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

   1 /***************************************************-*- coding: iso-8859-1 -*-
   2  * ratecontrol.c: h264 encoder library (Rate Control)
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 2005-2008 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
  27 #define _ISOC99_SOURCE
  28 #undef NDEBUG // always check asserts, the speed effect is far too small to disable them
  29 #include <math.h>
  30
  31 #include "common/common.h"
  32 #include "common/cpu.h"
  33 #include "ratecontrol.h"
  34 #include "me.h"
  35
  36 typedef struct
  37 {
  38     int pict_type;
  39     int kept_as_ref;
  40     float qscale;
  41     int mv_bits;
  42     int tex_bits;
  43     int misc_bits;
  44     uint64_t expected_bits; /*total expected bits up to the current frame (current one excluded)*/
  45     double expected_vbv;
  46     float new_qscale;
  47     int new_qp;
  48     int i_count;
  49     int p_count;
  50     int s_count;
  51     float blurred_complexity;
  52     char direct_mode;
  53     int refcount[16];
  54     int refs;
  55 } ratecontrol_entry_t;
  56
  57 typedef struct
  58 {
  59     double coeff;
  60     double count;
  61     double decay;
  62     double offset;
  63 } predictor_t;
  64
  65 struct x264_ratecontrol_t
  66 {
  67     /* constants */
  68     int b_abr;
  69     int b_2pass;
  70     int b_vbv;
  71     int b_vbv_min_rate;
  72     double fps;
  73     double bitrate;
  74     double rate_tolerance;
  75     double qcompress;
  76     int nmb;                    /* number of macroblocks in a frame */
  77     int qp_constant[5];
  78
  79     /* current frame */
  80     ratecontrol_entry_t *rce;
  81     int qp;                     /* qp for current frame */
  82     int qpm;                    /* qp for current macroblock */
  83     float f_qpm;                /* qp for current macroblock: precise float for AQ */
  84     float qpa_rc;               /* average of macroblocks' qp before aq */
  85     float qpa_aq;               /* average of macroblocks' qp after aq */
  86     float qp_novbv;             /* QP for the current frame if 1-pass VBV was disabled. */
  87     int qp_force;
  88
  89     /* VBV stuff */
  90     double buffer_size;
  91     double buffer_fill_final;   /* real buffer as of the last finished frame */
  92     double buffer_fill;         /* planned buffer, if all in-progress frames hit their bit budget */
  93     double buffer_rate;         /* # of bits added to buffer_fill after each frame */
  94     predictor_t *pred;          /* predict frame size from satd */
  95     int single_frame_vbv;
  96
  97     /* ABR stuff */
  98     int    last_satd;
  99     double last_rceq;
 100     double cplxr_sum;           /* sum of bits*qscale/rceq */
 101     double expected_bits_sum;   /* sum of qscale2bits after rceq, ratefactor, and overflow, only includes finished frames */
 102     double wanted_bits_window;  /* target bitrate * window */
 103     double cbr_decay;
 104     double short_term_cplxsum;
 105     double short_term_cplxcount;
 106     double rate_factor_constant;
 107     double ip_offset;
 108     double pb_offset;
 109
 110     /* 2pass stuff */
 111     FILE *p_stat_file_out;
 112     char *psz_stat_file_tmpname;
 113     FILE *p_mbtree_stat_file_out;
 114     char *psz_mbtree_stat_file_tmpname;
 115     char *psz_mbtree_stat_file_name;
 116     FILE *p_mbtree_stat_file_in;
 117
 118     int num_entries;            /* number of ratecontrol_entry_ts */
 119     ratecontrol_entry_t *entry; /* FIXME: copy needed data and free this once init is done */
 120     double last_qscale;
 121     double last_qscale_for[5];  /* last qscale for a specific pict type, used for max_diff & ipb factor stuff  */
 122     int last_non_b_pict_type;
 123     double accum_p_qp;          /* for determining I-frame quant */
 124     double accum_p_norm;
 125     double last_accum_p_norm;
 126     double lmin[5];             /* min qscale by frame type */
 127     double lmax[5];
 128     double lstep;               /* max change (multiply) in qscale per frame */
 129     uint16_t *qp_buffer; /* Global buffer for converting MB-tree quantizer data. */
 130
 131     /* MBRC stuff */
 132     double frame_size_estimated;
 133     double frame_size_planned;
 134     predictor_t (*row_pred)[2];
 135     predictor_t row_preds[5][2];
 136     predictor_t *pred_b_from_p; /* predict B-frame size from P-frame satd */
 137     int bframes;                /* # consecutive B-frames before this P-frame */
 138     int bframe_bits;            /* total cost of those frames */
 139
 140     int i_zones;
 141     x264_zone_t *zones;
 142     x264_zone_t *prev_zone;
 143 };
 144
 145
 146 static int parse_zones( x264_t *h );
 147 static int init_pass2(x264_t *);
 148 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h );
 149 static void update_vbv( x264_t *h, int bits );
 150 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead );
 151 static double predict_size( predictor_t *p, double q, double var );
 152 static void update_predictor( predictor_t *p, double q, double var, double bits );
 153
 154 /* Terminology:
 155  * qp = h.264's quantizer
 156  * qscale = linearized quantizer = Lagrange multiplier
 157  */
 158 static inline double qp2qscale(double qp)
 159 {
 160     return 0.85 * pow(2.0, ( qp - 12.0 ) / 6.0);
 161 }
 162 static inline double qscale2qp(double qscale)
 163 {
 164     return 12.0 + 6.0 * log(qscale/0.85) / log(2.0);
 165 }
 166
 167 /* Texture bitrate is not quite inversely proportional to qscale,
 168  * probably due the the changing number of SKIP blocks.
 169  * MV bits level off at about qp<=12, because the lambda used
 170  * for motion estimation is constant there. */
 171 static inline double qscale2bits(ratecontrol_entry_t *rce, double qscale)
 172 {
 173     if(qscale<0.1)
 174         qscale = 0.1;
 175     return (rce->tex_bits + .1) * pow( rce->qscale / qscale, 1.1 )
 176            + rce->mv_bits * pow( X264_MAX(rce->qscale, 1) / X264_MAX(qscale, 1), 0.5 )
 177            + rce->misc_bits;
 178 }
 179
 180 // Find the total AC energy of the block in all planes.
 181 static NOINLINE uint32_t ac_energy_mb( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame )
 182 {
 183     /* This function contains annoying hacks because GCC has a habit of reordering emms
 184      * and putting it after floating point ops.  As a result, we put the emms at the end of the
 185      * function and make sure that its always called before the float math.  Noinline makes
 186      * sure no reordering goes on. */
 187     uint32_t var = 0, i;
 188     for( i = 0; i < 3; i++ )
 189     {
 190         int w = i ? 8 : 16;
 191         int stride = frame->i_stride[i];
 192         int offset = h->mb.b_interlaced
 193             ? w * (mb_x + (mb_y&~1) * stride) + (mb_y&1) * stride
 194             : w * (mb_x + mb_y * stride);
 195         int pix = i ? PIXEL_8x8 : PIXEL_16x16;
 196         stride <<= h->mb.b_interlaced;
 197         var += h->pixf.var[pix]( frame->plane[i]+offset, stride );
 198     }
 199     x264_emms();
 200     return var;
 201 }
 202
 203 void x264_adaptive_quant_frame( x264_t *h, x264_frame_t *frame )
 204 {
 205     /* constants chosen to result in approximately the same overall bitrate as without AQ.
 206      * FIXME: while they're written in 5 significant digits, they're only tuned to 2. */
 207     int mb_x, mb_y;
 208     float strength;
 209     float avg_adj = 0.f;
 210     /* Need to init it anyways for MB tree. */
 211     if( h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
 212     {
 213         int mb_xy;
 214         memset( frame->f_qp_offset, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 215         memset( frame->f_qp_offset_aq, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
 216         if( h->frames.b_have_lowres )
 217             for( mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
 218                 frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = 256;
 219         return;
 220     }
 221
 222     if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 223     {
 224         for( mb_y = 0; mb_y < h->sps->i_mb_height; mb_y++ )
 225             for( mb_x = 0; mb_x < h->sps->i_mb_width; mb_x++ )
 226             {
 227                 uint32_t energy = ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 228                 float qp_adj = x264_log2( energy + 2 );
 229                 qp_adj *= qp_adj;
 230                 frame->f_qp_offset[mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride] = qp_adj;
 231                 avg_adj += qp_adj;
 232             }
 233         avg_adj /= h->mb.i_mb_count;
 234         strength = h->param.rc.f_aq_strength * avg_adj * (1.f / 6000.f);
 235     }
 236     else
 237         strength = h->param.rc.f_aq_strength * 1.0397f;
 238
 239     for( mb_y = 0; mb_y < h->sps->i_mb_height; mb_y++ )
 240         for( mb_x = 0; mb_x < h->sps->i_mb_width; mb_x++ )
 241         {
 242             float qp_adj;
 243             if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
 244             {
 245                 qp_adj = frame->f_qp_offset[mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride];
 246                 qp_adj = strength * (qp_adj - avg_adj);
 247             }
 248             else
 249             {
 250                 uint32_t energy = ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
 251                 qp_adj = strength * (x264_log2( X264_MAX(energy, 1) ) - 14.427f);
 252             }
 253             frame->f_qp_offset[mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride] =
 254             frame->f_qp_offset_aq[mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride] = qp_adj;
 255             if( h->frames.b_have_lowres )
 256                 frame->i_inv_qscale_factor[mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride] = x264_exp2fix8(qp_adj);
 257         }
 258 }
 259
 260
 261 /*****************************************************************************
 262 * x264_adaptive_quant:
 263  * adjust macroblock QP based on variance (AC energy) of the MB.
 264  * high variance  = higher QP
 265  * low variance = lower QP
 266  * This generally increases SSIM and lowers PSNR.
 267 *****************************************************************************/
 268 void x264_adaptive_quant( x264_t *h )
 269 {
 270     x264_emms();
 271     h->mb.i_qp = x264_clip3( h->rc->f_qpm + h->fenc->f_qp_offset[h->mb.i_mb_xy] + .5, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
 272 }
 273
 274 int x264_macroblock_tree_read( x264_t *h, x264_frame_t *frame )
 275 {
 276     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 277     uint8_t i_type_actual = rc->entry[frame->i_frame].pict_type;
 278     int i;
 279
 280     if( i_type_actual != SLICE_TYPE_B )
 281     {
 282         uint8_t i_type;
 283
 284         if( !fread( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_in ) )
 285             goto fail;
 286
 287         if( i_type != i_type_actual )
 288         {
 289             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree frametype %d doesn't match actual frametype %d.\n", i_type,i_type_actual);
 290             return -1;
 291         }
 292
 293         if( fread( rc->qp_buffer, sizeof(uint16_t), h->mb.i_mb_count, rc->p_mbtree_stat_file_in ) != h->mb.i_mb_count )
 294             goto fail;
 295
 296         for( i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
 297             frame->f_qp_offset[i] = ((float)(int16_t)endian_fix16( rc->qp_buffer[i] )) * (1/256.0);
 298     }
 299     else
 300         x264_adaptive_quant_frame( h, frame );
 301     return 0;
 302 fail:
 303     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "Incomplete MB-tree stats file.\n");
 304     return -1;
 305 }
 306
 307 int x264_reference_build_list_optimal( x264_t *h )
 308 {
 309     ratecontrol_entry_t *rce = h->rc->rce;
 310     x264_frame_t *frames[16];
 311     int ref, i;
 312
 313     if( rce->refs != h->i_ref0 )
 314         return -1;
 315
 316     memcpy( frames, h->fref0, sizeof(frames) );
 317
 318     /* For now don't reorder ref 0; it seems to lower quality
 319        in most cases due to skips. */
 320     for( ref = 1; ref < h->i_ref0; ref++ )
 321     {
 322         int max = -1;
 323         int bestref = 1;
 324         for( i = 1; i < h->i_ref0; i++ )
 325             /* Favor lower POC as a tiebreaker. */
 326             COPY2_IF_GT( max, rce->refcount[i], bestref, i );
 327         rce->refcount[bestref] = -1;
 328         h->fref0[ref] = frames[bestref];
 329     }
 330
 331     return 0;
 332 }
 333
 334 static char *x264_strcat_filename( char *input, char *suffix )
 335 {
 336     char *output = x264_malloc( strlen( input ) + strlen( suffix ) + 1 );
 337     if( !output )
 338         return NULL;
 339     strcpy( output, input );
 340     strcat( output, suffix );
 341     return output;
 342 }
 343
 344 int x264_ratecontrol_new( x264_t *h )
 345 {
 346     x264_ratecontrol_t *rc;
 347     int i, j;
 348
 349     x264_emms();
 350
 351     CHECKED_MALLOCZERO( h->rc, h->param.i_threads * sizeof(x264_ratecontrol_t) );
 352     rc = h->rc;
 353
 354     rc->b_abr = h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CQP && !h->param.rc.b_stat_read;
 355     rc->b_2pass = h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && h->param.rc.b_stat_read;
 356
 357     /* FIXME: use integers */
 358     if(h->param.i_fps_num > 0 && h->param.i_fps_den > 0)
 359         rc->fps = (float) h->param.i_fps_num / h->param.i_fps_den;
 360     else
 361         rc->fps = 25.0;
 362
 363     if( h->param.rc.b_mb_tree )
 364     {
 365         h->param.rc.f_pb_factor = 1;
 366         rc->qcompress = 1;
 367     }
 368     else
 369         rc->qcompress = h->param.rc.f_qcompress;
 370
 371     rc->bitrate = h->param.rc.i_bitrate * 1000.;
 372     rc->rate_tolerance = h->param.rc.f_rate_tolerance;
 373     rc->nmb = h->mb.i_mb_count;
 374     rc->last_non_b_pict_type = -1;
 375     rc->cbr_decay = 1.0;
 376
 377     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.b_stat_read )
 378     {
 379         x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "constant rate-factor is incompatible with 2pass.\n");
 380         return -1;
 381     }
 382     if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size )
 383     {
 384         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CQP )
 385         {
 386             x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "VBV is incompatible with constant QP, ignored.\n");
 387             h->param.rc.i_vbv_max_bitrate = 0;
 388             h->param.rc.i_vbv_buffer_size = 0;
 389         }
 390         else if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate == 0 )
 391         {
 392             x264_log( h, X264_LOG_DEBUG, "VBV maxrate unspecified, assuming CBR\n" );
 393             h->param.rc.i_vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_bitrate;
 394         }
 395     }
 396     if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate < h->param.rc.i_bitrate &&
 397         h->param.rc.i_vbv_max_bitrate > 0)
 398         x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "max bitrate less than average bitrate, ignored.\n");
 399     else if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate > 0 &&
 400              h->param.rc.i_vbv_buffer_size > 0 )
 401     {
 402         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size < (int)(h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps) )
 403         {
 404             h->param.rc.i_vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps;
 405             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV buffer size cannot be smaller than one frame, using %d kbit\n",
 406                       h->param.rc.i_vbv_buffer_size );
 407         }
 408         if( h->param.rc.f_vbv_buffer_init > 1. )
 409             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 );
 410         rc->buffer_rate = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate * 1000. / rc->fps;
 411         rc->buffer_size = h->param.rc.i_vbv_buffer_size * 1000.;
 412         rc->single_frame_vbv = rc->buffer_rate * 1.1 > rc->buffer_size;
 413         h->param.rc.f_vbv_buffer_init = X264_MAX( h->param.rc.f_vbv_buffer_init, rc->buffer_rate / rc->buffer_size );
 414         rc->buffer_fill_final = rc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init;
 415         rc->cbr_decay = 1.0 - rc->buffer_rate / rc->buffer_size
 416                       * 0.5 * X264_MAX(0, 1.5 - rc->buffer_rate * rc->fps / rc->bitrate);
 417         rc->b_vbv = 1;
 418         rc->b_vbv_min_rate = !rc->b_2pass
 419                           && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR
 420                           && h->param.rc.i_vbv_max_bitrate <= h->param.rc.i_bitrate;
 421     }
 422     else if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate )
 423     {
 424         x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "VBV maxrate specified, but no bufsize.\n");
 425         h->param.rc.i_vbv_max_bitrate = 0;
 426     }
 427     if(rc->rate_tolerance < 0.01)
 428     {
 429         x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "bitrate tolerance too small, using .01\n");
 430         rc->rate_tolerance = 0.01;
 431     }
 432
 433     h->mb.b_variable_qp = rc->b_vbv || h->param.rc.i_aq_mode;
 434
 435     if( rc->b_abr )
 436     {
 437         /* FIXME ABR_INIT_QP is actually used only in CRF */
 438 #define ABR_INIT_QP ( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF ? h->param.rc.f_rf_constant : 24 )
 439         rc->accum_p_norm = .01;
 440         rc->accum_p_qp = ABR_INIT_QP * rc->accum_p_norm;
 441         /* estimated ratio that produces a reasonable QP for the first I-frame */
 442         rc->cplxr_sum = .01 * pow( 7.0e5, rc->qcompress ) * pow( h->mb.i_mb_count, 0.5 );
 443         rc->wanted_bits_window = 1.0 * rc->bitrate / rc->fps;
 444         rc->last_non_b_pict_type = SLICE_TYPE_I;
 445     }
 446
 447     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
 448     {
 449         /* Arbitrary rescaling to make CRF somewhat similar to QP.
 450          * Try to compensate for MB-tree's effects as well. */
 451         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
 452         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
 453         rc->rate_factor_constant = pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
 454                                  / qp2qscale( h->param.rc.f_rf_constant + mbtree_offset );
 455     }
 456
 457     rc->ip_offset = 6.0 * log(h->param.rc.f_ip_factor) / log(2.0);
 458     rc->pb_offset = 6.0 * log(h->param.rc.f_pb_factor) / log(2.0);
 459     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = h->param.rc.i_qp_constant;
 460     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant - rc->ip_offset + 0.5, 0, 51 );
 461     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant + rc->pb_offset + 0.5, 0, 51 );
 462
 463     rc->lstep = pow( 2, h->param.rc.i_qp_step / 6.0 );
 464     rc->last_qscale = qp2qscale(26);
 465     CHECKED_MALLOC( rc->pred, 5*sizeof(predictor_t) );
 466     CHECKED_MALLOC( rc->pred_b_from_p, sizeof(predictor_t) );
 467     for( i = 0; i < 5; i++ )
 468     {
 469         rc->last_qscale_for[i] = qp2qscale( ABR_INIT_QP );
 470         rc->lmin[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
 471         rc->lmax[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
 472         rc->pred[i].coeff= 2.0;
 473         rc->pred[i].count= 1.0;
 474         rc->pred[i].decay= 0.5;
 475         rc->pred[i].offset= 0.0;
 476         for( j = 0; j < 2; j++ )
 477         {
 478             rc->row_preds[i][j].coeff= .25;
 479             rc->row_preds[i][j].count= 1.0;
 480             rc->row_preds[i][j].decay= 0.5;
 481             rc->row_preds[i][j].offset= 0.0;
 482         }
 483     }
 484     *rc->pred_b_from_p = rc->pred[0];
 485
 486     if( parse_zones( h ) < 0 )
 487     {
 488         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to parse zones\n" );
 489         return -1;
 490     }
 491
 492     /* Load stat file and init 2pass algo */
 493     if( h->param.rc.b_stat_read )
 494     {
 495         char *p, *stats_in, *stats_buf;
 496
 497         /* read 1st pass stats */
 498         assert( h->param.rc.psz_stat_in );
 499         stats_buf = stats_in = x264_slurp_file( h->param.rc.psz_stat_in );
 500         if( !stats_buf )
 501         {
 502             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n");
 503             return -1;
 504         }
 505         if( h->param.rc.b_mb_tree )
 506         {
 507             char *mbtree_stats_in = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_in, ".mbtree" );
 508             if( !mbtree_stats_in )
 509                 return -1;
 510             rc->p_mbtree_stat_file_in = fopen( mbtree_stats_in, "rb" );
 511             x264_free( mbtree_stats_in );
 512             if( !rc->p_mbtree_stat_file_in )
 513             {
 514                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n");
 515                 return -1;
 516             }
 517         }
 518
 519         /* check whether 1st pass options were compatible with current options */
 520         if( !strncmp( stats_buf, "#options:", 9 ) )
 521         {
 522             int i;
 523             char *opts = stats_buf;
 524             stats_in = strchr( stats_buf, '\n' );
 525             if( !stats_in )
 526                 return -1;
 527             *stats_in = '\0';
 528             stats_in++;
 529
 530             if( ( p = strstr( opts, "bframes=" ) ) && sscanf( p, "bframes=%d", &i )
 531                 && h->param.i_bframe != i )
 532             {
 533                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different number of B-frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
 534                           h->param.i_bframe, i );
 535                 return -1;
 536             }
 537
 538             /* since B-adapt doesn't (yet) take into account B-pyramid,
 539              * the converse is not a problem */
 540             if( strstr( opts, "b_pyramid=1" ) && !h->param.b_bframe_pyramid )
 541                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "1st pass used B-pyramid, 2nd doesn't\n" );
 542
 543             if( ( p = strstr( opts, "keyint=" ) ) && sscanf( p, "keyint=%d", &i )
 544                 && h->param.i_keyint_max != i )
 545                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "different keyint than 1st pass (%d vs %d)\n",
 546                           h->param.i_keyint_max, i );
 547
 548             if( strstr( opts, "qp=0" ) && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
 549                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "1st pass was lossless, bitrate prediction will be inaccurate\n" );
 550
 551             if( !strstr( opts, "direct=3" ) && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
 552             {
 553                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "direct=auto not used on the first pass\n" );
 554                 h->mb.b_direct_auto_write = 1;
 555             }
 556
 557             if( ( p = strstr( opts, "b_adapt=" ) ) && sscanf( p, "b_adapt=%d", &i ) && i >= X264_B_ADAPT_NONE && i <= X264_B_ADAPT_TRELLIS )
 558                 h->param.i_bframe_adaptive = i;
 559             else if( h->param.i_bframe )
 560             {
 561                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "b_adapt method specified in stats file not valid\n" );
 562                 return -1;
 563             }
 564
 565             if( h->param.rc.b_mb_tree && ( p = strstr( opts, "rc_lookahead=" ) ) && sscanf( p, "rc_lookahead=%d", &i ) )
 566                 h->param.rc.i_lookahead = i;
 567         }
 568
 569         /* find number of pics */
 570         p = stats_in;
 571         for(i=-1; p; i++)
 572             p = strchr(p+1, ';');
 573         if(i==0)
 574         {
 575             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "empty stats file\n");
 576             return -1;
 577         }
 578         rc->num_entries = i;
 579
 580         if( h->param.i_frame_total < rc->num_entries && h->param.i_frame_total > 0 )
 581         {
 582             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "2nd pass has fewer frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
 583                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
 584         }
 585         if( h->param.i_frame_total > rc->num_entries )
 586         {
 587             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
 588                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
 589             return -1;
 590         }
 591
 592         CHECKED_MALLOCZERO( rc->entry, rc->num_entries * sizeof(ratecontrol_entry_t) );
 593
 594         /* init all to skipped p frames */
 595         for(i=0; i<rc->num_entries; i++)
 596         {
 597             ratecontrol_entry_t *rce = &rc->entry[i];
 598             rce->pict_type = SLICE_TYPE_P;
 599             rce->qscale = rce->new_qscale = qp2qscale(20);
 600             rce->misc_bits = rc->nmb + 10;
 601             rce->new_qp = 0;
 602         }
 603
 604         /* read stats */
 605         p = stats_in;
 606         for(i=0; i < rc->num_entries; i++)
 607         {
 608             ratecontrol_entry_t *rce;
 609             int frame_number;
 610             char pict_type;
 611             int e;
 612             char *next;
 613             float qp;
 614             int ref;
 615
 616             next= strchr(p, ';');
 617             if(next)
 618             {
 619                 (*next)=0; //sscanf is unbelievably slow on long strings
 620                 next++;
 621             }
 622             e = sscanf(p, " in:%d ", &frame_number);
 623
 624             if(frame_number < 0 || frame_number >= rc->num_entries)
 625             {
 626                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "bad frame number (%d) at stats line %d\n", frame_number, i);
 627                 return -1;
 628             }
 629             rce = &rc->entry[frame_number];
 630             rce->direct_mode = 0;
 631
 632             e += sscanf(p, " in:%*d out:%*d type:%c q:%f tex:%d mv:%d misc:%d imb:%d pmb:%d smb:%d d:%c",
 633                    &pict_type, &qp, &rce->tex_bits,
 634                    &rce->mv_bits, &rce->misc_bits, &rce->i_count, &rce->p_count,
 635                    &rce->s_count, &rce->direct_mode);
 636
 637             p = strstr( p, "ref:" );
 638             if( !p )
 639                 goto parse_error;
 640             p += 4;
 641             for( ref = 0; ref < 16; ref++ )
 642             {
 643                 if( sscanf( p, " %d", &rce->refcount[ref] ) != 1 )
 644                     break;
 645                 p = strchr( p+1, ' ' );
 646                 if( !p )
 647                     goto parse_error;
 648             }
 649             rce->refs = ref;
 650
 651             switch(pict_type)
 652             {
 653                 case 'I': rce->kept_as_ref = 1;
 654                 case 'i': rce->pict_type = SLICE_TYPE_I; break;
 655                 case 'P': rce->pict_type = SLICE_TYPE_P; break;
 656                 case 'B': rce->kept_as_ref = 1;
 657                 case 'b': rce->pict_type = SLICE_TYPE_B; break;
 658                 default:  e = -1; break;
 659             }
 660             if(e < 10)
 661             {
 662 parse_error:
 663                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "statistics are damaged at line %d, parser out=%d\n", i, e);
 664                 return -1;
 665             }
 666             rce->qscale = qp2qscale(qp);
 667             p = next;
 668         }
 669
 670         x264_free(stats_buf);
 671
 672         if(h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR)
 673         {
 674             if(init_pass2(h) < 0) return -1;
 675         } /* else we're using constant quant, so no need to run the bitrate allocation */
 676     }
 677
 678     /* Open output file */
 679     /* If input and output files are the same, output to a temp file
 680      * and move it to the real name only when it's complete */
 681     if( h->param.rc.b_stat_write )
 682     {
 683         char *p;
 684         rc->psz_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".temp" );
 685         if( !rc->psz_stat_file_tmpname )
 686             return -1;
 687
 688         rc->p_stat_file_out = fopen( rc->psz_stat_file_tmpname, "wb" );
 689         if( rc->p_stat_file_out == NULL )
 690         {
 691             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n");
 692             return -1;
 693         }
 694
 695         p = x264_param2string( &h->param, 1 );
 696         if( p )
 697             fprintf( rc->p_stat_file_out, "#options: %s\n", p );
 698         x264_free( p );
 699         if( h->param.rc.b_mb_tree && !h->param.rc.b_stat_read )
 700         {
 701             rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree.temp" );
 702             rc->psz_mbtree_stat_file_name = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree" );
 703             if( !rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname || !rc->psz_mbtree_stat_file_name )
 704                 return -1;
 705
 706             rc->p_mbtree_stat_file_out = fopen( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, "wb" );
 707             if( rc->p_mbtree_stat_file_out == NULL )
 708             {
 709                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n");
 710                 return -1;
 711             }
 712         }
 713     }
 714
 715     if( h->param.rc.b_mb_tree && (h->param.rc.b_stat_read || h->param.rc.b_stat_write) )
 716         CHECKED_MALLOC( rc->qp_buffer, h->mb.i_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 717
 718     for( i=0; i<h->param.i_threads; i++ )
 719     {
 720         h->thread[i]->rc = rc+i;
 721         if( i )
 722         {
 723             rc[i] = rc[0];
 724             memcpy( &h->thread[i]->param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
 725             h->thread[i]->mb.b_variable_qp = h->mb.b_variable_qp;
 726         }
 727     }
 728
 729     return 0;
 730 fail:
 731     return -1;
 732 }
 733
 734 static int parse_zone( x264_t *h, x264_zone_t *z, char *p )
 735 {
 736     int len = 0;
 737     char *tok, UNUSED *saveptr;
 738     z->param = NULL;
 739     z->f_bitrate_factor = 1;
 740     if( 3 <= sscanf(p, "%u,%u,q=%u%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->i_qp, &len) )
 741         z->b_force_qp = 1;
 742     else if( 3 <= sscanf(p, "%u,%u,b=%f%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->f_bitrate_factor, &len) )
 743         z->b_force_qp = 0;
 744     else if( 2 <= sscanf(p, "%u,%u%n", &z->i_start, &z->i_end, &len) )
 745         z->b_force_qp = 0;
 746     else
 747     {
 748         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: \"%s\"\n", p );
 749         return -1;
 750     }
 751     p += len;
 752     if( !*p )
 753         return 0;
 754     CHECKED_MALLOC( z->param, sizeof(x264_param_t) );
 755     memcpy( z->param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
 756     z->param->param_free = x264_free;
 757     while( (tok = strtok_r( p, ",", &saveptr )) )
 758     {
 759         char *val = strchr( tok, '=' );
 760         if( val )
 761         {
 762             *val = '\0';
 763             val++;
 764         }
 765         if( x264_param_parse( z->param, tok, val ) )
 766         {
 767             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone param: %s = %s\n", tok, val );
 768             return -1;
 769         }
 770         p = NULL;
 771     }
 772     return 0;
 773 fail:
 774     return -1;
 775 }
 776
 777 static int parse_zones( x264_t *h )
 778 {
 779     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 780     int i;
 781     if( h->param.rc.psz_zones && !h->param.rc.i_zones )
 782     {
 783         char *psz_zones, *p, *tok, UNUSED *saveptr;
 784         CHECKED_MALLOC( psz_zones, strlen( h->param.rc.psz_zones )+1 );
 785         strcpy( psz_zones, h->param.rc.psz_zones );
 786         h->param.rc.i_zones = 1;
 787         for( p = psz_zones; *p; p++ )
 788             h->param.rc.i_zones += (*p == '/');
 789         CHECKED_MALLOC( h->param.rc.zones, h->param.rc.i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
 790         p = psz_zones;
 791         for( i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
 792         {
 793             tok = strtok_r( p, "/", &saveptr );
 794             if( !tok || parse_zone( h, &h->param.rc.zones[i], tok ) )
 795                 return -1;
 796             p = NULL;
 797         }
 798         x264_free( psz_zones );
 799     }
 800
 801     if( h->param.rc.i_zones > 0 )
 802     {
 803         for( i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
 804         {
 805             x264_zone_t z = h->param.rc.zones[i];
 806             if( z.i_start < 0 || z.i_start > z.i_end )
 807             {
 808                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: start=%d end=%d\n",
 809                           z.i_start, z.i_end );
 810                 return -1;
 811             }
 812             else if( !z.b_force_qp && z.f_bitrate_factor <= 0 )
 813             {
 814                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: bitrate_factor=%f\n",
 815                           z.f_bitrate_factor );
 816                 return -1;
 817             }
 818         }
 819
 820         rc->i_zones = h->param.rc.i_zones + 1;
 821         CHECKED_MALLOC( rc->zones, rc->i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
 822         memcpy( rc->zones+1, h->param.rc.zones, (rc->i_zones-1) * sizeof(x264_zone_t) );
 823
 824         // default zone to fall back to if none of the others match
 825         rc->zones[0].i_start = 0;
 826         rc->zones[0].i_end = INT_MAX;
 827         rc->zones[0].b_force_qp = 0;
 828         rc->zones[0].f_bitrate_factor = 1;
 829         CHECKED_MALLOC( rc->zones[0].param, sizeof(x264_param_t) );
 830         memcpy( rc->zones[0].param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
 831         for( i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
 832         {
 833             if( !rc->zones[i].param )
 834                 rc->zones[i].param = rc->zones[0].param;
 835         }
 836     }
 837
 838     return 0;
 839 fail:
 840     return -1;
 841 }
 842
 843 static x264_zone_t *get_zone( x264_t *h, int frame_num )
 844 {
 845     int i;
 846     for( i = h->rc->i_zones-1; i >= 0; i-- )
 847     {
 848         x264_zone_t *z = &h->rc->zones[i];
 849         if( frame_num >= z->i_start && frame_num <= z->i_end )
 850             return z;
 851     }
 852     return NULL;
 853 }
 854
 855 void x264_ratecontrol_summary( x264_t *h )
 856 {
 857     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 858     if( rc->b_abr && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && rc->cbr_decay > .9999 )
 859     {
 860         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
 861         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
 862         x264_log( h, X264_LOG_INFO, "final ratefactor: %.2f\n",
 863                   qscale2qp( pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
 864                              * rc->cplxr_sum / rc->wanted_bits_window ) - mbtree_offset );
 865     }
 866 }
 867
 868 void x264_ratecontrol_delete( x264_t *h )
 869 {
 870     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 871     int i;
 872
 873     if( rc->p_stat_file_out )
 874     {
 875         fclose( rc->p_stat_file_out );
 876         if( h->i_frame >= rc->num_entries )
 877             if( rename( rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out ) != 0 )
 878             {
 879                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
 880                           rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out );
 881             }
 882         x264_free( rc->psz_stat_file_tmpname );
 883     }
 884     if( rc->p_mbtree_stat_file_out )
 885     {
 886         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_out );
 887         if( h->i_frame >= rc->num_entries )
 888             if( rename( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name ) != 0 )
 889             {
 890                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
 891                           rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name );
 892             }
 893         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname );
 894         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_name );
 895     }
 896     if( rc->p_mbtree_stat_file_in )
 897         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_in );
 898     x264_free( rc->pred );
 899     x264_free( rc->pred_b_from_p );
 900     x264_free( rc->entry );
 901     x264_free( rc->qp_buffer );
 902     if( rc->zones )
 903     {
 904         x264_free( rc->zones[0].param );
 905         for( i=1; i<rc->i_zones; i++ )
 906             if( rc->zones[i].param != rc->zones[0].param && rc->zones[i].param->param_free )
 907                 rc->zones[i].param->param_free( rc->zones[i].param );
 908         x264_free( rc->zones );
 909     }
 910     x264_free( rc );
 911 }
 912
 913 void x264_ratecontrol_set_estimated_size( x264_t *h, int bits )
 914 {
 915     x264_pthread_mutex_lock( &h->fenc->mutex );
 916     h->rc->frame_size_estimated = bits;
 917     x264_pthread_mutex_unlock( &h->fenc->mutex );
 918 }
 919
 920 int x264_ratecontrol_get_estimated_size( x264_t const *h)
 921 {
 922     int size;
 923     x264_pthread_mutex_lock( &h->fenc->mutex );
 924     size = h->rc->frame_size_estimated;
 925     x264_pthread_mutex_unlock( &h->fenc->mutex );
 926     return size;
 927 }
 928
 929 static void accum_p_qp_update( x264_t *h, float qp )
 930 {
 931     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 932     rc->accum_p_qp   *= .95;
 933     rc->accum_p_norm *= .95;
 934     rc->accum_p_norm += 1;
 935     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I )
 936         rc->accum_p_qp += qp + rc->ip_offset;
 937     else
 938         rc->accum_p_qp += qp;
 939 }
 940
 941 /* Before encoding a frame, choose a QP for it */
 942 void x264_ratecontrol_start( x264_t *h, int i_force_qp, int overhead )
 943 {
 944     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 945     ratecontrol_entry_t *rce = NULL;
 946     x264_zone_t *zone = get_zone( h, h->fenc->i_frame );
 947     float q;
 948
 949     x264_emms();
 950
 951     if( zone && (!rc->prev_zone || zone->param != rc->prev_zone->param) )
 952         x264_encoder_reconfig( h, zone->param );
 953     rc->prev_zone = zone;
 954
 955     rc->qp_force = i_force_qp;
 956
 957     if( h->param.rc.b_stat_read )
 958     {
 959         int frame = h->fenc->i_frame;
 960         assert( frame >= 0 && frame < rc->num_entries );
 961         rce = h->rc->rce = &h->rc->entry[frame];
 962
 963         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B
 964             && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
 965         {
 966             h->sh.b_direct_spatial_mv_pred = ( rce->direct_mode == 's' );
 967             h->mb.b_direct_auto_read = ( rce->direct_mode == 's' || rce->direct_mode == 't' );
 968         }
 969     }
 970
 971     if( rc->b_vbv )
 972     {
 973         memset( h->fdec->i_row_bits, 0, h->sps->i_mb_height * sizeof(int) );
 974         rc->row_pred = &rc->row_preds[h->sh.i_type];
 975         update_vbv_plan( h, overhead );
 976     }
 977
 978     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
 979         rc->bframes = h->fenc->i_bframes;
 980
 981     if( i_force_qp )
 982     {
 983         q = i_force_qp - 1;
 984     }
 985     else if( rc->b_abr )
 986     {
 987         q = qscale2qp( rate_estimate_qscale( h ) );
 988     }
 989     else if( rc->b_2pass )
 990     {
 991         rce->new_qscale = rate_estimate_qscale( h );
 992         q = qscale2qp( rce->new_qscale );
 993     }
 994     else /* CQP */
 995     {
 996         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B && h->fdec->b_kept_as_ref )
 997             q = ( rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_B ] + rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_P ] ) / 2;
 998         else
 999             q = rc->qp_constant[ h->sh.i_type ];
1000
1001         if( zone )
1002         {
1003             if( zone->b_force_qp )
1004                 q += zone->i_qp - rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P];
1005             else
1006                 q -= 6*log(zone->f_bitrate_factor)/log(2);
1007         }
1008     }
1009
1010     q = x264_clip3f( q, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1011
1012     rc->qpa_rc =
1013     rc->qpa_aq = 0;
1014     h->fdec->f_qp_avg_rc =
1015     h->fdec->f_qp_avg_aq =
1016     rc->qpm =
1017     rc->qp = x264_clip3( (int)(q + 0.5), 0, 51 );
1018     rc->f_qpm = q;
1019     if( rce )
1020         rce->new_qp = rc->qp;
1021
1022     accum_p_qp_update( h, rc->qp );
1023
1024     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1025         rc->last_non_b_pict_type = h->sh.i_type;
1026 }
1027
1028 static double predict_row_size( x264_t *h, int y, int qp )
1029 {
1030     /* average between two predictors:
1031      * absolute SATD, and scaled bit cost of the colocated row in the previous frame */
1032     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1033     double pred_s = predict_size( rc->row_pred[0], qp2qscale(qp), h->fdec->i_row_satd[y] );
1034     double pred_t = 0;
1035     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I || qp >= h->fref0[0]->i_row_qp[y] )
1036     {
1037         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I
1038             && h->fref0[0]->i_type == h->fdec->i_type
1039             && h->fref0[0]->i_row_satd[y] > 0
1040             && (abs(h->fref0[0]->i_row_satd[y] - h->fdec->i_row_satd[y]) < h->fdec->i_row_satd[y]/2))
1041         {
1042             pred_t = h->fref0[0]->i_row_bits[y] * h->fdec->i_row_satd[y] / h->fref0[0]->i_row_satd[y]
1043                      * qp2qscale(h->fref0[0]->i_row_qp[y]) / qp2qscale(qp);
1044         }
1045         if( pred_t == 0 )
1046             pred_t = pred_s;
1047         return (pred_s + pred_t) / 2;
1048     }
1049     /* Our QP is lower than the reference! */
1050     else
1051     {
1052         double newq = qp2qscale(qp);
1053         double oldq = qp2qscale(h->fref0[0]->i_row_qp[y]);
1054         double pred_intra = predict_size( rc->row_pred[1], (1 - newq / oldq) * newq, h->fdec->i_row_satds[0][0][y] );
1055         /* Sum: better to overestimate than underestimate by using only one of the two predictors. */
1056         return pred_intra + pred_s;
1057     }
1058 }
1059
1060 static double row_bits_so_far( x264_t *h, int y )
1061 {
1062     int i;
1063     double bits = 0;
1064     for( i = 0; i <= y; i++ )
1065         bits += h->fdec->i_row_bits[i];
1066     return bits;
1067 }
1068
1069 static double predict_row_size_sum( x264_t *h, int y, int qp )
1070 {
1071     int i;
1072     double bits = row_bits_so_far(h, y);
1073     for( i = y+1; i < h->sps->i_mb_height; i++ )
1074         bits += predict_row_size( h, i, qp );
1075     return bits;
1076 }
1077
1078
1079 void x264_ratecontrol_mb( x264_t *h, int bits )
1080 {
1081     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1082     const int y = h->mb.i_mb_y;
1083
1084     x264_emms();
1085
1086     h->fdec->i_row_bits[y] += bits;
1087     rc->qpa_rc += rc->f_qpm;
1088     rc->qpa_aq += h->mb.i_qp;
1089
1090     if( h->mb.i_mb_x != h->sps->i_mb_width - 1 || !rc->b_vbv )
1091         return;
1092
1093     h->fdec->i_row_qp[y] = rc->qpm;
1094
1095     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1096     {
1097         /* B-frames shouldn't use lower QP than their reference frames.
1098          * This code is a bit overzealous in limiting B-frame quantizers, but it helps avoid
1099          * underflows due to the fact that B-frames are not explicitly covered by VBV. */
1100         if( y < h->sps->i_mb_height-1 )
1101         {
1102             int i_estimated;
1103             int avg_qp = X264_MIN(h->fref0[0]->i_row_qp[y+1], h->fref1[0]->i_row_qp[y+1])
1104                        + rc->pb_offset * ((h->fenc->i_type == X264_TYPE_BREF) ? 0.5 : 1);
1105             rc->qpm = X264_MIN(X264_MAX( rc->qp, avg_qp), 51); //avg_qp could go higher than 51 due to pb_offset
1106             i_estimated = row_bits_so_far(h, y); //FIXME: compute full estimated size
1107             if (i_estimated > h->rc->frame_size_planned)
1108                 x264_ratecontrol_set_estimated_size(h, i_estimated);
1109         }
1110     }
1111     else
1112     {
1113         update_predictor( rc->row_pred[0], qp2qscale(rc->qpm), h->fdec->i_row_satd[y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1114         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I && rc->qpm < h->fref0[0]->i_row_qp[y] )
1115         {
1116             double newq = qp2qscale(rc->qpm);
1117             double oldq = qp2qscale(h->fref0[0]->i_row_qp[y]);
1118             update_predictor( rc->row_pred[1], (1 - newq / oldq) * newq, h->fdec->i_row_satds[0][0][y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1119         }
1120
1121         /* tweak quality based on difference from predicted size */
1122         if( y < h->sps->i_mb_height-1 )// && h->stat.i_frame_count[h->sh.i_type] > 0 )
1123         {
1124             int prev_row_qp = h->fdec->i_row_qp[y];
1125             int b0 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm );
1126             int b1 = b0;
1127             int i_qp_max = X264_MIN( prev_row_qp + h->param.rc.i_qp_step, h->param.rc.i_qp_max );
1128             int i_qp_min = X264_MAX( prev_row_qp - h->param.rc.i_qp_step, h->param.rc.i_qp_min );
1129             float buffer_left_planned = rc->buffer_fill - rc->frame_size_planned;
1130
1131             /* More threads means we have to be more cautious in letting ratecontrol use up extra bits.
1132              * In 2-pass mode we can be more trusting of the planned frame sizes, since they were decided
1133              * by actual encoding instead of SATD prediction. */
1134             float rc_tol = h->param.rc.b_stat_read ? (buffer_left_planned / rc->buffer_size) * rc->frame_size_planned
1135                                                    : (buffer_left_planned / h->param.i_threads);
1136             /* Don't modify the row QPs until a sufficent amount of the bits of the frame have been processed, in case a flat */
1137             /* area at the top of the frame was measured inaccurately. */
1138             if( row_bits_so_far(h,y) < 0.05 * rc->frame_size_planned )
1139                 return;
1140
1141             if(h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I)
1142                 rc_tol /= 2;
1143
1144             if( !rc->b_vbv_min_rate )
1145                 i_qp_min = X264_MAX( i_qp_min, h->sh.i_qp );
1146
1147             while( rc->qpm < i_qp_max
1148                    && ((b1 > rc->frame_size_planned + rc_tol) ||
1149                        (rc->buffer_fill - b1 < buffer_left_planned * 0.5) ||
1150                        (b1 > rc->frame_size_planned && rc->qpm < rc->qp_novbv)) )
1151             {
1152                 rc->qpm ++;
1153                 b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm );
1154             }
1155
1156             while( rc->qpm > i_qp_min
1157                    && (rc->qpm > h->fdec->i_row_qp[0] || rc->single_frame_vbv)
1158                    && ((b1 < rc->frame_size_planned * 0.8 && rc->qpm <= prev_row_qp)
1159                    || b1 < (rc->buffer_fill - rc->buffer_size + rc->buffer_rate) * 1.1) )
1160             {
1161                 rc->qpm --;
1162                 b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm );
1163             }
1164
1165             /* avoid VBV underflow */
1166             while( (rc->qpm < h->param.rc.i_qp_max)
1167                    && (rc->buffer_fill - b1 < rc->buffer_rate * 0.05 ) )
1168             {
1169                 rc->qpm ++;
1170                 b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm );
1171             }
1172
1173             x264_ratecontrol_set_estimated_size(h, b1);
1174         }
1175     }
1176     /* loses the fractional part of the frame-wise qp */
1177     rc->f_qpm = rc->qpm;
1178 }
1179
1180 int x264_ratecontrol_qp( x264_t *h )
1181 {
1182     return h->rc->qpm;
1183 }
1184
1185 /* In 2pass, force the same frame types as in the 1st pass */
1186 int x264_ratecontrol_slice_type( x264_t *h, int frame_num )
1187 {
1188     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1189     if( h->param.rc.b_stat_read )
1190     {
1191         if( frame_num >= rc->num_entries )
1192         {
1193             /* We could try to initialize everything required for ABR and
1194              * adaptive B-frames, but that would be complicated.
1195              * So just calculate the average QP used so far. */
1196             int i;
1197
1198             h->param.rc.i_qp_constant = (h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P] == 0) ? 24
1199                                       : 1 + h->stat.f_frame_qp[SLICE_TYPE_P] / h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P];
1200             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant, 0, 51 );
1201             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, 51 );
1202             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, 51 );
1203
1204             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d)\n", rc->num_entries);
1205             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "continuing anyway, at constant QP=%d\n", h->param.rc.i_qp_constant);
1206             if( h->param.i_bframe_adaptive )
1207                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "disabling adaptive B-frames\n");
1208
1209             for( i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1210             {
1211                 h->thread[i]->rc->b_abr = 0;
1212                 h->thread[i]->rc->b_2pass = 0;
1213                 h->thread[i]->param.rc.i_rc_method = X264_RC_CQP;
1214                 h->thread[i]->param.rc.b_stat_read = 0;
1215                 h->thread[i]->param.i_bframe_adaptive = 0;
1216                 h->thread[i]->param.i_scenecut_threshold = 0;
1217                 if( h->thread[i]->param.i_bframe > 1 )
1218                     h->thread[i]->param.i_bframe = 1;
1219             }
1220             return X264_TYPE_AUTO;
1221         }
1222         switch( rc->entry[frame_num].pict_type )
1223         {
1224             case SLICE_TYPE_I:
1225                 return rc->entry[frame_num].kept_as_ref ? X264_TYPE_IDR : X264_TYPE_I;
1226
1227             case SLICE_TYPE_B:
1228                 return rc->entry[frame_num].kept_as_ref ? X264_TYPE_BREF : X264_TYPE_B;
1229
1230             case SLICE_TYPE_P:
1231             default:
1232                 return X264_TYPE_P;
1233         }
1234     }
1235     else
1236     {
1237         return X264_TYPE_AUTO;
1238     }
1239 }
1240
1241 /* After encoding one frame, save stats and update ratecontrol state */
1242 int x264_ratecontrol_end( x264_t *h, int bits )
1243 {
1244     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1245     const int *mbs = h->stat.frame.i_mb_count;
1246     int i;
1247
1248     x264_emms();
1249
1250     h->stat.frame.i_mb_count_skip = mbs[P_SKIP] + mbs[B_SKIP];
1251     h->stat.frame.i_mb_count_i = mbs[I_16x16] + mbs[I_8x8] + mbs[I_4x4];
1252     h->stat.frame.i_mb_count_p = mbs[P_L0] + mbs[P_8x8];
1253     for( i = B_DIRECT; i < B_8x8; i++ )
1254         h->stat.frame.i_mb_count_p += mbs[i];
1255
1256     h->fdec->f_qp_avg_rc = rc->qpa_rc /= h->mb.i_mb_count;
1257     h->fdec->f_qp_avg_aq = rc->qpa_aq /= h->mb.i_mb_count;
1258
1259     if( h->param.rc.b_stat_write )
1260     {
1261         char c_type = h->sh.i_type==SLICE_TYPE_I ? (h->fenc->i_poc==0 ? 'I' : 'i')
1262                     : h->sh.i_type==SLICE_TYPE_P ? 'P'
1263                     : h->fenc->b_kept_as_ref ? 'B' : 'b';
1264         int dir_frame = h->stat.frame.i_direct_score[1] - h->stat.frame.i_direct_score[0];
1265         int dir_avg = h->stat.i_direct_score[1] - h->stat.i_direct_score[0];
1266         char c_direct = h->mb.b_direct_auto_write ?
1267                         ( dir_frame>0 ? 's' : dir_frame<0 ? 't' :
1268                           dir_avg>0 ? 's' : dir_avg<0 ? 't' : '-' )
1269                         : '-';
1270         if( fprintf( rc->p_stat_file_out,
1271                  "in:%d out:%d type:%c q:%.2f tex:%d mv:%d misc:%d imb:%d pmb:%d smb:%d d:%c ref:",
1272                  h->fenc->i_frame, h->i_frame,
1273                  c_type, rc->qpa_rc,
1274                  h->stat.frame.i_tex_bits,
1275                  h->stat.frame.i_mv_bits,
1276                  h->stat.frame.i_misc_bits,
1277                  h->stat.frame.i_mb_count_i,
1278                  h->stat.frame.i_mb_count_p,
1279                  h->stat.frame.i_mb_count_skip,
1280                  c_direct) < 0 )
1281             goto fail;
1282
1283         for( i = 0; i < h->i_ref0; i++ )
1284         {
1285             int refcount = h->param.b_interlaced ? h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2]
1286                                                  + h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2+1] :
1287                                                    h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i];
1288             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "%d ", refcount ) < 0 )
1289                 goto fail;
1290         }
1291
1292         if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ";\n" ) < 0 )
1293             goto fail;
1294
1295         /* Don't re-write the data in multi-pass mode. */
1296         if( h->param.rc.b_mb_tree && h->fenc->b_kept_as_ref && !h->param.rc.b_stat_read )
1297         {
1298             uint8_t i_type = h->sh.i_type;
1299             int i;
1300             /* Values are stored as big-endian FIX8.8 */
1301             for( i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
1302                 rc->qp_buffer[i] = endian_fix16( h->fenc->f_qp_offset[i]*256.0 );
1303             if( fwrite( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < 1 )
1304                 goto fail;
1305             if( fwrite( rc->qp_buffer, sizeof(uint16_t), h->mb.i_mb_count, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < h->mb.i_mb_count )
1306                 goto fail;
1307         }
1308     }
1309
1310     if( rc->b_abr )
1311     {
1312         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1313             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale(rc->qpa_rc) / rc->last_rceq;
1314         else
1315         {
1316             /* Depends on the fact that B-frame's QP is an offset from the following P-frame's.
1317              * Not perfectly accurate with B-refs, but good enough. */
1318             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale(rc->qpa_rc) / (rc->last_rceq * fabs(h->param.rc.f_pb_factor));
1319         }
1320         rc->cplxr_sum *= rc->cbr_decay;
1321         rc->wanted_bits_window += rc->bitrate / rc->fps;
1322         rc->wanted_bits_window *= rc->cbr_decay;
1323     }
1324
1325     if( rc->b_2pass )
1326     {
1327         rc->expected_bits_sum += qscale2bits( rc->rce, qp2qscale(rc->rce->new_qp) );
1328     }
1329
1330     if( h->mb.b_variable_qp )
1331     {
1332         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1333         {
1334             rc->bframe_bits += bits;
1335             if( h->fenc->b_last_minigop_bframe )
1336             {
1337                 update_predictor( rc->pred_b_from_p, qp2qscale(rc->qpa_rc),
1338                                   h->fref1[h->i_ref1-1]->i_satd, rc->bframe_bits / rc->bframes );
1339                 rc->bframe_bits = 0;
1340             }
1341         }
1342     }
1343
1344     update_vbv( h, bits );
1345     return 0;
1346 fail:
1347     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_end: stats file could not be written to\n");
1348     return -1;
1349 }
1350
1351 /****************************************************************************
1352  * 2 pass functions
1353  ***************************************************************************/
1354
1355 /**
1356  * modify the bitrate curve from pass1 for one frame
1357  */
1358 static double get_qscale(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double rate_factor, int frame_num)
1359 {
1360     x264_ratecontrol_t *rcc= h->rc;
1361     double q;
1362     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
1363
1364     q = pow( rce->blurred_complexity, 1 - rcc->qcompress );
1365
1366     // avoid NaN's in the rc_eq
1367     if(!isfinite(q) || rce->tex_bits + rce->mv_bits == 0)
1368         q = rcc->last_qscale;
1369     else
1370     {
1371         rcc->last_rceq = q;
1372         q /= rate_factor;
1373         rcc->last_qscale = q;
1374     }
1375
1376     if( zone )
1377     {
1378         if( zone->b_force_qp )
1379             q = qp2qscale(zone->i_qp);
1380         else
1381             q /= zone->f_bitrate_factor;
1382     }
1383
1384     return q;
1385 }
1386
1387 static double get_diff_limited_q(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double q)
1388 {
1389     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1390     const int pict_type = rce->pict_type;
1391
1392     // force I/B quants as a function of P quants
1393     const double last_p_q    = rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P];
1394     const double last_non_b_q= rcc->last_qscale_for[rcc->last_non_b_pict_type];
1395     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
1396     {
1397         double iq = q;
1398         double pq = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
1399         double ip_factor = fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
1400         /* don't apply ip_factor if the following frame is also I */
1401         if( rcc->accum_p_norm <= 0 )
1402             q = iq;
1403         else if( h->param.rc.f_ip_factor < 0 )
1404             q = iq / ip_factor;
1405         else if( rcc->accum_p_norm >= 1 )
1406             q = pq / ip_factor;
1407         else
1408             q = rcc->accum_p_norm * pq / ip_factor + (1 - rcc->accum_p_norm) * iq;
1409     }
1410     else if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
1411     {
1412         if( h->param.rc.f_pb_factor > 0 )
1413             q = last_non_b_q;
1414         if( !rce->kept_as_ref )
1415             q *= fabs( h->param.rc.f_pb_factor );
1416     }
1417     else if( pict_type == SLICE_TYPE_P
1418              && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_P
1419              && rce->tex_bits == 0 )
1420     {
1421         q = last_p_q;
1422     }
1423
1424     /* last qscale / qdiff stuff */
1425     if(rcc->last_non_b_pict_type==pict_type
1426        && (pict_type!=SLICE_TYPE_I || rcc->last_accum_p_norm < 1))
1427     {
1428         double last_q = rcc->last_qscale_for[pict_type];
1429         double max_qscale = last_q * rcc->lstep;
1430         double min_qscale = last_q / rcc->lstep;
1431
1432         if     (q > max_qscale) q = max_qscale;
1433         else if(q < min_qscale) q = min_qscale;
1434     }
1435
1436     rcc->last_qscale_for[pict_type] = q;
1437     if(pict_type!=SLICE_TYPE_B)
1438         rcc->last_non_b_pict_type = pict_type;
1439     if(pict_type==SLICE_TYPE_I)
1440     {
1441         rcc->last_accum_p_norm = rcc->accum_p_norm;
1442         rcc->accum_p_norm = 0;
1443         rcc->accum_p_qp = 0;
1444     }
1445     if(pict_type==SLICE_TYPE_P)
1446     {
1447         float mask = 1 - pow( (float)rce->i_count / rcc->nmb, 2 );
1448         rcc->accum_p_qp   = mask * (qscale2qp(q) + rcc->accum_p_qp);
1449         rcc->accum_p_norm = mask * (1 + rcc->accum_p_norm);
1450     }
1451     return q;
1452 }
1453
1454 static double predict_size( predictor_t *p, double q, double var )
1455 {
1456      return (p->coeff*var + p->offset) / (q*p->count);
1457 }
1458
1459 static void update_predictor( predictor_t *p, double q, double var, double bits )
1460 {
1461     const double range = 1.5;
1462     if( var < 10 )
1463         return;
1464     double old_coeff = p->coeff / p->count;
1465     double new_coeff = bits*q / var;
1466     double new_coeff_clipped = x264_clip3f( new_coeff, old_coeff/range, old_coeff*range );
1467     double new_offset = bits*q - new_coeff_clipped * var;
1468     if( new_offset >= 0 )
1469         new_coeff = new_coeff_clipped;
1470     else
1471         new_offset = 0;
1472     p->count  *= p->decay;
1473     p->coeff  *= p->decay;
1474     p->offset *= p->decay;
1475     p->count  ++;
1476     p->coeff  += new_coeff;
1477     p->offset += new_offset;
1478 }
1479
1480 // update VBV after encoding a frame
1481 static void update_vbv( x264_t *h, int bits )
1482 {
1483     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1484     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
1485
1486     if( rcc->last_satd >= h->mb.i_mb_count )
1487         update_predictor( &rct->pred[h->sh.i_type], qp2qscale(rcc->qpa_rc), rcc->last_satd, bits );
1488
1489     if( !rcc->b_vbv )
1490         return;
1491
1492     rct->buffer_fill_final -= bits;
1493     if( rct->buffer_fill_final < 0 )
1494         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV underflow (frame %d, %.0f bits)\n", h->i_frame, rct->buffer_fill_final );
1495     rct->buffer_fill_final = X264_MAX( rct->buffer_fill_final, 0 );
1496     rct->buffer_fill_final += rct->buffer_rate;
1497     rct->buffer_fill_final = X264_MIN( rct->buffer_fill_final, rct->buffer_size );
1498 }
1499
1500 // provisionally update VBV according to the planned size of all frames currently in progress
1501 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead )
1502 {
1503     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1504     rcc->buffer_fill = h->thread[0]->rc->buffer_fill_final - overhead;
1505     if( h->param.i_threads > 1 )
1506     {
1507         int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
1508         int i;
1509         for( i=1; i<h->param.i_threads; i++ )
1510         {
1511             x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->param.i_threads ];
1512             double bits = t->rc->frame_size_planned;
1513             if( !t->b_thread_active )
1514                 continue;
1515             bits  = X264_MAX(bits, x264_ratecontrol_get_estimated_size(t));
1516             rcc->buffer_fill -= bits;
1517             rcc->buffer_fill = X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0 );
1518             rcc->buffer_fill += rcc->buffer_rate;
1519             rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
1520         }
1521     }
1522 }
1523
1524 // apply VBV constraints and clip qscale to between lmin and lmax
1525 static double clip_qscale( x264_t *h, int pict_type, double q )
1526 {
1527     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1528     double lmin = rcc->lmin[pict_type];
1529     double lmax = rcc->lmax[pict_type];
1530     double q0 = q;
1531
1532     /* B-frames are not directly subject to VBV,
1533      * since they are controlled by the P-frames' QPs. */
1534
1535     if( rcc->b_vbv && rcc->last_satd > 0 )
1536     {
1537         /* Lookahead VBV: raise the quantizer as necessary such that no frames in
1538          * the lookahead overflow and such that the buffer is in a reasonable state
1539          * by the end of the lookahead. */
1540         if( h->param.rc.i_lookahead )
1541         {
1542             int j, iterations, terminate = 0;
1543
1544             /* Avoid an infinite loop. */
1545             for( iterations = 0; iterations < 1000 && terminate != 3; iterations++ )
1546             {
1547                 double frame_q[3];
1548                 double cur_bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1549                 double buffer_fill_cur = rcc->buffer_fill - cur_bits + rcc->buffer_rate;
1550                 double target_fill;
1551                 frame_q[0] = h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I ? q * h->param.rc.f_ip_factor : q;
1552                 frame_q[1] = frame_q[0] * h->param.rc.f_pb_factor;
1553                 frame_q[2] = frame_q[0] / h->param.rc.f_ip_factor;
1554
1555                 /* Loop over the planned future frames. */
1556                 for( j = 0; buffer_fill_cur >= 0 && buffer_fill_cur <= rcc->buffer_size; j++ )
1557                 {
1558                     int i_type = h->fenc->i_planned_type[j];
1559                     int i_satd = h->fenc->i_planned_satd[j];
1560                     if( i_type == X264_TYPE_AUTO )
1561                         break;
1562                     i_type = IS_X264_TYPE_I( i_type ) ? SLICE_TYPE_I : IS_X264_TYPE_B( i_type ) ? SLICE_TYPE_B : SLICE_TYPE_P;
1563                     cur_bits = predict_size( &rcc->pred[i_type], frame_q[i_type], i_satd );
1564                     buffer_fill_cur = buffer_fill_cur - cur_bits + rcc->buffer_rate;
1565                 }
1566                 /* Try to get to get the buffer at least 50% filled, but don't set an impossible goal. */
1567                 target_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill + j * rcc->buffer_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.5 );
1568                 if( buffer_fill_cur < target_fill )
1569                 {
1570                     q *= 1.01;
1571                     terminate |= 1;
1572                     continue;
1573                 }
1574                 /* Try to get the buffer no more than 80% filled, but don't set an impossible goal. */
1575                 target_fill = x264_clip3f( rcc->buffer_fill - j * rcc->buffer_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.8, rcc->buffer_size );
1576                 if( rcc->b_vbv_min_rate && buffer_fill_cur > target_fill )
1577                 {
1578                     q /= 1.01;
1579                     terminate |= 2;
1580                     continue;
1581                 }
1582                 break;
1583             }
1584         }
1585         /* Fallback to old purely-reactive algorithm: no lookahead. */
1586         else
1587         {
1588             if( ( pict_type == SLICE_TYPE_P ||
1589                 ( pict_type == SLICE_TYPE_I && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_I ) ) &&
1590                 rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size < 0.5 )
1591             {
1592                 q /= x264_clip3f( 2.0*rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size, 0.5, 1.0 );
1593             }
1594
1595             /* Now a hard threshold to make sure the frame fits in VBV.
1596              * This one is mostly for I-frames. */
1597             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1598             double qf = 1.0;
1599             /* For small VBVs, allow the frame to use up the entire VBV. */
1600             double max_fill_factor = h->param.rc.i_vbv_buffer_size >= 5*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rcc->fps ? 2 : 1;
1601             /* For single-frame VBVs, request that the frame use up the entire VBV. */
1602             double min_fill_factor = rcc->single_frame_vbv ? 1 : 2;
1603
1604             if( bits > rcc->buffer_fill/max_fill_factor )
1605                 qf = x264_clip3f( rcc->buffer_fill/(max_fill_factor*bits), 0.2, 1.0 );
1606             q /= qf;
1607             bits *= qf;
1608             if( bits < rcc->buffer_rate/min_fill_factor )
1609                 q *= bits*min_fill_factor/rcc->buffer_rate;
1610             q = X264_MAX( q0, q );
1611         }
1612
1613         /* Check B-frame complexity, and use up any bits that would
1614          * overflow before the next P-frame. */
1615         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && !rcc->single_frame_vbv )
1616         {
1617             int nb = rcc->bframes;
1618             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1619             double pbbits = bits;
1620             double bbits = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q * h->param.rc.f_pb_factor, rcc->last_satd );
1621             double space;
1622             if( bbits > rcc->buffer_rate  )
1623                 nb = 0;
1624             pbbits += nb * bbits;
1625
1626             space = rcc->buffer_fill + (1+nb)*rcc->buffer_rate - rcc->buffer_size;
1627             if( pbbits < space )
1628             {
1629                 q *= X264_MAX( pbbits / space, bits / (0.5 * rcc->buffer_size) );
1630             }
1631             q = X264_MAX( q0-5, q );
1632         }
1633
1634         if( !rcc->b_vbv_min_rate )
1635             q = X264_MAX( q0, q );
1636     }
1637
1638     if(lmin==lmax)
1639         return lmin;
1640     else if(rcc->b_2pass)
1641     {
1642         double min2 = log(lmin);
1643         double max2 = log(lmax);
1644         q = (log(q) - min2)/(max2-min2) - 0.5;
1645         q = 1.0/(1.0 + exp(-4*q));
1646         q = q*(max2-min2) + min2;
1647         return exp(q);
1648     }
1649     else
1650         return x264_clip3f(q, lmin, lmax);
1651 }
1652
1653 // update qscale for 1 frame based on actual bits used so far
1654 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h )
1655 {
1656     float q;
1657     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1658     ratecontrol_entry_t rce;
1659     int pict_type = h->sh.i_type;
1660     double lmin = rcc->lmin[pict_type];
1661     double lmax = rcc->lmax[pict_type];
1662     int64_t total_bits = 8*(h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_I]
1663                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_P]
1664                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_B]);
1665
1666     if( rcc->b_2pass )
1667     {
1668         rce = *rcc->rce;
1669         if(pict_type != rce.pict_type)
1670         {
1671             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "slice=%c but 2pass stats say %c\n",
1672                      slice_type_to_char[pict_type], slice_type_to_char[rce.pict_type]);
1673         }
1674     }
1675
1676     if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
1677     {
1678         /* B-frames don't have independent ratecontrol, but rather get the
1679          * average QP of the two adjacent P-frames + an offset */
1680
1681         int i0 = IS_X264_TYPE_I(h->fref0[0]->i_type);
1682         int i1 = IS_X264_TYPE_I(h->fref1[0]->i_type);
1683         int dt0 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref0[0]->i_poc);
1684         int dt1 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref1[0]->i_poc);
1685         float q0 = h->fref0[0]->f_qp_avg_rc;
1686         float q1 = h->fref1[0]->f_qp_avg_rc;
1687
1688         if( h->fref0[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
1689             q0 -= rcc->pb_offset/2;
1690         if( h->fref1[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
1691             q1 -= rcc->pb_offset/2;
1692
1693         if(i0 && i1)
1694             q = (q0 + q1) / 2 + rcc->ip_offset;
1695         else if(i0)
1696             q = q1;
1697         else if(i1)
1698             q = q0;
1699         else
1700             q = (q0*dt1 + q1*dt0) / (dt0 + dt1);
1701
1702         if(h->fenc->b_kept_as_ref)
1703             q += rcc->pb_offset/2;
1704         else
1705             q += rcc->pb_offset;
1706
1707         rcc->frame_size_planned = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q, h->fref1[h->i_ref1-1]->i_satd );
1708         x264_ratecontrol_set_estimated_size(h, rcc->frame_size_planned);
1709         rcc->last_satd = 0;
1710         return qp2qscale(q);
1711     }
1712     else
1713     {
1714         double abr_buffer = 2 * rcc->rate_tolerance * rcc->bitrate;
1715
1716         if( rcc->b_2pass )
1717         {
1718             //FIXME adjust abr_buffer based on distance to the end of the video
1719             int64_t diff;
1720             int64_t predicted_bits = total_bits;
1721
1722             if( rcc->b_vbv )
1723             {
1724                 if( h->param.i_threads > 1 )
1725                 {
1726                     int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
1727                     int i;
1728                     for( i=1; i<h->param.i_threads; i++ )
1729                     {
1730                         x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->param.i_threads ];
1731                         double bits = t->rc->frame_size_planned;
1732                         if( !t->b_thread_active )
1733                             continue;
1734                         bits  = X264_MAX(bits, x264_ratecontrol_get_estimated_size(t));
1735                         predicted_bits += (int64_t)bits;
1736                     }
1737                 }
1738             }
1739             else
1740             {
1741                 if( h->fenc->i_frame < h->param.i_threads )
1742                     predicted_bits += (int64_t)h->fenc->i_frame * rcc->bitrate / rcc->fps;
1743                 else
1744                     predicted_bits += (int64_t)(h->param.i_threads - 1) * rcc->bitrate / rcc->fps;
1745             }
1746
1747             diff = predicted_bits - (int64_t)rce.expected_bits;
1748             q = rce.new_qscale;
1749             q /= x264_clip3f((double)(abr_buffer - diff) / abr_buffer, .5, 2);
1750             if( ((h->fenc->i_frame + 1 - h->param.i_threads) >= rcc->fps) &&
1751                 (rcc->expected_bits_sum > 0))
1752             {
1753                 /* Adjust quant based on the difference between
1754                  * achieved and expected bitrate so far */
1755                 double time = (double)h->fenc->i_frame / rcc->num_entries;
1756                 double w = x264_clip3f( time*100, 0.0, 1.0 );
1757                 q *= pow( (double)total_bits / rcc->expected_bits_sum, w );
1758             }
1759             if( rcc->b_vbv )
1760             {
1761                 /* Do not overflow vbv */
1762                 double expected_size = qscale2bits(&rce, q);
1763                 double expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
1764                 double expected_fullness =  rce.expected_vbv / rcc->buffer_size;
1765                 double qmax = q*(2 - expected_fullness);
1766                 double size_constraint = 1 + expected_fullness;
1767                 qmax = X264_MAX(qmax, rce.new_qscale);
1768                 if (expected_fullness < .05)
1769                     qmax = lmax;
1770                 qmax = X264_MIN(qmax, lmax);
1771                 while( ((expected_vbv < rce.expected_vbv/size_constraint) && (q < qmax)) ||
1772                         ((expected_vbv < 0) && (q < lmax)))
1773                 {
1774                     q *= 1.05;
1775                     expected_size = qscale2bits(&rce, q);
1776                     expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
1777                 }
1778                 rcc->last_satd = x264_stack_align( x264_rc_analyse_slice, h );
1779             }
1780             q = x264_clip3f( q, lmin, lmax );
1781         }
1782         else /* 1pass ABR */
1783         {
1784             /* Calculate the quantizer which would have produced the desired
1785              * average bitrate if it had been applied to all frames so far.
1786              * Then modulate that quant based on the current frame's complexity
1787              * relative to the average complexity so far (using the 2pass RCEQ).
1788              * Then bias the quant up or down if total size so far was far from
1789              * the target.
1790              * Result: Depending on the value of rate_tolerance, there is a
1791              * tradeoff between quality and bitrate precision. But at large
1792              * tolerances, the bit distribution approaches that of 2pass. */
1793
1794             double wanted_bits, overflow=1, lmin, lmax;
1795
1796             rcc->last_satd = x264_stack_align( x264_rc_analyse_slice, h );
1797             rcc->short_term_cplxsum *= 0.5;
1798             rcc->short_term_cplxcount *= 0.5;
1799             rcc->short_term_cplxsum += rcc->last_satd;
1800             rcc->short_term_cplxcount ++;
1801
1802             rce.tex_bits = rcc->last_satd;
1803             rce.blurred_complexity = rcc->short_term_cplxsum / rcc->short_term_cplxcount;
1804             rce.mv_bits = 0;
1805             rce.p_count = rcc->nmb;
1806             rce.i_count = 0;
1807             rce.s_count = 0;
1808             rce.qscale = 1;
1809             rce.pict_type = pict_type;
1810
1811             if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
1812             {
1813                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->rate_factor_constant, h->fenc->i_frame );
1814             }
1815             else
1816             {
1817                 int i_frame_done = h->fenc->i_frame + 1 - h->param.i_threads;
1818
1819                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->wanted_bits_window / rcc->cplxr_sum, h->fenc->i_frame );
1820
1821                 // FIXME is it simpler to keep track of wanted_bits in ratecontrol_end?
1822                 wanted_bits = i_frame_done * rcc->bitrate / rcc->fps;
1823                 if( wanted_bits > 0 )
1824                 {
1825                     abr_buffer *= X264_MAX( 1, sqrt(i_frame_done/25) );
1826                     overflow = x264_clip3f( 1.0 + (total_bits - wanted_bits) / abr_buffer, .5, 2 );
1827                     q *= overflow;
1828                 }
1829             }
1830
1831             if( pict_type == SLICE_TYPE_I && h->param.i_keyint_max > 1
1832                 /* should test _next_ pict type, but that isn't decided yet */
1833                 && rcc->last_non_b_pict_type != SLICE_TYPE_I )
1834             {
1835                 q = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
1836                 q /= fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
1837             }
1838             else if( h->i_frame > 0 )
1839             {
1840                 /* Asymmetric clipping, because symmetric would prevent
1841                  * overflow control in areas of rapidly oscillating complexity */
1842                 lmin = rcc->last_qscale_for[pict_type] / rcc->lstep;
1843                 lmax = rcc->last_qscale_for[pict_type] * rcc->lstep;
1844                 if( overflow > 1.1 && h->i_frame > 3 )
1845                     lmax *= rcc->lstep;
1846                 else if( overflow < 0.9 )
1847                     lmin /= rcc->lstep;
1848
1849                 q = x264_clip3f(q, lmin, lmax);
1850             }
1851             else if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
1852             {
1853                 q = qp2qscale( ABR_INIT_QP ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
1854             }
1855             rcc->qp_novbv = qscale2qp(q);
1856
1857             //FIXME use get_diff_limited_q() ?
1858             q = clip_qscale( h, pict_type, q );
1859         }
1860
1861         rcc->last_qscale_for[pict_type] =
1862         rcc->last_qscale = q;
1863
1864         if( !(rcc->b_2pass && !rcc->b_vbv) && h->fenc->i_frame == 0 )
1865             rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P] = q;
1866
1867         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
1868             rcc->frame_size_planned = qscale2bits(&rce, q);
1869         else
1870             rcc->frame_size_planned = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1871         x264_ratecontrol_set_estimated_size(h, rcc->frame_size_planned);
1872         return q;
1873     }
1874 }
1875
1876 void x264_thread_sync_ratecontrol( x264_t *cur, x264_t *prev, x264_t *next )
1877 {
1878     if( cur != prev )
1879     {
1880 #define COPY(var) memcpy(&cur->rc->var, &prev->rc->var, sizeof(cur->rc->var))
1881         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_start()
1882          * so copy them from the context that most recently started (prev)
1883          * to the context that's about to start (cur).
1884          */
1885         COPY(accum_p_qp);
1886         COPY(accum_p_norm);
1887         COPY(last_satd);
1888         COPY(last_rceq);
1889         COPY(last_qscale_for);
1890         COPY(last_non_b_pict_type);
1891         COPY(short_term_cplxsum);
1892         COPY(short_term_cplxcount);
1893         COPY(bframes);
1894         COPY(prev_zone);
1895 #undef COPY
1896     }
1897     if( cur != next )
1898     {
1899 #define COPY(var) next->rc->var = cur->rc->var
1900         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_end()
1901          * so copy them from the context that most recently ended (cur)
1902          * to the context that's about to end (next)
1903          */
1904         COPY(cplxr_sum);
1905         COPY(expected_bits_sum);
1906         COPY(wanted_bits_window);
1907         COPY(bframe_bits);
1908 #undef COPY
1909     }
1910     //FIXME row_preds[] (not strictly necessary, but would improve prediction)
1911     /* the rest of the variables are either constant or thread-local */
1912 }
1913
1914 static int find_underflow( x264_t *h, double *fills, int *t0, int *t1, int over )
1915 {
1916     /* find an interval ending on an overflow or underflow (depending on whether
1917      * we're adding or removing bits), and starting on the earliest frame that
1918      * can influence the buffer fill of that end frame. */
1919     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1920     const double buffer_min = (over ? .1 : .1) * rcc->buffer_size;
1921     const double buffer_max = .9 * rcc->buffer_size;
1922     double fill = fills[*t0-1];
1923     double parity = over ? 1. : -1.;
1924     int i, start=-1, end=-1;
1925     for(i = *t0; i < rcc->num_entries; i++)
1926     {
1927         fill += (rcc->buffer_rate - qscale2bits(&rcc->entry[i], rcc->entry[i].new_qscale)) * parity;
1928         fill = x264_clip3f(fill, 0, rcc->buffer_size);
1929         fills[i] = fill;
1930         if(fill <= buffer_min || i == 0)
1931         {
1932             if(end >= 0)
1933                 break;
1934             start = i;
1935         }
1936         else if(fill >= buffer_max && start >= 0)
1937             end = i;
1938     }
1939     *t0 = start;
1940     *t1 = end;
1941     return start>=0 && end>=0;
1942 }
1943
1944 static int fix_underflow( x264_t *h, int t0, int t1, double adjustment, double qscale_min, double qscale_max)
1945 {
1946     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1947     double qscale_orig, qscale_new;
1948     int i;
1949     int adjusted = 0;
1950     if(t0 > 0)
1951         t0++;
1952     for(i = t0; i <= t1; i++)
1953     {
1954         qscale_orig = rcc->entry[i].new_qscale;
1955         qscale_orig = x264_clip3f(qscale_orig, qscale_min, qscale_max);
1956         qscale_new  = qscale_orig * adjustment;
1957         qscale_new  = x264_clip3f(qscale_new, qscale_min, qscale_max);
1958         rcc->entry[i].new_qscale = qscale_new;
1959         adjusted = adjusted || (qscale_new != qscale_orig);
1960     }
1961     return adjusted;
1962 }
1963
1964 static double count_expected_bits( x264_t *h )
1965 {
1966     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1967     double expected_bits = 0;
1968     int i;
1969     for(i = 0; i < rcc->num_entries; i++)
1970     {
1971         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
1972         rce->expected_bits = expected_bits;
1973         expected_bits += qscale2bits(rce, rce->new_qscale);
1974     }
1975     return expected_bits;
1976 }
1977
1978 static int vbv_pass2( x264_t *h )
1979 {
1980     /* for each interval of buffer_full .. underflow, uniformly increase the qp of all
1981      * frames in the interval until either buffer is full at some intermediate frame or the
1982      * last frame in the interval no longer underflows.  Recompute intervals and repeat.
1983      * Then do the converse to put bits back into overflow areas until target size is met */
1984
1985     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1986     double *fills;
1987     double all_available_bits = h->param.rc.i_bitrate * 1000. * rcc->num_entries / rcc->fps;
1988     double expected_bits = 0;
1989     double adjustment;
1990     double prev_bits = 0;
1991     int i, t0, t1;
1992     double qscale_min = qp2qscale(h->param.rc.i_qp_min);
1993     double qscale_max = qp2qscale(h->param.rc.i_qp_max);
1994     int iterations = 0;
1995     int adj_min, adj_max;
1996     CHECKED_MALLOC( fills, (rcc->num_entries+1)*sizeof(double) );
1997
1998     fills++;
1999
2000     /* adjust overall stream size */
2001     do
2002     {
2003         iterations++;
2004         prev_bits = expected_bits;
2005
2006         if(expected_bits != 0)
2007         {   /* not first iteration */
2008             adjustment = X264_MAX(X264_MIN(expected_bits / all_available_bits, 0.999), 0.9);
2009             fills[-1] = rcc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init;
2010             t0 = 0;
2011             /* fix overflows */
2012             adj_min = 1;
2013             while(adj_min && find_underflow(h, fills, &t0, &t1, 1))
2014             {
2015                 adj_min = fix_underflow(h, t0, t1, adjustment, qscale_min, qscale_max);
2016                 t0 = t1;
2017             }
2018         }
2019
2020         fills[-1] = rcc->buffer_size * (1. - h->param.rc.f_vbv_buffer_init);
2021         t0 = 0;
2022         /* fix underflows -- should be done after overflow, as we'd better undersize target than underflowing VBV */
2023         adj_max = 1;
2024         while(adj_max && find_underflow(h, fills, &t0, &t1, 0))
2025             adj_max = fix_underflow(h, t0, t1, 1.001, qscale_min, qscale_max);
2026
2027         expected_bits = count_expected_bits(h);
2028     } while((expected_bits < .995*all_available_bits) && ((int64_t)(expected_bits+.5) > (int64_t)(prev_bits+.5)) );
2029
2030     if (!adj_max)
2031         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "vbv-maxrate issue, qpmax or vbv-maxrate too low\n");
2032
2033     /* store expected vbv filling values for tracking when encoding */
2034     for(i = 0; i < rcc->num_entries; i++)
2035         rcc->entry[i].expected_vbv = rcc->buffer_size - fills[i];
2036
2037     x264_free(fills-1);
2038     return 0;
2039 fail:
2040     return -1;
2041 }
2042
2043 static int init_pass2( x264_t *h )
2044 {
2045     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2046     uint64_t all_const_bits = 0;
2047     uint64_t all_available_bits = (uint64_t)(h->param.rc.i_bitrate * 1000. * rcc->num_entries / rcc->fps);
2048     double rate_factor, step, step_mult;
2049     double qblur = h->param.rc.f_qblur;
2050     double cplxblur = h->param.rc.f_complexity_blur;
2051     const int filter_size = (int)(qblur*4) | 1;
2052     double expected_bits;
2053     double *qscale, *blurred_qscale;
2054     int i;
2055
2056     /* find total/average complexity & const_bits */
2057     for(i=0; i<rcc->num_entries; i++)
2058     {
2059         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2060         all_const_bits += rce->misc_bits;
2061     }
2062
2063     if( all_available_bits < all_const_bits)
2064     {
2065         x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "requested bitrate is too low. estimated minimum is %d kbps\n",
2066                  (int)(all_const_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.)));
2067         return -1;
2068     }
2069
2070     /* Blur complexities, to reduce local fluctuation of QP.
2071      * We don't blur the QPs directly, because then one very simple frame
2072      * could drag down the QP of a nearby complex frame and give it more
2073      * bits than intended. */
2074     for(i=0; i<rcc->num_entries; i++)
2075     {
2076         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2077         double weight_sum = 0;
2078         double cplx_sum = 0;
2079         double weight = 1.0;
2080         double gaussian_weight;
2081         int j;
2082         /* weighted average of cplx of future frames */
2083         for(j=1; j<cplxblur*2 && j<rcc->num_entries-i; j++)
2084         {
2085             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i+j];
2086             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2087             if(weight < .0001)
2088                 break;
2089             gaussian_weight = weight * exp(-j*j/200.0);
2090             weight_sum += gaussian_weight;
2091             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits(rcj, 1) - rcj->misc_bits);
2092         }
2093         /* weighted average of cplx of past frames */
2094         weight = 1.0;
2095         for(j=0; j<=cplxblur*2 && j<=i; j++)
2096         {
2097             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i-j];
2098             gaussian_weight = weight * exp(-j*j/200.0);
2099             weight_sum += gaussian_weight;
2100             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits(rcj, 1) - rcj->misc_bits);
2101             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2102             if(weight < .0001)
2103                 break;
2104         }
2105         rce->blurred_complexity = cplx_sum / weight_sum;
2106     }
2107
2108     CHECKED_MALLOC( qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2109     if( filter_size > 1 )
2110         CHECKED_MALLOC( blurred_qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2111     else
2112         blurred_qscale = qscale;
2113
2114     /* Search for a factor which, when multiplied by the RCEQ values from
2115      * each frame, adds up to the desired total size.
2116      * There is no exact closed-form solution because of VBV constraints and
2117      * because qscale2bits is not invertible, but we can start with the simple
2118      * approximation of scaling the 1st pass by the ratio of bitrates.
2119      * The search range is probably overkill, but speed doesn't matter here. */
2120
2121     expected_bits = 1;
2122     for(i=0; i<rcc->num_entries; i++)
2123         expected_bits += qscale2bits(&rcc->entry[i], get_qscale(h, &rcc->entry[i], 1.0, i));
2124     step_mult = all_available_bits / expected_bits;
2125
2126     rate_factor = 0;
2127     for(step = 1E4 * step_mult; step > 1E-7 * step_mult; step *= 0.5)
2128     {
2129         expected_bits = 0;
2130         rate_factor += step;
2131
2132         rcc->last_non_b_pict_type = -1;
2133         rcc->last_accum_p_norm = 1;
2134         rcc->accum_p_norm = 0;
2135
2136         /* find qscale */
2137         for(i=0; i<rcc->num_entries; i++)
2138         {
2139             qscale[i] = get_qscale(h, &rcc->entry[i], rate_factor, i);
2140         }
2141
2142         /* fixed I/B qscale relative to P */
2143         for(i=rcc->num_entries-1; i>=0; i--)
2144         {
2145             qscale[i] = get_diff_limited_q(h, &rcc->entry[i], qscale[i]);
2146             assert(qscale[i] >= 0);
2147         }
2148
2149         /* smooth curve */
2150         if(filter_size > 1)
2151         {
2152             assert(filter_size%2==1);
2153             for(i=0; i<rcc->num_entries; i++)
2154             {
2155                 ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2156                 int j;
2157                 double q=0.0, sum=0.0;
2158
2159                 for(j=0; j<filter_size; j++)
2160                 {
2161                     int index = i+j-filter_size/2;
2162                     double d = index-i;
2163                     double coeff = qblur==0 ? 1.0 : exp(-d*d/(qblur*qblur));
2164                     if(index < 0 || index >= rcc->num_entries)
2165                         continue;
2166                     if(rce->pict_type != rcc->entry[index].pict_type)
2167                         continue;
2168                     q += qscale[index] * coeff;
2169                     sum += coeff;
2170                 }
2171                 blurred_qscale[i] = q/sum;
2172             }
2173         }
2174
2175         /* find expected bits */
2176         for(i=0; i<rcc->num_entries; i++)
2177         {
2178             ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2179             rce->new_qscale = clip_qscale(h, rce->pict_type, blurred_qscale[i]);
2180             assert(rce->new_qscale >= 0);
2181             expected_bits += qscale2bits(rce, rce->new_qscale);
2182         }
2183
2184         if(expected_bits > all_available_bits) rate_factor -= step;
2185     }
2186
2187     x264_free(qscale);
2188     if(filter_size > 1)
2189         x264_free(blurred_qscale);
2190
2191     if(rcc->b_vbv)
2192         if( vbv_pass2( h ) )
2193             return -1;
2194     expected_bits = count_expected_bits(h);
2195
2196     if(fabs(expected_bits/all_available_bits - 1.0) > 0.01)
2197     {
2198         double avgq = 0;
2199         for(i=0; i<rcc->num_entries; i++)
2200             avgq += rcc->entry[i].new_qscale;
2201         avgq = qscale2qp(avgq / rcc->num_entries);
2202
2203         if ((expected_bits > all_available_bits) || (!rcc->b_vbv))
2204             x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "Error: 2pass curve failed to converge\n");
2205         x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "target: %.2f kbit/s, expected: %.2f kbit/s, avg QP: %.4f\n",
2206                  (float)h->param.rc.i_bitrate,
2207                  expected_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.),
2208                  avgq);
2209         if(expected_bits < all_available_bits && avgq < h->param.rc.i_qp_min + 2)
2210         {
2211             if(h->param.rc.i_qp_min > 0)
2212                 x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate or reducing qp_min (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_min);
2213             else
2214                 x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate\n");
2215         }
2216         else if(expected_bits > all_available_bits && avgq > h->param.rc.i_qp_max - 2)
2217         {
2218             if(h->param.rc.i_qp_max < 51)
2219                 x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate or increasing qp_max (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_max);
2220             else
2221                 x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate\n");
2222         }
2223         else if(!(rcc->b_2pass && rcc->b_vbv))
2224             x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "internal error\n");
2225     }
2226
2227     return 0;
2228 fail:
2229     return -1;
2230 }