             h->sps->vui.hrd.i_cpb_cnt = 1;
 669             h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd = h->param.i_nal_hrd == X264_NAL_HRD_CBR;
 670             h->sps->vui.hrd.i_time_offset_length = 0;
 671
 672             #define BR_SHIFT  6
 673             #define CPB_SHIFT 4
 674
 675             // normalize HRD size and rate to the value / scale notation
 676             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale = x264_clip3( x264_ctz( vbv_max_bitrate ) - BR_SHIFT, 0, 15 );
 677             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_value = vbv_max_bitrate >> ( h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale + BR_SHIFT );
 678             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 );
 679             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale = x264_clip3( x264_ctz( vbv_buffer_size ) - CPB_SHIFT, 0, 15 );
 680             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_value = vbv_buffer_size >> ( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale + CPB_SHIFT );
 681             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 );
 682
 683             #undef CPB_SHIFT
 684             #undef BR_SHIFT
 685
 686             // arbitrary
 687             #define MAX_DURATION 0.5
 688
 689             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 );
 690             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;
 691             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);
 692
 693             h->sps->vui.hrd.i_initial_cpb_removal_delay_length = 2 + x264_clip3( 32 - x264_clz( max_delay ), 4, 22 );
 694             h->sps->vui.hrd.i_cpb_removal_delay_length = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_cpb_output_delay ), 4, 31 );
 695             h->sps->vui.hrd.i_dpb_output_delay_length  = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_dpb_output_delay ), 4, 31 );
 696
 697             #undef MAX_DURATION
 698
 699             vbv_buffer_size = h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled;
 700             vbv_max_bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
 701         }
 702         else if( h->param.i_nal_hrd && !b_init )
 703         {
 704             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV parameters cannot be changed when NAL HRD is in use\n" );
 705             return;
 706         }
 707         h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled = vbv_max_bitrate;
 708         h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled = vbv_buffer_size;
 709
 710         if( rc->b_vbv_min_rate )
 711             rc->bitrate = (double)h->param.rc.i_bitrate * kilobit_size;
 712         rc->buffer_rate = vbv_max_bitrate / rc->fps;
 713         rc->vbv_max_rate = vbv_max_bitrate;
 714         rc->buffer_size = vbv_buffer_size;
 715         rc->single_frame_vbv = rc->buffer_rate * 1.1 > rc->buffer_size;
 716         rc->cbr_decay = 1.0 - rc->buffer_rate / rc->buffer_size
 717                       * 0.5 * X264_MAX(0, 1.5 - rc->buffer_rate * rc->fps / rc->bitrate);
 718         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.f_rf_constant_max )
 719         {
 720             rc->rate_factor_max_increment = h->param.rc.f_rf_constant_max - h->param.rc.f_rf_constant;
 721             if( rc->rate_factor_max_increment <= 0 )
 722             {
 723                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CRF max must be greater than CRF\n" );
 724                 rc->rate_factor_max_increment = 0;
 725             }
 726         }
 727         if( b_init )
 728         {
 729             if( h->param.rc.f_vbv_buffer_init > 1. )
 730                 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 );
 731             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);
 732             rc->buffer_fill_final =
 733             rc->buffer_fill_final_min = rc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init * h->sps->vui.i_time_scale;
 734             rc->b_vbv = 1;
 735             rc->b_vbv_min_rate = !rc->b_2pass
 736                           && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR
 737                           && h->param.rc.i_vbv_max_bitrate <= h->param.rc.i_bitrate;
 738         }
 739     }
 740 }
 741
 742 int x264_ratecontrol_new( x264_t *h )
 743 {
 744     x264_ratecontrol_t *rc;
 745
 746     x264_emms();
 747
 748     CHECKED_MALLOCZERO( h->rc, h->param.i_threads * sizeof(x264_ratecontrol_t) );
 749     rc = h->rc;
 750
 751     rc->b_abr = h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CQP && !h->param.rc.b_stat_read;
 752     rc->b_2pass = h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && h->param.rc.b_stat_read;
 753
 754     /* FIXME: use integers */
 755     if( h->param.i_fps_num > 0 && h->param.i_fps_den > 0 )
 756         rc->fps = (float) h->param.i_fps_num / h->param.i_fps_den;
 757     else
 758         rc->fps = 25.0;
 759
 760     if( h->param.rc.b_mb_tree )
 761     {
 762         h->param.rc.f_pb_factor = 1;
 763         rc->qcompress = 1;
 764     }
 765     else
 766         rc->qcompress = h->param.rc.f_qcompress;
 767
 768     rc->bitrate = h->param.rc.i_bitrate * (h->param.i_avcintra_class ? 1024. : 1000.);
 769     rc->rate_tolerance = h->param.rc.f_rate_tolerance;
 770     rc->nmb = h->mb.i_mb_count;
 771     rc->last_non_b_pict_type = -1;
 772     rc->cbr_decay = 1.0;
 773
 774     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.b_stat_read )
 775     {
 776         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "constant rate-factor is incompatible with 2pass.\n" );
 777         return -1;
 778     }
 779
 780     x264_ratecontrol_init_reconfigurable( h, 1 );
 781
 782     if( h->param.i_nal_hrd )
 783     {
 784         uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
 785         uint64_t num = 90000;
 786         x264_reduce_fraction64( &num, &denom );
 787         rc->hrd_multiply_denom = 90000 / num;
 788
 789         double bits_required = log2( 90000 / rc->hrd_multiply_denom )
 790                              + log2( h->sps->vui.i_time_scale )
 791                              + log2( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled );
 792         if( bits_required >= 63 )
 793         {
 794             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "HRD with very large timescale and bufsize not supported\n" );
 795             return -1;
 796         }
 797     }
 798
 799     if( rc->rate_tolerance < 0.01 )
 800     {
 801         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "bitrate tolerance too small, using .01\n" );
 802         rc->rate_tolerance = 0.01;
 803     }
 804
 805     h->mb.b_variable_qp = rc->b_vbv || h->param.rc.i_aq_mode;
 806
 807     if( rc->b_abr )
 808     {
 809         /* FIXME ABR_INIT_QP is actually used only in CRF */
 810 #define ABR_INIT_QP (( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF ? h->param.rc.f_rf_constant : 24 ) + QP_BD_OFFSET)
 811         rc->accum_p_norm = .01;
 812         rc->accum_p_qp = ABR_INIT_QP * rc->accum_p_norm;
 813         /* estimated ratio that produces a reasonable QP for the first I-frame */
 814         rc->cplxr_sum = .01 * pow( 7.0e5, rc->qcompress ) * pow( h->mb.i_mb_count, 0.5 );
 815         rc->wanted_bits_window = 1.0 * rc->bitrate / rc->fps;
 816         rc->last_non_b_pict_type = SLICE_TYPE_I;
 817     }
 818
 819     rc->ip_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_ip_factor );
 820     rc->pb_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_pb_factor );
 821     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = h->param.rc.i_qp_constant;
 822     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant - rc->ip_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
 823     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant + rc->pb_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
 824     h->mb.ip_offset = rc->ip_offset + 0.5;
 825
 826     rc->lstep = pow( 2, h->param.rc.i_qp_step / 6.0 );
 827     rc->last_qscale = qp2qscale( 26 + QP_BD_OFFSET );
 828     int num_preds = h->param.b_sliced_threads * h->param.i_threads + 1;
 829     CHECKED_MALLOC( rc->pred, 5 * sizeof(predictor_t) * num_preds );
 830     CHECKED_MALLOC( rc->pred_b_from_p, sizeof(predictor_t) );
 831     static const float pred_coeff_table[3] = { 1.0, 1.0, 1.5 };
 832     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 833     {
 834         rc->last_qscale_for[i] = qp2qscale( ABR_INIT_QP );
 835         rc->lmin[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
 836         rc->lmax[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
 837         for( int j = 0; j < num_preds; j++ )
 838         {
 839             rc->pred[i+j*5].coeff_min = pred_coeff_table[i] / 2;
 840             rc->pred[i+j*5].coeff = pred_coeff_table[i];
 841             rc->pred[i+j*5].count = 1.0;
 842             rc->pred[i+j*5].decay = 0.5;
 843             rc->pred[i+j*5].offset = 0.0;
 844         }
 845         for( int j = 0; j < 2; j++ )
 846         {
 847             rc->row_preds[i][j].coeff_min = .25 / 4;
 848             rc->row_preds[i][j].coeff = .25;
 849             rc->row_preds[i][j].count = 1.0;
 850             rc->row_preds[i][j].decay = 0.5;
 851             rc->row_preds[i][j].offset = 0.0;
 852         }
 853     }
 854     rc->pred_b_from_p->coeff_min = 0.5 / 2;
 855     rc->pred_b_from_p->coeff = 0.5;
 856     rc->pred_b_from_p->count = 1.0;
 857     rc->pred_b_from_p->decay = 0.5;
 858     rc->pred_b_from_p->offset = 0.0;
 859
 860     if( parse_zones( h ) < 0 )
 861     {
 862         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to parse zones\n" );
 863         return -1;
 864     }
 865
 866     /* Load stat file and init 2pass algo */
 867     if( h->param.rc.b_stat_read )
 868     {
 869         char *p, *stats_in, *stats_buf;
 870
 871         /* read 1st pass stats */
 872         assert( h->param.rc.psz_stat_in );
 873         stats_buf = stats_in = x264_slurp_file( h->param.rc.psz_stat_in );
 874         if( !stats_buf )
 875         {
 876             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n" );
 877             return -1;
 878         }
 879         if( h->param.rc.b_mb_tree )
 880         {
 881             char *mbtree_stats_in = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_in, ".mbtree" );
 882             if( !mbtree_stats_in )
 883                 return -1;
 884             rc->p_mbtree_stat_file_in = x264_fopen( mbtree_stats_in, "rb" );
 885             x264_free( mbtree_stats_in );
 886             if( !rc->p_mbtree_stat_file_in )
 887             {
 888                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n" );
 889                 return -1;
 890             }
 891         }
 892
 893         /* check whether 1st pass options were compatible with current options */
 894         if( strncmp( stats_buf, "#options:", 9 ) )
 895         {
 896             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "options list in stats file not valid\n" );
 897             return -1;
 898         }
 899
 900         float res_factor, res_factor_bits;
 901         {
 902             int i, j;
 903             uint32_t k, l;
 904             char *opts = stats_buf;
 905             stats_in = strchr( stats_buf, '\n' );
 906             if( !stats_in )
 907                 return -1;
 908             *stats_in = '\0';
 909             stats_in++;
 910             if( sscanf( opts, "#options: %dx%d", &i, &j ) != 2 )
 911             {
 912                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "resolution specified in stats file not valid\n" );
 913                 return -1;
 914             }
 915             else if( h->param.rc.b_mb_tree )
 916             {
 917                 rc->mbtree.srcdim[0] = i;
 918                 rc->mbtree.srcdim[1] = j;
 919             }
 920             res_factor = (float)h->param.i_width * h->param.i_height / (i*j);
 921             /* Change in bits relative to resolution isn't quite linear on typical sources,
 922              * so we'll at least try to roughly approximate this effect. */
 923             res_factor_bits = powf( res_factor, 0.7 );
 924
 925             if( !( p = strstr( opts, "timebase=" ) ) || sscanf( p, "timebase=%u/%u", &k, &l ) != 2 )
 926             {
 927                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase specified in stats file not valid\n" );
 928                 return -1;
 929             }
 930             if( k != h->param.i_timebase_num || l != h->param.i_timebase_den )
 931             {
 932                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase mismatch with 1st pass (%u/%u vs %u/%u)\n",
 933                           h->param.i_timebase_num, h->param.i_timebase_den, k, l );
 934                 return -1;
 935             }
 936
 937             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bitdepth", BIT_DEPTH );
 938             CMP_OPT_FIRST_PASS( "weightp", X264_MAX( 0, h->param.analyse.i_weighted_pred ) );
 939             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bframes", h->param.i_bframe );
 940             CMP_OPT_FIRST_PASS( "b_pyramid", h->param.i_bframe_pyramid );
 941             CMP_OPT_FIRST_PASS( "intra_refresh", h->param.b_intra_refresh );
 942             CMP_OPT_FIRST_PASS( "open_gop", h->param.b_open_gop );
 943             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bluray_compat", h->param.b_bluray_compat );
 944
 945             if( (p = strstr( opts, "interlaced=" )) )
 946             {
 947                 char *current = h->param.b_interlaced ? h->param.b_tff ? "tff" : "bff" : h->param.b_fake_interlaced ? "fake" : "0";
 948                 char buf[5];
 949                 sscanf( p, "interlaced=%4s", buf );
 950                 if( strcmp( current, buf ) )
 951                 {
 952                     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different interlaced setting than first pass (%s vs %s)\n", current, buf );
 953                     return -1;
 954                 }
 955             }
 956
 957             if( (p = strstr( opts, "keyint=" )) )
 958             {
 959                 p += 7;
 960                 char buf[13] = "infinite ";
 961                 if( h->param.i_keyint_max != X264_KEYINT_MAX_INFINITE )
 962                     sprintf( buf, "%d ", h->param.i_keyint_max );
 963                 if( strncmp( p, buf, strlen(buf) ) )
 964                 {
 965                     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different keyint setting than first pass (%.*s vs %.*s)\n",
 966                               strlen(buf)-1, buf, strcspn(p, " "), p );
 967                     return -1;
 968                 }
 969             }
 970
 971             if( strstr( opts, "qp=0" ) && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
 972                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "1st pass was lossless, bitrate prediction will be inaccurate\n" );
 973
 974             if( !strstr( opts, "direct=3" ) && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
 975             {
 976                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "direct=auto not used on the first pass\n" );
 977                 h->mb.b_direct_auto_write = 1;
 978             }
 979
 980             if( ( p = strstr( opts, "b_adapt=" ) ) && sscanf( p, "b_adapt=%d", &i ) && i >= X264_B_ADAPT_NONE && i <= X264_B_ADAPT_TRELLIS )
 981                 h->param.i_bframe_adaptive = i;
 982             else if( h->param.i_bframe )
 983             {
 984                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "b_adapt method specified in stats file not valid\n" );
 985                 return -1;
 986             }
 987
 988             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 ) )
 989                 h->param.rc.i_lookahead = i;
 990         }
 991
 992         /* find number of pics */
 993         p = stats_in;
 994         int num_entries;
 995         for( num_entries = -1; p; num_entries++ )
 996             p = strchr( p + 1, ';' );
 997         if( !num_entries )
 998         {
 999             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "empty stats file\n" );
1000             return -1;
1001         }
1002         rc->num_entries = num_entries;
1003
1004         if( h->param.i_frame_total < rc->num_entries && h->param.i_frame_total > 0 )
1005         {
1006             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "2nd pass has fewer frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
1007                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
1008         }
1009         if( h->param.i_frame_total > rc->num_entries )
1010         {
1011             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
1012                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
1013             return -1;
1014         }
1015
1016         CHECKED_MALLOCZERO( rc->entry, rc->num_entries * sizeof(ratecontrol_entry_t) );
1017         CHECKED_MALLOC( rc->entry_out, rc->num_entries * sizeof(ratecontrol_entry_t*) );
1018
1019         /* init all to skipped p frames */
1020         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
1021         {
1022             ratecontrol_entry_t *rce = &rc->entry[i];
1023             rce->pict_type = SLICE_TYPE_P;
1024             rce->qscale = rce->new_qscale = qp2qscale( 20 + QP_BD_OFFSET );
1025             rce->misc_bits = rc->nmb + 10;
1026             rce->new_qp = 0;
1027             rc->entry_out[i] = rce;
1028         }
1029
1030         /* read stats */
1031         p = stats_in;
1032         double total_qp_aq = 0;
1033         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
1034         {
1035             ratecontrol_entry_t *rce;
1036             int frame_number = 0;
1037             int frame_out_number = 0;
1038             char pict_type = 0;
1039             int e;
1040             char *next;
1041             float qp_rc, qp_aq;
1042             int ref;
1043
1044             next= strchr(p, ';');
1045             if( next )
1046                 *next++ = 0; //sscanf is unbelievably slow on long strings
1047             e = sscanf( p, " in:%d out:%d ", &frame_number, &frame_out_number );
1048
1049             if( frame_number < 0 || frame_number >= rc->num_entries )
1050             {
1051                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad frame number (%d) at stats line %d\n", frame_number, i );
1052                 return -1;
1053             }
1054             if( frame_out_number < 0 || frame_out_number >= rc->num_entries )
1055             {
1056                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad frame output number (%d) at stats line %d\n", frame_out_number, i );
1057                 return -1;
1058             }
1059             rce = &rc->entry[frame_number];
1060             rc->entry_out[frame_out_number] = rce;
1061             rce->direct_mode = 0;
1062
1063             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",
1064                    &pict_type, &rce->i_duration, &rce->i_cpb_duration, &qp_rc, &qp_aq, &rce->tex_bits,
1065                    &rce->mv_bits, &rce->misc_bits, &rce->i_count, &rce->p_count,
1066                    &rce->s_count, &rce->direct_mode );
1067             rce->tex_bits  *= res_factor_bits;
1068             rce->mv_bits   *= res_factor_bits;
1069             rce->misc_bits *= res_factor_bits;
1070             rce->i_count   *= res_factor;
1071             rce->p_count   *= res_factor;
1072             rce->s_count   *= res_factor;
1073
1074             p = strstr( p, "ref:" );
1075             if( !p )
1076                 goto parse_error;
1077             p += 4;
1078             for( ref = 0; ref < 16; ref++ )
1079             {
1080                 if( sscanf( p, " %d", &rce->refcount[ref] ) != 1 )
1081                     break;
1082                 p = strchr( p+1, ' ' );
1083                 if( !p )
1084                     goto parse_error;
1085             }
1086             rce->refs = ref;
1087
1088             /* find weights */
1089             rce->i_weight_denom[0] = rce->i_weight_denom[1] = -1;
1090             char *w = strchr( p, 'w' );
1091             if( w )
1092             {
1093                 int count = sscanf( w, "w:%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd",
1094                                     &rce->i_weight_denom[0], &rce->weight[0][0], &rce->weight[0][1],
1095                                     &rce->i_weight_denom[1], &rce->weight[1][0], &rce->weight[1][1],
1096                                     &rce->weight[2][0], &rce->weight[2][1] );
1097                 if( count == 3 )
1098                     rce->i_weight_denom[1] = -1;
1099                 else if ( count != 8 )
1100                     rce->i_weight_denom[0] = rce->i_weight_denom[1] = -1;
1101             }
1102
1103             if( pict_type != 'b' )
1104                 rce->kept_as_ref = 1;
1105             switch( pict_type )
1106             {
1107                 case 'I':
1108                     rce->frame_type = X264_TYPE_IDR;
1109                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
1110                     break;
1111                 case 'i':
1112                     rce->frame_type = X264_TYPE_I;
1113                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
1114                     break;
1115                 case 'P':
1116                     rce->frame_type = X264_TYPE_P;
1117                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_P;
1118                     break;
1119                 case 'B':
1120                     rce->frame_type = X264_TYPE_BREF;
1121                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
1122                     break;
1123                 case 'b':
1124                     rce->frame_type = X264_TYPE_B;
1125                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
1126                     break;
1127                 default:  e = -1; break;
1128             }
1129             if( e < 14 )
1130             {
1131 parse_error:
1132                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "statistics are damaged at line %d, parser out=%d\n", i, e );
1133                 return -1;
1134             }
1135             rce->qscale = qp2qscale( qp_rc );
1136             total_qp_aq += qp_aq;
1137             p = next;
1138         }
1139         if( !h->param.b_stitchable )
1140             h->pps->i_pic_init_qp = SPEC_QP( (int)(total_qp_aq / rc->num_entries + 0.5) );
1141
1142         x264_free( stats_buf );
1143
1144         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
1145         {
1146             if( init_pass2( h ) < 0 )
1147                 return -1;
1148         } /* else we're using constant quant, so no need to run the bitrate allocation */
1149     }
1150
1151     /* Open output file */
1152     /* If input and output files are the same, output to a temp file
1153      * and move it to the real name only when it's complete */
1154     if( h->param.rc.b_stat_write )
1155     {
1156         char *p;
1157         rc->psz_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".temp" );
1158         if( !rc->psz_stat_file_tmpname )
1159             return -1;
1160
1161         rc->p_stat_file_out = x264_fopen( rc->psz_stat_file_tmpname, "wb" );
1162         if( rc->p_stat_file_out == NULL )
1163         {
1164             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n" );
1165             return -1;
1166         }
1167
1168         p = x264_param2string( &h->param, 1 );
1169         if( p )
1170             fprintf( rc->p_stat_file_out, "#options: %s\n", p );
1171         x264_free( p );
1172         if( h->param.rc.b_mb_tree && !h->param.rc.b_stat_read )
1173         {
1174             rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree.temp" );
1175             rc->psz_mbtree_stat_file_name = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree" );
1176             if( !rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname || !rc->psz_mbtree_stat_file_name )
1177                 return -1;
1178
1179             rc->p_mbtree_stat_file_out = x264_fopen( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, "wb" );
1180             if( rc->p_mbtree_stat_file_out == NULL )
1181             {
1182                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n" );
1183                 return -1;
1184             }
1185         }
1186     }
1187
1188     if( h->param.rc.b_mb_tree && (h->param.rc.b_stat_read || h->param.rc.b_stat_write) )
1189     {
1190         if( !h->param.rc.b_stat_read )
1191         {
1192             rc->mbtree.srcdim[0] = h->param.i_width;
1193             rc->mbtree.srcdim[1] = h->param.i_height;
1194         }
1195         if( x264_macroblock_tree_rescale_init( h, rc ) < 0 )
1196             return -1;
1197     }
1198
1199     for( int i = 0; i<h->param.i_threads; i++ )
1200     {
1201         h->thread[i]->rc = rc+i;
1202         if( i )
1203         {
1204             rc[i] = rc[0];
1205             h->thread[i]->param = h->param;
1206             h->thread[i]->mb.b_variable_qp = h->mb.b_variable_qp;
1207             h->thread[i]->mb.ip_offset = h->mb.ip_offset;
1208         }
1209     }
1210
1211     return 0;
1212 fail:
1213     return -1;
1214 }
1215
1216 static int parse_zone( x264_t *h, x264_zone_t *z, char *p )
1217 {
1218     int len = 0;
1219     char *tok, UNUSED *saveptr=NULL;
1220     z->param = NULL;
1221     z->f_bitrate_factor = 1;
1222     if( 3 <= sscanf(p, "%d,%d,q=%d%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->i_qp, &len) )
1223         z->b_force_qp = 1;
1224     else if( 3 <= sscanf(p, "%d,%d,b=%f%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->f_bitrate_factor, &len) )
1225         z->b_force_qp = 0;
1226     else if( 2 <= sscanf(p, "%d,%d%n", &z->i_start, &z->i_end, &len) )
1227         z->b_force_qp = 0;
1228     else
1229     {
1230         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: \"%s\"\n", p );
1231         return -1;
1232     }
1233     p += len;
1234     if( !*p )
1235         return 0;
1236     CHECKED_MALLOC( z->param, sizeof(x264_param_t) );
1237     memcpy( z->param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
1238     z->param->param_free = x264_free;
1239     while( (tok = strtok_r( p, ",", &saveptr )) )
1240     {
1241         char *val = strchr( tok, '=' );
1242         if( val )
1243         {
1244             *val = '\0';
1245             val++;
1246         }
1247         if( x264_param_parse( z->param, tok, val ) )
1248         {
1249             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone param: %s = %s\n", tok, val );
1250             return -1;
1251         }
1252         p = NULL;
1253     }
1254     return 0;
1255 fail:
1256     return -1;
1257 }
1258
1259 static int parse_zones( x264_t *h )
1260 {
1261     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1262     if( h->param.rc.psz_zones && !h->param.rc.i_zones )
1263     {
1264         char *psz_zones, *p;
1265         CHECKED_MALLOC( psz_zones, strlen( h->param.rc.psz_zones )+1 );
1266         strcpy( psz_zones, h->param.rc.psz_zones );
1267         h->param.rc.i_zones = 1;
1268         for( p = psz_zones; *p; p++ )
1269             h->param.rc.i_zones += (*p == '/');
1270         CHECKED_MALLOC( h->param.rc.zones, h->param.rc.i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1271         p = psz_zones;
1272         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1273         {
1274             int i_tok = strcspn( p, "/" );
1275             p[i_tok] = 0;
1276             if( parse_zone( h, &h->param.rc.zones[i], p ) )
1277             {
1278                 x264_free( psz_zones );
1279                 return -1;
1280             }
1281             p += i_tok + 1;
1282         }
1283         x264_free( psz_zones );
1284     }
1285
1286     if( h->param.rc.i_zones > 0 )
1287     {
1288         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1289         {
1290             x264_zone_t z = h->param.rc.zones[i];
1291             if( z.i_start < 0 || z.i_start > z.i_end )
1292             {
1293                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: start=%d end=%d\n",
1294                           z.i_start, z.i_end );
1295                 return -1;
1296             }
1297             else if( !z.b_force_qp && z.f_bitrate_factor <= 0 )
1298             {
1299                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: bitrate_factor=%f\n",
1300                           z.f_bitrate_factor );
1301                 return -1;
1302             }
1303         }
1304
1305         rc->i_zones = h->param.rc.i_zones + 1;
1306         CHECKED_MALLOC( rc->zones, rc->i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1307         memcpy( rc->zones+1, h->param.rc.zones, (rc->i_zones-1) * sizeof(x264_zone_t) );
1308
1309         // default zone to fall back to if none of the others match
1310         rc->zones[0].i_start = 0;
1311         rc->zones[0].i_end = INT_MAX;
1312         rc->zones[0].b_force_qp = 0;
1313         rc->zones[0].f_bitrate_factor = 1;
1314         CHECKED_MALLOC( rc->zones[0].param, sizeof(x264_param_t) );
1315         memcpy( rc->zones[0].param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
1316         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1317         {
1318             if( !rc->zones[i].param )
1319                 rc->zones[i].param = rc->zones[0].param;
1320         }
1321     }
1322
1323     return 0;
1324 fail:
1325     return -1;
1326 }
1327
1328 static x264_zone_t *get_zone( x264_t *h, int frame_num )
1329 {
1330     for( int i = h->rc->i_zones - 1; i >= 0; i-- )
1331     {
1332         x264_zone_t *z = &h->rc->zones[i];
1333         if( frame_num >= z->i_start && frame_num <= z->i_end )
1334             return z;
1335     }
1336     return NULL;
1337 }
1338
1339 void x264_ratecontrol_summary( x264_t *h )
1340 {
1341     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1342     if( rc->b_abr && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && rc->cbr_decay > .9999 )
1343     {
1344         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
1345         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
1346         x264_log( h, X264_LOG_INFO, "final ratefactor: %.2f\n",
1347                   qscale2qp( pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
1348                              * rc->cplxr_sum / rc->wanted_bits_window ) - mbtree_offset - QP_BD_OFFSET );
1349     }
1350 }
1351
1352 void x264_ratecontrol_delete( x264_t *h )
1353 {
1354     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1355     int b_regular_file;
1356
1357     if( rc->p_stat_file_out )
1358     {
1359         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_stat_file_out );
1360         fclose( rc->p_stat_file_out );
1361         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1362             if( x264_rename( rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out ) != 0 )
1363             {
1364                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1365                           rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out );
1366             }
1367         x264_free( rc->psz_stat_file_tmpname );
1368     }
1369     if( rc->p_mbtree_stat_file_out )
1370     {
1371         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1372         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1373         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1374             if( x264_rename( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name ) != 0 )
1375             {
1376                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1377                           rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1378             }
1379         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname );
1380         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1381     }
1382     if( rc->p_mbtree_stat_file_in )
1383         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_in );
1384     x264_free( rc->pred );
1385     x264_free( rc->pred_b_from_p );
1386     x264_free( rc->entry );
1387     x264_free( rc->entry_out );
1388     x264_macroblock_tree_rescale_destroy( rc );
1389     if( rc->zones )
1390     {
1391         x264_free( rc->zones[0].param );
1392         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1393             if( rc->zones[i].param != rc->zones[0].param && rc->zones[i].param->param_free )
1394                 rc->zones[i].param->param_free( rc->zones[i].param );
1395         x264_free( rc->zones );
1396     }
1397     x264_free( rc );
1398 }
1399
1400 static void accum_p_qp_update( x264_t *h, float qp )
1401 {
1402     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1403     rc->accum_p_qp   *= .95;
1404     rc->accum_p_norm *= .95;
1405     rc->accum_p_norm += 1;
1406     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I )
1407         rc->accum_p_qp += qp + rc->ip_offset;
1408     else
1409         rc->accum_p_qp += qp;
1410 }
1411
1412 /* Before encoding a frame, choose a QP for it */
1413 void x264_ratecontrol_start( x264_t *h, int i_force_qp, int overhead )
1414 {
1415     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1416     ratecontrol_entry_t *rce = NULL;
1417     x264_zone_t *zone = get_zone( h, h->fenc->i_frame );
1418     float q;
1419
1420     x264_emms();
1421
1422     if( zone && (!rc->prev_zone || zone->param != rc->prev_zone->param) )
1423         x264_encoder_reconfig_apply( h, zone->param );
1424     rc->prev_zone = zone;
1425
1426     if( h->param.rc.b_stat_read )
1427     {
1428         int frame = h->fenc->i_frame;
1429         assert( frame >= 0 && frame < rc->num_entries );
1430         rce = h->rc->rce = &h->rc->entry[frame];
1431
1432         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B
1433             && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
1434         {
1435             h->sh.b_direct_spatial_mv_pred = ( rce->direct_mode == 's' );
1436             h->mb.b_direct_auto_read = ( rce->direct_mode == 's' || rce->direct_mode == 't' );
1437         }
1438     }
1439
1440     if( rc->b_vbv )
1441     {
1442         memset( h->fdec->i_row_bits, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(int) );
1443         memset( h->fdec->f_row_qp, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(float) );
1444         memset( h->fdec->f_row_qscale, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(float) );
1445         rc->row_pred = rc->row_preds[h->sh.i_type];
1446         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;
1447         update_vbv_plan( h, overhead );
1448
1449         const x264_level_t *l = x264_levels;
1450         while( l->level_idc != 0 && l->level_idc != h->param.i_level_idc )
1451             l++;
1452
1453         int mincr = l->mincr;
1454
1455         if( h->param.b_bluray_compat )
1456             mincr = 4;
1457
1458         /* Profiles above High don't require minCR, so just set the maximum to a large value. */
1459         if( h->sps->i_profile_idc > PROFILE_HIGH )
1460             rc->frame_size_maximum = 1e9;
1461         else
1462         {
1463             /* The spec has a bizarre special case for the first frame. */
1464             if( h->i_frame == 0 )
1465             {
1466                 //384 * ( Max( PicSizeInMbs, fR * MaxMBPS ) + MaxMBPS * ( tr( 0 ) - tr,n( 0 ) ) ) / MinCR
1467                 double fr = 1. / 172;
1468                 int pic_size_in_mbs = h->mb.i_mb_width * h->mb.i_mb_height;
1469                 rc->frame_size_maximum = 384 * BIT_DEPTH * X264_MAX( pic_size_in_mbs, fr*l->mbps ) / mincr;
1470             }
1471             else
1472             {
1473                 //384 * MaxMBPS * ( tr( n ) - tr( n - 1 ) ) / MinCR
1474                 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;
1475             }
1476         }
1477     }
1478
1479     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1480         rc->bframes = h->fenc->i_bframes;
1481
1482     if( rc->b_abr )
1483     {
1484         q = qscale2qp( rate_estimate_qscale( h ) );
1485     }
1486     else if( rc->b_2pass )
1487     {
1488         rce->new_qscale = rate_estimate_qscale( h );
1489         q = qscale2qp( rce->new_qscale );
1490     }
1491     else /* CQP */
1492     {
1493         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B && h->fdec->b_kept_as_ref )
1494             q = ( rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_B ] + rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_P ] ) / 2;
1495         else
1496             q = rc->qp_constant[ h->sh.i_type ];
1497
1498         if( zone )
1499         {
1500             if( zone->b_force_qp )
1501                 q += zone->i_qp - rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P];
1502             else
1503                 q -= 6*log2f( zone->f_bitrate_factor );
1504         }
1505     }
1506     if( i_force_qp != X264_QP_AUTO )
1507         q = i_force_qp - 1;
1508
1509     q = x264_clip3f( q, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1510
1511     rc->qpa_rc = rc->qpa_rc_prev =
1512     rc->qpa_aq = rc->qpa_aq_prev = 0;
1513     h->fdec->f_qp_avg_rc =
1514     h->fdec->f_qp_avg_aq =
1515     rc->qpm = q;
1516     if( rce )
1517         rce->new_qp = q;
1518
1519     accum_p_qp_update( h, rc->qpm );
1520
1521     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1522         rc->last_non_b_pict_type = h->sh.i_type;
1523 }
1524
1525 static float predict_row_size( x264_t *h, int y, float qscale )
1526 {
1527     /* average between two predictors:
1528      * absolute SATD, and scaled bit cost of the colocated row in the previous frame */
1529     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1530     float pred_s = predict_size( &rc->row_pred[0], qscale, h->fdec->i_row_satd[y] );
1531     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I || qscale >= h->fref[0][0]->f_row_qscale[y] )
1532     {
1533         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P
1534             && h->fref[0][0]->i_type == h->fdec->i_type
1535             && h->fref[0][0]->f_row_qscale[y] > 0
1536             && h->fref[0][0]->i_row_satd[y] > 0
1537             && (abs(h->fref[0][0]->i_row_satd[y] - h->fdec->i_row_satd[y]) < h->fdec->i_row_satd[y]/2))
1538         {
1539             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]
1540                          * h->fref[0][0]->f_row_qscale[y] / qscale;
1541             return (pred_s + pred_t) * 0.5f;
1542         }
1543         return pred_s;
1544     }
1545     /* Our QP is lower than the reference! */
1546     else
1547     {
1548         float pred_intra = predict_size( &rc->row_pred[1], qscale, h->fdec->i_row_satds[0][0][y] );
1549         /* Sum: better to overestimate than underestimate by using only one of the two predictors. */
1550         return pred_intra + pred_s;
1551     }
1552 }
1553
1554 static int row_bits_so_far( x264_t *h, int y )
1555 {
1556     int bits = 0;
1557     for( int i = h->i_threadslice_start; i <= y; i++ )
1558         bits += h->fdec->i_row_bits[i];
1559     return bits;
1560 }
1561
1562 static float predict_row_size_to_end( x264_t *h, int y, float qp )
1563 {
1564     float qscale = qp2qscale( qp );
1565     float bits = 0;
1566     for( int i = y+1; i < h->i_threadslice_end; i++ )
1567         bits += predict_row_size( h, i, qscale );
1568     return bits;
1569 }
1570
1571 /* TODO:
1572  *  eliminate all use of qp in row ratecontrol: make it entirely qscale-based.
1573  *  make this function stop being needlessly O(N^2)
1574  *  update more often than once per row? */
1575 int x264_ratecontrol_mb( x264_t *h, int bits )
1576 {
1577     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1578     const int y = h->mb.i_mb_y;
1579
1580     h->fdec->i_row_bits[y] += bits;
1581     rc->qpa_aq += h->mb.i_qp;
1582
1583     if( h->mb.i_mb_x != h->mb.i_mb_width - 1 )
1584         return 0;
1585
1586     x264_emms();
1587     rc->qpa_rc += rc->qpm * h->mb.i_mb_width;
1588
1589     if( !rc->b_vbv )
1590         return 0;
1591
1592     float qscale = qp2qscale( rc->qpm );
1593     h->fdec->f_row_qp[y] = rc->qpm;
1594     h->fdec->f_row_qscale[y] = qscale;
1595
1596     update_predictor( &rc->row_pred[0], qscale, h->fdec->i_row_satd[y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1597     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I && rc->qpm < h->fref[0][0]->f_row_qp[y] )
1598         update_predictor( &rc->row_pred[1], qscale, h->fdec->i_row_satds[0][0][y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1599
1600     /* update ratecontrol per-mbpair in MBAFF */
1601     if( SLICE_MBAFF && !(y&1) )
1602         return 0;
1603
1604     /* FIXME: We don't currently support the case where there's a slice
1605      * boundary in between. */
1606     int can_reencode_row = h->sh.i_first_mb <= ((h->mb.i_mb_y - SLICE_MBAFF) * h->mb.i_mb_stride);
1607
1608     /* tweak quality based on difference from predicted size */
1609     float prev_row_qp = h->fdec->f_row_qp[y];
1610     float qp_absolute_max = h->param.rc.i_qp_max;
1611     if( rc->rate_factor_max_increment )
1612         qp_absolute_max = X264_MIN( qp_absolute_max, rc->qp_novbv + rc->rate_factor_max_increment );
1613     float qp_max = X264_MIN( prev_row_qp + h->param.rc.i_qp_step, qp_absolute_max );
1614     float qp_min = X264_MAX( prev_row_qp - h->param.rc.i_qp_step, h->param.rc.i_qp_min );
1615     float step_size = 0.5f;
1616     float slice_size_planned = h->param.b_sliced_threads ? rc->slice_size_planned : rc->frame_size_planned;
1617     float bits_so_far = row_bits_so_far( h, y );
1618     float max_frame_error = x264_clip3f( 1.0 / h->mb.i_mb_height, 0.05, 0.25 );
1619     float max_frame_size = rc->frame_size_maximum - rc->frame_size_maximum * max_frame_error;
1620     max_frame_size = X264_MIN( max_frame_size, rc->buffer_fill - rc->buffer_rate * max_frame_error );
1621     float size_of_other_slices = 0;
1622     if( h->param.b_sliced_threads )
1623     {
1624         float size_of_other_slices_planned = 0;
1625         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1626             if( h != h->thread[i] )
1627             {
1628                 size_of_other_slices += h->thread[i]->rc->frame_size_estimated;
1629                 size_of_other_slices_planned += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
1630             }
1631         float weight = rc->slice_size_planned / rc->frame_size_planned;
1632         size_of_other_slices = (size_of_other_slices - size_of_other_slices_planned) * weight + size_of_other_slices_planned;
1633     }
1634     if( y < h->i_threadslice_end-1 )
1635     {
1636         /* B-frames shouldn't use lower QP than their reference frames. */
1637         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1638         {
1639             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] ) );
1640             rc->qpm = X264_MAX( rc->qpm, qp_min );
1641         }
1642
1643         float buffer_left_planned = rc->buffer_fill - rc->frame_size_planned;
1644         buffer_left_planned = X264_MAX( buffer_left_planned, 0.f );
1645         /* More threads means we have to be more cautious in letting ratecontrol use up extra bits. */
1646         float rc_tol = buffer_left_planned / h->param.i_threads * rc->rate_tolerance;
1647         float b1 = bits_so_far + predict_row_size_to_end( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1648         float trust_coeff = x264_clip3f( bits_so_far / slice_size_planned, 0.0, 1.0 );
1649
1650         /* Don't increase the row QPs until a sufficent amount of the bits of the frame have been processed, in case a flat */
1651         /* area at the top of the frame was measured inaccurately. */
1652         if( trust_coeff < 0.05f )
1653             qp_max = qp_absolute_max = prev_row_qp;
1654
1655         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I )
1656             rc_tol *= 0.5f;
1657
1658         if( !rc->b_vbv_min_rate )
1659             qp_min = X264_MAX( qp_min, rc->qp_novbv );
1660
1661         while( rc->qpm < qp_max
1662                && ((b1 > rc->frame_size_planned + rc_tol) ||
1663                    (b1 > rc->frame_size_planned && rc->qpm < rc->qp_novbv) ||
1664                    (b1 > rc->buffer_fill - buffer_left_planned * 0.5f)) )
1665         {
1666             rc->qpm += step_size;
1667             b1 = bits_so_far + predict_row_size_to_end( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1668         }
1669
1670         float b_max = b1 + ((rc->buffer_fill - rc->buffer_size + rc->buffer_rate) * 0.90f - b1) * trust_coeff;
1671         rc->qpm -= step_size;
1672         float b2 = bits_so_far + predict_row_size_to_end( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1673         while( rc->qpm > qp_min && rc->qpm < prev_row_qp
1674                && (rc->qpm > h->fdec->f_row_qp[0] || rc->single_frame_vbv)
1675                && (b2 < max_frame_size)
1676                && ((b2 < rc->frame_size_planned * 0.8f) || (b2 < b_max)) )
1677         {
1678             b1 = b2;
1679             rc->qpm -= step_size;
1680             b2 = bits_so_far + predict_row_size_to_end( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1681         }
1682         rc->qpm += step_size;
1683
1684         /* avoid VBV underflow or MinCR violation */
1685         while( rc->qpm < qp_absolute_max && (b1 > max_frame_size) )
1686         {
1687             rc->qpm += step_size;
1688             b1 = bits_so_far + predict_row_size_to_end( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1689         }
1690
1691         h->rc->frame_size_estimated = b1 - size_of_other_slices;
1692
1693         /* If the current row was large enough to cause a large QP jump, try re-encoding it. */
1694         if( rc->qpm > qp_max && prev_row_qp < qp_max && can_reencode_row )
1695         {
1696             /* Bump QP to halfway in between... close enough. */
1697             rc->qpm = x264_clip3f( (prev_row_qp + rc->qpm)*0.5f, prev_row_qp + 1.0f, qp_max );
1698             rc->qpa_rc = rc->qpa_rc_prev;
1699             rc->qpa_aq = rc->qpa_aq_prev;
1700             h->fdec->i_row_bits[y] = 0;
1701             h->fdec->i_row_bits[y-SLICE_MBAFF] = 0;
1702             return -1;
1703         }
1704     }
1705     else
1706     {
1707         h->rc->frame_size_estimated = bits_so_far;
1708
1709         /* Last-ditch attempt: if the last row of the frame underflowed the VBV,
1710          * try again. */
1711         if( rc->qpm < qp_max && can_reencode_row
1712             && (h->rc->frame_size_estimated + size_of_other_slices > X264_MIN( rc->frame_size_maximum, rc->buffer_fill )) )
1713         {
1714             rc->qpm = qp_max;
1715             rc->qpa_rc = rc->qpa_rc_prev;
1716             rc->qpa_aq = rc->qpa_aq_prev;
1717             h->fdec->i_row_bits[y] = 0;
1718             h->fdec->i_row_bits[y-SLICE_MBAFF] = 0;
1719             return -1;
1720         }
1721     }
1722
1723     rc->qpa_rc_prev = rc->qpa_rc;
1724     rc->qpa_aq_prev = rc->qpa_aq;
1725
1726     return 0;
1727 }
1728
1729 int x264_ratecontrol_qp( x264_t *h )
1730 {
1731     x264_emms();
1732     return x264_clip3( h->rc->qpm + 0.5f, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1733 }
1734
1735 int x264_ratecontrol_mb_qp( x264_t *h )
1736 {
1737     x264_emms();
1738     float qp = h->rc->qpm;
1739     if( h->param.rc.i_aq_mode )
1740     {
1741          /* MB-tree currently doesn't adjust quantizers in unreferenced frames. */
1742         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];
1743         /* Scale AQ's effect towards zero in emergency mode. */
1744         if( qp > QP_MAX_SPEC )
1745             qp_offset *= (QP_MAX - qp) / (QP_MAX - QP_MAX_SPEC);
1746         qp += qp_offset;
1747     }
1748     return x264_clip3( qp + 0.5f, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1749 }
1750
1751 /* In 2pass, force the same frame types as in the 1st pass */
1752 int x264_ratecontrol_slice_type( x264_t *h, int frame_num )
1753 {
1754     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1755     if( h->param.rc.b_stat_read )
1756     {
1757         if( frame_num >= rc->num_entries )
1758         {
1759             /* We could try to initialize everything required for ABR and
1760              * adaptive B-frames, but that would be complicated.
1761              * So just calculate the average QP used so far. */
1762             h->param.rc.i_qp_constant = (h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P] == 0) ? 24 + QP_BD_OFFSET
1763                                       : 1 + h->stat.f_frame_qp[SLICE_TYPE_P] / h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P];
1764             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant, 0, QP_MAX );
1765             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 );
1766             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 );
1767
1768             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d)\n", rc->num_entries );
1769             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "continuing anyway, at constant QP=%d\n", h->param.rc.i_qp_constant );
1770             if( h->param.i_bframe_adaptive )
1771                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "disabling adaptive B-frames\n" );
1772
1773             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1774             {
1775                 h->thread[i]->rc->b_abr = 0;
1776                 h->thread[i]->rc->b_2pass = 0;
1777                 h->thread[i]->param.rc.i_rc_method = X264_RC_CQP;
1778                 h->thread[i]->param.rc.b_stat_read = 0;
1779                 h->thread[i]->param.i_bframe_adaptive = 0;
1780                 h->thread[i]->param.i_scenecut_threshold = 0;
1781                 h->thread[i]->param.rc.b_mb_tree = 0;
1782                 if( h->thread[i]->param.i_bframe > 1 )
1783                     h->thread[i]->param.i_bframe = 1;
1784             }
1785             return X264_TYPE_AUTO;
1786         }
1787         return rc->entry[frame_num].frame_type;
1788     }
1789     else
1790         return X264_TYPE_AUTO;
1791 }
1792
1793 void x264_ratecontrol_set_weights( x264_t *h, x264_frame_t *frm )
1794 {
1795     ratecontrol_entry_t *rce = &h->rc->entry[frm->i_frame];
1796     if( h->param.analyse.i_weighted_pred <= 0 )
1797         return;
1798
1799     if( rce->i_weight_denom[0] >= 0 )
1800         SET_WEIGHT( frm->weight[0][0], 1, rce->weight[0][0], rce->i_weight_denom[0], rce->weight[0][1] );
1801
1802     if( rce->i_weight_denom[1] >= 0 )
1803     {
1804         SET_WEIGHT( frm->weight[0][1], 1, rce->weight[1][0], rce->i_weight_denom[1], rce->weight[1][1] );
1805         SET_WEIGHT( frm->weight[0][2], 1, rce->weight[2][0], rce->i_weight_denom[1], rce->weight[2][1] );
1806     }
1807 }
1808
1809 /* After encoding one frame, save stats and update ratecontrol state */
1810 int x264_ratecontrol_end( x264_t *h, int bits, int *filler )
1811 {
1812     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1813     const int *mbs = h->stat.frame.i_mb_count;
1814
1815     x264_emms();
1816
1817     h->stat.frame.i_mb_count_skip = mbs[P_SKIP] + mbs[B_SKIP];
1818     h->stat.frame.i_mb_count_i = mbs[I_16x16] + mbs[I_8x8] + mbs[I_4x4];
1819     h->stat.frame.i_mb_count_p = mbs[P_L0] + mbs[P_8x8];
1820     for( int i = B_DIRECT; i < B_8x8; i++ )
1821         h->stat.frame.i_mb_count_p += mbs[i];
1822
1823     h->fdec->f_qp_avg_rc = rc->qpa_rc /= h->mb.i_mb_count;
1824     h->fdec->f_qp_avg_aq = (float)rc->qpa_aq / h->mb.i_mb_count;
1825     h->fdec->f_crf_avg = h->param.rc.f_rf_constant + h->fdec->f_qp_avg_rc - rc->qp_novbv;
1826
1827     if( h->param.rc.b_stat_write )
1828     {
1829         char c_type = h->sh.i_type==SLICE_TYPE_I ? (h->fenc->i_poc==0 ? 'I' : 'i')
1830                     : h->sh.i_type==SLICE_TYPE_P ? 'P'
1831                     : h->fenc->b_kept_as_ref ? 'B' : 'b';
1832         int dir_frame = h->stat.frame.i_direct_score[1] - h->stat.frame.i_direct_score[0];
1833         int dir_avg = h->stat.i_direct_score[1] - h->stat.i_direct_score[0];
1834         char c_direct = h->mb.b_direct_auto_write ?
1835                         ( dir_frame>0 ? 's' : dir_frame<0 ? 't' :
1836                           dir_avg>0 ? 's' : dir_avg<0 ? 't' : '-' )
1837                         : '-';
1838         if( fprintf( rc->p_stat_file_out,
1839                  "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:",
1840                  h->fenc->i_frame, h->i_frame,
1841                  c_type, h->fenc->i_duration,
1842                  h->fenc->i_cpb_duration,
1843                  rc->qpa_rc, h->fdec->f_qp_avg_aq,
1844                  h->stat.frame.i_tex_bits,
1845                  h->stat.frame.i_mv_bits,
1846                  h->stat.frame.i_misc_bits,
1847                  h->stat.frame.i_mb_count_i,
1848                  h->stat.frame.i_mb_count_p,
1849                  h->stat.frame.i_mb_count_skip,
1850                  c_direct) < 0 )
1851             goto fail;
1852
1853         /* Only write information for reference reordering once. */
1854         int use_old_stats = h->param.rc.b_stat_read && rc->rce->refs > 1;
1855         for( int i = 0; i < (use_old_stats ? rc->rce->refs : h->i_ref[0]); i++ )
1856         {
1857             int refcount = use_old_stats         ? rc->rce->refcount[i]
1858                          : PARAM_INTERLACED      ? h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2]
1859                                                  + h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2+1]
1860                          :                         h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i];
1861             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "%d ", refcount ) < 0 )
1862                 goto fail;
1863         }
1864
1865         if( h->param.analyse.i_weighted_pred >= X264_WEIGHTP_SIMPLE && h->sh.weight[0][0].weightfn )
1866         {
1867             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "w:%d,%d,%d",
1868                          h->sh.weight[0][0].i_denom, h->sh.weight[0][0].i_scale, h->sh.weight[0][0].i_offset ) < 0 )
1869                 goto fail;
1870             if( h->sh.weight[0][1].weightfn || h->sh.weight[0][2].weightfn )
1871             {
1872                 if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ",%d,%d,%d,%d,%d ",
1873                              h->sh.weight[0][1].i_denom, h->sh.weight[0][1].i_scale, h->sh.weight[0][1].i_offset,
1874                              h->sh.weight[0][2].i_scale, h->sh.weight[0][2].i_offset ) < 0 )
1875                     goto fail;
1876             }
1877             else if( fprintf( rc->p_stat_file_out, " " ) < 0 )
1878                 goto fail;
1879         }
1880
1881         if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ";\n") < 0 )
1882             goto fail;
1883
1884         /* Don't re-write the data in multi-pass mode. */
1885         if( h->param.rc.b_mb_tree && h->fenc->b_kept_as_ref && !h->param.rc.b_stat_read )
1886         {
1887             uint8_t i_type = h->sh.i_type;
1888             h->mc.mbtree_fix8_pack( rc->mbtree.qp_buffer[0], h->fenc->f_qp_offset, h->mb.i_mb_count );
1889             if( fwrite( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < 1 )
1890                 goto fail;
1891             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 )
1892                 goto fail;
1893         }
1894     }
1895
1896     if( rc->b_abr )
1897     {
1898         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1899             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / rc->last_rceq;
1900         else
1901         {
1902             /* Depends on the fact that B-frame's QP is an offset from the following P-frame's.
1903              * Not perfectly accurate with B-refs, but good enough. */
1904             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / (rc->last_rceq * fabs( h->param.rc.f_pb_factor ));
1905         }
1906         rc->cplxr_sum *= rc->cbr_decay;
1907         rc->wanted_bits_window += h->fenc->f_duration * rc->bitrate;
1908         rc->wanted_bits_window *= rc->cbr_decay;
1909     }
1910
1911     if( rc->b_2pass )
1912         rc->expected_bits_sum += qscale2bits( rc->rce, qp2qscale( rc->rce->new_qp ) );
1913
1914     if( h->mb.b_variable_qp )
1915     {
1916         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1917         {
1918             rc->bframe_bits += bits;
1919             if( h->fenc->b_last_minigop_bframe )
1920             {
1921                 update_predictor( rc->pred_b_from_p, qp2qscale( rc->qpa_rc ),
1922                                   h->fref[1][h->i_ref[1]-1]->i_satd, rc->bframe_bits / rc->bframes );
1923                 rc->bframe_bits = 0;
1924             }
1925         }
1926     }
1927
1928     *filler = update_vbv( h, bits );
1929     rc->filler_bits_sum += *filler * 8;
1930
1931     if( h->sps->vui.b_nal_hrd_parameters_present )
1932     {
1933         if( h->fenc->i_frame == 0 )
1934         {
1935             // access unit initialises the HRD
1936             h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = 0;
1937             rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1938             rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1939             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit = (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1940         }
1941         else
1942         {
1943             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit + (double)(h->fenc->i_cpb_delay - h->i_cpb_delay_pir_offset) *
1944                                                    h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1945
1946             if( h->fenc->b_keyframe )
1947             {
1948                 rc->nrt_first_access_unit = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1949                 rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1950                 rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1951             }
1952
1953             double cpb_earliest_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time - (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1954             if( !h->fenc->b_keyframe )
1955                 cpb_earliest_arrival_time -= (double)rc->initial_cpb_removal_delay_offset / 90000;
1956
1957             if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd )
1958                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time;
1959             else
1960                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = X264_MAX( rc->previous_cpb_final_arrival_time, cpb_earliest_arrival_time );
1961         }
1962         int filler_bits = *filler ? X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), *filler )*8 : 0;
1963         // Equation C-6
1964         h->fenc->hrd_timing.cpb_final_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time +
1965                                                      (double)(bits + filler_bits) / h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1966
1967         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 +
1968                                               h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1969     }
1970
1971     return 0;
1972 fail:
1973     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_end: stats file could not be written to\n" );
1974     return -1;
1975 }
1976
1977 /****************************************************************************
1978  * 2 pass functions
1979  ***************************************************************************/
1980
1981 /**
1982  * modify the bitrate curve from pass1 for one frame
1983  */
1984 static double get_qscale(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double rate_factor, int frame_num)
1985 {
1986     x264_ratecontrol_t *rcc= h->rc;
1987     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
1988     double q;
1989     if( h->param.rc.b_mb_tree )
1990     {
1991         double timescale = (double)h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1992         q = pow( BASE_FRAME_DURATION / CLIP_DURATION(rce->i_duration * timescale), 1 - h->param.rc.f_qcompress );
1993     }
1994     else
1995         q = pow( rce->blurred_complexity, 1 - rcc->qcompress );
1996
1997     // avoid NaN's in the rc_eq
1998     if( !isfinite(q) || rce->tex_bits + rce->mv_bits == 0 )
1999         q = rcc->last_qscale_for[rce->pict_type];
2000     else
2001     {
2002         rcc->last_rceq = q;
2003         q /= rate_factor;
2004         rcc->last_qscale = q;
2005     }
2006
2007     if( zone )
2008     {
2009         if( zone->b_force_qp )
2010             q = qp2qscale( zone->i_qp );
2011         else
2012             q /= zone->f_bitrate_factor;
2013     }
2014
2015     return q;
2016 }
2017
2018 static double get_diff_limited_q(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double q, int frame_num)
2019 {
2020     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2021     const int pict_type = rce->pict_type;
2022     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
2023
2024     // force I/B quants as a function of P quants
2025     const double last_p_q    = rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P];
2026     const double last_non_b_q= rcc->last_qscale_for[rcc->last_non_b_pict_type];
2027     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
2028     {
2029         double iq = q;
2030         double pq = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
2031         double ip_factor = fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2032         /* don't apply ip_factor if the following frame is also I */
2033         if( rcc->accum_p_norm <= 0 )
2034             q = iq;
2035         else if( h->param.rc.f_ip_factor < 0 )
2036             q = iq / ip_factor;
2037         else if( rcc->accum_p_norm >= 1 )
2038             q = pq / ip_factor;
2039         else
2040             q = rcc->accum_p_norm * pq / ip_factor + (1 - rcc->accum_p_norm) * iq;
2041     }
2042     else if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
2043     {
2044         if( h->param.rc.f_pb_factor > 0 )
2045             q = last_non_b_q;
2046         if( !rce->kept_as_ref )
2047             q *= fabs( h->param.rc.f_pb_factor );
2048     }
2049     else if( pict_type == SLICE_TYPE_P
2050              && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_P
2051              && rce->tex_bits == 0 )
2052     {
2053         q = last_p_q;
2054     }
2055
2056     /* last qscale / qdiff stuff */
2057     if( rcc->last_non_b_pict_type == pict_type &&
2058         (pict_type!=SLICE_TYPE_I || rcc->last_accum_p_norm < 1) )
2059     {
2060         double last_q = rcc->last_qscale_for[pict_type];
2061         double max_qscale = last_q * rcc->lstep;
2062         double min_qscale = last_q / rcc->lstep;
2063
2064         if     ( q > max_qscale ) q = max_qscale;
2065         else if( q < min_qscale ) q = min_qscale;
2066     }
2067
2068     rcc->last_qscale_for[pict_type] = q;
2069     if( pict_type != SLICE_TYPE_B )
2070         rcc->last_non_b_pict_type = pict_type;
2071     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
2072     {
2073         rcc->last_accum_p_norm = rcc->accum_p_norm;
2074         rcc->accum_p_norm = 0;
2075         rcc->accum_p_qp = 0;
2076     }
2077     if( pict_type == SLICE_TYPE_P )
2078     {
2079         float mask = 1 - pow( (float)rce->i_count / rcc->nmb, 2 );
2080         rcc->accum_p_qp   = mask * (qscale2qp( q ) + rcc->accum_p_qp);
2081         rcc->accum_p_norm = mask * (1 + rcc->accum_p_norm);
2082     }
2083
2084     if( zone )
2085     {
2086         if( zone->b_force_qp )
2087             q = qp2qscale( zone->i_qp );
2088         else
2089             q /= zone->f_bitrate_factor;
2090     }
2091
2092     return q;
2093 }
2094
2095 static float predict_size( predictor_t *p, float q, float var )
2096 {
2097     return (p->coeff*var + p->offset) / (q*p->count);
2098 }
2099
2100 static void update_predictor( predictor_t *p, float q, float var, float bits )
2101 {
2102     float range = 1.5;
2103     if( var < 10 )
2104         return;
2105     float old_coeff = p->coeff / p->count;
2106     float old_offset = p->offset / p->count;
2107     float new_coeff = X264_MAX( (bits*q - old_offset) / var, p->coeff_min );
2108     float new_coeff_clipped = x264_clip3f( new_coeff, old_coeff/range, old_coeff*range );
2109     float new_offset = bits*q - new_coeff_clipped * var;
2110     if( new_offset >= 0 )
2111         new_coeff = new_coeff_clipped;
2112     else
2113         new_offset = 0;
2114     p->count  *= p->decay;
2115     p->coeff  *= p->decay;
2116     p->offset *= p->decay;
2117     p->count  ++;
2118     p->coeff  += new_coeff;
2119     p->offset += new_offset;
2120 }
2121
2122 // update VBV after encoding a frame
2123 static int update_vbv( x264_t *h, int bits )
2124 {
2125     int filler = 0;
2126     int bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
2127     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2128     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
2129     int64_t buffer_size = (int64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
2130
2131     if( rcc->last_satd >= h->mb.i_mb_count )
2132         update_predictor( &rct->pred[h->sh.i_type], qp2qscale( rcc->qpa_rc ), rcc->last_satd, bits );
2133
2134     if( !rcc->b_vbv )
2135         return filler;
2136
2137     uint64_t buffer_diff = (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
2138     rct->buffer_fill_final -= buffer_diff;
2139     rct->buffer_fill_final_min -= buffer_diff;
2140
2141     if( rct->buffer_fill_final_min < 0 )
2142     {
2143         double underflow = (double)rct->buffer_fill_final_min / h->sps->vui.i_time_scale;
2144         if( rcc->rate_factor_max_increment && rcc->qpm >= rcc->qp_novbv + rcc->rate_factor_max_increment )
2145             x264_log( h, X264_LOG_DEBUG, "VBV underflow due to CRF-max (frame %d, %.0f bits)\n", h->i_frame, underflow );
2146         else
2147             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV underflow (frame %d, %.0f bits)\n", h->i_frame, underflow );
2148         rct->buffer_fill_final =
2149         rct->buffer_fill_final_min = 0;
2150     }
2151
2152     if( h->param.i_avcintra_class )
2153         buffer_diff = buffer_size;
2154     else
2155         buffer_diff = (uint64_t)bitrate * h->sps->vui.i_num_units_in_tick * h->fenc->i_cpb_duration;
2156     rct->buffer_fill_final += buffer_diff;
2157     rct->buffer_fill_final_min += buffer_diff;
2158
2159     if( rct->buffer_fill_final > buffer_size )
2160     {
2161         if( h->param.rc.b_filler )
2162         {
2163             int64_t scale = (int64_t)h->sps->vui.i_time_scale * 8;
2164             filler = (rct->buffer_fill_final - buffer_size + scale - 1) / scale;
2165             bits = h->param.i_avcintra_class ? filler * 8 : X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), filler ) * 8;
2166             buffer_diff = (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
2167             rct->buffer_fill_final -= buffer_diff;
2168             rct->buffer_fill_final_min -= buffer_diff;
2169         }
2170         else
2171         {
2172             rct->buffer_fill_final = X264_MIN( rct->buffer_fill_final, buffer_size );
2173             rct->buffer_fill_final_min = X264_MIN( rct->buffer_fill_final_min, buffer_size );
2174         }
2175     }
2176
2177     return filler;
2178 }
2179
2180 void x264_hrd_fullness( x264_t *h )
2181 {
2182     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
2183     uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale / rct->hrd_multiply_denom;
2184     uint64_t cpb_state = rct->buffer_fill_final;
2185     uint64_t cpb_size = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
2186     uint64_t multiply_factor = 90000 / rct->hrd_multiply_denom;
2187
2188     if( rct->buffer_fill_final < 0 || rct->buffer_fill_final > (int64_t)cpb_size )
2189     {
2190          x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CPB %s: %.0f bits in a %.0f-bit buffer\n",
2191                    rct->buffer_fill_final < 0 ? "underflow" : "overflow",
2192                    (double)rct->buffer_fill_final / h->sps->vui.i_time_scale, (double)cpb_size / h->sps->vui.i_time_scale );
2193     }
2194
2195     h->initial_cpb_removal_delay = (multiply_factor * cpb_state) / denom;
2196     h->initial_cpb_removal_delay_offset = (multiply_factor * cpb_size) / denom - h->initial_cpb_removal_delay;
2197
2198     int64_t decoder_buffer_fill = h->initial_cpb_removal_delay * denom / multiply_factor;
2199     rct->buffer_fill_final_min = X264_MIN( rct->buffer_fill_final_min, decoder_buffer_fill );
2200 }
2201
2202 // provisionally update VBV according to the planned size of all frames currently in progress
2203 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead )
2204 {
2205     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2206     rcc->buffer_fill = h->thread[0]->rc->buffer_fill_final_min / h->sps->vui.i_time_scale;
2207     if( h->i_thread_frames > 1 )
2208     {
2209         int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
2210         for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
2211         {
2212             x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
2213             double bits = t->rc->frame_size_planned;
2214             if( !t->b_thread_active )
2215                 continue;
2216             bits = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
2217             rcc->buffer_fill -= bits;
2218             rcc->buffer_fill = X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0 );
2219             rcc->buffer_fill += t->rc->buffer_rate;
2220             rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
2221         }
2222     }
2223     rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
2224     rcc->buffer_fill -= overhead;
2225 }
2226
2227 // apply VBV constraints and clip qscale to between lmin and lmax
2228 static double clip_qscale( x264_t *h, int pict_type, double q )
2229 {
2230     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2231     double lmin = rcc->lmin[pict_type];
2232     double lmax = rcc->lmax[pict_type];
2233     if( rcc->rate_factor_max_increment )
2234         lmax = X264_MIN( lmax, qp2qscale( rcc->qp_novbv + rcc->rate_factor_max_increment ) );
2235     double q0 = q;
2236
2237     /* B-frames are not directly subject to VBV,
2238      * since they are controlled by the P-frames' QPs. */
2239
2240     if( rcc->b_vbv && rcc->last_satd > 0 )
2241     {
2242         double fenc_cpb_duration = (double)h->fenc->i_cpb_duration *
2243                                    h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
2244         /* Lookahead VBV: raise the quantizer as necessary such that no frames in
2245          * the lookahead overflow and such that the buffer is in a reasonable state
2246          * by the end of the lookahead. */
2247         if( h->param.rc.i_lookahead )
2248         {
2249             int terminate = 0;
2250
2251             /* Avoid an infinite loop. */
2252             for( int iterations = 0; iterations < 1000 && terminate != 3; iterations++ )
2253             {
2254                 double frame_q[3];
2255                 double cur_bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2256                 double buffer_fill_cur = rcc->buffer_fill - cur_bits;
2257                 double target_fill;
2258                 double total_duration = 0;
2259                 double last_duration = fenc_cpb_duration;
2260                 frame_q[0] = h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I ? q * h->param.rc.f_ip_factor : q;
2261                 frame_q[1] = frame_q[0] * h->param.rc.f_pb_factor;
2262                 frame_q[2] = frame_q[0] / h->param.rc.f_ip_factor;
2263
2264                 /* Loop over the planned future frames. */
2265                 for( int j = 0; buffer_fill_cur >= 0 && buffer_fill_cur <= rcc->buffer_size; j++ )
2266                 {
2267                     total_duration += last_duration;
2268                     buffer_fill_cur += rcc->vbv_max_rate * last_duration;
2269                     int i_type = h->fenc->i_planned_type[j];
2270                     int i_satd = h->fenc->i_planned_satd[j];
2271                     if( i_type == X264_TYPE_AUTO )
2272                         break;
2273                     i_type = IS_X264_TYPE_I( i_type ) ? SLICE_TYPE_I : IS_X264_TYPE_B( i_type ) ? SLICE_TYPE_B : SLICE_TYPE_P;
2274                     cur_bits = predict_size( &rcc->pred[i_type], frame_q[i_type], i_satd );
2275                     buffer_fill_cur -= cur_bits;
2276                     last_duration = h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
2277                 }
2278                 /* Try to get to get the buffer at least 50% filled, but don't set an impossible goal. */
2279                 target_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill + total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.5 );
2280                 if( buffer_fill_cur < target_fill )
2281                 {
2282                     q *= 1.01;
2283                     terminate |= 1;
2284                     continue;
2285                 }
2286                 /* Try to get the buffer no more than 80% filled, but don't set an impossible goal. */
2287                 target_fill = x264_clip3f( rcc->buffer_fill - total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.8, rcc->buffer_size );
2288                 if( rcc->b_vbv_min_rate && buffer_fill_cur > target_fill )
2289                 {
2290                     q /= 1.01;
2291                     terminate |= 2;
2292                     continue;
2293                 }
2294                 break;
2295             }
2296         }
2297         /* Fallback to old purely-reactive algorithm: no lookahead. */
2298         else
2299         {
2300             if( ( pict_type == SLICE_TYPE_P ||
2301                 ( pict_type == SLICE_TYPE_I && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_I ) ) &&
2302                 rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size < 0.5 )
2303             {
2304                 q /= x264_clip3f( 2.0*rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size, 0.5, 1.0 );
2305             }
2306
2307             /* Now a hard threshold to make sure the frame fits in VBV.
2308              * This one is mostly for I-frames. */
2309             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2310             /* For small VBVs, allow the frame to use up the entire VBV. */
2311             double max_fill_factor = h->param.rc.i_vbv_buffer_size >= 5*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rcc->fps ? 2 : 1;
2312             /* For single-frame VBVs, request that the frame use up the entire VBV. */
2313             double min_fill_factor = rcc->single_frame_vbv ? 1 : 2;
2314
2315             if( bits > rcc->buffer_fill/max_fill_factor )
2316             {
2317                 double qf = x264_clip3f( rcc->buffer_fill/(max_fill_factor*bits), 0.2, 1.0 );
2318                 q /= qf;
2319                 bits *= qf;
2320             }
2321             if( bits < rcc->buffer_rate/min_fill_factor )
2322             {
2323                 double qf = x264_clip3f( bits*min_fill_factor/rcc->buffer_rate, 0.001, 1.0 );
2324                 q *= qf;
2325             }
2326             q = X264_MAX( q0, q );
2327         }
2328
2329         /* Check B-frame complexity, and use up any bits that would
2330          * overflow before the next P-frame. */
2331         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && !rcc->single_frame_vbv )
2332         {
2333             int nb = rcc->bframes;
2334             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2335             double pbbits = bits;
2336             double bbits = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q * h->param.rc.f_pb_factor, rcc->last_satd );
2337             double space;
2338             double bframe_cpb_duration = 0;
2339             double minigop_cpb_duration;
2340             for( int i = 0; i < nb; i++ )
2341                 bframe_cpb_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[i];
2342
2343             if( bbits * nb > bframe_cpb_duration * rcc->vbv_max_rate )
2344                 nb = 0;
2345             pbbits += nb * bbits;
2346
2347             minigop_cpb_duration = bframe_cpb_duration + fenc_cpb_duration;
2348             space = rcc->buffer_fill + minigop_cpb_duration*rcc->vbv_max_rate - rcc->buffer_size;
2349             if( pbbits < space )
2350             {
2351                 q *= X264_MAX( pbbits / space, bits / (0.5 * rcc->buffer_size) );
2352             }
2353             q = X264_MAX( q0/2, q );
2354         }
2355
2356         /* Apply MinCR and buffer fill restrictions */
2357         double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2358         double frame_size_maximum = X264_MIN( rcc->frame_size_maximum, X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0.001 ) );
2359         if( bits > frame_size_maximum )
2360             q *= bits / frame_size_maximum;
2361
2362         if( !rcc->b_vbv_min_rate )
2363             q = X264_MAX( q0, q );
2364     }
2365
2366     if( lmin==lmax )
2367         return lmin;
2368     else if( rcc->b_2pass )
2369     {
2370         double min2 = log( lmin );
2371         double max2 = log( lmax );
2372         q = (log(q) - min2)/(max2-min2) - 0.5;
2373         q = 1.0/(1.0 + exp( -4*q ));
2374         q = q*(max2-min2) + min2;
2375         return exp( q );
2376     }
2377     else
2378         return x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2379 }
2380
2381 // update qscale for 1 frame based on actual bits used so far
2382 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h )
2383 {
2384     float q;
2385     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2386     ratecontrol_entry_t rce = {0};
2387     int pict_type = h->sh.i_type;
2388     int64_t total_bits = 8*(h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_I]
2389                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_P]
2390                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_B])
2391                        - rcc->filler_bits_sum;
2392
2393     if( rcc->b_2pass )
2394     {
2395         rce = *rcc->rce;
2396         if( pict_type != rce.pict_type )
2397         {
2398             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "slice=%c but 2pass stats say %c\n",
2399                       slice_type_to_char[pict_type], slice_type_to_char[rce.pict_type] );
2400         }
2401     }
2402
2403     if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
2404     {
2405         /* B-frames don't have independent ratecontrol, but rather get the
2406          * average QP of the two adjacent P-frames + an offset */
2407
2408         int i0 = IS_X264_TYPE_I(h->fref_nearest[0]->i_type);
2409         int i1 = IS_X264_TYPE_I(h->fref_nearest[1]->i_type);
2410         int dt0 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref_nearest[0]->i_poc);
2411         int dt1 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref_nearest[1]->i_poc);
2412         float q0 = h->fref_nearest[0]->f_qp_avg_rc;
2413         float q1 = h->fref_nearest[1]->f_qp_avg_rc;
2414
2415         if( h->fref_nearest[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2416             q0 -= rcc->pb_offset/2;
2417         if( h->fref_nearest[1]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2418             q1 -= rcc->pb_offset/2;
2419
2420         if( i0 && i1 )
2421             q = (q0 + q1) / 2 + rcc->ip_offset;
2422         else if( i0 )
2423             q = q1;
2424         else if( i1 )
2425             q = q0;
2426         else
2427             q = (q0*dt1 + q1*dt0) / (dt0 + dt1);
2428
2429         if( h->fenc->b_kept_as_ref )
2430             q += rcc->pb_offset/2;
2431         else
2432             q += rcc->pb_offset;
2433
2434         rcc->qp_novbv = q;
2435         q = qp2qscale( q );
2436         if( rcc->b_2pass )
2437             rcc->frame_size_planned = qscale2bits( &rce, q );
2438         else
2439             rcc->frame_size_planned = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q, h->fref[1][h->i_ref[1]-1]->i_satd );
2440         /* Limit planned size by MinCR */
2441         if( rcc->b_vbv )
2442             rcc->frame_size_planned = X264_MIN( rcc->frame_size_planned, rcc->frame_size_maximum );
2443         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2444
2445         /* For row SATDs */
2446         if( rcc->b_vbv )
2447             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2448         return q;
2449     }
2450     else
2451     {
2452         double abr_buffer = 2 * rcc->rate_tolerance * rcc->bitrate;
2453         double predicted_bits = total_bits;
2454         if( h->i_thread_frames > 1 )
2455         {
2456             int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
2457             for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
2458             {
2459                 x264_t *t = h->thread[(j+i) % h->i_thread_frames];
2460                 double bits = t->rc->frame_size_planned;
2461                 if( !t->b_thread_active )
2462                     continue;
2463                 bits = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
2464                 predicted_bits += bits;
2465             }
2466         }
2467
2468         if( rcc->b_2pass )
2469         {
2470             double lmin = rcc->lmin[pict_type];
2471             double lmax = rcc->lmax[pict_type];
2472             double diff;
2473
2474             /* Adjust ABR buffer based on distance to the end of the video. */
2475             if( rcc->num_entries > h->i_frame )
2476             {
2477                 double final_bits = rcc->entry_out[rcc->num_entries-1]->expected_bits;
2478                 double video_pos = rce.expected_bits / final_bits;
2479                 double scale_factor = sqrt( (1 - video_pos) * rcc->num_entries );
2480                 abr_buffer *= 0.5 * X264_MAX( scale_factor, 0.5 );
2481             }
2482
2483             diff = predicted_bits - rce.expected_bits;
2484             q = rce.new_qscale;
2485             q /= x264_clip3f((abr_buffer - diff) / abr_buffer, .5, 2);
2486             if( h->i_frame >= rcc->fps && rcc->expected_bits_sum >= 1 )
2487             {
2488                 /* Adjust quant based on the difference between
2489                  * achieved and expected bitrate so far */
2490                 double cur_time = (double)h->i_frame / rcc->num_entries;
2491                 double w = x264_clip3f( cur_time*100, 0.0, 1.0 );
2492                 q *= pow( (double)total_bits / rcc->expected_bits_sum, w );
2493             }
2494             rcc->qp_novbv = qscale2qp( q );
2495             if( rcc->b_vbv )
2496             {
2497                 /* Do not overflow vbv */
2498                 double expected_size = qscale2bits( &rce, q );
2499                 double expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2500                 double expected_fullness = rce.expected_vbv / rcc->buffer_size;
2501                 double qmax = q*(2 - expected_fullness);
2502                 double size_constraint = 1 + expected_fullness;
2503                 qmax = X264_MAX( qmax, rce.new_qscale );
2504                 if( expected_fullness < .05 )
2505                     qmax = lmax;
2506                 qmax = X264_MIN(qmax, lmax);
2507                 while( ((expected_vbv < rce.expected_vbv/size_constraint) && (q < qmax)) ||
2508                         ((expected_vbv < 0) && (q < lmax)))
2509                 {
2510                     q *= 1.05;
2511                     expected_size = qscale2bits(&rce, q);
2512                     expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2513                 }
2514                 rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2515             }
2516             q = x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2517         }
2518         else /* 1pass ABR */
2519         {
2520             /* Calculate the quantizer which would have produced the desired
2521              * average bitrate if it had been applied to all frames so far.
2522              * Then modulate that quant based on the current frame's complexity
2523              * relative to the average complexity so far (using the 2pass RCEQ).
2524              * Then bias the quant up or down if total size so far was far from
2525              * the target.
2526              * Result: Depending on the value of rate_tolerance, there is a
2527              * tradeoff between quality and bitrate precision. But at large
2528              * tolerances, the bit distribution approaches that of 2pass. */
2529
2530             double wanted_bits, overflow = 1;
2531
2532             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2533             rcc->short_term_cplxsum *= 0.5;
2534             rcc->short_term_cplxcount *= 0.5;
2535             rcc->short_term_cplxsum += rcc->last_satd / (CLIP_DURATION(h->fenc->f_duration) / BASE_FRAME_DURATION);
2536             rcc->short_term_cplxcount ++;
2537
2538             rce.tex_bits = rcc->last_satd;
2539             rce.blurred_complexity = rcc->short_term_cplxsum / rcc->short_term_cplxcount;
2540             rce.mv_bits = 0;
2541             rce.p_count = rcc->nmb;
2542             rce.i_count = 0;
2543             rce.s_count = 0;
2544             rce.qscale = 1;
2545             rce.pict_type = pict_type;
2546             rce.i_duration = h->fenc->i_duration;
2547
2548             if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
2549             {
2550                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->rate_factor_constant, h->fenc->i_frame );
2551             }
2552             else
2553             {
2554                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->wanted_bits_window / rcc->cplxr_sum, h->fenc->i_frame );
2555
2556                 /* ABR code can potentially be counterproductive in CBR, so just don't bother.
2557                  * Don't run it if the frame complexity is zero either. */
2558                 if( !rcc->b_vbv_min_rate && rcc->last_satd )
2559                 {
2560                     // FIXME is it simpler to keep track of wanted_bits in ratecontrol_end?
2561                     int i_frame_done = h->i_frame;
2562                     double time_done = i_frame_done / rcc->fps;
2563                     if( h->param.b_vfr_input && i_frame_done > 0 )
2564                         time_done = ((double)(h->fenc->i_reordered_pts - h->i_reordered_pts_delay)) * h->param.i_timebase_num / h->param.i_timebase_den;
2565                     wanted_bits = time_done * rcc->bitrate;
2566                     if( wanted_bits > 0 )
2567                     {
2568                         abr_buffer *= X264_MAX( 1, sqrt( time_done ) );
2569                         overflow = x264_clip3f( 1.0 + (predicted_bits - wanted_bits) / abr_buffer, .5, 2 );
2570                         q *= overflow;
2571                     }
2572                 }
2573             }
2574
2575             if( pict_type == SLICE_TYPE_I && h->param.i_keyint_max > 1
2576                 /* should test _next_ pict type, but that isn't decided yet */
2577                 && rcc->last_non_b_pict_type != SLICE_TYPE_I )
2578             {
2579                 q = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
2580                 q /= fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2581             }
2582             else if( h->i_frame > 0 )
2583             {
2584                 if( h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CRF )
2585                 {
2586                     /* Asymmetric clipping, because symmetric would prevent
2587                      * overflow control in areas of rapidly oscillating complexity */
2588                     double lmin = rcc->last_qscale_for[pict_type] / rcc->lstep;
2589                     double lmax = rcc->last_qscale_for[pict_type] * rcc->lstep;
2590                     if( overflow > 1.1 && h->i_frame > 3 )
2591                         lmax *= rcc->lstep;
2592                     else if( overflow < 0.9 )
2593                         lmin /= rcc->lstep;
2594
2595                     q = x264_clip3f(q, lmin, lmax);
2596                 }
2597             }
2598             else if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && rcc->qcompress != 1 )
2599             {
2600                 q = qp2qscale( ABR_INIT_QP ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2601             }
2602             rcc->qp_novbv = qscale2qp( q );
2603
2604             //FIXME use get_diff_limited_q() ?
2605             q = clip_qscale( h, pict_type, q );
2606         }
2607
2608         rcc->last_qscale_for[pict_type] =
2609         rcc->last_qscale = q;
2610
2611         if( !(rcc->b_2pass && !rcc->b_vbv) && h->fenc->i_frame == 0 )
2612             rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P] = q * fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2613
2614         if( rcc->b_2pass )
2615             rcc->frame_size_planned = qscale2bits( &rce, q );
2616         else
2617             rcc->frame_size_planned = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2618
2619         /* Always use up the whole VBV in this case. */
2620         if( rcc->single_frame_vbv )
2621             rcc->frame_size_planned = rcc->buffer_rate;
2622         /* Limit planned size by MinCR */
2623         if( rcc->b_vbv )
2624             rcc->frame_size_planned = X264_MIN( rcc->frame_size_planned, rcc->frame_size_maximum );
2625         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2626         return q;
2627     }
2628 }
2629
2630 static void x264_threads_normalize_predictors( x264_t *h )
2631 {
2632     double totalsize = 0;
2633     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2634         totalsize += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2635     double factor = h->rc->frame_size_planned / totalsize;
2636     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2637         h->thread[i]->rc->slice_size_planned *= factor;
2638 }
2639
2640 void x264_threads_distribute_ratecontrol( x264_t *h )
2641 {
2642     int row;
2643     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2644     x264_emms();
2645     float qscale = qp2qscale( rc->qpm );
2646
2647     /* Initialize row predictors */
2648     if( h->i_frame == 0 )
2649         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2650         {
2651             x264_t *t = h->thread[i];
2652             if( t != h )
2653                 memcpy( t->rc->row_preds, rc->row_preds, sizeof(rc->row_preds) );
2654         }
2655
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, rc, offsetof(x264_ratecontrol_t, row_pred) );
2661         t->rc->row_pred = t->rc->row_preds[h->sh.i_type];
2662         /* Calculate the planned slice size. */
2663         if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2664         {
2665             int size = 0;
2666             for( row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2667                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2668             t->rc->slice_size_planned = predict_size( &rc->pred[h->sh.i_type + (i+1)*5], qscale, size );
2669         }
2670         else
2671             t->rc->slice_size_planned = 0;
2672     }
2673     if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2674     {
2675         x264_threads_normalize_predictors( h );
2676
2677         if( rc->single_frame_vbv )
2678         {
2679             /* Compensate for our max frame error threshold: give more bits (proportionally) to smaller slices. */
2680             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2681             {
2682                 x264_t *t = h->thread[i];
2683                 float max_frame_error = x264_clip3f( 1.0 / (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start), 0.05, 0.25 );
2684                 t->rc->slice_size_planned += 2 * max_frame_error * rc->frame_size_planned;
2685             }
2686             x264_threads_normalize_predictors( h );
2687         }
2688
2689         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2690             h->thread[i]->rc->frame_size_estimated = h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2691     }
2692 }
2693
2694 void x264_threads_merge_ratecontrol( x264_t *h )
2695 {
2696     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2697     x264_emms();
2698
2699     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2700     {
2701         x264_t *t = h->thread[i];
2702         x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[i]->rc;
2703         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size )
2704         {
2705             int size = 0;
2706             for( int row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2707                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2708             int bits = t->stat.frame.i_mv_bits + t->stat.frame.i_tex_bits + t->stat.frame.i_misc_bits;
2709             int mb_count = (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) * h->mb.i_mb_width;
2710             update_predictor( &rc->pred[h->sh.i_type+(i+1)*5], qp2qscale( rct->qpa_rc/mb_count ), size, bits );
2711         }
2712         if( !i )
2713             continue;
2714         rc->qpa_rc += rct->qpa_rc;
2715         rc->qpa_aq += rct->qpa_aq;
2716     }
2717 }
2718
2719 void x264_thread_sync_ratecontrol( x264_t *cur, x264_t *prev, x264_t *next )
2720 {
2721     if( cur != prev )
2722     {
2723 #define COPY(var) memcpy(&cur->rc->var, &prev->rc->var, sizeof(cur->rc->var))
2724         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_start()
2725          * so copy them from the context that most recently started (prev)
2726          * to the context that's about to start (cur). */
2727         COPY(accum_p_qp);
2728         COPY(accum_p_norm);
2729         COPY(last_satd);
2730         COPY(last_rceq);
2731         COPY(last_qscale_for);
2732         COPY(last_non_b_pict_type);
2733         COPY(short_term_cplxsum);
2734         COPY(short_term_cplxcount);
2735         COPY(bframes);
2736         COPY(prev_zone);
2737         COPY(mbtree.qpbuf_pos);
2738         /* these vars can be updated by x264_ratecontrol_init_reconfigurable */
2739         COPY(bitrate);
2740         COPY(buffer_size);
2741         COPY(buffer_rate);
2742         COPY(vbv_max_rate);
2743         COPY(single_frame_vbv);
2744         COPY(cbr_decay);
2745         COPY(rate_factor_constant);
2746         COPY(rate_factor_max_increment);
2747 #undef COPY
2748     }
2749     if( cur != next )
2750     {
2751 #define COPY(var) next->rc->var = cur->rc->var
2752         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_end()
2753          * so copy them from the context that most recently ended (cur)
2754          * to the context that's about to end (next) */
2755         COPY(cplxr_sum);
2756         COPY(expected_bits_sum);
2757         COPY(filler_bits_sum);
2758         COPY(wanted_bits_window);
2759         COPY(bframe_bits);
2760         COPY(initial_cpb_removal_delay);
2761         COPY(initial_cpb_removal_delay_offset);
2762         COPY(nrt_first_access_unit);
2763         COPY(previous_cpb_final_arrival_time);
2764 #undef COPY
2765     }
2766     //FIXME row_preds[] (not strictly necessary, but would improve prediction)
2767     /* the rest of the variables are either constant or thread-local */
2768 }
2769
2770 static int find_underflow( x264_t *h, double *fills, int *t0, int *t1, int over )
2771 {
2772     /* find an interval ending on an overflow or underflow (depending on whether
2773      * we're adding or removing bits), and starting on the earliest frame that
2774      * can influence the buffer fill of that end frame. */
2775     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2776     const double buffer_min = .1 * rcc->buffer_size;
2777     const double buffer_max = .9 * rcc->buffer_size;
2778     double fill = fills[*t0-1];
2779     double parity = over ? 1. : -1.;
2780     int start = -1, end = -1;
2781     for( int i = *t0; i < rcc->num_entries; i++ )
2782     {
2783         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 -
2784                  qscale2bits( rcc->entry_out[i], rcc->entry_out[i]->new_qscale )) * parity;
2785         fill = x264_clip3f(fill, 0, rcc->buffer_size);
2786         fills[i] = fill;
2787         if( fill <= buffer_min || i == 0 )
2788         {
2789             if( end >= 0 )
2790                 break;
2791             start = i;
2792         }
2793         else if( fill >= buffer_max && start >= 0 )
2794             end = i;
2795     }
2796     *t0 = start;
2797     *t1 = end;
2798     return start >= 0 && end >= 0;
2799 }
2800
2801 static int fix_underflow( x264_t *h, int t0, int t1, double adjustment, double qscale_min, double qscale_max )
2802 {
2803     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2804     double qscale_orig, qscale_new;
2805     int adjusted = 0;
2806     if( t0 > 0 )
2807         t0++;
2808     for( int i = t0; i <= t1; i++ )
2809     {
2810         qscale_orig = rcc->entry_out[i]->new_qscale;
2811         qscale_orig = x264_clip3f( qscale_orig, qscale_min, qscale_max );
2812         qscale_new  = qscale_orig * adjustment;
2813         qscale_new  = x264_clip3f( qscale_new, qscale_min, qscale_max );
2814         rcc->entry_out[i]->new_qscale = qscale_new;
2815         adjusted = adjusted || (qscale_new != qscale_orig);
2816     }
2817     return adjusted;
2818 }
2819
2820 static double count_expected_bits( x264_t *h )
2821 {
2822     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2823     double expected_bits = 0;
2824     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2825     {
2826         ratecontrol_entry_t *rce = rcc->entry_out[i];
2827         rce->expected_bits = expected_bits;
2828         expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2829     }
2830     return expected_bits;
2831 }
2832
2833 static int vbv_pass2( x264_t *h, double all_available_bits )
2834 {
2835     /* for each interval of buffer_full .. underflow, uniformly increase the qp of all
2836      * frames in the interval until either buffer is full at some intermediate frame or the
2837      * last frame in the interval no longer underflows.  Recompute intervals and repeat.
2838      * Then do the converse to put bits back into overflow areas until target size is met */
2839
2840     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2841     double *fills;
2842     double expected_bits = 0;
2843     double adjustment;
2844     double prev_bits = 0;
2845     int t0, t1;
2846     double qscale_min = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
2847     double qscale_max = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
2848     int iterations = 0;
2849     int adj_min, adj_max;
2850     CHECKED_MALLOC( fills, (rcc->num_entries+1)*sizeof(double) );
2851
2852     fills++;
2853
2854     /* adjust overall stream size */
2855     do
2856     {
2857         iterations++;
2858         prev_bits = expected_bits;
2859
2860         if( expected_bits )
2861         {   /* not first iteration */
2862             adjustment = X264_MAX(X264_MIN(expected_bits / all_available_bits, 0.999), 0.9);
2863             fills[-1] = rcc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init;
2864             t0 = 0;
2865             /* fix overflows */
2866             adj_min = 1;
2867             while(adj_min && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 1 ))
2868             {
2869                 adj_min = fix_underflow( h, t0, t1, adjustment, qscale_min, qscale_max );
2870                 t0 = t1;
2871             }
2872         }
2873
2874         fills[-1] = rcc->buffer_size * (1. - h->param.rc.f_vbv_buffer_init);
2875         t0 = 0;
2876         /* fix underflows -- should be done after overflow, as we'd better undersize target than underflowing VBV */
2877         adj_max = 1;
2878         while( adj_max && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 0 ) )
2879             adj_max = fix_underflow( h, t0, t1, 1.001, qscale_min, qscale_max );
2880
2881         expected_bits = count_expected_bits( h );
2882     } while( (expected_bits < .995*all_available_bits) && ((int64_t)(expected_bits+.5) > (int64_t)(prev_bits+.5)) );
2883
2884     if( !adj_max )
2885         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "vbv-maxrate issue, qpmax or vbv-maxrate too low\n");
2886
2887     /* store expected vbv filling values for tracking when encoding */
2888     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2889         rcc->entry_out[i]->expected_vbv = rcc->buffer_size - fills[i];
2890
2891     x264_free( fills-1 );
2892     return 0;
2893 fail:
2894     return -1;
2895 }
2896
2897 static int init_pass2( x264_t *h )
2898 {
2899     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2900     uint64_t all_const_bits = 0;
2901     double timescale = (double)h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
2902     double duration = 0;
2903     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2904         duration += rcc->entry[i].i_duration;
2905     duration *= timescale;
2906     uint64_t all_available_bits = h->param.rc.i_bitrate * 1000. * duration;
2907     double rate_factor, step_mult;
2908     double qblur = h->param.rc.f_qblur;
2909     double cplxblur = h->param.rc.f_complexity_blur;
2910     const int filter_size = (int)(qblur*4) | 1;
2911     double expected_bits;
2912     double *qscale, *blurred_qscale;
2913     double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
2914
2915     /* find total/average complexity & const_bits */
2916     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2917     {
2918         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2919         all_const_bits += rce->misc_bits;
2920     }
2921
2922     if( all_available_bits < all_const_bits)
2923     {
2924         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "requested bitrate is too low. estimated minimum is %d kbps\n",
2925                  (int)(all_const_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.)) );
2926         return -1;
2927     }
2928
2929     /* Blur complexities, to reduce local fluctuation of QP.
2930      * We don't blur the QPs directly, because then one very simple frame
2931      * could drag down the QP of a nearby complex frame and give it more
2932      * bits than intended. */
2933     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2934     {
2935         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2936         double weight_sum = 0;
2937         double cplx_sum = 0;
2938         double weight = 1.0;
2939         double gaussian_weight;
2940         /* weighted average of cplx of future frames */
2941         for( int j = 1; j < cplxblur*2 && j < rcc->num_entries-i; j++ )
2942         {
2943             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i+j];
2944             double frame_duration = CLIP_DURATION(rcj->i_duration * timescale) / BASE_FRAME_DURATION;
2945             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2946             if( weight < .0001 )
2947                 break;
2948             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2949             weight_sum += gaussian_weight;
2950             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits) / frame_duration;
2951         }
2952         /* weighted average of cplx of past frames */
2953         weight = 1.0;
2954         for( int j = 0; j <= cplxblur*2 && j <= i; j++ )
2955         {
2956             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i-j];
2957             double frame_duration = CLIP_DURATION(rcj->i_duration * timescale) / BASE_FRAME_DURATION;
2958             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2959             weight_sum += gaussian_weight;
2960             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits) / frame_duration;
2961             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2962             if( weight < .0001 )
2963                 break;
2964         }
2965         rce->blurred_complexity = cplx_sum / weight_sum;
2966     }
2967
2968     CHECKED_MALLOC( qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2969     if( filter_size > 1 )
2970         CHECKED_MALLOC( blurred_qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2971     else
2972         blurred_qscale = qscale;
2973
2974     /* Search for a factor which, when multiplied by the RCEQ values from
2975      * each frame, adds up to the desired total size.
2976      * There is no exact closed-form solution because of VBV constraints and
2977      * because qscale2bits is not invertible, but we can start with the simple
2978      * approximation of scaling the 1st pass by the ratio of bitrates.
2979      * The search range is probably overkill, but speed doesn't matter here. */
2980
2981     expected_bits = 1;
2982     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2983     {
2984         double q = get_qscale(h, &rcc->entry[i], 1.0, i);
2985         expected_bits += qscale2bits(&rcc->entry[i], q);
2986         rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = q;
2987     }
2988     step_mult = all_available_bits / expected_bits;
2989
2990     rate_factor = 0;
2991     for( double step = 1E4 * step_mult; step > 1E-7 * step_mult; step *= 0.5)
2992     {
2993         expected_bits = 0;
2994         rate_factor += step;
2995
2996         rcc->last_non_b_pict_type = -1;
2997         rcc->last_accum_p_norm = 1;
2998         rcc->accum_p_norm = 0;
2999
3000         rcc->last_qscale_for[0] =
3001         rcc->last_qscale_for[1] =
3002         rcc->last_qscale_for[2] = pow( base_cplx, 1 - rcc->qcompress ) / rate_factor;
3003
3004         /* find qscale */
3005         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
3006         {
3007             qscale[i] = get_qscale( h, &rcc->entry[i], rate_factor, -1 );
3008             rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = qscale[i];
3009         }
3010
3011         /* fixed I/B qscale relative to P */
3012         for( int i = rcc->num_entries-1; i >= 0; i-- )
3013         {
3014             qscale[i] = get_diff_limited_q( h, &rcc->entry[i], qscale[i], i );
3015             assert(qscale[i] >= 0);
3016         }
3017
3018         /* smooth curve */
3019         if( filter_size > 1 )
3020         {
3021             assert( filter_size%2 == 1 );
3022             for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
3023             {
3024                 ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
3025                 double q = 0.0, sum = 0.0;
3026
3027                 for( int j = 0; j < filter_size; j++ )
3028                 {
3029                     int idx = i+j-filter_size/2;
3030                     double d = idx-i;
3031                     double coeff = qblur==0 ? 1.0 : exp( -d*d/(qblur*qblur) );
3032                     if( idx < 0 || idx >= rcc->num_entries )
3033                         continue;
3034                     if( rce->pict_type != rcc->entry[idx].pict_type )
3035                         continue;
3036                     q += qscale[idx] * coeff;
3037                     sum += coeff;
3038                 }
3039                 blurred_qscale[i] = q/sum;
3040             }
3041         }
3042
3043         /* find expected bits */
3044         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
3045         {
3046             ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
3047             rce->new_qscale = clip_qscale( h, rce->pict_type, blurred_qscale[i] );
3048             assert(rce->new_qscale >= 0);
3049             expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
3050         }
3051
3052         if( expected_bits > all_available_bits )
3053             rate_factor -= step;
3054     }
3055
3056     x264_free( qscale );
3057     if( filter_size > 1 )
3058         x264_free( blurred_qscale );
3059
3060     if( rcc->b_vbv )
3061         if( vbv_pass2( h, all_available_bits ) )
3062             return -1;
3063     expected_bits = count_expected_bits( h );
3064
3065     if( fabs( expected_bits/all_available_bits - 1.0 ) > 0.01 )
3066     {
3067         double avgq = 0;
3068         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
3069             avgq += rcc->entry[i].new_qscale;
3070         avgq = qscale2qp( avgq / rcc->num_entries );
3071
3072         if( expected_bits > all_available_bits || !rcc->b_vbv )
3073             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "Error: 2pass curve failed to converge\n" );
3074         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "target: %.2f kbit/s, expected: %.2f kbit/s, avg QP: %.4f\n",
3075                   (float)h->param.rc.i_bitrate,
3076                   expected_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.),
3077                   avgq );
3078         if( expected_bits < all_available_bits && avgq < h->param.rc.i_qp_min + 2 )
3079         {
3080             if( h->param.rc.i_qp_min > 0 )
3081                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate or reducing qp_min (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_min );
3082             else
3083                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate\n" );
3084         }
3085         else if( expected_bits > all_available_bits && avgq > h->param.rc.i_qp_max - 2 )
3086         {
3087             if( h->param.rc.i_qp_max < QP_MAX )
3088                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate or increasing qp_max (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_max );
3089             else
3090                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate\n");
3091         }
3092         else if( !(rcc->b_2pass && rcc->b_vbv) )
3093             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "internal error\n" );
3094     }
3095
3096     return 0;
3097 fail:
3098     return -1;
3099 }