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