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

   1 /*****************************************************************************
   2  * ratecontrol.c: ratecontrol
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 2005-2011 x264 project
   5  *
   6  * Authors: Loren Merritt <lorenm@u.washington.edu>
   7  *          Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
   8  *          Gabriel Bouvigne <gabriel.bouvigne@joost.com>
   9  *          Fiona Glaser <fiona@x264.com>
  10  *          Måns Rullgård <mru@mru.ath.cx>
  11  *
  12  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  13  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  14  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  15  * (at your option) any later version.
  16  *
  17  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  20  * GNU General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  23  * along with this program; if not, write to the Free Software
  24  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02111, USA.
  25  *
  26  * This program is also available under a commercial proprietary license.
  27  * For more information, contact us at licensing@x264.com.
  28  *****************************************************************************/
  29
  30 #define _ISOC99_SOURCE
  31 #undef NDEBUG // always check asserts, the speed effect is far too small to disable them
  32
  33 #include "common/common.h"
  34 #include "ratecontrol.h"
  35 #include "me.h"
  36
  37 typedef struct
  38 {
  39     int pict_type;
  40     int frame_type;
  41     int kept_as_ref;
  42     double qscale;
  43     int mv_bits;
  44     int tex_bits;
  45     int misc_bits;
  46     uint64_t expected_bits; /*total expected bits up to the current frame (current one excluded)*/
  47     double expected_vbv;
  48     double new_qscale;
  49     int new_qp;
  50     int i_count;
  51     int p_count;
  52     int s_count;
  53     float blurred_complexity;
  54     char direct_mode;
  55     int16_t weight[3][2];
  56     int16_t i_weight_denom[2];
  57     int refcount[16];
  58     int refs;
  59     int64_t i_duration;
  60     int64_t i_cpb_duration;
  61 } ratecontrol_entry_t;
  62
  63 typedef struct
  64 {
  65     double coeff;
  66     double count;
  67     double decay;
  68     double offset;
  69 } predictor_t;
  70
  71 struct x264_ratecontrol_t
  72 {
  73     /* constants */
  74     int b_abr;
  75     int b_2pass;
  76     int b_vbv;
  77     int b_vbv_min_rate;
  78     double fps;
  79     double bitrate;
  80     double rate_tolerance;
  81     double qcompress;
  82     int nmb;                    /* number of macroblocks in a frame */
  83     int qp_constant[3];
  84
  85     /* current frame */
  86     ratecontrol_entry_t *rce;
  87     int qp;                     /* qp for current frame */
  88     float qpm;                  /* qp for current macroblock: precise float for AQ */
  89     float qpa_rc;               /* average of macroblocks' qp before aq */
  90     float qpa_aq;               /* average of macroblocks' qp after aq */
  91     float qp_novbv;             /* QP for the current frame if 1-pass VBV was disabled. */
  92
  93     /* VBV stuff */
  94     double buffer_size;
  95     int64_t buffer_fill_final;
  96     double buffer_fill;         /* planned buffer, if all in-progress frames hit their bit budget */
  97     double buffer_rate;         /* # of bits added to buffer_fill after each frame */
  98     double vbv_max_rate;        /* # of bits added to buffer_fill per second */
  99     predictor_t *pred;          /* predict frame size from satd */
 100     int single_frame_vbv;
 101     double rate_factor_max_increment; /* Don't allow RF above (CRF + this value). */
 102
 103     /* ABR stuff */
 104     int    last_satd;
 105     double last_rceq;
 106     double cplxr_sum;           /* sum of bits*qscale/rceq */
 107     double expected_bits_sum;   /* sum of qscale2bits after rceq, ratefactor, and overflow, only includes finished frames */
 108     int64_t filler_bits_sum;    /* sum in bits of finished frames' filler data */
 109     double wanted_bits_window;  /* target bitrate * window */
 110     double cbr_decay;
 111     double short_term_cplxsum;
 112     double short_term_cplxcount;
 113     double rate_factor_constant;
 114     double ip_offset;
 115     double pb_offset;
 116
 117     /* 2pass stuff */
 118     FILE *p_stat_file_out;
 119     char *psz_stat_file_tmpname;
 120     FILE *p_mbtree_stat_file_out;
 121     char *psz_mbtree_stat_file_tmpname;
 122     char *psz_mbtree_stat_file_name;
 123     FILE *p_mbtree_stat_file_in;
 124
 125     int num_entries;            /* number of ratecontrol_entry_ts */
 126     ratecontrol_entry_t *entry; /* FIXME: copy needed data and free this once init is done */
 127     double last_qscale;
 128     double last_qscale_for[3];  /* last qscale for a specific pict type, used for max_diff & ipb factor stuff */
 129     int last_non_b_pict_type;
 130     double accum_p_qp;          /* for determining I-frame quant */
 131     double accum_p_norm;
 132     double last_accum_p_norm;
 133     double lmin[3];             /* min qscale by frame type */
 134     double lmax[3];
 135     double lstep;               /* max change (multiply) in qscale per frame */
 136     uint16_t *qp_buffer[2];     /* Global buffers for converting MB-tree quantizer data. */
 137     int qpbuf_pos;              /* In order to handle pyramid reordering, QP buffer acts as a stack.
 138                                  * This value is the current position (0 or 1). */
 139
 140     /* MBRC stuff */
 141     float frame_size_estimated; /* Access to this variable must be atomic: double is
 142                                  * not atomic on all arches we care about */
 143     double frame_size_maximum;  /* Maximum frame size due to MinCR */
 144     double frame_size_planned;
 145     double slice_size_planned;
 146     predictor_t (*row_pred)[2];
 147     predictor_t row_preds[3][2];
 148     predictor_t *pred_b_from_p; /* predict B-frame size from P-frame satd */
 149     int bframes;                /* # consecutive B-frames before this P-frame */
 150     int bframe_bits;            /* total cost of those frames */
 151
 152     int i_zones;
 153     x264_zone_t *zones;
 154     x264_zone_t *prev_zone;
 155
 156     /* hrd stuff */
 157     int initial_cpb_removal_delay;
 158     int initial_cpb_removal_delay_offset;
 159     double nrt_first_access_unit; /* nominal removal time */
 160     double previous_cpb_final_arrival_time;
 161     uint64_t hrd_multiply_denom;
 162 };
 163
 164
 165 static int parse_zones( x264_t *h );
 166 static int init_pass2(x264_t *);
 167 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h );
 168 static int update_vbv( x264_t *h, int bits );
 169 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead );
 170 static double predict_size( predictor_t *p, double q, double var );
 171 static void update_predictor( predictor_t *p, double q, double var, double bits );
 172
 173 #define CMP_OPT_FIRST_PASS( opt, param_val )\
 174 {\
 175     if( ( p = strstr( opts, opt "=" ) ) && sscanf( p, opt "=%d" , &i ) && param_val != i )\
 176     {\
 177         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different " opt " setting than first pass (%d vs %d)\n", param_val, i );\
 178         return -1;\
 179     }\
 180 }
 181
 182 /* Terminology:
 183  * qp = h.264's quantizer
 184  * qscale = linearized quantizer = Lagrange multiplier
 185  */
 186 static inline double qp2qscale( double qp )
 187 {
 188     return 0.85 * pow( 2.0, ( qp - 12.0 ) / 6.0 );
 189 }
 190 static inline double qscale2qp( double qscale )
 191 {
 192     return 12.0 + 6.0 * log2( qscale/0.85 );
 193 }
 194
 195 /* Texture bitrate is not quite inversely proportional to qscale,
 196  * probably due the the changing number of SKIP blocks.
 197  * MV bits level off at about qp<=12, because the lambda used
 198  * for motion estimation is constant there. */
 199 static inline double qscale2bits( ratecontrol_entry_t *rce, double qscale )
 200 {
 201     if( qscale<0.1 )
 202         qscale = 0.1;
 203     return (rce->tex_bits + .1) * pow( rce->qscale / qscale, 1.1 )
 204            + rce->mv_bits * pow( X264_MAX(rce->qscale, 1) / X264_MAX(qscale, 1), 0.5 )
 205            + rce->misc_bits;
 206 }
 207
 208 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_var( uint64_t sum_ssd, int shift, x264_frame_t *frame, int i )
 209 {
 210     uint32_t sum = sum_ssd;
 211     uint32_t ssd = sum_ssd >> 32;
 212     frame->i_pixel_sum[i] += sum;
 213     frame->i_pixel_ssd[i] += ssd;
 214     return ssd - ((uint64_t)sum * sum >> shift);
 215 }
 216
 217 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_plane( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame, int i )
 218 {
 219     int w = i ? 8 : 16;
 220     int stride = frame->i_stride[i];
 221     int offset = h->mb.b_interlaced
 222         ? 16 * mb_x + w * (mb_y&~1) * stride + (mb_y&1) * stride
 223         : 16 * mb_x + w * mb_y * stride;
 224     stride <<= h->mb.b_interlaced;
 225     if( i )
 226     {
 227         ALIGNED_ARRAY_16( pixel, pix,[FENC_STRIDE*8] );
 228         h->mc.load_deinterleave_8x8x2_fenc( pix, frame->plane[1] + offset, stride );
 229         return ac_energy_var( h->pixf.var[PIXEL_8x8]( pix, FENC_STRIDE ), 6, frame, 1 )
 230              + ac_energy_var( h->pixf.var[PIXEL_8x8]( pix+FENC_STRIDE/2, FENC_STRIDE ), 6, frame, 2 );
 231     }
 232     else
 233         return ac_energy_var( h->pixf.var[PIXEL_16x16]( frame->plane[0] + offset, stride ), 8, frame, 0 );
 234 }
 235
 236 // Find the total AC energy of the block in all planes.
 237 static NOINLINE uint32_t x264_ac_energy_mb( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame )
 238 {
 239     /* This function contains annoying hacks because GCC has a habit of reordering emms
 240      * and putting it after floating point ops.  As a result, we put the emms at the end of the
 241      * function and make sure that its always called before the float math.  Noinline makes
 242      * sure no reordering goes on. */
 243     uint32_t var = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0 );
 244     var         += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1 );
 245     x264_emms();
 246     return var;
 247 }
 248
 249 void x264_adaptive_quant_frame( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 250 {
 251     /* constants chosen to result in approximately the same overall bitrate as without AQ.
 252      * FIXME: while they're written in 5 significant digits, they're only tuned to 2. */
 253     float strength;
 254     float avg_adj = 0.f;
 255     /* Initialize frame stats */
 256     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 257     {
 258         frame->i_pixel_sum[i] = 0;
 259         frame->i_pixel_ssd[i] = 0;
 260     }
 261
 262     /* Degenerate cases */
 263     if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_NONE || h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 264     {
 265         /* Need to init it anyways for MB tree */
 266         if( h->param.rc.i_aq_mode && h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 267         {
 268             if( quant_offsets )
 269             {
 270                 for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 271                     frame->f_qp_offset[mb_xy] = frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = quant_offsets[mb_xy];
 272                 if( h->frames.b_have_lowres )
 273                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 274                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8( frame->f_qp_offset[mb_xy] );
 275             }
 276             else
 277             {
 278                 memset( frame->f_qp_offset, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 279                 memset( frame->f_qp_offset_aq, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 280                 if( h->frames.b_have_lowres )
 281                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 282                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = 256;
 283             }
 284         }
 285         /* Need variance data for weighted prediction */
 286         if( h->param.analyse.i_weighted_pred )
 287         {
 288             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 289                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 290                     x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 291         }
 292         else
 293             return;
 294     }
 295     /* Actual adaptive quantization */
 296     else
 297     {
 298         if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 299         {
 300             float bit_depth_correction = powf(1 << (BIT_DEPTH-8), 0.5f);
 301             float avg_adj_pow2 = 0.f;
 302             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 303                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 304                 {
 305                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 306                     float qp_adj = powf( energy + 1, 0.125f );
 307                     frame->f_qp_offset[mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride] = qp_adj;
 308                     avg_adj += qp_adj;
 309                     avg_adj_pow2 += qp_adj * qp_adj;
 310                 }
 311             avg_adj /= h->mb.i_mb_count;
 312             avg_adj_pow2 /= h->mb.i_mb_count;
 313             strength = h->param.rc.f_aq_strength * avg_adj / bit_depth_correction;
 314             avg_adj = avg_adj - 0.5f * (avg_adj_pow2 - (14.f * bit_depth_correction)) / avg_adj;
 315         }
 316         else
 317             strength = h->param.rc.f_aq_strength * 1.0397f;
 318
 319         for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
 320             for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
 321             {
 322                 float qp_adj;
 323                 int mb_xy = mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride;
 324                 if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 325                 {
 326                     qp_adj = frame->f_qp_offset[mb_xy];
 327                     qp_adj = strength * (qp_adj - avg_adj);
 328                 }
 329                 else
 330                 {
 331                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 332                     qp_adj = strength * (x264_log2( X264_MAX(energy, 1) ) - (14.427f + 2*(BIT_DEPTH-8)));
 333                 }
 334                 if( quant_offsets )
 335                     qp_adj += quant_offsets[mb_xy];
 336                 frame->f_qp_offset[mb_xy] =
 337                 frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = qp_adj;
 338                 if( h->frames.b_have_lowres )
 339                     frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8(qp_adj);
 340             }
 341     }
 342
 343     /* Remove mean from SSD calculation */
 344     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 345     {
 346         uint64_t ssd = frame->i_pixel_ssd[i];
 347         uint64_t sum = frame->i_pixel_sum[i];
 348         int width = h->mb.i_mb_width*16>>!!i;
 349         int height = h->mb.i_mb_height*16>>!!i;
 350         frame->i_pixel_ssd[i] = ssd - (sum * sum + width * height / 2) / (width * height);
 351     }
 352 }
 353
 354 int x264_macroblock_tree_read( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
 355 {
 356     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 357     uint8_t i_type_actual = rc->entry[frame->i_frame].pict_type;
 358
 359     if( rc->entry[frame->i_frame].kept_as_ref )
 360     {
 361         uint8_t i_type;
 362         if( rc->qpbuf_pos < 0 )
 363         {
 364             do
 365             {
 366                 rc->qpbuf_pos++;
 367
 368                 if( !fread( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_in ) )
 369                     goto fail;
 370                 if( fread( rc->qp_buffer[rc->qpbuf_pos], sizeof(uint16_t), h->mb.i_mb_count, rc->p_mbtree_stat_file_in ) != h->mb.i_mb_count )
 371                     goto fail;
 372
 373                 if( i_type != i_type_actual && rc->qpbuf_pos == 1 )
 374                 {
 375                     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree frametype %d doesn't match actual frametype %d.\n", i_type, i_type_actual);
 376                     return -1;
 377                 }
 378             } while( i_type != i_type_actual );
 379         }
 380
 381         for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
 382         {
 383             frame->f_qp_offset[i] = ((float)(int16_t)endian_fix16( rc->qp_buffer[rc->qpbuf_pos][i] )) * (1/256.0);
 384             if( h->frames.b_have_lowres )
 385                 frame->i_inv_qscale_factor[i] = x264_exp2fix8(frame->f_qp_offset[i]);
 386         }
 387         rc->qpbuf_pos--;
 388     }
 389     else
 390         x264_stack_align( x264_adaptive_quant_frame, h, frame, quant_offsets );
 391     return 0;
 392 fail:
 393     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "Incomplete MB-tree stats file.\n");
 394     return -1;
 395 }
 396
 397 int x264_reference_build_list_optimal( x264_t *h )
 398 {
 399     ratecontrol_entry_t *rce = h->rc->rce;
 400     x264_frame_t *frames[16];
 401     x264_weight_t weights[16][3];
 402     int refcount[16];
 403
 404     if( rce->refs != h->i_ref[0] )
 405         return -1;
 406
 407     memcpy( frames, h->fref[0], sizeof(frames) );
 408     memcpy( refcount, rce->refcount, sizeof(refcount) );
 409     memcpy( weights, h->fenc->weight, sizeof(weights) );
 410     memset( &h->fenc->weight[1][0], 0, sizeof(x264_weight_t[15][3]) );
 411
 412     /* For now don't reorder ref 0; it seems to lower quality
 413        in most cases due to skips. */
 414     for( int ref = 1; ref < h->i_ref[0]; ref++ )
 415     {
 416         int max = -1;
 417         int bestref = 1;
 418
 419         for( int i = 1; i < h->i_ref[0]; i++ )
 420             /* Favor lower POC as a tiebreaker. */
 421             COPY2_IF_GT( max, refcount[i], bestref, i );
 422
 423         /* FIXME: If there are duplicates from frames other than ref0 then it is possible
 424          * that the optimal ordering doesnt place every duplicate. */
 425
 426         refcount[bestref] = -1;
 427         h->fref[0][ref] = frames[bestref];
 428         memcpy( h->fenc->weight[ref], weights[bestref], sizeof(weights[bestref]) );
 429     }
 430
 431     return 0;
 432 }
 433
 434 static char *x264_strcat_filename( char *input, char *suffix )
 435 {
 436     char *output = x264_malloc( strlen( input ) + strlen( suffix ) + 1 );
 437     if( !output )
 438         return NULL;
 439     strcpy( output, input );
 440     strcat( output, suffix );
 441     return output;
 442 }
 443
 444 void x264_ratecontrol_init_reconfigurable( x264_t *h, int b_init )
 445 {
 446     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 447     if( !b_init && rc->b_2pass )
 448         return;
 449
 450     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
 451     {
 452         /* Arbitrary rescaling to make CRF somewhat similar to QP.
 453          * Try to compensate for MB-tree's effects as well. */
 454         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
 455         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
 456         rc->rate_factor_constant = pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
 457                                  / qp2qscale( h->param.rc.f_rf_constant + mbtree_offset + QP_BD_OFFSET );
 458     }
 459
 460     if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate > 0 && h->param.rc.i_vbv_buffer_size > 0 )
 461     {
 462         /* We don't support changing the ABR bitrate right now,
 463            so if the stream starts as CBR, keep it CBR. */
 464         if( rc->b_vbv_min_rate )
 465             h->param.rc.i_vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_bitrate;
 466
 467         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size < (int)(h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps) )
 468         {
 469             h->param.rc.i_vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps;
 470             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV buffer size cannot be smaller than one frame, using %d kbit\n",
 471                       h->param.rc.i_vbv_buffer_size );
 472         }
 473
 474         int vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_buffer_size * 1000;
 475         int vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate * 1000;
 476
 477         /* Init HRD */
 478         if( h->param.i_nal_hrd && b_init )
 479         {
 480             h->sps->vui.hrd.i_cpb_cnt = 1;
 481             h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd = h->param.i_nal_hrd == X264_NAL_HRD_CBR;
 482             h->sps->vui.hrd.i_time_offset_length = 0;
 483
 484             #define BR_SHIFT  6
 485             #define CPB_SHIFT 4
 486
 487             int bitrate = 1000*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate;
 488             int bufsize = 1000*h->param.rc.i_vbv_buffer_size;
 489
 490             // normalize HRD size and rate to the value / scale notation
 491             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale = x264_clip3( x264_ctz( bitrate ) - BR_SHIFT, 0, 15 );
 492             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_value = bitrate >> ( h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale + BR_SHIFT );
 493             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 );
 494             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale = x264_clip3( x264_ctz( bufsize ) - CPB_SHIFT, 0, 15 );
 495             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_value = bufsize >> ( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale + CPB_SHIFT );
 496             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 );
 497
 498             #undef CPB_SHIFT
 499             #undef BR_SHIFT
 500
 501             // arbitrary
 502             #define MAX_DURATION 0.5
 503
 504             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 );
 505             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;
 506             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);
 507
 508             h->sps->vui.hrd.i_initial_cpb_removal_delay_length = 2 + x264_clip3( 32 - x264_clz( max_delay ), 4, 22 );
 509             h->sps->vui.hrd.i_cpb_removal_delay_length = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_cpb_output_delay ), 4, 31 );
 510             h->sps->vui.hrd.i_dpb_output_delay_length  = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_dpb_output_delay ), 4, 31 );
 511
 512             #undef MAX_DURATION
 513
 514             vbv_buffer_size = h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled;
 515             vbv_max_bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
 516         }
 517         else if( h->param.i_nal_hrd && !b_init )
 518         {
 519             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV parameters cannot be changed when NAL HRD is in use\n" );
 520             return;
 521         }
 522         h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled = vbv_max_bitrate;
 523         h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled = vbv_buffer_size;
 524
 525         if( rc->b_vbv_min_rate )
 526             rc->bitrate = h->param.rc.i_bitrate * 1000.;
 527         rc->buffer_rate = vbv_max_bitrate / rc->fps;
 528         rc->vbv_max_rate = vbv_max_bitrate;
 529         rc->buffer_size = vbv_buffer_size;
 530         rc->single_frame_vbv = rc->buffer_rate * 1.1 > rc->buffer_size;
 531         rc->cbr_decay = 1.0 - rc->buffer_rate / rc->buffer_size
 532                       * 0.5 * X264_MAX(0, 1.5 - rc->buffer_rate * rc->fps / rc->bitrate);
 533         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.f_rf_constant_max )
 534         {
 535             rc->rate_factor_max_increment = h->param.rc.f_rf_constant_max - h->param.rc.f_rf_constant;
 536             if( rc->rate_factor_max_increment <= 0 )
 537             {
 538                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CRF max must be greater than CRF\n" );
 539                 rc->rate_factor_max_increment = 0;
 540             }
 541         }
 542         if( b_init )
 543         {
 544             if( h->param.rc.f_vbv_buffer_init > 1. )
 545                 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 );
 546             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);
 547             rc->buffer_fill_final = rc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init * h->sps->vui.i_time_scale;
 548             rc->b_vbv = 1;
 549             rc->b_vbv_min_rate = !rc->b_2pass
 550                           && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR
 551                           && h->param.rc.i_vbv_max_bitrate <= h->param.rc.i_bitrate;
 552         }
 553     }
 554 }
 555
 556 int x264_ratecontrol_new( x264_t *h )
 557 {
 558     x264_ratecontrol_t *rc;
 559
 560     x264_emms();
 561
 562     CHECKED_MALLOCZERO( h->rc, h->param.i_threads * sizeof(x264_ratecontrol_t) );
 563     rc = h->rc;
 564
 565     rc->b_abr = h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CQP && !h->param.rc.b_stat_read;
 566     rc->b_2pass = h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && h->param.rc.b_stat_read;
 567
 568     /* FIXME: use integers */
 569     if( h->param.i_fps_num > 0 && h->param.i_fps_den > 0 )
 570         rc->fps = (float) h->param.i_fps_num / h->param.i_fps_den;
 571     else
 572         rc->fps = 25.0;
 573
 574     if( h->param.rc.b_mb_tree )
 575     {
 576         h->param.rc.f_pb_factor = 1;
 577         rc->qcompress = 1;
 578     }
 579     else
 580         rc->qcompress = h->param.rc.f_qcompress;
 581
 582     rc->bitrate = h->param.rc.i_bitrate * 1000.;
 583     rc->rate_tolerance = h->param.rc.f_rate_tolerance;
 584     rc->nmb = h->mb.i_mb_count;
 585     rc->last_non_b_pict_type = -1;
 586     rc->cbr_decay = 1.0;
 587
 588     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.b_stat_read )
 589     {
 590         x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "constant rate-factor is incompatible with 2pass.\n");
 591         return -1;
 592     }
 593
 594     x264_ratecontrol_init_reconfigurable( h, 1 );
 595
 596     if( h->param.i_nal_hrd )
 597     {
 598         uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
 599         uint64_t num = 180000;
 600         x264_reduce_fraction64( &num, &denom );
 601         rc->hrd_multiply_denom = 180000 / num;
 602
 603         double bits_required = log2( 180000 / rc->hrd_multiply_denom )
 604                              + log2( h->sps->vui.i_time_scale )
 605                              + log2( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled );
 606         if( bits_required >= 63 )
 607         {
 608             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "HRD with very large timescale and bufsize not supported\n" );
 609             return -1;
 610         }
 611     }
 612
 613     if( rc->rate_tolerance < 0.01 )
 614     {
 615         x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "bitrate tolerance too small, using .01\n");
 616         rc->rate_tolerance = 0.01;
 617     }
 618
 619     h->mb.b_variable_qp = rc->b_vbv || h->param.rc.i_aq_mode;
 620
 621     if( rc->b_abr )
 622     {
 623         /* FIXME ABR_INIT_QP is actually used only in CRF */
 624 #define ABR_INIT_QP (( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF ? h->param.rc.f_rf_constant : 24 ) + QP_BD_OFFSET)
 625         rc->accum_p_norm = .01;
 626         rc->accum_p_qp = ABR_INIT_QP * rc->accum_p_norm;
 627         /* estimated ratio that produces a reasonable QP for the first I-frame */
 628         rc->cplxr_sum = .01 * pow( 7.0e5, rc->qcompress ) * pow( h->mb.i_mb_count, 0.5 );
 629         rc->wanted_bits_window = 1.0 * rc->bitrate / rc->fps;
 630         rc->last_non_b_pict_type = SLICE_TYPE_I;
 631     }
 632
 633     rc->ip_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_ip_factor );
 634     rc->pb_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_pb_factor );
 635     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = h->param.rc.i_qp_constant;
 636     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant - rc->ip_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
 637     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant + rc->pb_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
 638     h->mb.ip_offset = rc->ip_offset + 0.5;
 639
 640     rc->lstep = pow( 2, h->param.rc.i_qp_step / 6.0 );
 641     rc->last_qscale = qp2qscale( 26 );
 642     int num_preds = h->param.b_sliced_threads * h->param.i_threads + 1;
 643     CHECKED_MALLOC( rc->pred, 5 * sizeof(predictor_t) * num_preds );
 644     CHECKED_MALLOC( rc->pred_b_from_p, sizeof(predictor_t) );
 645     for( int i = 0; i < 3; i++ )
 646     {
 647         rc->last_qscale_for[i] = qp2qscale( ABR_INIT_QP );
 648         rc->lmin[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
 649         rc->lmax[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
 650         for( int j = 0; j < num_preds; j++ )
 651         {
 652             rc->pred[i+j*5].coeff= 2.0;
 653             rc->pred[i+j*5].count= 1.0;
 654             rc->pred[i+j*5].decay= 0.5;
 655             rc->pred[i+j*5].offset= 0.0;
 656         }
 657         for( int j = 0; j < 2; j++ )
 658         {
 659             rc->row_preds[i][j].coeff= .25;
 660             rc->row_preds[i][j].count= 1.0;
 661             rc->row_preds[i][j].decay= 0.5;
 662             rc->row_preds[i][j].offset= 0.0;
 663         }
 664     }
 665     *rc->pred_b_from_p = rc->pred[0];
 666
 667     if( parse_zones( h ) < 0 )
 668     {
 669         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to parse zones\n" );
 670         return -1;
 671     }
 672
 673     /* Load stat file and init 2pass algo */
 674     if( h->param.rc.b_stat_read )
 675     {
 676         char *p, *stats_in, *stats_buf;
 677
 678         /* read 1st pass stats */
 679         assert( h->param.rc.psz_stat_in );
 680         stats_buf = stats_in = x264_slurp_file( h->param.rc.psz_stat_in );
 681         if( !stats_buf )
 682         {
 683             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n");
 684             return -1;
 685         }
 686         if( h->param.rc.b_mb_tree )
 687         {
 688             char *mbtree_stats_in = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_in, ".mbtree" );
 689             if( !mbtree_stats_in )
 690                 return -1;
 691             rc->p_mbtree_stat_file_in = fopen( mbtree_stats_in, "rb" );
 692             x264_free( mbtree_stats_in );
 693             if( !rc->p_mbtree_stat_file_in )
 694             {
 695                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n");
 696                 return -1;
 697             }
 698         }
 699
 700         /* check whether 1st pass options were compatible with current options */
 701         if( !strncmp( stats_buf, "#options:", 9 ) )
 702         {
 703             int i, j;
 704             uint32_t k, l;
 705             char *opts = stats_buf;
 706             stats_in = strchr( stats_buf, '\n' );
 707             if( !stats_in )
 708                 return -1;
 709             *stats_in = '\0';
 710             stats_in++;
 711             if( sscanf( opts, "#options: %dx%d", &i, &j ) != 2 )
 712             {
 713                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "resolution specified in stats file not valid\n" );
 714                 return -1;
 715             }
 716             else if( h->param.rc.b_mb_tree && (i != h->param.i_width || j != h->param.i_height)  )
 717             {
 718                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree doesn't support different resolution than 1st pass (%dx%d vs %dx%d)\n",
 719                           h->param.i_width, h->param.i_height, i, j );
 720                 return -1;
 721             }
 722
 723             if( ( p = strstr( opts, "timebase=" ) ) && sscanf( p, "timebase=%u/%u", &k, &l ) != 2 )
 724             {
 725                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase specified in stats file not valid\n" );
 726                 return -1;
 727             }
 728             if( k != h->param.i_timebase_num || l != h->param.i_timebase_den )
 729             {
 730                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase mismatch with 1st pass (%u/%u vs %u/%u)\n",
 731                           h->param.i_timebase_num, h->param.i_timebase_den, k, l );
 732                 return -1;
 733             }
 734
 735             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bitdepth", BIT_DEPTH );
 736             CMP_OPT_FIRST_PASS( "weightp", X264_MAX( 0, h->param.analyse.i_weighted_pred ) );
 737             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bframes", h->param.i_bframe );
 738             CMP_OPT_FIRST_PASS( "b_pyramid", h->param.i_bframe_pyramid );
 739             CMP_OPT_FIRST_PASS( "intra_refresh", h->param.b_intra_refresh );
 740             CMP_OPT_FIRST_PASS( "open_gop", h->param.b_open_gop );
 741             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bluray_compat", h->param.b_bluray_compat );
 742
 743             if( (p = strstr( opts, "keyint=" )) )
 744             {
 745                 p += 7;
 746                 char buf[13] = "infinite ";
 747                 if( h->param.i_keyint_max != X264_KEYINT_MAX_INFINITE )
 748                     sprintf( buf, "%d ", h->param.i_keyint_max );
 749                 if( strncmp( p, buf, strlen(buf) ) )
 750                 {
 751                     x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different keyint setting than first pass (%.*s vs %.*s)\n",
 752                               strlen(buf)-1, buf, strcspn(p, " "), p );
 753                     return -1;
 754                 }
 755             }
 756
 757             if( strstr( opts, "qp=0" ) && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
 758                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "1st pass was lossless, bitrate prediction will be inaccurate\n" );
 759
 760             if( !strstr( opts, "direct=3" ) && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
 761             {
 762                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "direct=auto not used on the first pass\n" );
 763                 h->mb.b_direct_auto_write = 1;
 764             }
 765
 766             if( ( p = strstr( opts, "b_adapt=" ) ) && sscanf( p, "b_adapt=%d", &i ) && i >= X264_B_ADAPT_NONE && i <= X264_B_ADAPT_TRELLIS )
 767                 h->param.i_bframe_adaptive = i;
 768             else if( h->param.i_bframe )
 769             {
 770                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "b_adapt method specified in stats file not valid\n" );
 771                 return -1;
 772             }
 773
 774             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 ) )
 775                 h->param.rc.i_lookahead = i;
 776         }
 777
 778         /* find number of pics */
 779         p = stats_in;
 780         int num_entries;
 781         for( num_entries = -1; p; num_entries++ )
 782             p = strchr( p + 1, ';' );
 783         if( !num_entries )
 784         {
 785             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "empty stats file\n");
 786             return -1;
 787         }
 788         rc->num_entries = num_entries;
 789
 790         if( h->param.i_frame_total < rc->num_entries && h->param.i_frame_total > 0 )
 791         {
 792             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "2nd pass has fewer frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
 793                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
 794         }
 795         if( h->param.i_frame_total > rc->num_entries )
 796         {
 797             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
 798                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
 799             return -1;
 800         }
 801
 802         CHECKED_MALLOCZERO( rc->entry, rc->num_entries * sizeof(ratecontrol_entry_t) );
 803
 804         /* init all to skipped p frames */
 805         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
 806         {
 807             ratecontrol_entry_t *rce = &rc->entry[i];
 808             rce->pict_type = SLICE_TYPE_P;
 809             rce->qscale = rce->new_qscale = qp2qscale( 20 );
 810             rce->misc_bits = rc->nmb + 10;
 811             rce->new_qp = 0;
 812         }
 813
 814         /* read stats */
 815         p = stats_in;
 816         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
 817         {
 818             ratecontrol_entry_t *rce;
 819             int frame_number;
 820             char pict_type;
 821             int e;
 822             char *next;
 823             float qp;
 824             int ref;
 825
 826             next= strchr(p, ';');
 827             if( next )
 828                 *next++ = 0; //sscanf is unbelievably slow on long strings
 829             e = sscanf( p, " in:%d ", &frame_number );
 830
 831             if( frame_number < 0 || frame_number >= rc->num_entries )
 832             {
 833                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad frame number (%d) at stats line %d\n", frame_number, i );
 834                 return -1;
 835             }
 836             rce = &rc->entry[frame_number];
 837             rce->direct_mode = 0;
 838
 839             e += sscanf( p, " in:%*d out:%*d type:%c dur:%"SCNd64" cpbdur:%"SCNd64" q:%f tex:%d mv:%d misc:%d imb:%d pmb:%d smb:%d d:%c",
 840                    &pict_type, &rce->i_duration, &rce->i_cpb_duration, &qp, &rce->tex_bits,
 841                    &rce->mv_bits, &rce->misc_bits, &rce->i_count, &rce->p_count,
 842                    &rce->s_count, &rce->direct_mode );
 843
 844             p = strstr( p, "ref:" );
 845             if( !p )
 846                 goto parse_error;
 847             p += 4;
 848             for( ref = 0; ref < 16; ref++ )
 849             {
 850                 if( sscanf( p, " %d", &rce->refcount[ref] ) != 1 )
 851                     break;
 852                 p = strchr( p+1, ' ' );
 853                 if( !p )
 854                     goto parse_error;
 855             }
 856             rce->refs = ref;
 857
 858             /* find weights */
 859             rce->i_weight_denom[0] = rce->i_weight_denom[1] = -1;
 860             char *w = strchr( p, 'w' );
 861             if( w )
 862             {
 863                 int count = sscanf( w, "w:%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd,%hd",
 864                                     &rce->i_weight_denom[0], &rce->weight[0][0], &rce->weight[0][1],
 865                                     &rce->i_weight_denom[1], &rce->weight[1][0], &rce->weight[1][1],
 866                                     &rce->weight[2][0], &rce->weight[2][1] );
 867                 if( count == 3 )
 868                     rce->i_weight_denom[1] = -1;
 869                 else if ( count != 8 )
 870                     rce->i_weight_denom[0] = rce->i_weight_denom[1] = -1;
 871             }
 872
 873             if( pict_type != 'b' )
 874                 rce->kept_as_ref = 1;
 875             switch( pict_type )
 876             {
 877                 case 'I':
 878                     rce->frame_type = X264_TYPE_IDR;
 879                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
 880                     break;
 881                 case 'i':
 882                     rce->frame_type = X264_TYPE_I;
 883                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
 884                     break;
 885                 case 'P':
 886                     rce->frame_type = X264_TYPE_P;
 887                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_P;
 888                     break;
 889                 case 'B':
 890                     rce->frame_type = X264_TYPE_BREF;
 891                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
 892                     break;
 893                 case 'b':
 894                     rce->frame_type = X264_TYPE_B;
 895                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
 896                     break;
 897                 default:  e = -1; break;
 898             }
 899             if( e < 12 )
 900             {
 901 parse_error:
 902                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "statistics are damaged at line %d, parser out=%d\n", i, e );
 903                 return -1;
 904             }
 905             rce->qscale = qp2qscale( qp );
 906             p = next;
 907         }
 908
 909         x264_free( stats_buf );
 910
 911         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
 912         {
 913             if( init_pass2( h ) < 0 )
 914                 return -1;
 915         } /* else we're using constant quant, so no need to run the bitrate allocation */
 916     }
 917
 918     /* Open output file */
 919     /* If input and output files are the same, output to a temp file
 920      * and move it to the real name only when it's complete */
 921     if( h->param.rc.b_stat_write )
 922     {
 923         char *p;
 924         rc->psz_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".temp" );
 925         if( !rc->psz_stat_file_tmpname )
 926             return -1;
 927
 928         rc->p_stat_file_out = fopen( rc->psz_stat_file_tmpname, "wb" );
 929         if( rc->p_stat_file_out == NULL )
 930         {
 931             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n");
 932             return -1;
 933         }
 934
 935         p = x264_param2string( &h->param, 1 );
 936         if( p )
 937             fprintf( rc->p_stat_file_out, "#options: %s\n", p );
 938         x264_free( p );
 939         if( h->param.rc.b_mb_tree && !h->param.rc.b_stat_read )
 940         {
 941             rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree.temp" );
 942             rc->psz_mbtree_stat_file_name = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree" );
 943             if( !rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname || !rc->psz_mbtree_stat_file_name )
 944                 return -1;
 945
 946             rc->p_mbtree_stat_file_out = fopen( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, "wb" );
 947             if( rc->p_mbtree_stat_file_out == NULL )
 948             {
 949                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n");
 950                 return -1;
 951             }
 952         }
 953     }
 954
 955     if( h->param.rc.b_mb_tree && (h->param.rc.b_stat_read || h->param.rc.b_stat_write) )
 956     {
 957         CHECKED_MALLOC( rc->qp_buffer[0], h->mb.i_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 958         if( h->param.i_bframe_pyramid && h->param.rc.b_stat_read )
 959             CHECKED_MALLOC( rc->qp_buffer[1], h->mb.i_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 960         rc->qpbuf_pos = -1;
 961     }
 962
 963     for( int i = 0; i<h->param.i_threads; i++ )
 964     {
 965         h->thread[i]->rc = rc+i;
 966         if( i )
 967         {
 968             rc[i] = rc[0];
 969             h->thread[i]->param = h->param;
 970             h->thread[i]->mb.b_variable_qp = h->mb.b_variable_qp;
 971             h->thread[i]->mb.ip_offset = h->mb.ip_offset;
 972         }
 973     }
 974
 975     return 0;
 976 fail:
 977     return -1;
 978 }
 979
 980 static int parse_zone( x264_t *h, x264_zone_t *z, char *p )
 981 {
 982     int len = 0;
 983     char *tok, UNUSED *saveptr=NULL;
 984     z->param = NULL;
 985     z->f_bitrate_factor = 1;
 986     if( 3 <= sscanf(p, "%d,%d,q=%d%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->i_qp, &len) )
 987         z->b_force_qp = 1;
 988     else if( 3 <= sscanf(p, "%d,%d,b=%f%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->f_bitrate_factor, &len) )
 989         z->b_force_qp = 0;
 990     else if( 2 <= sscanf(p, "%d,%d%n", &z->i_start, &z->i_end, &len) )
 991         z->b_force_qp = 0;
 992     else
 993     {
 994         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: \"%s\"\n", p );
 995         return -1;
 996     }
 997     p += len;
 998     if( !*p )
 999         return 0;
1000     CHECKED_MALLOC( z->param, sizeof(x264_param_t) );
1001     memcpy( z->param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
1002     z->param->param_free = x264_free;
1003     while( (tok = strtok_r( p, ",", &saveptr )) )
1004     {
1005         char *val = strchr( tok, '=' );
1006         if( val )
1007         {
1008             *val = '\0';
1009             val++;
1010         }
1011         if( x264_param_parse( z->param, tok, val ) )
1012         {
1013             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone param: %s = %s\n", tok, val );
1014             return -1;
1015         }
1016         p = NULL;
1017     }
1018     return 0;
1019 fail:
1020     return -1;
1021 }
1022
1023 static int parse_zones( x264_t *h )
1024 {
1025     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1026     if( h->param.rc.psz_zones && !h->param.rc.i_zones )
1027     {
1028         char *psz_zones, *p;
1029         CHECKED_MALLOC( psz_zones, strlen( h->param.rc.psz_zones )+1 );
1030         strcpy( psz_zones, h->param.rc.psz_zones );
1031         h->param.rc.i_zones = 1;
1032         for( p = psz_zones; *p; p++ )
1033             h->param.rc.i_zones += (*p == '/');
1034         CHECKED_MALLOC( h->param.rc.zones, h->param.rc.i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1035         p = psz_zones;
1036         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1037         {
1038             int i_tok = strcspn( p, "/" );
1039             p[i_tok] = 0;
1040             if( parse_zone( h, &h->param.rc.zones[i], p ) )
1041                 return -1;
1042             p += i_tok + 1;
1043         }
1044         x264_free( psz_zones );
1045     }
1046
1047     if( h->param.rc.i_zones > 0 )
1048     {
1049         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1050         {
1051             x264_zone_t z = h->param.rc.zones[i];
1052             if( z.i_start < 0 || z.i_start > z.i_end )
1053             {
1054                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: start=%d end=%d\n",
1055                           z.i_start, z.i_end );
1056                 return -1;
1057             }
1058             else if( !z.b_force_qp && z.f_bitrate_factor <= 0 )
1059             {
1060                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: bitrate_factor=%f\n",
1061                           z.f_bitrate_factor );
1062                 return -1;
1063             }
1064         }
1065
1066         rc->i_zones = h->param.rc.i_zones + 1;
1067         CHECKED_MALLOC( rc->zones, rc->i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1068         memcpy( rc->zones+1, h->param.rc.zones, (rc->i_zones-1) * sizeof(x264_zone_t) );
1069
1070         // default zone to fall back to if none of the others match
1071         rc->zones[0].i_start = 0;
1072         rc->zones[0].i_end = INT_MAX;
1073         rc->zones[0].b_force_qp = 0;
1074         rc->zones[0].f_bitrate_factor = 1;
1075         CHECKED_MALLOC( rc->zones[0].param, sizeof(x264_param_t) );
1076         memcpy( rc->zones[0].param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
1077         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1078         {
1079             if( !rc->zones[i].param )
1080                 rc->zones[i].param = rc->zones[0].param;
1081         }
1082     }
1083
1084     return 0;
1085 fail:
1086     return -1;
1087 }
1088
1089 static x264_zone_t *get_zone( x264_t *h, int frame_num )
1090 {
1091     for( int i = h->rc->i_zones - 1; i >= 0; i-- )
1092     {
1093         x264_zone_t *z = &h->rc->zones[i];
1094         if( frame_num >= z->i_start && frame_num <= z->i_end )
1095             return z;
1096     }
1097     return NULL;
1098 }
1099
1100 void x264_ratecontrol_summary( x264_t *h )
1101 {
1102     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1103     if( rc->b_abr && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && rc->cbr_decay > .9999 )
1104     {
1105         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
1106         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
1107         x264_log( h, X264_LOG_INFO, "final ratefactor: %.2f\n",
1108                   qscale2qp( pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
1109                              * rc->cplxr_sum / rc->wanted_bits_window ) - mbtree_offset - QP_BD_OFFSET );
1110     }
1111 }
1112
1113 void x264_ratecontrol_delete( x264_t *h )
1114 {
1115     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1116     int b_regular_file;
1117
1118     if( rc->p_stat_file_out )
1119     {
1120         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_stat_file_out );
1121         fclose( rc->p_stat_file_out );
1122         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1123             if( rename( rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out ) != 0 )
1124             {
1125                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1126                           rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out );
1127             }
1128         x264_free( rc->psz_stat_file_tmpname );
1129     }
1130     if( rc->p_mbtree_stat_file_out )
1131     {
1132         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1133         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1134         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1135             if( rename( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name ) != 0 )
1136             {
1137                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1138                           rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1139             }
1140         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname );
1141         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1142     }
1143     if( rc->p_mbtree_stat_file_in )
1144         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_in );
1145     x264_free( rc->pred );
1146     x264_free( rc->pred_b_from_p );
1147     x264_free( rc->entry );
1148     x264_free( rc->qp_buffer[0] );
1149     x264_free( rc->qp_buffer[1] );
1150     if( rc->zones )
1151     {
1152         x264_free( rc->zones[0].param );
1153         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1154             if( rc->zones[i].param != rc->zones[0].param && rc->zones[i].param->param_free )
1155                 rc->zones[i].param->param_free( rc->zones[i].param );
1156         x264_free( rc->zones );
1157     }
1158     x264_free( rc );
1159 }
1160
1161 static void accum_p_qp_update( x264_t *h, float qp )
1162 {
1163     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1164     rc->accum_p_qp   *= .95;
1165     rc->accum_p_norm *= .95;
1166     rc->accum_p_norm += 1;
1167     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I )
1168         rc->accum_p_qp += qp + rc->ip_offset;
1169     else
1170         rc->accum_p_qp += qp;
1171 }
1172
1173 /* Before encoding a frame, choose a QP for it */
1174 void x264_ratecontrol_start( x264_t *h, int i_force_qp, int overhead )
1175 {
1176     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1177     ratecontrol_entry_t *rce = NULL;
1178     x264_zone_t *zone = get_zone( h, h->fenc->i_frame );
1179     float q;
1180
1181     x264_emms();
1182
1183     if( zone && (!rc->prev_zone || zone->param != rc->prev_zone->param) )
1184         x264_encoder_reconfig( h, zone->param );
1185     rc->prev_zone = zone;
1186
1187     if( h->param.rc.b_stat_read )
1188     {
1189         int frame = h->fenc->i_frame;
1190         assert( frame >= 0 && frame < rc->num_entries );
1191         rce = h->rc->rce = &h->rc->entry[frame];
1192
1193         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B
1194             && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
1195         {
1196             h->sh.b_direct_spatial_mv_pred = ( rce->direct_mode == 's' );
1197             h->mb.b_direct_auto_read = ( rce->direct_mode == 's' || rce->direct_mode == 't' );
1198         }
1199     }
1200
1201     if( rc->b_vbv )
1202     {
1203         memset( h->fdec->i_row_bits, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(int) );
1204         rc->row_pred = &rc->row_preds[h->sh.i_type];
1205         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;
1206         update_vbv_plan( h, overhead );
1207
1208         const x264_level_t *l = x264_levels;
1209         while( l->level_idc != 0 && l->level_idc != h->param.i_level_idc )
1210             l++;
1211
1212         int mincr = l->mincr;
1213
1214         if( h->param.b_bluray_compat )
1215             mincr = 4;
1216
1217         /* High 10 doesn't require minCR, so just set the maximum to a large value. */
1218         if( h->sps->i_profile_idc == PROFILE_HIGH10 )
1219             rc->frame_size_maximum = 1e9;
1220         else
1221         {
1222             /* The spec has a bizarre special case for the first frame. */
1223             if( h->i_frame == 0 )
1224             {
1225                 //384 * ( Max( PicSizeInMbs, fR * MaxMBPS ) + MaxMBPS * ( tr( 0 ) - tr,n( 0 ) ) ) / MinCR
1226                 double fr = 1. / 172;
1227                 int pic_size_in_mbs = h->mb.i_mb_width * h->mb.i_mb_height;
1228                 rc->frame_size_maximum = 384 * BIT_DEPTH * X264_MAX( pic_size_in_mbs, fr*l->mbps ) / mincr;
1229             }
1230             else
1231             {
1232                 //384 * MaxMBPS * ( tr( n ) - tr( n - 1 ) ) / MinCR
1233                 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;
1234             }
1235         }
1236     }
1237
1238     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1239         rc->bframes = h->fenc->i_bframes;
1240
1241     if( i_force_qp != X264_QP_AUTO )
1242     {
1243         q = i_force_qp - 1;
1244     }
1245     else if( rc->b_abr )
1246     {
1247         q = qscale2qp( rate_estimate_qscale( h ) );
1248     }
1249     else if( rc->b_2pass )
1250     {
1251         rce->new_qscale = rate_estimate_qscale( h );
1252         q = qscale2qp( rce->new_qscale );
1253     }
1254     else /* CQP */
1255     {
1256         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B && h->fdec->b_kept_as_ref )
1257             q = ( rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_B ] + rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_P ] ) / 2;
1258         else
1259             q = rc->qp_constant[ h->sh.i_type ];
1260
1261         if( zone )
1262         {
1263             if( zone->b_force_qp )
1264                 q += zone->i_qp - rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P];
1265             else
1266                 q -= 6*log2f( zone->f_bitrate_factor );
1267         }
1268     }
1269
1270     q = x264_clip3f( q, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1271
1272     rc->qpa_rc =
1273     rc->qpa_aq = 0;
1274     rc->qp = x264_clip3( q + 0.5f, 0, QP_MAX );
1275     h->fdec->f_qp_avg_rc =
1276     h->fdec->f_qp_avg_aq =
1277     rc->qpm = q;
1278     if( rce )
1279         rce->new_qp = rc->qp;
1280
1281     accum_p_qp_update( h, rc->qpm );
1282
1283     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1284         rc->last_non_b_pict_type = h->sh.i_type;
1285 }
1286
1287 static double predict_row_size( x264_t *h, int y, double qp )
1288 {
1289     /* average between two predictors:
1290      * absolute SATD, and scaled bit cost of the colocated row in the previous frame */
1291     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1292     double pred_s = predict_size( rc->row_pred[0], qp2qscale( qp ), h->fdec->i_row_satd[y] );
1293     double pred_t = 0;
1294     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I || qp >= h->fref[0][0]->f_row_qp[y] )
1295     {
1296         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P
1297             && h->fref[0][0]->i_type == h->fdec->i_type
1298             && h->fref[0][0]->i_row_satd[y] > 0
1299             && (abs(h->fref[0][0]->i_row_satd[y] - h->fdec->i_row_satd[y]) < h->fdec->i_row_satd[y]/2))
1300         {
1301             pred_t = h->fref[0][0]->i_row_bits[y] * h->fdec->i_row_satd[y] / h->fref[0][0]->i_row_satd[y]
1302                      * qp2qscale( h->fref[0][0]->f_row_qp[y] ) / qp2qscale( qp );
1303         }
1304         if( pred_t == 0 )
1305             pred_t = pred_s;
1306         return (pred_s + pred_t) / 2;
1307     }
1308     /* Our QP is lower than the reference! */
1309     else
1310     {
1311         double pred_intra = predict_size( rc->row_pred[1], qp2qscale( qp ), h->fdec->i_row_satds[0][0][y] );
1312         /* Sum: better to overestimate than underestimate by using only one of the two predictors. */
1313         return pred_intra + pred_s;
1314     }
1315 }
1316
1317 static double row_bits_so_far( x264_t *h, int y )
1318 {
1319     double bits = 0;
1320     for( int i = h->i_threadslice_start; i <= y; i++ )
1321         bits += h->fdec->i_row_bits[i];
1322     return bits;
1323 }
1324
1325 static double predict_row_size_sum( x264_t *h, int y, double qp )
1326 {
1327     double bits = row_bits_so_far(h, y);
1328     for( int i = y+1; i < h->i_threadslice_end; i++ )
1329         bits += predict_row_size( h, i, qp );
1330     return bits;
1331 }
1332
1333
1334 void x264_ratecontrol_mb( x264_t *h, int bits )
1335 {
1336     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1337     const int y = h->mb.i_mb_y;
1338
1339     x264_emms();
1340
1341     h->fdec->i_row_bits[y] += bits;
1342     rc->qpa_rc += rc->qpm;
1343     rc->qpa_aq += h->mb.i_qp;
1344
1345     if( h->mb.i_mb_x != h->mb.i_mb_width - 1 || !rc->b_vbv )
1346         return;
1347
1348     h->fdec->f_row_qp[y] = rc->qpm;
1349
1350     update_predictor( rc->row_pred[0], qp2qscale( rc->qpm ), h->fdec->i_row_satd[y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1351     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && rc->qpm < h->fref[0][0]->f_row_qp[y] )
1352         update_predictor( rc->row_pred[1], qp2qscale( rc->qpm ), h->fdec->i_row_satds[0][0][y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1353
1354     /* tweak quality based on difference from predicted size */
1355     if( y < h->i_threadslice_end-1 )
1356     {
1357         float prev_row_qp = h->fdec->f_row_qp[y];
1358         float qp_min = X264_MAX( prev_row_qp - h->param.rc.i_qp_step, h->param.rc.i_qp_min );
1359         float qp_absolute_max = h->param.rc.i_qp_max;
1360         if( rc->rate_factor_max_increment )
1361             qp_absolute_max = X264_MIN( qp_absolute_max, rc->qp_novbv + rc->rate_factor_max_increment );
1362         float qp_max = X264_MIN( prev_row_qp + h->param.rc.i_qp_step, qp_absolute_max );
1363         float step_size = 0.5;
1364
1365         /* B-frames shouldn't use lower QP than their reference frames. */
1366         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1367         {
1368             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] ) );
1369             rc->qpm = X264_MAX( rc->qpm, qp_min );
1370         }
1371
1372         float buffer_left_planned = rc->buffer_fill - rc->frame_size_planned;
1373         float slice_size_planned = h->param.b_sliced_threads ? rc->slice_size_planned : rc->frame_size_planned;
1374         float max_frame_error = X264_MAX( 0.05, 1.0 / (h->mb.i_mb_height) );
1375         float size_of_other_slices = 0;
1376         if( h->param.b_sliced_threads )
1377         {
1378             float size_of_other_slices_planned = 0;
1379             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1380                 if( h != h->thread[i] )
1381                 {
1382                     size_of_other_slices += h->thread[i]->rc->frame_size_estimated;
1383                     size_of_other_slices_planned += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
1384                 }
1385             float weight = rc->slice_size_planned / rc->frame_size_planned;
1386             size_of_other_slices = (size_of_other_slices - size_of_other_slices_planned) * weight + size_of_other_slices_planned;
1387         }
1388
1389         /* More threads means we have to be more cautious in letting ratecontrol use up extra bits. */
1390         float rc_tol = buffer_left_planned / h->param.i_threads * rc->rate_tolerance;
1391         int b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1392
1393         /* Don't modify the row QPs until a sufficent amount of the bits of the frame have been processed, in case a flat */
1394         /* area at the top of the frame was measured inaccurately. */
1395         if( row_bits_so_far( h, y ) < 0.05 * slice_size_planned )
1396             return;
1397
1398         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I )
1399             rc_tol /= 2;
1400
1401         if( !rc->b_vbv_min_rate )
1402             qp_min = X264_MAX( qp_min, rc->qp_novbv );
1403
1404         while( rc->qpm < qp_max
1405                && ((b1 > rc->frame_size_planned + rc_tol) ||
1406                    (rc->buffer_fill - b1 < buffer_left_planned * 0.5) ||
1407                    (b1 > rc->frame_size_planned && rc->qpm < rc->qp_novbv)) )
1408         {
1409             rc->qpm += step_size;
1410             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1411         }
1412
1413         while( rc->qpm > qp_min
1414                && (rc->qpm > h->fdec->f_row_qp[0] || rc->single_frame_vbv)
1415                && ((b1 < rc->frame_size_planned * 0.8 && rc->qpm <= prev_row_qp)
1416                || b1 < (rc->buffer_fill - rc->buffer_size + rc->buffer_rate) * 1.1) )
1417         {
1418             rc->qpm -= step_size;
1419             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1420         }
1421
1422         /* avoid VBV underflow or MinCR violation */
1423         while( (rc->qpm < qp_absolute_max)
1424                && ((rc->buffer_fill - b1 < rc->buffer_rate * max_frame_error) ||
1425                    (rc->frame_size_maximum - b1 < rc->frame_size_maximum * max_frame_error)))
1426         {
1427             rc->qpm += step_size;
1428             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1429         }
1430
1431         h->rc->frame_size_estimated = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm );
1432     }
1433 }
1434
1435 int x264_ratecontrol_qp( x264_t *h )
1436 {
1437     x264_emms();
1438     return x264_clip3( h->rc->qpm + 0.5f, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1439 }
1440
1441 int x264_ratecontrol_mb_qp( x264_t *h )
1442 {
1443     x264_emms();
1444     float qp = h->rc->qpm;
1445     if( h->param.rc.i_aq_mode )
1446     {
1447          /* MB-tree currently doesn't adjust quantizers in unreferenced frames. */
1448         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];
1449         /* Scale AQ's effect towards zero in emergency mode. */
1450         if( qp > QP_MAX_SPEC )
1451             qp_offset *= (QP_MAX - qp) / (QP_MAX - QP_MAX_SPEC);
1452         qp += qp_offset;
1453     }
1454     return x264_clip3( qp + 0.5f, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1455 }
1456
1457 /* In 2pass, force the same frame types as in the 1st pass */
1458 int x264_ratecontrol_slice_type( x264_t *h, int frame_num )
1459 {
1460     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1461     if( h->param.rc.b_stat_read )
1462     {
1463         if( frame_num >= rc->num_entries )
1464         {
1465             /* We could try to initialize everything required for ABR and
1466              * adaptive B-frames, but that would be complicated.
1467              * So just calculate the average QP used so far. */
1468             h->param.rc.i_qp_constant = (h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P] == 0) ? 24 + QP_BD_OFFSET
1469                                       : 1 + h->stat.f_frame_qp[SLICE_TYPE_P] / h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P];
1470             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant, 0, QP_MAX );
1471             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 );
1472             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 );
1473
1474             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d)\n", rc->num_entries);
1475             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "continuing anyway, at constant QP=%d\n", h->param.rc.i_qp_constant);
1476             if( h->param.i_bframe_adaptive )
1477                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "disabling adaptive B-frames\n");
1478
1479             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1480             {
1481                 h->thread[i]->rc->b_abr = 0;
1482                 h->thread[i]->rc->b_2pass = 0;
1483                 h->thread[i]->param.rc.i_rc_method = X264_RC_CQP;
1484                 h->thread[i]->param.rc.b_stat_read = 0;
1485                 h->thread[i]->param.i_bframe_adaptive = 0;
1486                 h->thread[i]->param.i_scenecut_threshold = 0;
1487                 h->thread[i]->param.rc.b_mb_tree = 0;
1488                 if( h->thread[i]->param.i_bframe > 1 )
1489                     h->thread[i]->param.i_bframe = 1;
1490             }
1491             return X264_TYPE_AUTO;
1492         }
1493         return rc->entry[frame_num].frame_type;
1494     }
1495     else
1496         return X264_TYPE_AUTO;
1497 }
1498
1499 void x264_ratecontrol_set_weights( x264_t *h, x264_frame_t *frm )
1500 {
1501     ratecontrol_entry_t *rce = &h->rc->entry[frm->i_frame];
1502     if( h->param.analyse.i_weighted_pred <= 0 )
1503         return;
1504
1505     if( rce->i_weight_denom[0] >= 0 )
1506         SET_WEIGHT( frm->weight[0][0], 1, rce->weight[0][0], rce->i_weight_denom[0], rce->weight[0][1] );
1507
1508     if( rce->i_weight_denom[1] >= 0 )
1509     {
1510         SET_WEIGHT( frm->weight[0][1], 1, rce->weight[1][0], rce->i_weight_denom[1], rce->weight[1][1] );
1511         SET_WEIGHT( frm->weight[0][2], 1, rce->weight[2][0], rce->i_weight_denom[1], rce->weight[2][1] );
1512     }
1513 }
1514
1515 /* After encoding one frame, save stats and update ratecontrol state */
1516 int x264_ratecontrol_end( x264_t *h, int bits, int *filler )
1517 {
1518     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1519     const int *mbs = h->stat.frame.i_mb_count;
1520
1521     x264_emms();
1522
1523     h->stat.frame.i_mb_count_skip = mbs[P_SKIP] + mbs[B_SKIP];
1524     h->stat.frame.i_mb_count_i = mbs[I_16x16] + mbs[I_8x8] + mbs[I_4x4];
1525     h->stat.frame.i_mb_count_p = mbs[P_L0] + mbs[P_8x8];
1526     for( int i = B_DIRECT; i < B_8x8; i++ )
1527         h->stat.frame.i_mb_count_p += mbs[i];
1528
1529     h->fdec->f_qp_avg_rc = rc->qpa_rc /= h->mb.i_mb_count;
1530     h->fdec->f_qp_avg_aq = rc->qpa_aq /= h->mb.i_mb_count;
1531
1532     if( h->param.rc.b_stat_write )
1533     {
1534         char c_type = h->sh.i_type==SLICE_TYPE_I ? (h->fenc->i_poc==0 ? 'I' : 'i')
1535                     : h->sh.i_type==SLICE_TYPE_P ? 'P'
1536                     : h->fenc->b_kept_as_ref ? 'B' : 'b';
1537         int dir_frame = h->stat.frame.i_direct_score[1] - h->stat.frame.i_direct_score[0];
1538         int dir_avg = h->stat.i_direct_score[1] - h->stat.i_direct_score[0];
1539         char c_direct = h->mb.b_direct_auto_write ?
1540                         ( dir_frame>0 ? 's' : dir_frame<0 ? 't' :
1541                           dir_avg>0 ? 's' : dir_avg<0 ? 't' : '-' )
1542                         : '-';
1543         if( fprintf( rc->p_stat_file_out,
1544                  "in:%d out:%d type:%c dur:%"PRId64" cpbdur:%"PRId64" q:%.2f tex:%d mv:%d misc:%d imb:%d pmb:%d smb:%d d:%c ref:",
1545                  h->fenc->i_frame, h->i_frame,
1546                  c_type, h->fenc->i_duration,
1547                  h->fenc->i_cpb_duration, rc->qpa_rc,
1548                  h->stat.frame.i_tex_bits,
1549                  h->stat.frame.i_mv_bits,
1550                  h->stat.frame.i_misc_bits,
1551                  h->stat.frame.i_mb_count_i,
1552                  h->stat.frame.i_mb_count_p,
1553                  h->stat.frame.i_mb_count_skip,
1554                  c_direct) < 0 )
1555             goto fail;
1556
1557         /* Only write information for reference reordering once. */
1558         int use_old_stats = h->param.rc.b_stat_read && rc->rce->refs > 1;
1559         for( int i = 0; i < (use_old_stats ? rc->rce->refs : h->i_ref[0]); i++ )
1560         {
1561             int refcount = use_old_stats         ? rc->rce->refcount[i]
1562                          : h->param.b_interlaced ? h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2]
1563                                                  + h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2+1]
1564                          :                         h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i];
1565             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "%d ", refcount ) < 0 )
1566                 goto fail;
1567         }
1568
1569         if( h->param.analyse.i_weighted_pred >= X264_WEIGHTP_SIMPLE && h->sh.weight[0][0].weightfn )
1570         {
1571             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "w:%d,%d,%d",
1572                          h->sh.weight[0][0].i_denom, h->sh.weight[0][0].i_scale, h->sh.weight[0][0].i_offset ) < 0 )
1573                 goto fail;
1574             if( h->sh.weight[0][1].weightfn || h->sh.weight[0][2].weightfn )
1575             {
1576                 if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ",%d,%d,%d,%d,%d ",
1577                              h->sh.weight[0][1].i_denom, h->sh.weight[0][1].i_scale, h->sh.weight[0][1].i_offset,
1578                              h->sh.weight[0][2].i_scale, h->sh.weight[0][2].i_offset ) < 0 )
1579                     goto fail;
1580             }
1581             else if( fprintf( rc->p_stat_file_out, " " ) < 0 )
1582                 goto fail;
1583         }
1584
1585         if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ";\n") < 0 )
1586             goto fail;
1587
1588         /* Don't re-write the data in multi-pass mode. */
1589         if( h->param.rc.b_mb_tree && h->fenc->b_kept_as_ref && !h->param.rc.b_stat_read )
1590         {
1591             uint8_t i_type = h->sh.i_type;
1592             /* Values are stored as big-endian FIX8.8 */
1593             for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
1594                 rc->qp_buffer[0][i] = endian_fix16( h->fenc->f_qp_offset[i]*256.0 );
1595             if( fwrite( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < 1 )
1596                 goto fail;
1597             if( fwrite( rc->qp_buffer[0], sizeof(uint16_t), h->mb.i_mb_count, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < h->mb.i_mb_count )
1598                 goto fail;
1599         }
1600     }
1601
1602     if( rc->b_abr )
1603     {
1604         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1605             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / rc->last_rceq;
1606         else
1607         {
1608             /* Depends on the fact that B-frame's QP is an offset from the following P-frame's.
1609              * Not perfectly accurate with B-refs, but good enough. */
1610             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / (rc->last_rceq * fabs( h->param.rc.f_pb_factor ));
1611         }
1612         rc->cplxr_sum *= rc->cbr_decay;
1613         rc->wanted_bits_window += h->fenc->f_duration * rc->bitrate;
1614         rc->wanted_bits_window *= rc->cbr_decay;
1615     }
1616
1617     if( rc->b_2pass )
1618         rc->expected_bits_sum += qscale2bits( rc->rce, qp2qscale( rc->rce->new_qp ) );
1619
1620     if( h->mb.b_variable_qp )
1621     {
1622         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1623         {
1624             rc->bframe_bits += bits;
1625             if( h->fenc->b_last_minigop_bframe )
1626             {
1627                 update_predictor( rc->pred_b_from_p, qp2qscale( rc->qpa_rc ),
1628                                   h->fref[1][h->i_ref[1]-1]->i_satd, rc->bframe_bits / rc->bframes );
1629                 rc->bframe_bits = 0;
1630             }
1631         }
1632     }
1633
1634     *filler = update_vbv( h, bits );
1635     rc->filler_bits_sum += *filler * 8;
1636
1637     if( h->sps->vui.b_nal_hrd_parameters_present )
1638     {
1639         if( h->fenc->i_frame == 0 )
1640         {
1641             // access unit initialises the HRD
1642             h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = 0;
1643             rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1644             rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1645             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit = (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1646         }
1647         else
1648         {
1649             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit + (double)(h->fenc->i_cpb_delay - h->i_cpb_delay_pir_offset) *
1650                                                    h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1651
1652             double cpb_earliest_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time - (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1653             if( h->fenc->b_keyframe )
1654             {
1655                  rc->nrt_first_access_unit = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1656                  rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1657                  rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1658             }
1659             else
1660                  cpb_earliest_arrival_time -= (double)rc->initial_cpb_removal_delay_offset / 90000;
1661
1662             if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd )
1663                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time;
1664             else
1665                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = X264_MAX( rc->previous_cpb_final_arrival_time, cpb_earliest_arrival_time );
1666         }
1667         int filler_bits = *filler ? X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), *filler )*8 : 0;
1668         // Equation C-6
1669         h->fenc->hrd_timing.cpb_final_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time +
1670                                                      (double)(bits + filler_bits) / h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1671
1672         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 +
1673                                               h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1674     }
1675
1676     return 0;
1677 fail:
1678     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_end: stats file could not be written to\n");
1679     return -1;
1680 }
1681
1682 /****************************************************************************
1683  * 2 pass functions
1684  ***************************************************************************/
1685
1686 /**
1687  * modify the bitrate curve from pass1 for one frame
1688  */
1689 static double get_qscale(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double rate_factor, int frame_num)
1690 {
1691     x264_ratecontrol_t *rcc= h->rc;
1692     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
1693     double q;
1694     if( h->param.rc.b_mb_tree )
1695     {
1696         double timescale = (double)h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1697         q = pow( BASE_FRAME_DURATION / CLIP_DURATION(rce->i_duration * timescale), 1 - h->param.rc.f_qcompress );
1698     }
1699     else
1700         q = pow( rce->blurred_complexity, 1 - rcc->qcompress );
1701
1702     // avoid NaN's in the rc_eq
1703     if( !isfinite(q) || rce->tex_bits + rce->mv_bits == 0 )
1704         q = rcc->last_qscale_for[rce->pict_type];
1705     else
1706     {
1707         rcc->last_rceq = q;
1708         q /= rate_factor;
1709         rcc->last_qscale = q;
1710     }
1711
1712     if( zone )
1713     {
1714         if( zone->b_force_qp )
1715             q = qp2qscale( zone->i_qp );
1716         else
1717             q /= zone->f_bitrate_factor;
1718     }
1719
1720     return q;
1721 }
1722
1723 static double get_diff_limited_q(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double q, int frame_num)
1724 {
1725     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1726     const int pict_type = rce->pict_type;
1727     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
1728
1729     // force I/B quants as a function of P quants
1730     const double last_p_q    = rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P];
1731     const double last_non_b_q= rcc->last_qscale_for[rcc->last_non_b_pict_type];
1732     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
1733     {
1734         double iq = q;
1735         double pq = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
1736         double ip_factor = fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
1737         /* don't apply ip_factor if the following frame is also I */
1738         if( rcc->accum_p_norm <= 0 )
1739             q = iq;
1740         else if( h->param.rc.f_ip_factor < 0 )
1741             q = iq / ip_factor;
1742         else if( rcc->accum_p_norm >= 1 )
1743             q = pq / ip_factor;
1744         else
1745             q = rcc->accum_p_norm * pq / ip_factor + (1 - rcc->accum_p_norm) * iq;
1746     }
1747     else if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
1748     {
1749         if( h->param.rc.f_pb_factor > 0 )
1750             q = last_non_b_q;
1751         if( !rce->kept_as_ref )
1752             q *= fabs( h->param.rc.f_pb_factor );
1753     }
1754     else if( pict_type == SLICE_TYPE_P
1755              && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_P
1756              && rce->tex_bits == 0 )
1757     {
1758         q = last_p_q;
1759     }
1760
1761     /* last qscale / qdiff stuff */
1762     if( rcc->last_non_b_pict_type == pict_type &&
1763         (pict_type!=SLICE_TYPE_I || rcc->last_accum_p_norm < 1) )
1764     {
1765         double last_q = rcc->last_qscale_for[pict_type];
1766         double max_qscale = last_q * rcc->lstep;
1767         double min_qscale = last_q / rcc->lstep;
1768
1769         if     ( q > max_qscale ) q = max_qscale;
1770         else if( q < min_qscale ) q = min_qscale;
1771     }
1772
1773     rcc->last_qscale_for[pict_type] = q;
1774     if( pict_type != SLICE_TYPE_B )
1775         rcc->last_non_b_pict_type = pict_type;
1776     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
1777     {
1778         rcc->last_accum_p_norm = rcc->accum_p_norm;
1779         rcc->accum_p_norm = 0;
1780         rcc->accum_p_qp = 0;
1781     }
1782     if( pict_type == SLICE_TYPE_P )
1783     {
1784         float mask = 1 - pow( (float)rce->i_count / rcc->nmb, 2 );
1785         rcc->accum_p_qp   = mask * (qscale2qp( q ) + rcc->accum_p_qp);
1786         rcc->accum_p_norm = mask * (1 + rcc->accum_p_norm);
1787     }
1788
1789     if( zone )
1790     {
1791         if( zone->b_force_qp )
1792             q = qp2qscale( zone->i_qp );
1793         else
1794             q /= zone->f_bitrate_factor;
1795     }
1796
1797     return q;
1798 }
1799
1800 static double predict_size( predictor_t *p, double q, double var )
1801 {
1802      return (p->coeff*var + p->offset) / (q*p->count);
1803 }
1804
1805 static void update_predictor( predictor_t *p, double q, double var, double bits )
1806 {
1807     const double range = 1.5;
1808     if( var < 10 )
1809         return;
1810     double old_coeff = p->coeff / p->count;
1811     double new_coeff = bits*q / var;
1812     double new_coeff_clipped = x264_clip3f( new_coeff, old_coeff/range, old_coeff*range );
1813     double new_offset = bits*q - new_coeff_clipped * var;
1814     if( new_offset >= 0 )
1815         new_coeff = new_coeff_clipped;
1816     else
1817         new_offset = 0;
1818     p->count  *= p->decay;
1819     p->coeff  *= p->decay;
1820     p->offset *= p->decay;
1821     p->count  ++;
1822     p->coeff  += new_coeff;
1823     p->offset += new_offset;
1824 }
1825
1826 // update VBV after encoding a frame
1827 static int update_vbv( x264_t *h, int bits )
1828 {
1829     int filler = 0;
1830     int bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1831     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1832     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
1833     uint64_t buffer_size = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
1834
1835     if( rcc->last_satd >= h->mb.i_mb_count )
1836         update_predictor( &rct->pred[h->sh.i_type], qp2qscale( rcc->qpa_rc ), rcc->last_satd, bits );
1837
1838     if( !rcc->b_vbv )
1839         return filler;
1840
1841     rct->buffer_fill_final -= (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
1842
1843     if( rct->buffer_fill_final < 0 )
1844         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV underflow (frame %d, %.0f bits)\n", h->i_frame, (double)rct->buffer_fill_final / h->sps->vui.i_time_scale );
1845     rct->buffer_fill_final = X264_MAX( rct->buffer_fill_final, 0 );
1846     rct->buffer_fill_final += (uint64_t)bitrate * h->sps->vui.i_num_units_in_tick * h->fenc->i_cpb_duration;
1847
1848     if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd && rct->buffer_fill_final > buffer_size )
1849     {
1850         int64_t scale = (int64_t)h->sps->vui.i_time_scale * 8;
1851         filler = (rct->buffer_fill_final - buffer_size + scale - 1) / scale;
1852         bits = X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), filler ) * 8;
1853         rct->buffer_fill_final -= (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
1854     }
1855     else
1856         rct->buffer_fill_final = X264_MIN( rct->buffer_fill_final, buffer_size );
1857
1858     return filler;
1859 }
1860
1861 void x264_hrd_fullness( x264_t *h )
1862 {
1863     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
1864     uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale / rct->hrd_multiply_denom;
1865     uint64_t cpb_state = rct->buffer_fill_final;
1866     uint64_t cpb_size = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
1867     uint64_t multiply_factor = 180000 / rct->hrd_multiply_denom;
1868
1869     if( rct->buffer_fill_final < 0 || rct->buffer_fill_final > cpb_size )
1870     {
1871          x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CPB %s: %.0lf bits in a %.0lf-bit buffer\n",
1872                    rct->buffer_fill_final < 0 ? "underflow" : "overflow", (float)rct->buffer_fill_final/denom, (float)cpb_size/denom );
1873     }
1874
1875     h->initial_cpb_removal_delay = (multiply_factor * cpb_state + denom) / (2*denom);
1876     h->initial_cpb_removal_delay_offset = (multiply_factor * cpb_size + denom) / (2*denom) - h->initial_cpb_removal_delay;
1877 }
1878
1879 // provisionally update VBV according to the planned size of all frames currently in progress
1880 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead )
1881 {
1882     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1883     rcc->buffer_fill = h->thread[0]->rc->buffer_fill_final / h->sps->vui.i_time_scale;
1884     if( h->i_thread_frames > 1 )
1885     {
1886         int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
1887         for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
1888         {
1889             x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
1890             double bits = t->rc->frame_size_planned;
1891             if( !t->b_thread_active )
1892                 continue;
1893             bits  = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
1894             rcc->buffer_fill -= bits;
1895             rcc->buffer_fill = X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0 );
1896             rcc->buffer_fill += t->rc->buffer_rate;
1897             rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
1898         }
1899     }
1900     rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
1901     rcc->buffer_fill -= overhead;
1902 }
1903
1904 // apply VBV constraints and clip qscale to between lmin and lmax
1905 static double clip_qscale( x264_t *h, int pict_type, double q )
1906 {
1907     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1908     double lmin = rcc->lmin[pict_type];
1909     double lmax = rcc->lmax[pict_type];
1910     if( rcc->rate_factor_max_increment )
1911         lmax = X264_MIN( lmax, qp2qscale( rcc->qp_novbv + rcc->rate_factor_max_increment ) );
1912     double q0 = q;
1913
1914     /* B-frames are not directly subject to VBV,
1915      * since they are controlled by the P-frames' QPs. */
1916
1917     if( rcc->b_vbv && rcc->last_satd > 0 )
1918     {
1919         /* Lookahead VBV: raise the quantizer as necessary such that no frames in
1920          * the lookahead overflow and such that the buffer is in a reasonable state
1921          * by the end of the lookahead. */
1922         if( h->param.rc.i_lookahead )
1923         {
1924             int terminate = 0;
1925
1926             /* Avoid an infinite loop. */
1927             for( int iterations = 0; iterations < 1000 && terminate != 3; iterations++ )
1928             {
1929                 double frame_q[3];
1930                 double cur_bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1931                 double buffer_fill_cur = rcc->buffer_fill - cur_bits;
1932                 double target_fill;
1933                 double total_duration = 0;
1934                 frame_q[0] = h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I ? q * h->param.rc.f_ip_factor : q;
1935                 frame_q[1] = frame_q[0] * h->param.rc.f_pb_factor;
1936                 frame_q[2] = frame_q[0] / h->param.rc.f_ip_factor;
1937
1938                 /* Loop over the planned future frames. */
1939                 for( int j = 0; buffer_fill_cur >= 0 && buffer_fill_cur <= rcc->buffer_size; j++ )
1940                 {
1941                     total_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
1942                     buffer_fill_cur += rcc->vbv_max_rate * h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
1943                     int i_type = h->fenc->i_planned_type[j];
1944                     int i_satd = h->fenc->i_planned_satd[j];
1945                     if( i_type == X264_TYPE_AUTO )
1946                         break;
1947                     i_type = IS_X264_TYPE_I( i_type ) ? SLICE_TYPE_I : IS_X264_TYPE_B( i_type ) ? SLICE_TYPE_B : SLICE_TYPE_P;
1948                     cur_bits = predict_size( &rcc->pred[i_type], frame_q[i_type], i_satd );
1949                     buffer_fill_cur -= cur_bits;
1950                 }
1951                 /* Try to get to get the buffer at least 50% filled, but don't set an impossible goal. */
1952                 target_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill + total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.5 );
1953                 if( buffer_fill_cur < target_fill )
1954                 {
1955                     q *= 1.01;
1956                     terminate |= 1;
1957                     continue;
1958                 }
1959                 /* Try to get the buffer no more than 80% filled, but don't set an impossible goal. */
1960                 target_fill = x264_clip3f( rcc->buffer_fill - total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.8, rcc->buffer_size );
1961                 if( rcc->b_vbv_min_rate && buffer_fill_cur > target_fill )
1962                 {
1963                     q /= 1.01;
1964                     terminate |= 2;
1965                     continue;
1966                 }
1967                 break;
1968             }
1969         }
1970         /* Fallback to old purely-reactive algorithm: no lookahead. */
1971         else
1972         {
1973             if( ( pict_type == SLICE_TYPE_P ||
1974                 ( pict_type == SLICE_TYPE_I && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_I ) ) &&
1975                 rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size < 0.5 )
1976             {
1977                 q /= x264_clip3f( 2.0*rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size, 0.5, 1.0 );
1978             }
1979
1980             /* Now a hard threshold to make sure the frame fits in VBV.
1981              * This one is mostly for I-frames. */
1982             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1983             double qf = 1.0;
1984             /* For small VBVs, allow the frame to use up the entire VBV. */
1985             double max_fill_factor = h->param.rc.i_vbv_buffer_size >= 5*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rcc->fps ? 2 : 1;
1986             /* For single-frame VBVs, request that the frame use up the entire VBV. */
1987             double min_fill_factor = rcc->single_frame_vbv ? 1 : 2;
1988
1989             if( bits > rcc->buffer_fill/max_fill_factor )
1990                 qf = x264_clip3f( rcc->buffer_fill/(max_fill_factor*bits), 0.2, 1.0 );
1991             q /= qf;
1992             bits *= qf;
1993             if( bits < rcc->buffer_rate/min_fill_factor )
1994                 q *= bits*min_fill_factor/rcc->buffer_rate;
1995             q = X264_MAX( q0, q );
1996         }
1997
1998         /* Apply MinCR restrictions */
1999         double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2000         if( bits > rcc->frame_size_maximum )
2001             q *= bits / rcc->frame_size_maximum;
2002         bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2003
2004         /* Check B-frame complexity, and use up any bits that would
2005          * overflow before the next P-frame. */
2006         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && !rcc->single_frame_vbv )
2007         {
2008             int nb = rcc->bframes;
2009             double pbbits = bits;
2010             double bbits = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q * h->param.rc.f_pb_factor, rcc->last_satd );
2011             double space;
2012             double bframe_cpb_duration = 0;
2013             double minigop_cpb_duration;
2014             for( int i = 0; i < nb; i++ )
2015                 bframe_cpb_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[1+i];
2016
2017             if( bbits * nb > bframe_cpb_duration * rcc->vbv_max_rate )
2018                 nb = 0;
2019             pbbits += nb * bbits;
2020
2021             minigop_cpb_duration = bframe_cpb_duration + h->fenc->f_planned_cpb_duration[0];
2022             space = rcc->buffer_fill + minigop_cpb_duration*rcc->vbv_max_rate - rcc->buffer_size;
2023             if( pbbits < space )
2024             {
2025                 q *= X264_MAX( pbbits / space, bits / (0.5 * rcc->buffer_size) );
2026             }
2027             q = X264_MAX( q0/2, q );
2028         }
2029
2030         if( !rcc->b_vbv_min_rate )
2031             q = X264_MAX( q0, q );
2032     }
2033
2034     if( lmin==lmax )
2035         return lmin;
2036     else if( rcc->b_2pass )
2037     {
2038         double min2 = log( lmin );
2039         double max2 = log( lmax );
2040         q = (log(q) - min2)/(max2-min2) - 0.5;
2041         q = 1.0/(1.0 + exp( -4*q ));
2042         q = q*(max2-min2) + min2;
2043         return exp( q );
2044     }
2045     else
2046         return x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2047 }
2048
2049 // update qscale for 1 frame based on actual bits used so far
2050 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h )
2051 {
2052     float q;
2053     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2054     ratecontrol_entry_t UNINIT(rce);
2055     int pict_type = h->sh.i_type;
2056     int64_t total_bits = 8*(h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_I]
2057                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_P]
2058                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_B])
2059                        - rcc->filler_bits_sum;
2060
2061     if( rcc->b_2pass )
2062     {
2063         rce = *rcc->rce;
2064         if( pict_type != rce.pict_type )
2065         {
2066             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "slice=%c but 2pass stats say %c\n",
2067                       slice_type_to_char[pict_type], slice_type_to_char[rce.pict_type] );
2068         }
2069     }
2070
2071     if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
2072     {
2073         /* B-frames don't have independent ratecontrol, but rather get the
2074          * average QP of the two adjacent P-frames + an offset */
2075
2076         int i0 = IS_X264_TYPE_I(h->fref_nearest[0]->i_type);
2077         int i1 = IS_X264_TYPE_I(h->fref_nearest[1]->i_type);
2078         int dt0 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref_nearest[0]->i_poc);
2079         int dt1 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref_nearest[1]->i_poc);
2080         float q0 = h->fref_nearest[0]->f_qp_avg_rc;
2081         float q1 = h->fref_nearest[1]->f_qp_avg_rc;
2082
2083         if( h->fref_nearest[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2084             q0 -= rcc->pb_offset/2;
2085         if( h->fref_nearest[1]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2086             q1 -= rcc->pb_offset/2;
2087
2088         if( i0 && i1 )
2089             q = (q0 + q1) / 2 + rcc->ip_offset;
2090         else if( i0 )
2091             q = q1;
2092         else if( i1 )
2093             q = q0;
2094         else
2095             q = (q0*dt1 + q1*dt0) / (dt0 + dt1);
2096
2097         if( h->fenc->b_kept_as_ref )
2098             q += rcc->pb_offset/2;
2099         else
2100             q += rcc->pb_offset;
2101
2102         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
2103             rcc->frame_size_planned = qscale2bits( &rce, qp2qscale( q ) );
2104         else
2105             rcc->frame_size_planned = predict_size( rcc->pred_b_from_p, qp2qscale( q ), h->fref[1][h->i_ref[1]-1]->i_satd );
2106         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2107
2108         /* For row SATDs */
2109         if( rcc->b_vbv )
2110             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2111         rcc->qp_novbv = q;
2112         return qp2qscale( q );
2113     }
2114     else
2115     {
2116         double abr_buffer = 2 * rcc->rate_tolerance * rcc->bitrate;
2117
2118         if( rcc->b_2pass )
2119         {
2120             double lmin = rcc->lmin[pict_type];
2121             double lmax = rcc->lmax[pict_type];
2122             int64_t diff;
2123             int64_t predicted_bits = total_bits;
2124
2125             if( rcc->b_vbv )
2126             {
2127                 if( h->i_thread_frames > 1 )
2128                 {
2129                     int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
2130                     for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
2131                     {
2132                         x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
2133                         double bits = t->rc->frame_size_planned;
2134                         if( !t->b_thread_active )
2135                             continue;
2136                         bits  = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
2137                         predicted_bits += (int64_t)bits;
2138                     }
2139                 }
2140             }
2141             else
2142             {
2143                 if( h->i_frame < h->i_thread_frames )
2144                     predicted_bits += (int64_t)h->i_frame * rcc->bitrate / rcc->fps;
2145                 else
2146                     predicted_bits += (int64_t)(h->i_thread_frames - 1) * rcc->bitrate / rcc->fps;
2147             }
2148
2149             /* Adjust ABR buffer based on distance to the end of the video. */
2150             if( rcc->num_entries > h->i_frame )
2151             {
2152                 double final_bits = rcc->entry[rcc->num_entries-1].expected_bits;
2153                 double video_pos = rce.expected_bits / final_bits;
2154                 double scale_factor = sqrt( (1 - video_pos) * rcc->num_entries );
2155                 abr_buffer *= 0.5 * X264_MAX( scale_factor, 0.5 );
2156             }
2157
2158             diff = predicted_bits - (int64_t)rce.expected_bits;
2159             q = rce.new_qscale;
2160             q /= x264_clip3f((double)(abr_buffer - diff) / abr_buffer, .5, 2);
2161             if( ((h->i_frame + 1 - h->i_thread_frames) >= rcc->fps) &&
2162                 (rcc->expected_bits_sum > 0))
2163             {
2164                 /* Adjust quant based on the difference between
2165                  * achieved and expected bitrate so far */
2166                 double cur_time = (double)h->i_frame / rcc->num_entries;
2167                 double w = x264_clip3f( cur_time*100, 0.0, 1.0 );
2168                 q *= pow( (double)total_bits / rcc->expected_bits_sum, w );
2169             }
2170             if( rcc->b_vbv )
2171             {
2172                 /* Do not overflow vbv */
2173                 double expected_size = qscale2bits( &rce, q );
2174                 double expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2175                 double expected_fullness = rce.expected_vbv / rcc->buffer_size;
2176                 double qmax = q*(2 - expected_fullness);
2177                 double size_constraint = 1 + expected_fullness;
2178                 qmax = X264_MAX( qmax, rce.new_qscale );
2179                 if( expected_fullness < .05 )
2180                     qmax = lmax;
2181                 qmax = X264_MIN(qmax, lmax);
2182                 while( ((expected_vbv < rce.expected_vbv/size_constraint) && (q < qmax)) ||
2183                         ((expected_vbv < 0) && (q < lmax)))
2184                 {
2185                     q *= 1.05;
2186                     expected_size = qscale2bits(&rce, q);
2187                     expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2188                 }
2189                 rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2190             }
2191             q = x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2192         }
2193         else /* 1pass ABR */
2194         {
2195             /* Calculate the quantizer which would have produced the desired
2196              * average bitrate if it had been applied to all frames so far.
2197              * Then modulate that quant based on the current frame's complexity
2198              * relative to the average complexity so far (using the 2pass RCEQ).
2199              * Then bias the quant up or down if total size so far was far from
2200              * the target.
2201              * Result: Depending on the value of rate_tolerance, there is a
2202              * tradeoff between quality and bitrate precision. But at large
2203              * tolerances, the bit distribution approaches that of 2pass. */
2204
2205             double wanted_bits, overflow = 1;
2206
2207             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2208             rcc->short_term_cplxsum *= 0.5;
2209             rcc->short_term_cplxcount *= 0.5;
2210             rcc->short_term_cplxsum += rcc->last_satd / (CLIP_DURATION(h->fenc->f_duration) / BASE_FRAME_DURATION);
2211             rcc->short_term_cplxcount ++;
2212
2213             rce.tex_bits = rcc->last_satd;
2214             rce.blurred_complexity = rcc->short_term_cplxsum / rcc->short_term_cplxcount;
2215             rce.mv_bits = 0;
2216             rce.p_count = rcc->nmb;
2217             rce.i_count = 0;
2218             rce.s_count = 0;
2219             rce.qscale = 1;
2220             rce.pict_type = pict_type;
2221             rce.i_duration = h->fenc->i_duration;
2222
2223             if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
2224             {
2225                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->rate_factor_constant, h->fenc->i_frame );
2226             }
2227             else
2228             {
2229                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->wanted_bits_window / rcc->cplxr_sum, h->fenc->i_frame );
2230
2231                 /* ABR code can potentially be counterproductive in CBR, so just don't bother.
2232                  * Don't run it if the frame complexity is zero either. */
2233                 if( !rcc->b_vbv_min_rate && rcc->last_satd )
2234                 {
2235                     // FIXME is it simpler to keep track of wanted_bits in ratecontrol_end?
2236                     int i_frame_done = h->i_frame + 1 - h->i_thread_frames;
2237                     double time_done = i_frame_done / rcc->fps;
2238                     if( h->param.b_vfr_input && i_frame_done > 0 )
2239                         time_done = ((double)(h->fenc->i_reordered_pts - h->i_reordered_pts_delay)) * h->param.i_timebase_num / h->param.i_timebase_den;
2240                     wanted_bits = time_done * rcc->bitrate;
2241                     if( wanted_bits > 0 )
2242                     {
2243                         abr_buffer *= X264_MAX( 1, sqrt( time_done ) );
2244                         overflow = x264_clip3f( 1.0 + (total_bits - wanted_bits) / abr_buffer, .5, 2 );
2245                         q *= overflow;
2246                     }
2247                 }
2248             }
2249
2250             if( pict_type == SLICE_TYPE_I && h->param.i_keyint_max > 1
2251                 /* should test _next_ pict type, but that isn't decided yet */
2252                 && rcc->last_non_b_pict_type != SLICE_TYPE_I )
2253             {
2254                 q = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
2255                 q /= fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2256             }
2257             else if( h->i_frame > 0 )
2258             {
2259                 if( h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CRF )
2260                 {
2261                     /* Asymmetric clipping, because symmetric would prevent
2262                      * overflow control in areas of rapidly oscillating complexity */
2263                     double lmin = rcc->last_qscale_for[pict_type] / rcc->lstep;
2264                     double lmax = rcc->last_qscale_for[pict_type] * rcc->lstep;
2265                     if( overflow > 1.1 && h->i_frame > 3 )
2266                         lmax *= rcc->lstep;
2267                     else if( overflow < 0.9 )
2268                         lmin /= rcc->lstep;
2269
2270                     q = x264_clip3f(q, lmin, lmax);
2271                 }
2272             }
2273             else if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && rcc->qcompress != 1 )
2274             {
2275                 q = qp2qscale( ABR_INIT_QP ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2276             }
2277             rcc->qp_novbv = qscale2qp( q );
2278
2279             //FIXME use get_diff_limited_q() ?
2280             q = clip_qscale( h, pict_type, q );
2281         }
2282
2283         rcc->last_qscale_for[pict_type] =
2284         rcc->last_qscale = q;
2285
2286         if( !(rcc->b_2pass && !rcc->b_vbv) && h->fenc->i_frame == 0 )
2287             rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P] = q * fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2288
2289         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
2290             rcc->frame_size_planned = qscale2bits(&rce, q);
2291         else
2292             rcc->frame_size_planned = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2293
2294         /* Always use up the whole VBV in this case. */
2295         if( rcc->single_frame_vbv )
2296             rcc->frame_size_planned = rcc->buffer_rate;
2297         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2298         return q;
2299     }
2300 }
2301
2302 void x264_threads_normalize_predictors( x264_t *h )
2303 {
2304     double totalsize = 0;
2305     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2306         totalsize += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2307     double factor = h->rc->frame_size_planned / totalsize;
2308     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2309         h->thread[i]->rc->slice_size_planned *= factor;
2310 }
2311
2312 void x264_threads_distribute_ratecontrol( x264_t *h )
2313 {
2314     int row;
2315     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2316
2317     /* Initialize row predictors */
2318     if( h->i_frame == 0 )
2319         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2320         {
2321             x264_ratecontrol_t *t = h->thread[i]->rc;
2322             memcpy( t->row_preds, rc->row_preds, sizeof(rc->row_preds) );
2323         }
2324
2325     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2326     {
2327         x264_t *t = h->thread[i];
2328         memcpy( t->rc, rc, offsetof(x264_ratecontrol_t, row_pred) );
2329         t->rc->row_pred = &t->rc->row_preds[h->sh.i_type];
2330         /* Calculate the planned slice size. */
2331         if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2332         {
2333             int size = 0;
2334             for( row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2335                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2336             t->rc->slice_size_planned = predict_size( &rc->pred[h->sh.i_type + (i+1)*5], rc->qpm, size );
2337         }
2338         else
2339             t->rc->slice_size_planned = 0;
2340     }
2341     if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2342     {
2343         x264_threads_normalize_predictors( h );
2344
2345         if( rc->single_frame_vbv )
2346         {
2347             /* Compensate for our max frame error threshold: give more bits (proportionally) to smaller slices. */
2348             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2349             {
2350                 x264_t *t = h->thread[i];
2351                 float max_frame_error = X264_MAX( 0.05, 1.0 / (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) );
2352                 t->rc->slice_size_planned += 2 * max_frame_error * rc->frame_size_planned;
2353             }
2354             x264_threads_normalize_predictors( h );
2355         }
2356
2357         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2358             h->thread[i]->rc->frame_size_estimated = h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2359     }
2360 }
2361
2362 void x264_threads_merge_ratecontrol( x264_t *h )
2363 {
2364     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2365     x264_emms();
2366
2367     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2368     {
2369         x264_t *t = h->thread[i];
2370         x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[i]->rc;
2371         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size )
2372         {
2373             int size = 0;
2374             for( int row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2375                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2376             int bits = t->stat.frame.i_mv_bits + t->stat.frame.i_tex_bits + t->stat.frame.i_misc_bits;
2377             int mb_count = (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) * h->mb.i_mb_width;
2378             update_predictor( &rc->pred[h->sh.i_type+(i+1)*5], qp2qscale( rct->qpa_rc/mb_count ), size, bits );
2379         }
2380         if( !i )
2381             continue;
2382         rc->qpa_rc += rct->qpa_rc;
2383         rc->qpa_aq += rct->qpa_aq;
2384     }
2385 }
2386
2387 void x264_thread_sync_ratecontrol( x264_t *cur, x264_t *prev, x264_t *next )
2388 {
2389     if( cur != prev )
2390     {
2391 #define COPY(var) memcpy(&cur->rc->var, &prev->rc->var, sizeof(cur->rc->var))
2392         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_start()
2393          * so copy them from the context that most recently started (prev)
2394          * to the context that's about to start (cur). */
2395         COPY(accum_p_qp);
2396         COPY(accum_p_norm);
2397         COPY(last_satd);
2398         COPY(last_rceq);
2399         COPY(last_qscale_for);
2400         COPY(last_non_b_pict_type);
2401         COPY(short_term_cplxsum);
2402         COPY(short_term_cplxcount);
2403         COPY(bframes);
2404         COPY(prev_zone);
2405         COPY(qpbuf_pos);
2406         /* these vars can be updated by x264_ratecontrol_init_reconfigurable */
2407         COPY(bitrate);
2408         COPY(buffer_size);
2409         COPY(buffer_rate);
2410         COPY(vbv_max_rate);
2411         COPY(single_frame_vbv);
2412         COPY(cbr_decay);
2413         COPY(rate_factor_constant);
2414         COPY(rate_factor_max_increment);
2415 #undef COPY
2416     }
2417     if( cur != next )
2418     {
2419 #define COPY(var) next->rc->var = cur->rc->var
2420         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_end()
2421          * so copy them from the context that most recently ended (cur)
2422          * to the context that's about to end (next) */
2423         COPY(cplxr_sum);
2424         COPY(expected_bits_sum);
2425         COPY(filler_bits_sum);
2426         COPY(wanted_bits_window);
2427         COPY(bframe_bits);
2428         COPY(initial_cpb_removal_delay);
2429         COPY(initial_cpb_removal_delay_offset);
2430         COPY(nrt_first_access_unit);
2431         COPY(previous_cpb_final_arrival_time);
2432 #undef COPY
2433     }
2434     //FIXME row_preds[] (not strictly necessary, but would improve prediction)
2435     /* the rest of the variables are either constant or thread-local */
2436 }
2437
2438 static int find_underflow( x264_t *h, double *fills, int *t0, int *t1, int over )
2439 {
2440     /* find an interval ending on an overflow or underflow (depending on whether
2441      * we're adding or removing bits), and starting on the earliest frame that
2442      * can influence the buffer fill of that end frame. */
2443     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2444     const double buffer_min = (over ? .1 : .1) * rcc->buffer_size;
2445     const double buffer_max = .9 * rcc->buffer_size;
2446     double fill = fills[*t0-1];
2447     double parity = over ? 1. : -1.;
2448     int start = -1, end = -1;
2449     for( int i = *t0; i < rcc->num_entries; i++ )
2450     {
2451         fill += (rcc->entry[i].i_cpb_duration * rcc->vbv_max_rate * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale -
2452                  qscale2bits( &rcc->entry[i], rcc->entry[i].new_qscale )) * parity;
2453         fill = x264_clip3f(fill, 0, rcc->buffer_size);
2454         fills[i] = fill;
2455         if( fill <= buffer_min || i == 0 )
2456         {
2457             if( end >= 0 )
2458                 break;
2459             start = i;
2460         }
2461         else if( fill >= buffer_max && start >= 0 )
2462             end = i;
2463     }
2464     *t0 = start;
2465     *t1 = end;
2466     return start >= 0 && end >= 0;
2467 }
2468
2469 static int fix_underflow( x264_t *h, int t0, int t1, double adjustment, double qscale_min, double qscale_max)
2470 {
2471     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2472     double qscale_orig, qscale_new;
2473     int adjusted = 0;
2474     if( t0 > 0 )
2475         t0++;
2476     for( int i = t0; i <= t1; i++ )
2477     {
2478         qscale_orig = rcc->entry[i].new_qscale;
2479         qscale_orig = x264_clip3f( qscale_orig, qscale_min, qscale_max );
2480         qscale_new  = qscale_orig * adjustment;
2481         qscale_new  = x264_clip3f( qscale_new, qscale_min, qscale_max );
2482         rcc->entry[i].new_qscale = qscale_new;
2483         adjusted = adjusted || (qscale_new != qscale_orig);
2484     }
2485     return adjusted;
2486 }
2487
2488 static double count_expected_bits( x264_t *h )
2489 {
2490     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2491     double expected_bits = 0;
2492     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2493     {
2494         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2495         rce->expected_bits = expected_bits;
2496         expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2497     }
2498     return expected_bits;
2499 }
2500
2501 static int vbv_pass2( x264_t *h, double all_available_bits )
2502 {
2503     /* for each interval of buffer_full .. underflow, uniformly increase the qp of all
2504      * frames in the interval until either buffer is full at some intermediate frame or the
2505      * last frame in the interval no longer underflows.  Recompute intervals and repeat.
2506      * Then do the converse to put bits back into overflow areas until target size is met */
2507
2508     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2509     double *fills;
2510     double expected_bits = 0;
2511     double adjustment;
2512     double prev_bits = 0;
2513     int t0, t1;
2514     double qscale_min = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
2515     double qscale_max = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
2516     int iterations = 0;
2517     int adj_min, adj_max;
2518     CHECKED_MALLOC( fills, (rcc->num_entries+1)*sizeof(double) );
2519
2520     fills++;
2521
2522     /* adjust overall stream size */
2523     do
2524     {
2525         iterations++;
2526         prev_bits = expected_bits;
2527
2528         if( expected_bits )
2529         {   /* not first iteration */
2530             adjustment = X264_MAX(X264_MIN(expected_bits / all_available_bits, 0.999), 0.9);
2531             fills[-1] = rcc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init;
2532             t0 = 0;
2533             /* fix overflows */
2534             adj_min = 1;
2535             while(adj_min && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 1 ))
2536             {
2537                 adj_min = fix_underflow( h, t0, t1, adjustment, qscale_min, qscale_max );
2538                 t0 = t1;
2539             }
2540         }
2541
2542         fills[-1] = rcc->buffer_size * (1. - h->param.rc.f_vbv_buffer_init);
2543         t0 = 0;
2544         /* fix underflows -- should be done after overflow, as we'd better undersize target than underflowing VBV */
2545         adj_max = 1;
2546         while( adj_max && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 0 ) )
2547             adj_max = fix_underflow( h, t0, t1, 1.001, qscale_min, qscale_max );
2548
2549         expected_bits = count_expected_bits( h );
2550     } while( (expected_bits < .995*all_available_bits) && ((int64_t)(expected_bits+.5) > (int64_t)(prev_bits+.5)) );
2551
2552     if( !adj_max )
2553         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "vbv-maxrate issue, qpmax or vbv-maxrate too low\n");
2554
2555     /* store expected vbv filling values for tracking when encoding */
2556     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2557         rcc->entry[i].expected_vbv = rcc->buffer_size - fills[i];
2558
2559     x264_free( fills-1 );
2560     return 0;
2561 fail:
2562     return -1;
2563 }
2564
2565 static int init_pass2( x264_t *h )
2566 {
2567     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2568     uint64_t all_const_bits = 0;
2569     double timescale = (double)h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
2570     double duration = 0;
2571     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2572         duration += rcc->entry[i].i_duration;
2573     duration *= timescale;
2574     uint64_t all_available_bits = h->param.rc.i_bitrate * 1000. * duration;
2575     double rate_factor, step_mult;
2576     double qblur = h->param.rc.f_qblur;
2577     double cplxblur = h->param.rc.f_complexity_blur;
2578     const int filter_size = (int)(qblur*4) | 1;
2579     double expected_bits;
2580     double *qscale, *blurred_qscale;
2581     double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
2582
2583     /* find total/average complexity & const_bits */
2584     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2585     {
2586         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2587         all_const_bits += rce->misc_bits;
2588     }
2589
2590     if( all_available_bits < all_const_bits)
2591     {
2592         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "requested bitrate is too low. estimated minimum is %d kbps\n",
2593                  (int)(all_const_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.)) );
2594         return -1;
2595     }
2596
2597     /* Blur complexities, to reduce local fluctuation of QP.
2598      * We don't blur the QPs directly, because then one very simple frame
2599      * could drag down the QP of a nearby complex frame and give it more
2600      * bits than intended. */
2601     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2602     {
2603         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2604         double weight_sum = 0;
2605         double cplx_sum = 0;
2606         double weight = 1.0;
2607         double gaussian_weight;
2608         /* weighted average of cplx of future frames */
2609         for( int j = 1; j < cplxblur*2 && j < rcc->num_entries-i; j++ )
2610         {
2611             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i+j];
2612             double frame_duration = CLIP_DURATION(rcj->i_duration * timescale) / BASE_FRAME_DURATION;
2613             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2614             if( weight < .0001 )
2615                 break;
2616             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2617             weight_sum += gaussian_weight;
2618             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits) / frame_duration;
2619         }
2620         /* weighted average of cplx of past frames */
2621         weight = 1.0;
2622         for( int j = 0; j <= cplxblur*2 && j <= i; j++ )
2623         {
2624             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i-j];
2625             double frame_duration = CLIP_DURATION(rcj->i_duration * timescale) / BASE_FRAME_DURATION;
2626             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2627             weight_sum += gaussian_weight;
2628             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits) / frame_duration;
2629             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2630             if( weight < .0001 )
2631                 break;
2632         }
2633         rce->blurred_complexity = cplx_sum / weight_sum;
2634     }
2635
2636     CHECKED_MALLOC( qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2637     if( filter_size > 1 )
2638         CHECKED_MALLOC( blurred_qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2639     else
2640         blurred_qscale = qscale;
2641
2642     /* Search for a factor which, when multiplied by the RCEQ values from
2643      * each frame, adds up to the desired total size.
2644      * There is no exact closed-form solution because of VBV constraints and
2645      * because qscale2bits is not invertible, but we can start with the simple
2646      * approximation of scaling the 1st pass by the ratio of bitrates.
2647      * The search range is probably overkill, but speed doesn't matter here. */
2648
2649     expected_bits = 1;
2650     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2651     {
2652         double q = get_qscale(h, &rcc->entry[i], 1.0, i);
2653         expected_bits += qscale2bits(&rcc->entry[i], q);
2654         rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = q;
2655     }
2656     step_mult = all_available_bits / expected_bits;
2657
2658     rate_factor = 0;
2659     for( double step = 1E4 * step_mult; step > 1E-7 * step_mult; step *= 0.5)
2660     {
2661         expected_bits = 0;
2662         rate_factor += step;
2663
2664         rcc->last_non_b_pict_type = -1;
2665         rcc->last_accum_p_norm = 1;
2666         rcc->accum_p_norm = 0;
2667
2668         rcc->last_qscale_for[0] =
2669         rcc->last_qscale_for[1] =
2670         rcc->last_qscale_for[2] = pow( base_cplx, 1 - rcc->qcompress ) / rate_factor;
2671
2672         /* find qscale */
2673         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2674         {
2675             qscale[i] = get_qscale( h, &rcc->entry[i], rate_factor, -1 );
2676             rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = qscale[i];
2677         }
2678
2679         /* fixed I/B qscale relative to P */
2680         for( int i = rcc->num_entries-1; i >= 0; i-- )
2681         {
2682             qscale[i] = get_diff_limited_q( h, &rcc->entry[i], qscale[i], i );
2683             assert(qscale[i] >= 0);
2684         }
2685
2686         /* smooth curve */
2687         if( filter_size > 1 )
2688         {
2689             assert( filter_size%2 == 1 );
2690             for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2691             {
2692                 ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2693                 double q = 0.0, sum = 0.0;
2694
2695                 for( int j = 0; j < filter_size; j++ )
2696                 {
2697                     int idx = i+j-filter_size/2;
2698                     double d = idx-i;
2699                     double coeff = qblur==0 ? 1.0 : exp( -d*d/(qblur*qblur) );
2700                     if( idx < 0 || idx >= rcc->num_entries )
2701                         continue;
2702                     if( rce->pict_type != rcc->entry[idx].pict_type )
2703                         continue;
2704                     q += qscale[idx] * coeff;
2705                     sum += coeff;
2706                 }
2707                 blurred_qscale[i] = q/sum;
2708             }
2709         }
2710
2711         /* find expected bits */
2712         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2713         {
2714             ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2715             rce->new_qscale = clip_qscale( h, rce->pict_type, blurred_qscale[i] );
2716             assert(rce->new_qscale >= 0);
2717             expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2718         }
2719
2720         if( expected_bits > all_available_bits )
2721             rate_factor -= step;
2722     }
2723
2724     x264_free( qscale );
2725     if( filter_size > 1 )
2726         x264_free( blurred_qscale );
2727
2728     if( rcc->b_vbv )
2729         if( vbv_pass2( h, all_available_bits ) )
2730             return -1;
2731     expected_bits = count_expected_bits( h );
2732
2733     if( fabs( expected_bits/all_available_bits - 1.0 ) > 0.01 )
2734     {
2735         double avgq = 0;
2736         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2737             avgq += rcc->entry[i].new_qscale;
2738         avgq = qscale2qp( avgq / rcc->num_entries );
2739
2740         if( expected_bits > all_available_bits || !rcc->b_vbv )
2741             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "Error: 2pass curve failed to converge\n" );
2742         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "target: %.2f kbit/s, expected: %.2f kbit/s, avg QP: %.4f\n",
2743                   (float)h->param.rc.i_bitrate,
2744                   expected_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.),
2745                   avgq );
2746         if( expected_bits < all_available_bits && avgq < h->param.rc.i_qp_min + 2 )
2747         {
2748             if( h->param.rc.i_qp_min > 0 )
2749                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate or reducing qp_min (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_min );
2750             else
2751                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate\n" );
2752         }
2753         else if( expected_bits > all_available_bits && avgq > h->param.rc.i_qp_max - 2 )
2754         {
2755             if( h->param.rc.i_qp_max < QP_MAX )
2756                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate or increasing qp_max (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_max );
2757             else
2758                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate\n");
2759         }
2760         else if( !(rcc->b_2pass && rcc->b_vbv) )
2761             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "internal error\n" );
2762     }
2763
2764     return 0;
2765 fail:
2766     return -1;
2767 }