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     double 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     double 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     /* MB-tree currently doesn't adjust quantizers in B-frames. */
 272     float qp_offset = h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B ? h->fenc->f_qp_offset_aq[h->mb.i_mb_xy] : h->fenc->f_qp_offset[h->mb.i_mb_xy];
 273     h->mb.i_qp = x264_clip3( h->rc->f_qpm + qp_offset + .5, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
 274 }
 275
 276 int x264_macroblock_tree_read( x264_t *h, x264_frame_t *frame )
 277 {
 278     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 279     uint8_t i_type_actual = rc->entry[frame->i_frame].pict_type;
 280     int i;
 281
 282     if( i_type_actual != SLICE_TYPE_B )
 283     {
 284         uint8_t i_type;
 285
 286         if( !fread( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_in ) )
 287             goto fail;
 288
 289         if( i_type != i_type_actual )
 290         {
 291             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree frametype %d doesn't match actual frametype %d.\n", i_type,i_type_actual);
 292             return -1;
 293         }
 294
 295         if( fread( rc->qp_buffer, sizeof(uint16_t), h->mb.i_mb_count, rc->p_mbtree_stat_file_in ) != h->mb.i_mb_count )
 296             goto fail;
 297
 298         for( i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
 299         {
 300             frame->f_qp_offset[i] = ((float)(int16_t)endian_fix16( rc->qp_buffer[i] )) * (1/256.0);
 301             if( h->frames.b_have_lowres )
 302                 frame->i_inv_qscale_factor[i] = x264_exp2fix8(frame->f_qp_offset[i]);
 303         }
 304     }
 305     else
 306         x264_adaptive_quant_frame( h, frame );
 307     return 0;
 308 fail:
 309     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "Incomplete MB-tree stats file.\n");
 310     return -1;
 311 }
 312
 313 int x264_reference_build_list_optimal( x264_t *h )
 314 {
 315     ratecontrol_entry_t *rce = h->rc->rce;
 316     x264_frame_t *frames[16];
 317     int ref, i;
 318
 319     if( rce->refs != h->i_ref0 )
 320         return -1;
 321
 322     memcpy( frames, h->fref0, sizeof(frames) );
 323
 324     /* For now don't reorder ref 0; it seems to lower quality
 325        in most cases due to skips. */
 326     for( ref = 1; ref < h->i_ref0; ref++ )
 327     {
 328         int max = -1;
 329         int bestref = 1;
 330         for( i = 1; i < h->i_ref0; i++ )
 331             /* Favor lower POC as a tiebreaker. */
 332             COPY2_IF_GT( max, rce->refcount[i], bestref, i );
 333         rce->refcount[bestref] = -1;
 334         h->fref0[ref] = frames[bestref];
 335     }
 336
 337     return 0;
 338 }
 339
 340 static char *x264_strcat_filename( char *input, char *suffix )
 341 {
 342     char *output = x264_malloc( strlen( input ) + strlen( suffix ) + 1 );
 343     if( !output )
 344         return NULL;
 345     strcpy( output, input );
 346     strcat( output, suffix );
 347     return output;
 348 }
 349
 350 int x264_ratecontrol_new( x264_t *h )
 351 {
 352     x264_ratecontrol_t *rc;
 353     int i, j;
 354
 355     x264_emms();
 356
 357     CHECKED_MALLOCZERO( h->rc, h->param.i_threads * sizeof(x264_ratecontrol_t) );
 358     rc = h->rc;
 359
 360     rc->b_abr = h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CQP && !h->param.rc.b_stat_read;
 361     rc->b_2pass = h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && h->param.rc.b_stat_read;
 362
 363     /* FIXME: use integers */
 364     if(h->param.i_fps_num > 0 && h->param.i_fps_den > 0)
 365         rc->fps = (float) h->param.i_fps_num / h->param.i_fps_den;
 366     else
 367         rc->fps = 25.0;
 368
 369     if( h->param.rc.b_mb_tree )
 370     {
 371         h->param.rc.f_pb_factor = 1;
 372         rc->qcompress = 1;
 373     }
 374     else
 375         rc->qcompress = h->param.rc.f_qcompress;
 376
 377     rc->bitrate = h->param.rc.i_bitrate * 1000.;
 378     rc->rate_tolerance = h->param.rc.f_rate_tolerance;
 379     rc->nmb = h->mb.i_mb_count;
 380     rc->last_non_b_pict_type = -1;
 381     rc->cbr_decay = 1.0;
 382
 383     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.b_stat_read )
 384     {
 385         x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "constant rate-factor is incompatible with 2pass.\n");
 386         return -1;
 387     }
 388     if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size )
 389     {
 390         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CQP )
 391         {
 392             x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "VBV is incompatible with constant QP, ignored.\n");
 393             h->param.rc.i_vbv_max_bitrate = 0;
 394             h->param.rc.i_vbv_buffer_size = 0;
 395         }
 396         else if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate == 0 )
 397         {
 398             x264_log( h, X264_LOG_DEBUG, "VBV maxrate unspecified, assuming CBR\n" );
 399             h->param.rc.i_vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_bitrate;
 400         }
 401     }
 402     if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate < h->param.rc.i_bitrate &&
 403         h->param.rc.i_vbv_max_bitrate > 0)
 404         x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "max bitrate less than average bitrate, ignored.\n");
 405     else if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate > 0 &&
 406              h->param.rc.i_vbv_buffer_size > 0 )
 407     {
 408         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size < (int)(h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps) )
 409         {
 410             h->param.rc.i_vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps;
 411             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV buffer size cannot be smaller than one frame, using %d kbit\n",
 412                       h->param.rc.i_vbv_buffer_size );
 413         }
 414         if( h->param.rc.f_vbv_buffer_init > 1. )
 415             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 );
 416         rc->buffer_rate = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate * 1000. / rc->fps;
 417         rc->buffer_size = h->param.rc.i_vbv_buffer_size * 1000.;
 418         rc->single_frame_vbv = rc->buffer_rate * 1.1 > rc->buffer_size;
 419         h->param.rc.f_vbv_buffer_init = X264_MAX( h->param.rc.f_vbv_buffer_init, rc->buffer_rate / rc->buffer_size );
 420         rc->buffer_fill_final = rc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init;
 421         rc->cbr_decay = 1.0 - rc->buffer_rate / rc->buffer_size
 422                       * 0.5 * X264_MAX(0, 1.5 - rc->buffer_rate * rc->fps / rc->bitrate);
 423         rc->b_vbv = 1;
 424         rc->b_vbv_min_rate = !rc->b_2pass
 425                           && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR
 426                           && h->param.rc.i_vbv_max_bitrate <= h->param.rc.i_bitrate;
 427     }
 428     else if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate )
 429     {
 430         x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "VBV maxrate specified, but no bufsize.\n");
 431         h->param.rc.i_vbv_max_bitrate = 0;
 432     }
 433     if(rc->rate_tolerance < 0.01)
 434     {
 435         x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "bitrate tolerance too small, using .01\n");
 436         rc->rate_tolerance = 0.01;
 437     }
 438
 439     h->mb.b_variable_qp = rc->b_vbv || h->param.rc.i_aq_mode;
 440
 441     if( rc->b_abr )
 442     {
 443         /* FIXME ABR_INIT_QP is actually used only in CRF */
 444 #define ABR_INIT_QP ( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF ? h->param.rc.f_rf_constant : 24 )
 445         rc->accum_p_norm = .01;
 446         rc->accum_p_qp = ABR_INIT_QP * rc->accum_p_norm;
 447         /* estimated ratio that produces a reasonable QP for the first I-frame */
 448         rc->cplxr_sum = .01 * pow( 7.0e5, rc->qcompress ) * pow( h->mb.i_mb_count, 0.5 );
 449         rc->wanted_bits_window = 1.0 * rc->bitrate / rc->fps;
 450         rc->last_non_b_pict_type = SLICE_TYPE_I;
 451     }
 452
 453     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
 454     {
 455         /* Arbitrary rescaling to make CRF somewhat similar to QP.
 456          * Try to compensate for MB-tree's effects as well. */
 457         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
 458         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
 459         rc->rate_factor_constant = pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
 460                                  / qp2qscale( h->param.rc.f_rf_constant + mbtree_offset );
 461     }
 462
 463     rc->ip_offset = 6.0 * log(h->param.rc.f_ip_factor) / log(2.0);
 464     rc->pb_offset = 6.0 * log(h->param.rc.f_pb_factor) / log(2.0);
 465     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = h->param.rc.i_qp_constant;
 466     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant - rc->ip_offset + 0.5, 0, 51 );
 467     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant + rc->pb_offset + 0.5, 0, 51 );
 468
 469     rc->lstep = pow( 2, h->param.rc.i_qp_step / 6.0 );
 470     rc->last_qscale = qp2qscale(26);
 471     CHECKED_MALLOC( rc->pred, 5*sizeof(predictor_t) );
 472     CHECKED_MALLOC( rc->pred_b_from_p, sizeof(predictor_t) );
 473     for( i = 0; i < 5; i++ )
 474     {
 475         rc->last_qscale_for[i] = qp2qscale( ABR_INIT_QP );
 476         rc->lmin[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
 477         rc->lmax[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
 478         rc->pred[i].coeff= 2.0;
 479         rc->pred[i].count= 1.0;
 480         rc->pred[i].decay= 0.5;
 481         rc->pred[i].offset= 0.0;
 482         for( j = 0; j < 2; j++ )
 483         {
 484             rc->row_preds[i][j].coeff= .25;
 485             rc->row_preds[i][j].count= 1.0;
 486             rc->row_preds[i][j].decay= 0.5;
 487             rc->row_preds[i][j].offset= 0.0;
 488         }
 489     }
 490     *rc->pred_b_from_p = rc->pred[0];
 491
 492     if( parse_zones( h ) < 0 )
 493     {
 494         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to parse zones\n" );
 495         return -1;
 496     }
 497
 498     /* Load stat file and init 2pass algo */
 499     if( h->param.rc.b_stat_read )
 500     {
 501         char *p, *stats_in, *stats_buf;
 502
 503         /* read 1st pass stats */
 504         assert( h->param.rc.psz_stat_in );
 505         stats_buf = stats_in = x264_slurp_file( h->param.rc.psz_stat_in );
 506         if( !stats_buf )
 507         {
 508             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n");
 509             return -1;
 510         }
 511         if( h->param.rc.b_mb_tree )
 512         {
 513             char *mbtree_stats_in = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_in, ".mbtree" );
 514             if( !mbtree_stats_in )
 515                 return -1;
 516             rc->p_mbtree_stat_file_in = fopen( mbtree_stats_in, "rb" );
 517             x264_free( mbtree_stats_in );
 518             if( !rc->p_mbtree_stat_file_in )
 519             {
 520                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n");
 521                 return -1;
 522             }
 523         }
 524
 525         /* check whether 1st pass options were compatible with current options */
 526         if( !strncmp( stats_buf, "#options:", 9 ) )
 527         {
 528             int i;
 529             char *opts = stats_buf;
 530             stats_in = strchr( stats_buf, '\n' );
 531             if( !stats_in )
 532                 return -1;
 533             *stats_in = '\0';
 534             stats_in++;
 535
 536             if( ( p = strstr( opts, "bframes=" ) ) && sscanf( p, "bframes=%d", &i )
 537                 && h->param.i_bframe != i )
 538             {
 539                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different number of B-frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
 540                           h->param.i_bframe, i );
 541                 return -1;
 542             }
 543
 544             /* since B-adapt doesn't (yet) take into account B-pyramid,
 545              * the converse is not a problem */
 546             if( h->param.i_bframe )
 547             {
 548                 char buf[12];
 549                 sprintf( buf, "b_pyramid=%d", h->param.i_bframe_pyramid );
 550                 if( !strstr( opts, buf ) )
 551                     x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "different B-pyramid setting than 1st pass\n" );
 552             }
 553
 554             if( ( p = strstr( opts, "keyint=" ) ) && sscanf( p, "keyint=%d", &i )
 555                 && h->param.i_keyint_max != i )
 556                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "different keyint than 1st pass (%d vs %d)\n",
 557                           h->param.i_keyint_max, i );
 558
 559             if( strstr( opts, "qp=0" ) && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
 560                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "1st pass was lossless, bitrate prediction will be inaccurate\n" );
 561
 562             if( !strstr( opts, "direct=3" ) && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
 563             {
 564                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "direct=auto not used on the first pass\n" );
 565                 h->mb.b_direct_auto_write = 1;
 566             }
 567
 568             if( ( p = strstr( opts, "b_adapt=" ) ) && sscanf( p, "b_adapt=%d", &i ) && i >= X264_B_ADAPT_NONE && i <= X264_B_ADAPT_TRELLIS )
 569                 h->param.i_bframe_adaptive = i;
 570             else if( h->param.i_bframe )
 571             {
 572                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "b_adapt method specified in stats file not valid\n" );
 573                 return -1;
 574             }
 575
 576             if( h->param.rc.b_mb_tree && ( p = strstr( opts, "rc_lookahead=" ) ) && sscanf( p, "rc_lookahead=%d", &i ) )
 577                 h->param.rc.i_lookahead = i;
 578         }
 579
 580         /* find number of pics */
 581         p = stats_in;
 582         for(i=-1; p; i++)
 583             p = strchr(p+1, ';');
 584         if(i==0)
 585         {
 586             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "empty stats file\n");
 587             return -1;
 588         }
 589         rc->num_entries = i;
 590
 591         if( h->param.i_frame_total < rc->num_entries && h->param.i_frame_total > 0 )
 592         {
 593             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "2nd pass has fewer frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
 594                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
 595         }
 596         if( h->param.i_frame_total > rc->num_entries )
 597         {
 598             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
 599                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
 600             return -1;
 601         }
 602
 603         CHECKED_MALLOCZERO( rc->entry, rc->num_entries * sizeof(ratecontrol_entry_t) );
 604
 605         /* init all to skipped p frames */
 606         for(i=0; i<rc->num_entries; i++)
 607         {
 608             ratecontrol_entry_t *rce = &rc->entry[i];
 609             rce->pict_type = SLICE_TYPE_P;
 610             rce->qscale = rce->new_qscale = qp2qscale(20);
 611             rce->misc_bits = rc->nmb + 10;
 612             rce->new_qp = 0;
 613         }
 614
 615         /* read stats */
 616         p = stats_in;
 617         for(i=0; i < rc->num_entries; i++)
 618         {
 619             ratecontrol_entry_t *rce;
 620             int frame_number;
 621             char pict_type;
 622             int e;
 623             char *next;
 624             float qp;
 625             int ref;
 626
 627             next= strchr(p, ';');
 628             if(next)
 629             {
 630                 (*next)=0; //sscanf is unbelievably slow on long strings
 631                 next++;
 632             }
 633             e = sscanf(p, " in:%d ", &frame_number);
 634
 635             if(frame_number < 0 || frame_number >= rc->num_entries)
 636             {
 637                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "bad frame number (%d) at stats line %d\n", frame_number, i);
 638                 return -1;
 639             }
 640             rce = &rc->entry[frame_number];
 641             rce->direct_mode = 0;
 642
 643             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",
 644                    &pict_type, &qp, &rce->tex_bits,
 645                    &rce->mv_bits, &rce->misc_bits, &rce->i_count, &rce->p_count,
 646                    &rce->s_count, &rce->direct_mode);
 647
 648             p = strstr( p, "ref:" );
 649             if( !p )
 650                 goto parse_error;
 651             p += 4;
 652             for( ref = 0; ref < 16; ref++ )
 653             {
 654                 if( sscanf( p, " %d", &rce->refcount[ref] ) != 1 )
 655                     break;
 656                 p = strchr( p+1, ' ' );
 657                 if( !p )
 658                     goto parse_error;
 659             }
 660             rce->refs = ref;
 661
 662             switch(pict_type)
 663             {
 664                 case 'I': rce->kept_as_ref = 1;
 665                 case 'i': rce->pict_type = SLICE_TYPE_I; break;
 666                 case 'P': rce->pict_type = SLICE_TYPE_P; break;
 667                 case 'B': rce->kept_as_ref = 1;
 668                 case 'b': rce->pict_type = SLICE_TYPE_B; break;
 669                 default:  e = -1; break;
 670             }
 671             if(e < 10)
 672             {
 673 parse_error:
 674                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "statistics are damaged at line %d, parser out=%d\n", i, e);
 675                 return -1;
 676             }
 677             rce->qscale = qp2qscale(qp);
 678             p = next;
 679         }
 680
 681         x264_free(stats_buf);
 682
 683         if(h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR)
 684         {
 685             if(init_pass2(h) < 0) return -1;
 686         } /* else we're using constant quant, so no need to run the bitrate allocation */
 687     }
 688
 689     /* Open output file */
 690     /* If input and output files are the same, output to a temp file
 691      * and move it to the real name only when it's complete */
 692     if( h->param.rc.b_stat_write )
 693     {
 694         char *p;
 695         rc->psz_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".temp" );
 696         if( !rc->psz_stat_file_tmpname )
 697             return -1;
 698
 699         rc->p_stat_file_out = fopen( rc->psz_stat_file_tmpname, "wb" );
 700         if( rc->p_stat_file_out == NULL )
 701         {
 702             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n");
 703             return -1;
 704         }
 705
 706         p = x264_param2string( &h->param, 1 );
 707         if( p )
 708             fprintf( rc->p_stat_file_out, "#options: %s\n", p );
 709         x264_free( p );
 710         if( h->param.rc.b_mb_tree && !h->param.rc.b_stat_read )
 711         {
 712             rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree.temp" );
 713             rc->psz_mbtree_stat_file_name = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree" );
 714             if( !rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname || !rc->psz_mbtree_stat_file_name )
 715                 return -1;
 716
 717             rc->p_mbtree_stat_file_out = fopen( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, "wb" );
 718             if( rc->p_mbtree_stat_file_out == NULL )
 719             {
 720                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n");
 721                 return -1;
 722             }
 723         }
 724     }
 725
 726     if( h->param.rc.b_mb_tree && (h->param.rc.b_stat_read || h->param.rc.b_stat_write) )
 727         CHECKED_MALLOC( rc->qp_buffer, h->mb.i_mb_count * sizeof(uint16_t) );
 728
 729     for( i=0; i<h->param.i_threads; i++ )
 730     {
 731         h->thread[i]->rc = rc+i;
 732         if( i )
 733         {
 734             rc[i] = rc[0];
 735             h->thread[i]->param = h->param;
 736             h->thread[i]->mb.b_variable_qp = h->mb.b_variable_qp;
 737         }
 738     }
 739
 740     return 0;
 741 fail:
 742     return -1;
 743 }
 744
 745 static int parse_zone( x264_t *h, x264_zone_t *z, char *p )
 746 {
 747     int len = 0;
 748     char *tok, UNUSED *saveptr;
 749     z->param = NULL;
 750     z->f_bitrate_factor = 1;
 751     if( 3 <= sscanf(p, "%u,%u,q=%u%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->i_qp, &len) )
 752         z->b_force_qp = 1;
 753     else if( 3 <= sscanf(p, "%u,%u,b=%f%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->f_bitrate_factor, &len) )
 754         z->b_force_qp = 0;
 755     else if( 2 <= sscanf(p, "%u,%u%n", &z->i_start, &z->i_end, &len) )
 756         z->b_force_qp = 0;
 757     else
 758     {
 759         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: \"%s\"\n", p );
 760         return -1;
 761     }
 762     p += len;
 763     if( !*p )
 764         return 0;
 765     CHECKED_MALLOC( z->param, sizeof(x264_param_t) );
 766     memcpy( z->param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
 767     z->param->param_free = x264_free;
 768     while( (tok = strtok_r( p, ",", &saveptr )) )
 769     {
 770         char *val = strchr( tok, '=' );
 771         if( val )
 772         {
 773             *val = '\0';
 774             val++;
 775         }
 776         if( x264_param_parse( z->param, tok, val ) )
 777         {
 778             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone param: %s = %s\n", tok, val );
 779             return -1;
 780         }
 781         p = NULL;
 782     }
 783     return 0;
 784 fail:
 785     return -1;
 786 }
 787
 788 static int parse_zones( x264_t *h )
 789 {
 790     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 791     int i;
 792     if( h->param.rc.psz_zones && !h->param.rc.i_zones )
 793     {
 794         char *psz_zones, *p, *tok, UNUSED *saveptr;
 795         CHECKED_MALLOC( psz_zones, strlen( h->param.rc.psz_zones )+1 );
 796         strcpy( psz_zones, h->param.rc.psz_zones );
 797         h->param.rc.i_zones = 1;
 798         for( p = psz_zones; *p; p++ )
 799             h->param.rc.i_zones += (*p == '/');
 800         CHECKED_MALLOC( h->param.rc.zones, h->param.rc.i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
 801         p = psz_zones;
 802         for( i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
 803         {
 804             tok = strtok_r( p, "/", &saveptr );
 805             if( !tok || parse_zone( h, &h->param.rc.zones[i], tok ) )
 806                 return -1;
 807             p = NULL;
 808         }
 809         x264_free( psz_zones );
 810     }
 811
 812     if( h->param.rc.i_zones > 0 )
 813     {
 814         for( i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
 815         {
 816             x264_zone_t z = h->param.rc.zones[i];
 817             if( z.i_start < 0 || z.i_start > z.i_end )
 818             {
 819                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: start=%d end=%d\n",
 820                           z.i_start, z.i_end );
 821                 return -1;
 822             }
 823             else if( !z.b_force_qp && z.f_bitrate_factor <= 0 )
 824             {
 825                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: bitrate_factor=%f\n",
 826                           z.f_bitrate_factor );
 827                 return -1;
 828             }
 829         }
 830
 831         rc->i_zones = h->param.rc.i_zones + 1;
 832         CHECKED_MALLOC( rc->zones, rc->i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
 833         memcpy( rc->zones+1, h->param.rc.zones, (rc->i_zones-1) * sizeof(x264_zone_t) );
 834
 835         // default zone to fall back to if none of the others match
 836         rc->zones[0].i_start = 0;
 837         rc->zones[0].i_end = INT_MAX;
 838         rc->zones[0].b_force_qp = 0;
 839         rc->zones[0].f_bitrate_factor = 1;
 840         CHECKED_MALLOC( rc->zones[0].param, sizeof(x264_param_t) );
 841         memcpy( rc->zones[0].param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
 842         for( i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
 843         {
 844             if( !rc->zones[i].param )
 845                 rc->zones[i].param = rc->zones[0].param;
 846         }
 847     }
 848
 849     return 0;
 850 fail:
 851     return -1;
 852 }
 853
 854 static x264_zone_t *get_zone( x264_t *h, int frame_num )
 855 {
 856     int i;
 857     for( i = h->rc->i_zones-1; i >= 0; i-- )
 858     {
 859         x264_zone_t *z = &h->rc->zones[i];
 860         if( frame_num >= z->i_start && frame_num <= z->i_end )
 861             return z;
 862     }
 863     return NULL;
 864 }
 865
 866 void x264_ratecontrol_summary( x264_t *h )
 867 {
 868     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 869     if( rc->b_abr && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && rc->cbr_decay > .9999 )
 870     {
 871         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
 872         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
 873         x264_log( h, X264_LOG_INFO, "final ratefactor: %.2f\n",
 874                   qscale2qp( pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
 875                              * rc->cplxr_sum / rc->wanted_bits_window ) - mbtree_offset );
 876     }
 877 }
 878
 879 void x264_ratecontrol_delete( x264_t *h )
 880 {
 881     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 882     int i;
 883
 884     if( rc->p_stat_file_out )
 885     {
 886         fclose( rc->p_stat_file_out );
 887         if( h->i_frame >= rc->num_entries )
 888             if( rename( rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out ) != 0 )
 889             {
 890                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
 891                           rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out );
 892             }
 893         x264_free( rc->psz_stat_file_tmpname );
 894     }
 895     if( rc->p_mbtree_stat_file_out )
 896     {
 897         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_out );
 898         if( h->i_frame >= rc->num_entries )
 899             if( rename( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name ) != 0 )
 900             {
 901                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
 902                           rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name );
 903             }
 904         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname );
 905         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_name );
 906     }
 907     if( rc->p_mbtree_stat_file_in )
 908         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_in );
 909     x264_free( rc->pred );
 910     x264_free( rc->pred_b_from_p );
 911     x264_free( rc->entry );
 912     x264_free( rc->qp_buffer );
 913     if( rc->zones )
 914     {
 915         x264_free( rc->zones[0].param );
 916         for( i=1; i<rc->i_zones; i++ )
 917             if( rc->zones[i].param != rc->zones[0].param && rc->zones[i].param->param_free )
 918                 rc->zones[i].param->param_free( rc->zones[i].param );
 919         x264_free( rc->zones );
 920     }
 921     x264_free( rc );
 922 }
 923
 924 void x264_ratecontrol_set_estimated_size( x264_t *h, int bits )
 925 {
 926     x264_pthread_mutex_lock( &h->fenc->mutex );
 927     h->rc->frame_size_estimated = bits;
 928     x264_pthread_mutex_unlock( &h->fenc->mutex );
 929 }
 930
 931 int x264_ratecontrol_get_estimated_size( x264_t const *h)
 932 {
 933     int size;
 934     x264_pthread_mutex_lock( &h->fenc->mutex );
 935     size = h->rc->frame_size_estimated;
 936     x264_pthread_mutex_unlock( &h->fenc->mutex );
 937     return size;
 938 }
 939
 940 static void accum_p_qp_update( x264_t *h, float qp )
 941 {
 942     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 943     rc->accum_p_qp   *= .95;
 944     rc->accum_p_norm *= .95;
 945     rc->accum_p_norm += 1;
 946     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I )
 947         rc->accum_p_qp += qp + rc->ip_offset;
 948     else
 949         rc->accum_p_qp += qp;
 950 }
 951
 952 /* Before encoding a frame, choose a QP for it */
 953 void x264_ratecontrol_start( x264_t *h, int i_force_qp, int overhead )
 954 {
 955     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
 956     ratecontrol_entry_t *rce = NULL;
 957     x264_zone_t *zone = get_zone( h, h->fenc->i_frame );
 958     float q;
 959
 960     x264_emms();
 961
 962     if( zone && (!rc->prev_zone || zone->param != rc->prev_zone->param) )
 963         x264_encoder_reconfig( h, zone->param );
 964     rc->prev_zone = zone;
 965
 966     rc->qp_force = i_force_qp;
 967
 968     if( h->param.rc.b_stat_read )
 969     {
 970         int frame = h->fenc->i_frame;
 971         assert( frame >= 0 && frame < rc->num_entries );
 972         rce = h->rc->rce = &h->rc->entry[frame];
 973
 974         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B
 975             && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
 976         {
 977             h->sh.b_direct_spatial_mv_pred = ( rce->direct_mode == 's' );
 978             h->mb.b_direct_auto_read = ( rce->direct_mode == 's' || rce->direct_mode == 't' );
 979         }
 980     }
 981
 982     if( rc->b_vbv )
 983     {
 984         memset( h->fdec->i_row_bits, 0, h->sps->i_mb_height * sizeof(int) );
 985         rc->row_pred = &rc->row_preds[h->sh.i_type];
 986         update_vbv_plan( h, overhead );
 987     }
 988
 989     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
 990         rc->bframes = h->fenc->i_bframes;
 991
 992     if( i_force_qp )
 993     {
 994         q = i_force_qp - 1;
 995     }
 996     else if( rc->b_abr )
 997     {
 998         q = qscale2qp( rate_estimate_qscale( h ) );
 999     }
1000     else if( rc->b_2pass )
1001     {
1002         rce->new_qscale = rate_estimate_qscale( h );
1003         q = qscale2qp( rce->new_qscale );
1004     }
1005     else /* CQP */
1006     {
1007         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B && h->fdec->b_kept_as_ref )
1008             q = ( rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_B ] + rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_P ] ) / 2;
1009         else
1010             q = rc->qp_constant[ h->sh.i_type ];
1011
1012         if( zone )
1013         {
1014             if( zone->b_force_qp )
1015                 q += zone->i_qp - rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P];
1016             else
1017                 q -= 6*log(zone->f_bitrate_factor)/log(2);
1018         }
1019     }
1020
1021     q = x264_clip3f( q, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1022
1023     rc->qpa_rc =
1024     rc->qpa_aq = 0;
1025     h->fdec->f_qp_avg_rc =
1026     h->fdec->f_qp_avg_aq =
1027     rc->qpm =
1028     rc->qp = x264_clip3( (int)(q + 0.5), 0, 51 );
1029     rc->f_qpm = q;
1030     if( rce )
1031         rce->new_qp = rc->qp;
1032
1033     accum_p_qp_update( h, rc->qp );
1034
1035     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1036         rc->last_non_b_pict_type = h->sh.i_type;
1037 }
1038
1039 static double predict_row_size( x264_t *h, int y, int qp )
1040 {
1041     /* average between two predictors:
1042      * absolute SATD, and scaled bit cost of the colocated row in the previous frame */
1043     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1044     double pred_s = predict_size( rc->row_pred[0], qp2qscale(qp), h->fdec->i_row_satd[y] );
1045     double pred_t = 0;
1046     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I || qp >= h->fref0[0]->i_row_qp[y] )
1047     {
1048         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P
1049             && h->fref0[0]->i_type == h->fdec->i_type
1050             && h->fref0[0]->i_row_satd[y] > 0
1051             && (abs(h->fref0[0]->i_row_satd[y] - h->fdec->i_row_satd[y]) < h->fdec->i_row_satd[y]/2))
1052         {
1053             pred_t = h->fref0[0]->i_row_bits[y] * h->fdec->i_row_satd[y] / h->fref0[0]->i_row_satd[y]
1054                      * qp2qscale(h->fref0[0]->i_row_qp[y]) / qp2qscale(qp);
1055         }
1056         if( pred_t == 0 )
1057             pred_t = pred_s;
1058         return (pred_s + pred_t) / 2;
1059     }
1060     /* Our QP is lower than the reference! */
1061     else
1062     {
1063         double newq = qp2qscale(qp);
1064         double oldq = qp2qscale(h->fref0[0]->i_row_qp[y]);
1065         double pred_intra = predict_size( rc->row_pred[1], (1 - newq / oldq) * newq, h->fdec->i_row_satds[0][0][y] );
1066         /* Sum: better to overestimate than underestimate by using only one of the two predictors. */
1067         return pred_intra + pred_s;
1068     }
1069 }
1070
1071 static double row_bits_so_far( x264_t *h, int y )
1072 {
1073     int i;
1074     double bits = 0;
1075     for( i = 0; i <= y; i++ )
1076         bits += h->fdec->i_row_bits[i];
1077     return bits;
1078 }
1079
1080 static double predict_row_size_sum( x264_t *h, int y, int qp )
1081 {
1082     int i;
1083     double bits = row_bits_so_far(h, y);
1084     for( i = y+1; i < h->sps->i_mb_height; i++ )
1085         bits += predict_row_size( h, i, qp );
1086     return bits;
1087 }
1088
1089
1090 void x264_ratecontrol_mb( x264_t *h, int bits )
1091 {
1092     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1093     const int y = h->mb.i_mb_y;
1094
1095     x264_emms();
1096
1097     h->fdec->i_row_bits[y] += bits;
1098     rc->qpa_rc += rc->f_qpm;
1099     rc->qpa_aq += h->mb.i_qp;
1100
1101     if( h->mb.i_mb_x != h->sps->i_mb_width - 1 || !rc->b_vbv )
1102         return;
1103
1104     h->fdec->i_row_qp[y] = rc->qpm;
1105
1106     update_predictor( rc->row_pred[0], qp2qscale(rc->qpm), h->fdec->i_row_satd[y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1107     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && rc->qpm < h->fref0[0]->i_row_qp[y] )
1108     {
1109         double newq = qp2qscale(rc->qpm);
1110         double oldq = qp2qscale(h->fref0[0]->i_row_qp[y]);
1111         update_predictor( rc->row_pred[1], (1 - newq / oldq) * newq, h->fdec->i_row_satds[0][0][y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1112     }
1113
1114     /* tweak quality based on difference from predicted size */
1115     if( y < h->sps->i_mb_height-1 )
1116     {
1117         int prev_row_qp = h->fdec->i_row_qp[y];
1118         int i_qp_max = X264_MIN( prev_row_qp + h->param.rc.i_qp_step, h->param.rc.i_qp_max );
1119         int i_qp_min = X264_MAX( prev_row_qp - h->param.rc.i_qp_step, h->param.rc.i_qp_min );
1120
1121         /* B-frames shouldn't use lower QP than their reference frames. */
1122         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1123         {
1124             i_qp_min = X264_MAX( i_qp_min, X264_MAX( h->fref0[0]->i_row_qp[y+1], h->fref1[0]->i_row_qp[y+1] ) );
1125             rc->qpm = X264_MAX( rc->qpm, i_qp_min );
1126         }
1127
1128         int b0 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm );
1129         int b1 = b0;
1130         float buffer_left_planned = rc->buffer_fill - rc->frame_size_planned;
1131
1132         /* More threads means we have to be more cautious in letting ratecontrol use up extra bits. */
1133         float rc_tol = buffer_left_planned / h->param.i_threads * rc->rate_tolerance;
1134
1135         /* Don't modify the row QPs until a sufficent amount of the bits of the frame have been processed, in case a flat */
1136         /* area at the top of the frame was measured inaccurately. */
1137         if( row_bits_so_far(h,y) < 0.05 * rc->frame_size_planned )
1138             return;
1139
1140         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I )
1141             rc_tol /= 2;
1142
1143         if( !rc->b_vbv_min_rate )
1144             i_qp_min = X264_MAX( i_qp_min, h->sh.i_qp );
1145
1146         while( rc->qpm < i_qp_max
1147                && ((b1 > rc->frame_size_planned + rc_tol) ||
1148                    (rc->buffer_fill - b1 < buffer_left_planned * 0.5) ||
1149                    (b1 > rc->frame_size_planned && rc->qpm < rc->qp_novbv)) )
1150         {
1151             rc->qpm ++;
1152             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm );
1153         }
1154
1155         while( rc->qpm > i_qp_min
1156                && (rc->qpm > h->fdec->i_row_qp[0] || rc->single_frame_vbv)
1157                && ((b1 < rc->frame_size_planned * 0.8 && rc->qpm <= prev_row_qp)
1158                || b1 < (rc->buffer_fill - rc->buffer_size + rc->buffer_rate) * 1.1) )
1159         {
1160             rc->qpm --;
1161             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm );
1162         }
1163
1164         /* avoid VBV underflow */
1165         while( (rc->qpm < h->param.rc.i_qp_max)
1166                && (rc->buffer_fill - b1 < rc->buffer_rate * 0.05 ) )
1167         {
1168             rc->qpm ++;
1169             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm );
1170         }
1171
1172         x264_ratecontrol_set_estimated_size(h, b1);
1173     }
1174
1175     /* loses the fractional part of the frame-wise qp */
1176     rc->f_qpm = rc->qpm;
1177 }
1178
1179 int x264_ratecontrol_qp( x264_t *h )
1180 {
1181     return h->rc->qpm;
1182 }
1183
1184 /* In 2pass, force the same frame types as in the 1st pass */
1185 int x264_ratecontrol_slice_type( x264_t *h, int frame_num )
1186 {
1187     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1188     if( h->param.rc.b_stat_read )
1189     {
1190         if( frame_num >= rc->num_entries )
1191         {
1192             /* We could try to initialize everything required for ABR and
1193              * adaptive B-frames, but that would be complicated.
1194              * So just calculate the average QP used so far. */
1195             int i;
1196
1197             h->param.rc.i_qp_constant = (h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P] == 0) ? 24
1198                                       : 1 + h->stat.f_frame_qp[SLICE_TYPE_P] / h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P];
1199             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant, 0, 51 );
1200             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 );
1201             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 );
1202
1203             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d)\n", rc->num_entries);
1204             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "continuing anyway, at constant QP=%d\n", h->param.rc.i_qp_constant);
1205             if( h->param.i_bframe_adaptive )
1206                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "disabling adaptive B-frames\n");
1207
1208             for( i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1209             {
1210                 h->thread[i]->rc->b_abr = 0;
1211                 h->thread[i]->rc->b_2pass = 0;
1212                 h->thread[i]->param.rc.i_rc_method = X264_RC_CQP;
1213                 h->thread[i]->param.rc.b_stat_read = 0;
1214                 h->thread[i]->param.i_bframe_adaptive = 0;
1215                 h->thread[i]->param.i_scenecut_threshold = 0;
1216                 if( h->thread[i]->param.i_bframe > 1 )
1217                     h->thread[i]->param.i_bframe = 1;
1218             }
1219             return X264_TYPE_AUTO;
1220         }
1221         switch( rc->entry[frame_num].pict_type )
1222         {
1223             case SLICE_TYPE_I:
1224                 return rc->entry[frame_num].kept_as_ref ? X264_TYPE_IDR : X264_TYPE_I;
1225
1226             case SLICE_TYPE_B:
1227                 return rc->entry[frame_num].kept_as_ref ? X264_TYPE_BREF : X264_TYPE_B;
1228
1229             case SLICE_TYPE_P:
1230             default:
1231                 return X264_TYPE_P;
1232         }
1233     }
1234     else
1235     {
1236         return X264_TYPE_AUTO;
1237     }
1238 }
1239
1240 /* After encoding one frame, save stats and update ratecontrol state */
1241 int x264_ratecontrol_end( x264_t *h, int bits )
1242 {
1243     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1244     const int *mbs = h->stat.frame.i_mb_count;
1245     int i;
1246
1247     x264_emms();
1248
1249     h->stat.frame.i_mb_count_skip = mbs[P_SKIP] + mbs[B_SKIP];
1250     h->stat.frame.i_mb_count_i = mbs[I_16x16] + mbs[I_8x8] + mbs[I_4x4];
1251     h->stat.frame.i_mb_count_p = mbs[P_L0] + mbs[P_8x8];
1252     for( i = B_DIRECT; i < B_8x8; i++ )
1253         h->stat.frame.i_mb_count_p += mbs[i];
1254
1255     h->fdec->f_qp_avg_rc = rc->qpa_rc /= h->mb.i_mb_count;
1256     h->fdec->f_qp_avg_aq = rc->qpa_aq /= h->mb.i_mb_count;
1257
1258     if( h->param.rc.b_stat_write )
1259     {
1260         char c_type = h->sh.i_type==SLICE_TYPE_I ? (h->fenc->i_poc==0 ? 'I' : 'i')
1261                     : h->sh.i_type==SLICE_TYPE_P ? 'P'
1262                     : h->fenc->b_kept_as_ref ? 'B' : 'b';
1263         int dir_frame = h->stat.frame.i_direct_score[1] - h->stat.frame.i_direct_score[0];
1264         int dir_avg = h->stat.i_direct_score[1] - h->stat.i_direct_score[0];
1265         char c_direct = h->mb.b_direct_auto_write ?
1266                         ( dir_frame>0 ? 's' : dir_frame<0 ? 't' :
1267                           dir_avg>0 ? 's' : dir_avg<0 ? 't' : '-' )
1268                         : '-';
1269         if( fprintf( rc->p_stat_file_out,
1270                  "in:%d out:%d type:%c q:%.2f tex:%d mv:%d misc:%d imb:%d pmb:%d smb:%d d:%c ref:",
1271                  h->fenc->i_frame, h->i_frame,
1272                  c_type, rc->qpa_rc,
1273                  h->stat.frame.i_tex_bits,
1274                  h->stat.frame.i_mv_bits,
1275                  h->stat.frame.i_misc_bits,
1276                  h->stat.frame.i_mb_count_i,
1277                  h->stat.frame.i_mb_count_p,
1278                  h->stat.frame.i_mb_count_skip,
1279                  c_direct) < 0 )
1280             goto fail;
1281
1282         for( i = 0; i < h->i_ref0; i++ )
1283         {
1284             int refcount = h->param.b_interlaced ? h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2]
1285                                                  + h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2+1] :
1286                                                    h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i];
1287             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "%d ", refcount ) < 0 )
1288                 goto fail;
1289         }
1290
1291         if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ";\n" ) < 0 )
1292             goto fail;
1293
1294         /* Don't re-write the data in multi-pass mode. */
1295         if( h->param.rc.b_mb_tree && h->fenc->b_kept_as_ref && !h->param.rc.b_stat_read )
1296         {
1297             uint8_t i_type = h->sh.i_type;
1298             int i;
1299             /* Values are stored as big-endian FIX8.8 */
1300             for( i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
1301                 rc->qp_buffer[i] = endian_fix16( h->fenc->f_qp_offset[i]*256.0 );
1302             if( fwrite( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < 1 )
1303                 goto fail;
1304             if( fwrite( rc->qp_buffer, sizeof(uint16_t), h->mb.i_mb_count, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < h->mb.i_mb_count )
1305                 goto fail;
1306         }
1307     }
1308
1309     if( rc->b_abr )
1310     {
1311         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1312             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale(rc->qpa_rc) / rc->last_rceq;
1313         else
1314         {
1315             /* Depends on the fact that B-frame's QP is an offset from the following P-frame's.
1316              * Not perfectly accurate with B-refs, but good enough. */
1317             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale(rc->qpa_rc) / (rc->last_rceq * fabs(h->param.rc.f_pb_factor));
1318         }
1319         rc->cplxr_sum *= rc->cbr_decay;
1320         rc->wanted_bits_window += rc->bitrate / rc->fps;
1321         rc->wanted_bits_window *= rc->cbr_decay;
1322     }
1323
1324     if( rc->b_2pass )
1325     {
1326         rc->expected_bits_sum += qscale2bits( rc->rce, qp2qscale(rc->rce->new_qp) );
1327     }
1328
1329     if( h->mb.b_variable_qp )
1330     {
1331         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1332         {
1333             rc->bframe_bits += bits;
1334             if( h->fenc->b_last_minigop_bframe )
1335             {
1336                 update_predictor( rc->pred_b_from_p, qp2qscale(rc->qpa_rc),
1337                                   h->fref1[h->i_ref1-1]->i_satd, rc->bframe_bits / rc->bframes );
1338                 rc->bframe_bits = 0;
1339             }
1340         }
1341     }
1342
1343     update_vbv( h, bits );
1344     return 0;
1345 fail:
1346     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_end: stats file could not be written to\n");
1347     return -1;
1348 }
1349
1350 /****************************************************************************
1351  * 2 pass functions
1352  ***************************************************************************/
1353
1354 /**
1355  * modify the bitrate curve from pass1 for one frame
1356  */
1357 static double get_qscale(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double rate_factor, int frame_num)
1358 {
1359     x264_ratecontrol_t *rcc= h->rc;
1360     double q;
1361     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
1362
1363     q = pow( rce->blurred_complexity, 1 - rcc->qcompress );
1364
1365     // avoid NaN's in the rc_eq
1366     if(!isfinite(q) || rce->tex_bits + rce->mv_bits == 0)
1367         q = rcc->last_qscale_for[rce->pict_type];
1368     else
1369     {
1370         rcc->last_rceq = q;
1371         q /= rate_factor;
1372         rcc->last_qscale = q;
1373     }
1374
1375     if( zone )
1376     {
1377         if( zone->b_force_qp )
1378             q = qp2qscale(zone->i_qp);
1379         else
1380             q /= zone->f_bitrate_factor;
1381     }
1382
1383     return q;
1384 }
1385
1386 static double get_diff_limited_q(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double q)
1387 {
1388     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1389     const int pict_type = rce->pict_type;
1390
1391     // force I/B quants as a function of P quants
1392     const double last_p_q    = rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P];
1393     const double last_non_b_q= rcc->last_qscale_for[rcc->last_non_b_pict_type];
1394     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
1395     {
1396         double iq = q;
1397         double pq = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
1398         double ip_factor = fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
1399         /* don't apply ip_factor if the following frame is also I */
1400         if( rcc->accum_p_norm <= 0 )
1401             q = iq;
1402         else if( h->param.rc.f_ip_factor < 0 )
1403             q = iq / ip_factor;
1404         else if( rcc->accum_p_norm >= 1 )
1405             q = pq / ip_factor;
1406         else
1407             q = rcc->accum_p_norm * pq / ip_factor + (1 - rcc->accum_p_norm) * iq;
1408     }
1409     else if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
1410     {
1411         if( h->param.rc.f_pb_factor > 0 )
1412             q = last_non_b_q;
1413         if( !rce->kept_as_ref )
1414             q *= fabs( h->param.rc.f_pb_factor );
1415     }
1416     else if( pict_type == SLICE_TYPE_P
1417              && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_P
1418              && rce->tex_bits == 0 )
1419     {
1420         q = last_p_q;
1421     }
1422
1423     /* last qscale / qdiff stuff */
1424     if(rcc->last_non_b_pict_type==pict_type
1425        && (pict_type!=SLICE_TYPE_I || rcc->last_accum_p_norm < 1))
1426     {
1427         double last_q = rcc->last_qscale_for[pict_type];
1428         double max_qscale = last_q * rcc->lstep;
1429         double min_qscale = last_q / rcc->lstep;
1430
1431         if     (q > max_qscale) q = max_qscale;
1432         else if(q < min_qscale) q = min_qscale;
1433     }
1434
1435     rcc->last_qscale_for[pict_type] = q;
1436     if(pict_type!=SLICE_TYPE_B)
1437         rcc->last_non_b_pict_type = pict_type;
1438     if(pict_type==SLICE_TYPE_I)
1439     {
1440         rcc->last_accum_p_norm = rcc->accum_p_norm;
1441         rcc->accum_p_norm = 0;
1442         rcc->accum_p_qp = 0;
1443     }
1444     if(pict_type==SLICE_TYPE_P)
1445     {
1446         float mask = 1 - pow( (float)rce->i_count / rcc->nmb, 2 );
1447         rcc->accum_p_qp   = mask * (qscale2qp(q) + rcc->accum_p_qp);
1448         rcc->accum_p_norm = mask * (1 + rcc->accum_p_norm);
1449     }
1450     return q;
1451 }
1452
1453 static double predict_size( predictor_t *p, double q, double var )
1454 {
1455      return (p->coeff*var + p->offset) / (q*p->count);
1456 }
1457
1458 static void update_predictor( predictor_t *p, double q, double var, double bits )
1459 {
1460     const double range = 1.5;
1461     if( var < 10 )
1462         return;
1463     double old_coeff = p->coeff / p->count;
1464     double new_coeff = bits*q / var;
1465     double new_coeff_clipped = x264_clip3f( new_coeff, old_coeff/range, old_coeff*range );
1466     double new_offset = bits*q - new_coeff_clipped * var;
1467     if( new_offset >= 0 )
1468         new_coeff = new_coeff_clipped;
1469     else
1470         new_offset = 0;
1471     p->count  *= p->decay;
1472     p->coeff  *= p->decay;
1473     p->offset *= p->decay;
1474     p->count  ++;
1475     p->coeff  += new_coeff;
1476     p->offset += new_offset;
1477 }
1478
1479 // update VBV after encoding a frame
1480 static void update_vbv( x264_t *h, int bits )
1481 {
1482     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1483     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
1484
1485     if( rcc->last_satd >= h->mb.i_mb_count )
1486         update_predictor( &rct->pred[h->sh.i_type], qp2qscale(rcc->qpa_rc), rcc->last_satd, bits );
1487
1488     if( !rcc->b_vbv )
1489         return;
1490
1491     rct->buffer_fill_final -= bits;
1492     if( rct->buffer_fill_final < 0 )
1493         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV underflow (frame %d, %.0f bits)\n", h->i_frame, rct->buffer_fill_final );
1494     rct->buffer_fill_final = X264_MAX( rct->buffer_fill_final, 0 );
1495     rct->buffer_fill_final += rct->buffer_rate;
1496     rct->buffer_fill_final = X264_MIN( rct->buffer_fill_final, rct->buffer_size );
1497 }
1498
1499 // provisionally update VBV according to the planned size of all frames currently in progress
1500 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead )
1501 {
1502     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1503     rcc->buffer_fill = h->thread[0]->rc->buffer_fill_final - overhead;
1504     if( h->param.i_threads > 1 )
1505     {
1506         int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
1507         int i;
1508         for( i=1; i<h->param.i_threads; i++ )
1509         {
1510             x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->param.i_threads ];
1511             double bits = t->rc->frame_size_planned;
1512             if( !t->b_thread_active )
1513                 continue;
1514             bits  = X264_MAX(bits, x264_ratecontrol_get_estimated_size(t));
1515             rcc->buffer_fill -= bits;
1516             rcc->buffer_fill = X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0 );
1517             rcc->buffer_fill += rcc->buffer_rate;
1518             rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
1519         }
1520     }
1521 }
1522
1523 // apply VBV constraints and clip qscale to between lmin and lmax
1524 static double clip_qscale( x264_t *h, int pict_type, double q )
1525 {
1526     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1527     double lmin = rcc->lmin[pict_type];
1528     double lmax = rcc->lmax[pict_type];
1529     double q0 = q;
1530
1531     /* B-frames are not directly subject to VBV,
1532      * since they are controlled by the P-frames' QPs. */
1533
1534     if( rcc->b_vbv && rcc->last_satd > 0 )
1535     {
1536         /* Lookahead VBV: raise the quantizer as necessary such that no frames in
1537          * the lookahead overflow and such that the buffer is in a reasonable state
1538          * by the end of the lookahead. */
1539         if( h->param.rc.i_lookahead )
1540         {
1541             int j, iterations, terminate = 0;
1542
1543             /* Avoid an infinite loop. */
1544             for( iterations = 0; iterations < 1000 && terminate != 3; iterations++ )
1545             {
1546                 double frame_q[3];
1547                 double cur_bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1548                 double buffer_fill_cur = rcc->buffer_fill - cur_bits + rcc->buffer_rate;
1549                 double target_fill;
1550                 frame_q[0] = h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I ? q * h->param.rc.f_ip_factor : q;
1551                 frame_q[1] = frame_q[0] * h->param.rc.f_pb_factor;
1552                 frame_q[2] = frame_q[0] / h->param.rc.f_ip_factor;
1553
1554                 /* Loop over the planned future frames. */
1555                 for( j = 0; buffer_fill_cur >= 0 && buffer_fill_cur <= rcc->buffer_size; j++ )
1556                 {
1557                     int i_type = h->fenc->i_planned_type[j];
1558                     int i_satd = h->fenc->i_planned_satd[j];
1559                     if( i_type == X264_TYPE_AUTO )
1560                         break;
1561                     i_type = IS_X264_TYPE_I( i_type ) ? SLICE_TYPE_I : IS_X264_TYPE_B( i_type ) ? SLICE_TYPE_B : SLICE_TYPE_P;
1562                     cur_bits = predict_size( &rcc->pred[i_type], frame_q[i_type], i_satd );
1563                     buffer_fill_cur = buffer_fill_cur - cur_bits + rcc->buffer_rate;
1564                 }
1565                 /* Try to get to get the buffer at least 50% filled, but don't set an impossible goal. */
1566                 target_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill + j * rcc->buffer_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.5 );
1567                 if( buffer_fill_cur < target_fill )
1568                 {
1569                     q *= 1.01;
1570                     terminate |= 1;
1571                     continue;
1572                 }
1573                 /* Try to get the buffer no more than 80% filled, but don't set an impossible goal. */
1574                 target_fill = x264_clip3f( rcc->buffer_fill - j * rcc->buffer_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.8, rcc->buffer_size );
1575                 if( rcc->b_vbv_min_rate && buffer_fill_cur > target_fill )
1576                 {
1577                     q /= 1.01;
1578                     terminate |= 2;
1579                     continue;
1580                 }
1581                 break;
1582             }
1583         }
1584         /* Fallback to old purely-reactive algorithm: no lookahead. */
1585         else
1586         {
1587             if( ( pict_type == SLICE_TYPE_P ||
1588                 ( pict_type == SLICE_TYPE_I && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_I ) ) &&
1589                 rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size < 0.5 )
1590             {
1591                 q /= x264_clip3f( 2.0*rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size, 0.5, 1.0 );
1592             }
1593
1594             /* Now a hard threshold to make sure the frame fits in VBV.
1595              * This one is mostly for I-frames. */
1596             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1597             double qf = 1.0;
1598             /* For small VBVs, allow the frame to use up the entire VBV. */
1599             double max_fill_factor = h->param.rc.i_vbv_buffer_size >= 5*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rcc->fps ? 2 : 1;
1600             /* For single-frame VBVs, request that the frame use up the entire VBV. */
1601             double min_fill_factor = rcc->single_frame_vbv ? 1 : 2;
1602
1603             if( bits > rcc->buffer_fill/max_fill_factor )
1604                 qf = x264_clip3f( rcc->buffer_fill/(max_fill_factor*bits), 0.2, 1.0 );
1605             q /= qf;
1606             bits *= qf;
1607             if( bits < rcc->buffer_rate/min_fill_factor )
1608                 q *= bits*min_fill_factor/rcc->buffer_rate;
1609             q = X264_MAX( q0, q );
1610         }
1611
1612         /* Check B-frame complexity, and use up any bits that would
1613          * overflow before the next P-frame. */
1614         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && !rcc->single_frame_vbv )
1615         {
1616             int nb = rcc->bframes;
1617             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1618             double pbbits = bits;
1619             double bbits = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q * h->param.rc.f_pb_factor, rcc->last_satd );
1620             double space;
1621             if( bbits > rcc->buffer_rate  )
1622                 nb = 0;
1623             pbbits += nb * bbits;
1624
1625             space = rcc->buffer_fill + (1+nb)*rcc->buffer_rate - rcc->buffer_size;
1626             if( pbbits < space )
1627             {
1628                 q *= X264_MAX( pbbits / space, bits / (0.5 * rcc->buffer_size) );
1629             }
1630             q = X264_MAX( q0-5, q );
1631         }
1632
1633         if( !rcc->b_vbv_min_rate )
1634             q = X264_MAX( q0, q );
1635     }
1636
1637     if(lmin==lmax)
1638         return lmin;
1639     else if(rcc->b_2pass)
1640     {
1641         double min2 = log(lmin);
1642         double max2 = log(lmax);
1643         q = (log(q) - min2)/(max2-min2) - 0.5;
1644         q = 1.0/(1.0 + exp(-4*q));
1645         q = q*(max2-min2) + min2;
1646         return exp(q);
1647     }
1648     else
1649         return x264_clip3f(q, lmin, lmax);
1650 }
1651
1652 // update qscale for 1 frame based on actual bits used so far
1653 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h )
1654 {
1655     float q;
1656     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1657     ratecontrol_entry_t rce;
1658     int pict_type = h->sh.i_type;
1659     double lmin = rcc->lmin[pict_type];
1660     double lmax = rcc->lmax[pict_type];
1661     int64_t total_bits = 8*(h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_I]
1662                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_P]
1663                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_B]);
1664
1665     if( rcc->b_2pass )
1666     {
1667         rce = *rcc->rce;
1668         if(pict_type != rce.pict_type)
1669         {
1670             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "slice=%c but 2pass stats say %c\n",
1671                      slice_type_to_char[pict_type], slice_type_to_char[rce.pict_type]);
1672         }
1673     }
1674
1675     if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
1676     {
1677         /* B-frames don't have independent ratecontrol, but rather get the
1678          * average QP of the two adjacent P-frames + an offset */
1679
1680         int i0 = IS_X264_TYPE_I(h->fref0[0]->i_type);
1681         int i1 = IS_X264_TYPE_I(h->fref1[0]->i_type);
1682         int dt0 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref0[0]->i_poc);
1683         int dt1 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref1[0]->i_poc);
1684         float q0 = h->fref0[0]->f_qp_avg_rc;
1685         float q1 = h->fref1[0]->f_qp_avg_rc;
1686
1687         if( h->fref0[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
1688             q0 -= rcc->pb_offset/2;
1689         if( h->fref1[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
1690             q1 -= rcc->pb_offset/2;
1691
1692         if(i0 && i1)
1693             q = (q0 + q1) / 2 + rcc->ip_offset;
1694         else if(i0)
1695             q = q1;
1696         else if(i1)
1697             q = q0;
1698         else
1699             q = (q0*dt1 + q1*dt0) / (dt0 + dt1);
1700
1701         if(h->fenc->b_kept_as_ref)
1702             q += rcc->pb_offset/2;
1703         else
1704             q += rcc->pb_offset;
1705
1706         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
1707             rcc->frame_size_planned = qscale2bits( &rce, q );
1708         else
1709             rcc->frame_size_planned = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q, h->fref1[h->i_ref1-1]->i_satd );
1710         x264_ratecontrol_set_estimated_size(h, rcc->frame_size_planned);
1711
1712         /* For row SATDs */
1713         if( rcc->b_vbv )
1714             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
1715         return qp2qscale(q);
1716     }
1717     else
1718     {
1719         double abr_buffer = 2 * rcc->rate_tolerance * rcc->bitrate;
1720
1721         if( rcc->b_2pass )
1722         {
1723             //FIXME adjust abr_buffer based on distance to the end of the video
1724             int64_t diff;
1725             int64_t predicted_bits = total_bits;
1726
1727             if( rcc->b_vbv )
1728             {
1729                 if( h->param.i_threads > 1 )
1730                 {
1731                     int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
1732                     int i;
1733                     for( i=1; i<h->param.i_threads; i++ )
1734                     {
1735                         x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->param.i_threads ];
1736                         double bits = t->rc->frame_size_planned;
1737                         if( !t->b_thread_active )
1738                             continue;
1739                         bits  = X264_MAX(bits, x264_ratecontrol_get_estimated_size(t));
1740                         predicted_bits += (int64_t)bits;
1741                     }
1742                 }
1743             }
1744             else
1745             {
1746                 if( h->fenc->i_frame < h->param.i_threads )
1747                     predicted_bits += (int64_t)h->fenc->i_frame * rcc->bitrate / rcc->fps;
1748                 else
1749                     predicted_bits += (int64_t)(h->param.i_threads - 1) * rcc->bitrate / rcc->fps;
1750             }
1751
1752             diff = predicted_bits - (int64_t)rce.expected_bits;
1753             q = rce.new_qscale;
1754             q /= x264_clip3f((double)(abr_buffer - diff) / abr_buffer, .5, 2);
1755             if( ((h->fenc->i_frame + 1 - h->param.i_threads) >= rcc->fps) &&
1756                 (rcc->expected_bits_sum > 0))
1757             {
1758                 /* Adjust quant based on the difference between
1759                  * achieved and expected bitrate so far */
1760                 double time = (double)h->fenc->i_frame / rcc->num_entries;
1761                 double w = x264_clip3f( time*100, 0.0, 1.0 );
1762                 q *= pow( (double)total_bits / rcc->expected_bits_sum, w );
1763             }
1764             if( rcc->b_vbv )
1765             {
1766                 /* Do not overflow vbv */
1767                 double expected_size = qscale2bits(&rce, q);
1768                 double expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
1769                 double expected_fullness =  rce.expected_vbv / rcc->buffer_size;
1770                 double qmax = q*(2 - expected_fullness);
1771                 double size_constraint = 1 + expected_fullness;
1772                 qmax = X264_MAX(qmax, rce.new_qscale);
1773                 if (expected_fullness < .05)
1774                     qmax = lmax;
1775                 qmax = X264_MIN(qmax, lmax);
1776                 while( ((expected_vbv < rce.expected_vbv/size_constraint) && (q < qmax)) ||
1777                         ((expected_vbv < 0) && (q < lmax)))
1778                 {
1779                     q *= 1.05;
1780                     expected_size = qscale2bits(&rce, q);
1781                     expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
1782                 }
1783                 rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
1784             }
1785             q = x264_clip3f( q, lmin, lmax );
1786         }
1787         else /* 1pass ABR */
1788         {
1789             /* Calculate the quantizer which would have produced the desired
1790              * average bitrate if it had been applied to all frames so far.
1791              * Then modulate that quant based on the current frame's complexity
1792              * relative to the average complexity so far (using the 2pass RCEQ).
1793              * Then bias the quant up or down if total size so far was far from
1794              * the target.
1795              * Result: Depending on the value of rate_tolerance, there is a
1796              * tradeoff between quality and bitrate precision. But at large
1797              * tolerances, the bit distribution approaches that of 2pass. */
1798
1799             double wanted_bits, overflow=1, lmin, lmax;
1800
1801             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
1802             rcc->short_term_cplxsum *= 0.5;
1803             rcc->short_term_cplxcount *= 0.5;
1804             rcc->short_term_cplxsum += rcc->last_satd;
1805             rcc->short_term_cplxcount ++;
1806
1807             rce.tex_bits = rcc->last_satd;
1808             rce.blurred_complexity = rcc->short_term_cplxsum / rcc->short_term_cplxcount;
1809             rce.mv_bits = 0;
1810             rce.p_count = rcc->nmb;
1811             rce.i_count = 0;
1812             rce.s_count = 0;
1813             rce.qscale = 1;
1814             rce.pict_type = pict_type;
1815
1816             if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
1817             {
1818                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->rate_factor_constant, h->fenc->i_frame );
1819             }
1820             else
1821             {
1822                 int i_frame_done = h->fenc->i_frame + 1 - h->param.i_threads;
1823
1824                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->wanted_bits_window / rcc->cplxr_sum, h->fenc->i_frame );
1825
1826                 // FIXME is it simpler to keep track of wanted_bits in ratecontrol_end?
1827                 wanted_bits = i_frame_done * rcc->bitrate / rcc->fps;
1828                 if( wanted_bits > 0 )
1829                 {
1830                     abr_buffer *= X264_MAX( 1, sqrt(i_frame_done/25) );
1831                     overflow = x264_clip3f( 1.0 + (total_bits - wanted_bits) / abr_buffer, .5, 2 );
1832                     q *= overflow;
1833                 }
1834             }
1835
1836             if( pict_type == SLICE_TYPE_I && h->param.i_keyint_max > 1
1837                 /* should test _next_ pict type, but that isn't decided yet */
1838                 && rcc->last_non_b_pict_type != SLICE_TYPE_I )
1839             {
1840                 q = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
1841                 q /= fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
1842             }
1843             else if( h->i_frame > 0 )
1844             {
1845                 /* Asymmetric clipping, because symmetric would prevent
1846                  * overflow control in areas of rapidly oscillating complexity */
1847                 lmin = rcc->last_qscale_for[pict_type] / rcc->lstep;
1848                 lmax = rcc->last_qscale_for[pict_type] * rcc->lstep;
1849                 if( overflow > 1.1 && h->i_frame > 3 )
1850                     lmax *= rcc->lstep;
1851                 else if( overflow < 0.9 )
1852                     lmin /= rcc->lstep;
1853
1854                 q = x264_clip3f(q, lmin, lmax);
1855             }
1856             else if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && rcc->qcompress != 1 )
1857             {
1858                 q = qp2qscale( ABR_INIT_QP ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
1859             }
1860             rcc->qp_novbv = qscale2qp(q);
1861
1862             //FIXME use get_diff_limited_q() ?
1863             q = clip_qscale( h, pict_type, q );
1864         }
1865
1866         rcc->last_qscale_for[pict_type] =
1867         rcc->last_qscale = q;
1868
1869         if( !(rcc->b_2pass && !rcc->b_vbv) && h->fenc->i_frame == 0 )
1870             rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P] = q * fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
1871
1872         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
1873             rcc->frame_size_planned = qscale2bits(&rce, q);
1874         else
1875             rcc->frame_size_planned = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1876         x264_ratecontrol_set_estimated_size(h, rcc->frame_size_planned);
1877         return q;
1878     }
1879 }
1880
1881 void x264_thread_sync_ratecontrol( x264_t *cur, x264_t *prev, x264_t *next )
1882 {
1883     if( cur != prev )
1884     {
1885 #define COPY(var) memcpy(&cur->rc->var, &prev->rc->var, sizeof(cur->rc->var))
1886         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_start()
1887          * so copy them from the context that most recently started (prev)
1888          * to the context that's about to start (cur).
1889          */
1890         COPY(accum_p_qp);
1891         COPY(accum_p_norm);
1892         COPY(last_satd);
1893         COPY(last_rceq);
1894         COPY(last_qscale_for);
1895         COPY(last_non_b_pict_type);
1896         COPY(short_term_cplxsum);
1897         COPY(short_term_cplxcount);
1898         COPY(bframes);
1899         COPY(prev_zone);
1900 #undef COPY
1901     }
1902     if( cur != next )
1903     {
1904 #define COPY(var) next->rc->var = cur->rc->var
1905         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_end()
1906          * so copy them from the context that most recently ended (cur)
1907          * to the context that's about to end (next)
1908          */
1909         COPY(cplxr_sum);
1910         COPY(expected_bits_sum);
1911         COPY(wanted_bits_window);
1912         COPY(bframe_bits);
1913 #undef COPY
1914     }
1915     //FIXME row_preds[] (not strictly necessary, but would improve prediction)
1916     /* the rest of the variables are either constant or thread-local */
1917 }
1918
1919 static int find_underflow( x264_t *h, double *fills, int *t0, int *t1, int over )
1920 {
1921     /* find an interval ending on an overflow or underflow (depending on whether
1922      * we're adding or removing bits), and starting on the earliest frame that
1923      * can influence the buffer fill of that end frame. */
1924     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1925     const double buffer_min = (over ? .1 : .1) * rcc->buffer_size;
1926     const double buffer_max = .9 * rcc->buffer_size;
1927     double fill = fills[*t0-1];
1928     double parity = over ? 1. : -1.;
1929     int i, start=-1, end=-1;
1930     for(i = *t0; i < rcc->num_entries; i++)
1931     {
1932         fill += (rcc->buffer_rate - qscale2bits(&rcc->entry[i], rcc->entry[i].new_qscale)) * parity;
1933         fill = x264_clip3f(fill, 0, rcc->buffer_size);
1934         fills[i] = fill;
1935         if(fill <= buffer_min || i == 0)
1936         {
1937             if(end >= 0)
1938                 break;
1939             start = i;
1940         }
1941         else if(fill >= buffer_max && start >= 0)
1942             end = i;
1943     }
1944     *t0 = start;
1945     *t1 = end;
1946     return start>=0 && end>=0;
1947 }
1948
1949 static int fix_underflow( x264_t *h, int t0, int t1, double adjustment, double qscale_min, double qscale_max)
1950 {
1951     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1952     double qscale_orig, qscale_new;
1953     int i;
1954     int adjusted = 0;
1955     if(t0 > 0)
1956         t0++;
1957     for(i = t0; i <= t1; i++)
1958     {
1959         qscale_orig = rcc->entry[i].new_qscale;
1960         qscale_orig = x264_clip3f(qscale_orig, qscale_min, qscale_max);
1961         qscale_new  = qscale_orig * adjustment;
1962         qscale_new  = x264_clip3f(qscale_new, qscale_min, qscale_max);
1963         rcc->entry[i].new_qscale = qscale_new;
1964         adjusted = adjusted || (qscale_new != qscale_orig);
1965     }
1966     return adjusted;
1967 }
1968
1969 static double count_expected_bits( x264_t *h )
1970 {
1971     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1972     double expected_bits = 0;
1973     int i;
1974     for(i = 0; i < rcc->num_entries; i++)
1975     {
1976         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
1977         rce->expected_bits = expected_bits;
1978         expected_bits += qscale2bits(rce, rce->new_qscale);
1979     }
1980     return expected_bits;
1981 }
1982
1983 static int vbv_pass2( x264_t *h )
1984 {
1985     /* for each interval of buffer_full .. underflow, uniformly increase the qp of all
1986      * frames in the interval until either buffer is full at some intermediate frame or the
1987      * last frame in the interval no longer underflows.  Recompute intervals and repeat.
1988      * Then do the converse to put bits back into overflow areas until target size is met */
1989
1990     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1991     double *fills;
1992     double all_available_bits = h->param.rc.i_bitrate * 1000. * rcc->num_entries / rcc->fps;
1993     double expected_bits = 0;
1994     double adjustment;
1995     double prev_bits = 0;
1996     int i, t0, t1;
1997     double qscale_min = qp2qscale(h->param.rc.i_qp_min);
1998     double qscale_max = qp2qscale(h->param.rc.i_qp_max);
1999     int iterations = 0;
2000     int adj_min, adj_max;
2001     CHECKED_MALLOC( fills, (rcc->num_entries+1)*sizeof(double) );
2002
2003     fills++;
2004
2005     /* adjust overall stream size */
2006     do
2007     {
2008         iterations++;
2009         prev_bits = expected_bits;
2010
2011         if(expected_bits != 0)
2012         {   /* not first iteration */
2013             adjustment = X264_MAX(X264_MIN(expected_bits / all_available_bits, 0.999), 0.9);
2014             fills[-1] = rcc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init;
2015             t0 = 0;
2016             /* fix overflows */
2017             adj_min = 1;
2018             while(adj_min && find_underflow(h, fills, &t0, &t1, 1))
2019             {
2020                 adj_min = fix_underflow(h, t0, t1, adjustment, qscale_min, qscale_max);
2021                 t0 = t1;
2022             }
2023         }
2024
2025         fills[-1] = rcc->buffer_size * (1. - h->param.rc.f_vbv_buffer_init);
2026         t0 = 0;
2027         /* fix underflows -- should be done after overflow, as we'd better undersize target than underflowing VBV */
2028         adj_max = 1;
2029         while(adj_max && find_underflow(h, fills, &t0, &t1, 0))
2030             adj_max = fix_underflow(h, t0, t1, 1.001, qscale_min, qscale_max);
2031
2032         expected_bits = count_expected_bits(h);
2033     } while((expected_bits < .995*all_available_bits) && ((int64_t)(expected_bits+.5) > (int64_t)(prev_bits+.5)) );
2034
2035     if (!adj_max)
2036         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "vbv-maxrate issue, qpmax or vbv-maxrate too low\n");
2037
2038     /* store expected vbv filling values for tracking when encoding */
2039     for(i = 0; i < rcc->num_entries; i++)
2040         rcc->entry[i].expected_vbv = rcc->buffer_size - fills[i];
2041
2042     x264_free(fills-1);
2043     return 0;
2044 fail:
2045     return -1;
2046 }
2047
2048 static int init_pass2( x264_t *h )
2049 {
2050     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2051     uint64_t all_const_bits = 0;
2052     uint64_t all_available_bits = (uint64_t)(h->param.rc.i_bitrate * 1000. * rcc->num_entries / rcc->fps);
2053     double rate_factor, step, step_mult;
2054     double qblur = h->param.rc.f_qblur;
2055     double cplxblur = h->param.rc.f_complexity_blur;
2056     const int filter_size = (int)(qblur*4) | 1;
2057     double expected_bits;
2058     double *qscale, *blurred_qscale;
2059     int i;
2060
2061     /* find total/average complexity & const_bits */
2062     for(i=0; i<rcc->num_entries; i++)
2063     {
2064         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2065         all_const_bits += rce->misc_bits;
2066     }
2067
2068     if( all_available_bits < all_const_bits)
2069     {
2070         x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "requested bitrate is too low. estimated minimum is %d kbps\n",
2071                  (int)(all_const_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.)));
2072         return -1;
2073     }
2074
2075     /* Blur complexities, to reduce local fluctuation of QP.
2076      * We don't blur the QPs directly, because then one very simple frame
2077      * could drag down the QP of a nearby complex frame and give it more
2078      * bits than intended. */
2079     for(i=0; i<rcc->num_entries; i++)
2080     {
2081         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2082         double weight_sum = 0;
2083         double cplx_sum = 0;
2084         double weight = 1.0;
2085         double gaussian_weight;
2086         int j;
2087         /* weighted average of cplx of future frames */
2088         for(j=1; j<cplxblur*2 && j<rcc->num_entries-i; j++)
2089         {
2090             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i+j];
2091             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2092             if(weight < .0001)
2093                 break;
2094             gaussian_weight = weight * exp(-j*j/200.0);
2095             weight_sum += gaussian_weight;
2096             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits(rcj, 1) - rcj->misc_bits);
2097         }
2098         /* weighted average of cplx of past frames */
2099         weight = 1.0;
2100         for(j=0; j<=cplxblur*2 && j<=i; j++)
2101         {
2102             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i-j];
2103             gaussian_weight = weight * exp(-j*j/200.0);
2104             weight_sum += gaussian_weight;
2105             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits(rcj, 1) - rcj->misc_bits);
2106             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2107             if(weight < .0001)
2108                 break;
2109         }
2110         rce->blurred_complexity = cplx_sum / weight_sum;
2111     }
2112
2113     CHECKED_MALLOC( qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2114     if( filter_size > 1 )
2115         CHECKED_MALLOC( blurred_qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2116     else
2117         blurred_qscale = qscale;
2118
2119     /* Search for a factor which, when multiplied by the RCEQ values from
2120      * each frame, adds up to the desired total size.
2121      * There is no exact closed-form solution because of VBV constraints and
2122      * because qscale2bits is not invertible, but we can start with the simple
2123      * approximation of scaling the 1st pass by the ratio of bitrates.
2124      * The search range is probably overkill, but speed doesn't matter here. */
2125
2126     expected_bits = 1;
2127     for(i=0; i<rcc->num_entries; i++)
2128         expected_bits += qscale2bits(&rcc->entry[i], get_qscale(h, &rcc->entry[i], 1.0, i));
2129     step_mult = all_available_bits / expected_bits;
2130
2131     rate_factor = 0;
2132     for(step = 1E4 * step_mult; step > 1E-7 * step_mult; step *= 0.5)
2133     {
2134         expected_bits = 0;
2135         rate_factor += step;
2136
2137         rcc->last_non_b_pict_type = -1;
2138         rcc->last_accum_p_norm = 1;
2139         rcc->accum_p_norm = 0;
2140
2141         /* find qscale */
2142         for(i=0; i<rcc->num_entries; i++)
2143         {
2144             qscale[i] = get_qscale(h, &rcc->entry[i], rate_factor, i);
2145         }
2146
2147         /* fixed I/B qscale relative to P */
2148         for(i=rcc->num_entries-1; i>=0; i--)
2149         {
2150             qscale[i] = get_diff_limited_q(h, &rcc->entry[i], qscale[i]);
2151             assert(qscale[i] >= 0);
2152         }
2153
2154         /* smooth curve */
2155         if(filter_size > 1)
2156         {
2157             assert(filter_size%2==1);
2158             for(i=0; i<rcc->num_entries; i++)
2159             {
2160                 ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2161                 int j;
2162                 double q=0.0, sum=0.0;
2163
2164                 for(j=0; j<filter_size; j++)
2165                 {
2166                     int index = i+j-filter_size/2;
2167                     double d = index-i;
2168                     double coeff = qblur==0 ? 1.0 : exp(-d*d/(qblur*qblur));
2169                     if(index < 0 || index >= rcc->num_entries)
2170                         continue;
2171                     if(rce->pict_type != rcc->entry[index].pict_type)
2172                         continue;
2173                     q += qscale[index] * coeff;
2174                     sum += coeff;
2175                 }
2176                 blurred_qscale[i] = q/sum;
2177             }
2178         }
2179
2180         /* find expected bits */
2181         for(i=0; i<rcc->num_entries; i++)
2182         {
2183             ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2184             rce->new_qscale = clip_qscale(h, rce->pict_type, blurred_qscale[i]);
2185             assert(rce->new_qscale >= 0);
2186             expected_bits += qscale2bits(rce, rce->new_qscale);
2187         }
2188
2189         if(expected_bits > all_available_bits) rate_factor -= step;
2190     }
2191
2192     x264_free(qscale);
2193     if(filter_size > 1)
2194         x264_free(blurred_qscale);
2195
2196     if(rcc->b_vbv)
2197         if( vbv_pass2( h ) )
2198             return -1;
2199     expected_bits = count_expected_bits(h);
2200
2201     if(fabs(expected_bits/all_available_bits - 1.0) > 0.01)
2202     {
2203         double avgq = 0;
2204         for(i=0; i<rcc->num_entries; i++)
2205             avgq += rcc->entry[i].new_qscale;
2206         avgq = qscale2qp(avgq / rcc->num_entries);
2207
2208         if ((expected_bits > all_available_bits) || (!rcc->b_vbv))
2209             x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "Error: 2pass curve failed to converge\n");
2210         x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "target: %.2f kbit/s, expected: %.2f kbit/s, avg QP: %.4f\n",
2211                  (float)h->param.rc.i_bitrate,
2212                  expected_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.),
2213                  avgq);
2214         if(expected_bits < all_available_bits && avgq < h->param.rc.i_qp_min + 2)
2215         {
2216             if(h->param.rc.i_qp_min > 0)
2217                 x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate or reducing qp_min (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_min);
2218             else
2219                 x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate\n");
2220         }
2221         else if(expected_bits > all_available_bits && avgq > h->param.rc.i_qp_max - 2)
2222         {
2223             if(h->param.rc.i_qp_max < 51)
2224                 x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate or increasing qp_max (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_max);
2225             else
2226                 x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate\n");
2227         }
2228         else if(!(rcc->b_2pass && rcc->b_vbv))
2229             x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "internal error\n");
2230     }
2231
2232     return 0;
2233 fail:
2234     return -1;
2235 }