Support for 9 and 10-bit encoding
[x262.git] / encoder / ratecontrol.c
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  *          Jason Garrett-Glaser <darkshikari@gmail.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 "ratecontrol.h"
33 #include "me.h"
34
35 typedef struct
36 {
37     int pict_type;
38     int frame_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     int16_t weight[2];
54     int16_t i_weight_denom;
55     int refcount[16];
56     int refs;
57     int i_duration;
58     int i_cpb_duration;
59 } ratecontrol_entry_t;
60
61 typedef struct
62 {
63     double coeff;
64     double count;
65     double decay;
66     double offset;
67 } predictor_t;
68
69 struct x264_ratecontrol_t
70 {
71     /* constants */
72     int b_abr;
73     int b_2pass;
74     int b_vbv;
75     int b_vbv_min_rate;
76     double fps;
77     double bitrate;
78     double rate_tolerance;
79     double qcompress;
80     int nmb;                    /* number of macroblocks in a frame */
81     int qp_constant[5];
82
83     /* current frame */
84     ratecontrol_entry_t *rce;
85     int qp;                     /* qp for current frame */
86     float qpm;                  /* qp for current macroblock: precise float for AQ */
87     float qpa_rc;               /* average of macroblocks' qp before aq */
88     float qpa_aq;               /* average of macroblocks' qp after aq */
89     float qp_novbv;             /* QP for the current frame if 1-pass VBV was disabled. */
90     int qp_force;
91
92     /* VBV stuff */
93     double buffer_size;
94     int64_t buffer_fill_final;
95     double buffer_fill;         /* planned buffer, if all in-progress frames hit their bit budget */
96     double buffer_rate;         /* # of bits added to buffer_fill after each frame */
97     double vbv_max_rate;        /* # of bits added to buffer_fill per second */
98     predictor_t *pred;          /* predict frame size from satd */
99     int single_frame_vbv;
100     double rate_factor_max_increment; /* Don't allow RF above (CRF + this value). */
101
102     /* ABR stuff */
103     int    last_satd;
104     double last_rceq;
105     double cplxr_sum;           /* sum of bits*qscale/rceq */
106     double expected_bits_sum;   /* sum of qscale2bits after rceq, ratefactor, and overflow, only includes finished frames */
107     double wanted_bits_window;  /* target bitrate * window */
108     double cbr_decay;
109     double short_term_cplxsum;
110     double short_term_cplxcount;
111     double rate_factor_constant;
112     double ip_offset;
113     double pb_offset;
114
115     /* 2pass stuff */
116     FILE *p_stat_file_out;
117     char *psz_stat_file_tmpname;
118     FILE *p_mbtree_stat_file_out;
119     char *psz_mbtree_stat_file_tmpname;
120     char *psz_mbtree_stat_file_name;
121     FILE *p_mbtree_stat_file_in;
122
123     int num_entries;            /* number of ratecontrol_entry_ts */
124     ratecontrol_entry_t *entry; /* FIXME: copy needed data and free this once init is done */
125     double last_qscale;
126     double last_qscale_for[5];  /* last qscale for a specific pict type, used for max_diff & ipb factor stuff  */
127     int last_non_b_pict_type;
128     double accum_p_qp;          /* for determining I-frame quant */
129     double accum_p_norm;
130     double last_accum_p_norm;
131     double lmin[5];             /* min qscale by frame type */
132     double lmax[5];
133     double lstep;               /* max change (multiply) in qscale per frame */
134     uint16_t *qp_buffer[2];     /* Global buffers for converting MB-tree quantizer data. */
135     int qpbuf_pos;              /* In order to handle pyramid reordering, QP buffer acts as a stack.
136                                  * This value is the current position (0 or 1). */
137
138     /* MBRC stuff */
139     float frame_size_estimated; /* Access to this variable must be atomic: double is
140                                  * not atomic on all arches we care about */
141     double frame_size_maximum;  /* Maximum frame size due to MinCR */
142     double frame_size_planned;
143     double slice_size_planned;
144     double max_frame_error;
145     predictor_t (*row_pred)[2];
146     predictor_t row_preds[5][2];
147     predictor_t *pred_b_from_p; /* predict B-frame size from P-frame satd */
148     int bframes;                /* # consecutive B-frames before this P-frame */
149     int bframe_bits;            /* total cost of those frames */
150
151     int i_zones;
152     x264_zone_t *zones;
153     x264_zone_t *prev_zone;
154
155     /* hrd stuff */
156     int initial_cpb_removal_delay;
157     int initial_cpb_removal_delay_offset;
158     double nrt_first_access_unit; /* nominal removal time */
159     double previous_cpb_final_arrival_time;
160     uint64_t hrd_multiply_denom;
161 };
162
163
164 static int parse_zones( x264_t *h );
165 static int init_pass2(x264_t *);
166 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h );
167 static int update_vbv( x264_t *h, int bits );
168 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead );
169 static double predict_size( predictor_t *p, double q, double var );
170 static void update_predictor( predictor_t *p, double q, double var, double bits );
171
172 #define CMP_OPT_FIRST_PASS( opt, param_val )\
173 {\
174     if( ( p = strstr( opts, opt "=" ) ) && sscanf( p, opt "=%d" , &i ) && param_val != i )\
175     {\
176         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "different " opt " setting than first pass (%d vs %d)\n", param_val, i );\
177         return -1;\
178     }\
179 }
180
181 /* Terminology:
182  * qp = h.264's quantizer
183  * qscale = linearized quantizer = Lagrange multiplier
184  */
185 static inline double qp2qscale( double qp )
186 {
187     return 0.85 * pow( 2.0, ( qp - 12.0 ) / 6.0 );
188 }
189 static inline double qscale2qp( double qscale )
190 {
191     return 12.0 + 6.0 * log2( qscale/0.85 );
192 }
193
194 /* Texture bitrate is not quite inversely proportional to qscale,
195  * probably due the the changing number of SKIP blocks.
196  * MV bits level off at about qp<=12, because the lambda used
197  * for motion estimation is constant there. */
198 static inline double qscale2bits( ratecontrol_entry_t *rce, double qscale )
199 {
200     if( qscale<0.1 )
201         qscale = 0.1;
202     return (rce->tex_bits + .1) * pow( rce->qscale / qscale, 1.1 )
203            + rce->mv_bits * pow( X264_MAX(rce->qscale, 1) / X264_MAX(qscale, 1), 0.5 )
204            + rce->misc_bits;
205 }
206
207 static ALWAYS_INLINE uint32_t ac_energy_plane( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame, int i )
208 {
209     int w = i ? 8 : 16;
210     int shift = i ? 6 : 8;
211     int stride = frame->i_stride[i];
212     int offset = h->mb.b_interlaced
213         ? w * (mb_x + (mb_y&~1) * stride) + (mb_y&1) * stride
214         : w * (mb_x + mb_y * stride);
215     int pix = i ? PIXEL_8x8 : PIXEL_16x16;
216     stride <<= h->mb.b_interlaced;
217     uint64_t res = h->pixf.var[pix]( frame->plane[i] + offset, stride );
218     uint32_t sum = (uint32_t)res;
219     uint32_t ssd = res >> 32;
220     frame->i_pixel_sum[i] += sum;
221     frame->i_pixel_ssd[i] += ssd;
222     return ssd - ((uint64_t)sum * sum >> shift);
223 }
224
225 // Find the total AC energy of the block in all planes.
226 static NOINLINE uint32_t x264_ac_energy_mb( x264_t *h, int mb_x, int mb_y, x264_frame_t *frame )
227 {
228     /* This function contains annoying hacks because GCC has a habit of reordering emms
229      * and putting it after floating point ops.  As a result, we put the emms at the end of the
230      * function and make sure that its always called before the float math.  Noinline makes
231      * sure no reordering goes on. */
232     uint32_t var = ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 0 );
233     var         += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 1 );
234     var         += ac_energy_plane( h, mb_x, mb_y, frame, 2 );
235     x264_emms();
236     return var;
237 }
238
239 void x264_adaptive_quant_frame( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
240 {
241     /* constants chosen to result in approximately the same overall bitrate as without AQ.
242      * FIXME: while they're written in 5 significant digits, they're only tuned to 2. */
243     float strength;
244     float avg_adj = 0.f;
245     /* Initialize frame stats */
246     for( int i = 0; i < 3; i++ )
247     {
248         frame->i_pixel_sum[i] = 0;
249         frame->i_pixel_ssd[i] = 0;
250     }
251
252     /* Degenerate cases */
253     if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_NONE || h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
254     {
255         /* Need to init it anyways for MB tree */
256         if( h->param.rc.i_aq_mode && h->param.rc.f_aq_strength == 0 )
257         {
258             if( quant_offsets )
259             {
260                 for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
261                     frame->f_qp_offset[mb_xy] = frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = quant_offsets[mb_xy];
262                 if( h->frames.b_have_lowres )
263                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
264                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8( frame->f_qp_offset[mb_xy] );
265             }
266             else
267             {
268                 memset( frame->f_qp_offset, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
269                 memset( frame->f_qp_offset_aq, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(float) );
270                 if( h->frames.b_have_lowres )
271                     for( int mb_xy = 0; mb_xy < h->mb.i_mb_count; mb_xy++ )
272                         frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = 256;
273             }
274         }
275         /* Need variance data for weighted prediction */
276         if( h->param.analyse.i_weighted_pred == X264_WEIGHTP_FAKE || h->param.analyse.i_weighted_pred == X264_WEIGHTP_SMART )
277         {
278             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
279                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
280                     x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
281         }
282         else
283             return;
284     }
285     /* Actual adaptive quantization */
286     else
287     {
288         if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
289         {
290             float bit_depth_correction = powf(1 << (BIT_DEPTH-8), 0.5f);
291             float avg_adj_pow2 = 0.f;
292             for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
293                 for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
294                 {
295                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
296                     float qp_adj = powf( energy + 1, 0.125f );
297                     frame->f_qp_offset[mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride] = qp_adj;
298                     avg_adj += qp_adj;
299                     avg_adj_pow2 += qp_adj * qp_adj;
300                 }
301             avg_adj /= h->mb.i_mb_count;
302             avg_adj_pow2 /= h->mb.i_mb_count;
303             strength = h->param.rc.f_aq_strength * avg_adj / bit_depth_correction;
304             avg_adj = avg_adj - 0.5f * (avg_adj_pow2 - (14.f * bit_depth_correction)) / avg_adj;
305         }
306         else
307             strength = h->param.rc.f_aq_strength * 1.0397f;
308
309         for( int mb_y = 0; mb_y < h->mb.i_mb_height; mb_y++ )
310             for( int mb_x = 0; mb_x < h->mb.i_mb_width; mb_x++ )
311             {
312                 float qp_adj;
313                 int mb_xy = mb_x + mb_y*h->mb.i_mb_stride;
314                 if( h->param.rc.i_aq_mode == X264_AQ_AUTOVARIANCE )
315                 {
316                     qp_adj = frame->f_qp_offset[mb_xy];
317                     qp_adj = strength * (qp_adj - avg_adj);
318                 }
319                 else
320                 {
321                     uint32_t energy = x264_ac_energy_mb( h, mb_x, mb_y, frame );
322                     qp_adj = strength * (x264_log2( X264_MAX(energy, 1) ) - (14.427f + 2*(BIT_DEPTH-8)));
323                 }
324                 if( quant_offsets )
325                     qp_adj += quant_offsets[mb_xy];
326                 frame->f_qp_offset[mb_xy] =
327                 frame->f_qp_offset_aq[mb_xy] = qp_adj;
328                 if( h->frames.b_have_lowres )
329                     frame->i_inv_qscale_factor[mb_xy] = x264_exp2fix8(qp_adj);
330             }
331     }
332
333     /* Remove mean from SSD calculation */
334     for( int i = 0; i < 3; i++ )
335     {
336         uint64_t ssd = frame->i_pixel_ssd[i];
337         uint64_t sum = frame->i_pixel_sum[i];
338         int width = h->mb.i_mb_width*16>>!!i;
339         int height = h->mb.i_mb_height*16>>!!i;
340         frame->i_pixel_ssd[i] = ssd - (sum * sum + width * height / 2) / (width * height);
341     }
342 }
343
344 int x264_macroblock_tree_read( x264_t *h, x264_frame_t *frame, float *quant_offsets )
345 {
346     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
347     uint8_t i_type_actual = rc->entry[frame->i_frame].pict_type;
348
349     if( rc->entry[frame->i_frame].kept_as_ref )
350     {
351         uint8_t i_type;
352         if( rc->qpbuf_pos < 0 )
353         {
354             do
355             {
356                 rc->qpbuf_pos++;
357
358                 if( !fread( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_in ) )
359                     goto fail;
360                 if( fread( rc->qp_buffer[rc->qpbuf_pos], sizeof(uint16_t), h->mb.i_mb_count, rc->p_mbtree_stat_file_in ) != h->mb.i_mb_count )
361                     goto fail;
362
363                 if( i_type != i_type_actual && rc->qpbuf_pos == 1 )
364                 {
365                     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree frametype %d doesn't match actual frametype %d.\n", i_type, i_type_actual);
366                     return -1;
367                 }
368             } while( i_type != i_type_actual );
369         }
370
371         for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
372         {
373             frame->f_qp_offset[i] = ((float)(int16_t)endian_fix16( rc->qp_buffer[rc->qpbuf_pos][i] )) * (1/256.0);
374             if( h->frames.b_have_lowres )
375                 frame->i_inv_qscale_factor[i] = x264_exp2fix8(frame->f_qp_offset[i]);
376         }
377         rc->qpbuf_pos--;
378     }
379     else
380         x264_adaptive_quant_frame( h, frame, quant_offsets );
381     return 0;
382 fail:
383     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "Incomplete MB-tree stats file.\n");
384     return -1;
385 }
386
387 int x264_reference_build_list_optimal( x264_t *h )
388 {
389     ratecontrol_entry_t *rce = h->rc->rce;
390     x264_frame_t *frames[16];
391     x264_weight_t weights[16][3];
392     int refcount[16];
393
394     if( rce->refs != h->i_ref0 )
395         return -1;
396
397     memcpy( frames, h->fref0, sizeof(frames) );
398     memcpy( refcount, rce->refcount, sizeof(refcount) );
399     memcpy( weights, h->fenc->weight, sizeof(weights) );
400     memset( &h->fenc->weight[1][0], 0, sizeof(x264_weight_t[15][3]) );
401
402     /* For now don't reorder ref 0; it seems to lower quality
403        in most cases due to skips. */
404     for( int ref = 1; ref < h->i_ref0; ref++ )
405     {
406         int max = -1;
407         int bestref = 1;
408
409         for( int i = 1; i < h->i_ref0; i++ )
410             /* Favor lower POC as a tiebreaker. */
411             COPY2_IF_GT( max, refcount[i], bestref, i );
412
413         /* FIXME: If there are duplicates from frames other than ref0 then it is possible
414          * that the optimal ordering doesnt place every duplicate. */
415
416         refcount[bestref] = -1;
417         h->fref0[ref] = frames[bestref];
418         memcpy( h->fenc->weight[ref], weights[bestref], sizeof(weights[bestref]) );
419     }
420
421     return 0;
422 }
423
424 static char *x264_strcat_filename( char *input, char *suffix )
425 {
426     char *output = x264_malloc( strlen( input ) + strlen( suffix ) + 1 );
427     if( !output )
428         return NULL;
429     strcpy( output, input );
430     strcat( output, suffix );
431     return output;
432 }
433
434 void x264_ratecontrol_init_reconfigurable( x264_t *h, int b_init )
435 {
436     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
437     if( !b_init && rc->b_2pass )
438         return;
439
440     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
441     {
442         /* Arbitrary rescaling to make CRF somewhat similar to QP.
443          * Try to compensate for MB-tree's effects as well. */
444         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
445         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
446         rc->rate_factor_constant = pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
447                                  / qp2qscale( h->param.rc.f_rf_constant + mbtree_offset );
448     }
449
450     if( h->param.rc.i_vbv_max_bitrate > 0 && h->param.rc.i_vbv_buffer_size > 0 )
451     {
452         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size < (int)(h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps) )
453         {
454             h->param.rc.i_vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rc->fps;
455             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV buffer size cannot be smaller than one frame, using %d kbit\n",
456                       h->param.rc.i_vbv_buffer_size );
457         }
458
459         /* We don't support changing the ABR bitrate right now,
460            so if the stream starts as CBR, keep it CBR. */
461         if( rc->b_vbv_min_rate )
462             h->param.rc.i_vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_bitrate;
463
464         int vbv_buffer_size = h->param.rc.i_vbv_buffer_size * 1000;
465         int vbv_max_bitrate = h->param.rc.i_vbv_max_bitrate * 1000;
466
467         /* Init HRD */
468         h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled = vbv_max_bitrate;
469         h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled = vbv_buffer_size;
470         if( h->param.i_nal_hrd && b_init )
471         {
472             h->sps->vui.hrd.i_cpb_cnt = 1;
473             h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd = h->param.i_nal_hrd == X264_NAL_HRD_CBR;
474             h->sps->vui.hrd.i_time_offset_length = 0;
475
476             #define BR_SHIFT  6
477             #define CPB_SHIFT 4
478
479             int bitrate = 1000*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate;
480             int bufsize = 1000*h->param.rc.i_vbv_buffer_size;
481
482             // normalize HRD size and rate to the value / scale notation
483             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale = x264_clip3( x264_ctz( bitrate ) - BR_SHIFT, 0, 15 );
484             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_value = bitrate >> ( h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale + BR_SHIFT );
485             h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_value << ( h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_scale + BR_SHIFT );
486             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale = x264_clip3( x264_ctz( bufsize ) - CPB_SHIFT, 0, 15 );
487             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_value = bufsize >> ( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale + CPB_SHIFT );
488             h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled = h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_value << ( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_scale + CPB_SHIFT );
489
490             #undef CPB_SHIFT
491             #undef BR_SHIFT
492
493             // arbitrary
494             #define MAX_DURATION 0.5
495
496             int max_cpb_output_delay = X264_MIN( h->param.i_keyint_max * MAX_DURATION * h->sps->vui.i_time_scale / h->sps->vui.i_num_units_in_tick, INT_MAX );
497             int max_dpb_output_delay = h->sps->vui.i_max_dec_frame_buffering * MAX_DURATION * h->sps->vui.i_time_scale / h->sps->vui.i_num_units_in_tick;
498             int max_delay = (int)(90000.0 * (double)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled / h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled + 0.5);
499
500             h->sps->vui.hrd.i_initial_cpb_removal_delay_length = 2 + x264_clip3( 32 - x264_clz( max_delay ), 4, 22 );
501             h->sps->vui.hrd.i_cpb_removal_delay_length = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_cpb_output_delay ), 4, 31 );
502             h->sps->vui.hrd.i_dpb_output_delay_length  = x264_clip3( 32 - x264_clz( max_dpb_output_delay ), 4, 31 );
503
504             #undef MAX_DURATION
505
506             vbv_buffer_size = h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled;
507             vbv_max_bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
508         }
509         else if( h->param.i_nal_hrd && !b_init )
510         {
511             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV parameters cannot be changed when NAL HRD is in use\n" );
512             return;
513         }
514
515         rc->buffer_rate = vbv_max_bitrate / rc->fps;
516         rc->vbv_max_rate = vbv_max_bitrate;
517         rc->buffer_size = vbv_buffer_size;
518         rc->single_frame_vbv = rc->buffer_rate * 1.1 > rc->buffer_size;
519         rc->cbr_decay = 1.0 - rc->buffer_rate / rc->buffer_size
520                       * 0.5 * X264_MAX(0, 1.5 - rc->buffer_rate * rc->fps / rc->bitrate);
521         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.f_rf_constant_max )
522         {
523             rc->rate_factor_max_increment = h->param.rc.f_rf_constant_max - h->param.rc.f_rf_constant;
524             if( rc->rate_factor_max_increment <= 0 )
525             {
526                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CRF max must be greater than CRF\n" );
527                 rc->rate_factor_max_increment = 0;
528             }
529         }
530         if( b_init )
531         {
532             if( h->param.rc.f_vbv_buffer_init > 1. )
533                 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 );
534             h->param.rc.f_vbv_buffer_init = x264_clip3f( X264_MAX( h->param.rc.f_vbv_buffer_init, rc->buffer_rate / rc->buffer_size ), 0, 1);
535             rc->buffer_fill_final = rc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init * h->sps->vui.i_time_scale;
536             rc->b_vbv = 1;
537             rc->b_vbv_min_rate = !rc->b_2pass
538                           && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR
539                           && h->param.rc.i_vbv_max_bitrate <= h->param.rc.i_bitrate;
540         }
541     }
542 }
543
544 int x264_ratecontrol_new( x264_t *h )
545 {
546     x264_ratecontrol_t *rc;
547
548     x264_emms();
549
550     CHECKED_MALLOCZERO( h->rc, h->param.i_threads * sizeof(x264_ratecontrol_t) );
551     rc = h->rc;
552
553     rc->b_abr = h->param.rc.i_rc_method != X264_RC_CQP && !h->param.rc.b_stat_read;
554     rc->b_2pass = h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && h->param.rc.b_stat_read;
555
556     /* FIXME: use integers */
557     if( h->param.i_fps_num > 0 && h->param.i_fps_den > 0 )
558         rc->fps = (float) h->param.i_fps_num / h->param.i_fps_den;
559     else
560         rc->fps = 25.0;
561
562     if( h->param.rc.b_mb_tree )
563     {
564         h->param.rc.f_pb_factor = 1;
565         rc->qcompress = 1;
566     }
567     else
568         rc->qcompress = h->param.rc.f_qcompress;
569
570     rc->bitrate = h->param.rc.i_bitrate * 1000.;
571     rc->rate_tolerance = h->param.rc.f_rate_tolerance;
572     rc->nmb = h->mb.i_mb_count;
573     rc->last_non_b_pict_type = -1;
574     rc->cbr_decay = 1.0;
575
576     if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && h->param.rc.b_stat_read )
577     {
578         x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "constant rate-factor is incompatible with 2pass.\n");
579         return -1;
580     }
581
582     x264_ratecontrol_init_reconfigurable( h, 1 );
583
584     if( h->param.i_nal_hrd )
585     {
586         uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
587         uint64_t num = 180000;
588         x264_reduce_fraction64( &num, &denom );
589         rc->hrd_multiply_denom = 180000 / num;
590
591         double bits_required = log2( 180000 / rc->hrd_multiply_denom )
592                              + log2( h->sps->vui.i_time_scale )
593                              + log2( h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled );
594         if( bits_required >= 63 )
595         {
596             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "HRD with very large timescale and bufsize not supported\n" );
597             return -1;
598         }
599     }
600
601     if( rc->rate_tolerance < 0.01 )
602     {
603         x264_log(h, X264_LOG_WARNING, "bitrate tolerance too small, using .01\n");
604         rc->rate_tolerance = 0.01;
605     }
606
607     h->mb.b_variable_qp = rc->b_vbv || h->param.rc.i_aq_mode;
608
609     if( rc->b_abr )
610     {
611         /* FIXME ABR_INIT_QP is actually used only in CRF */
612 #define ABR_INIT_QP ( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF ? h->param.rc.f_rf_constant : 24 )
613         rc->accum_p_norm = .01;
614         rc->accum_p_qp = ABR_INIT_QP * rc->accum_p_norm;
615         /* estimated ratio that produces a reasonable QP for the first I-frame */
616         rc->cplxr_sum = .01 * pow( 7.0e5, rc->qcompress ) * pow( h->mb.i_mb_count, 0.5 );
617         rc->wanted_bits_window = 1.0 * rc->bitrate / rc->fps;
618         rc->last_non_b_pict_type = SLICE_TYPE_I;
619     }
620
621     rc->ip_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_ip_factor );
622     rc->pb_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_pb_factor );
623     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = h->param.rc.i_qp_constant;
624     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant - rc->ip_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
625     rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant + rc->pb_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
626     h->mb.ip_offset = rc->ip_offset + 0.5;
627
628     rc->lstep = pow( 2, h->param.rc.i_qp_step / 6.0 );
629     rc->last_qscale = qp2qscale( 26 );
630     int num_preds = h->param.b_sliced_threads * h->param.i_threads + 1;
631     CHECKED_MALLOC( rc->pred, 5 * sizeof(predictor_t) * num_preds );
632     CHECKED_MALLOC( rc->pred_b_from_p, sizeof(predictor_t) );
633     for( int i = 0; i < 5; i++ )
634     {
635         rc->last_qscale_for[i] = qp2qscale( ABR_INIT_QP );
636         rc->lmin[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
637         rc->lmax[i] = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
638         for( int j = 0; j < num_preds; j++ )
639         {
640             rc->pred[i+j*5].coeff= 2.0;
641             rc->pred[i+j*5].count= 1.0;
642             rc->pred[i+j*5].decay= 0.5;
643             rc->pred[i+j*5].offset= 0.0;
644         }
645         for( int j = 0; j < 2; j++ )
646         {
647             rc->row_preds[i][j].coeff= .25;
648             rc->row_preds[i][j].count= 1.0;
649             rc->row_preds[i][j].decay= 0.5;
650             rc->row_preds[i][j].offset= 0.0;
651         }
652     }
653     *rc->pred_b_from_p = rc->pred[0];
654
655     if( parse_zones( h ) < 0 )
656     {
657         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to parse zones\n" );
658         return -1;
659     }
660
661     /* Load stat file and init 2pass algo */
662     if( h->param.rc.b_stat_read )
663     {
664         char *p, *stats_in, *stats_buf;
665
666         /* read 1st pass stats */
667         assert( h->param.rc.psz_stat_in );
668         stats_buf = stats_in = x264_slurp_file( h->param.rc.psz_stat_in );
669         if( !stats_buf )
670         {
671             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n");
672             return -1;
673         }
674         if( h->param.rc.b_mb_tree )
675         {
676             char *mbtree_stats_in = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_in, ".mbtree" );
677             if( !mbtree_stats_in )
678                 return -1;
679             rc->p_mbtree_stat_file_in = fopen( mbtree_stats_in, "rb" );
680             x264_free( mbtree_stats_in );
681             if( !rc->p_mbtree_stat_file_in )
682             {
683                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n");
684                 return -1;
685             }
686         }
687
688         /* check whether 1st pass options were compatible with current options */
689         if( !strncmp( stats_buf, "#options:", 9 ) )
690         {
691             int i, j;
692             uint32_t k, l;
693             char *opts = stats_buf;
694             stats_in = strchr( stats_buf, '\n' );
695             if( !stats_in )
696                 return -1;
697             *stats_in = '\0';
698             stats_in++;
699             if( sscanf( opts, "#options: %dx%d", &i, &j ) != 2 )
700             {
701                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "resolution specified in stats file not valid\n" );
702                 return -1;
703             }
704             else if( h->param.rc.b_mb_tree && (i != h->param.i_width || j != h->param.i_height)  )
705             {
706                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "MB-tree doesn't support different resolution than 1st pass (%dx%d vs %dx%d)\n",
707                           h->param.i_width, h->param.i_height, i, j );
708                 return -1;
709             }
710
711             if( ( p = strstr( opts, "timebase=" ) ) && sscanf( p, "timebase=%u/%u", &k, &l ) != 2 )
712             {
713                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase specified in stats file not valid\n" );
714                 return -1;
715             }
716             if( k != h->param.i_timebase_num || l != h->param.i_timebase_den )
717             {
718                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "timebase mismatch with 1st pass (%u/%u vs %u/%u)\n",
719                           h->param.i_timebase_num, h->param.i_timebase_den, k, l );
720                 return -1;
721             }
722
723             CMP_OPT_FIRST_PASS( "weightp", X264_MAX( 0, h->param.analyse.i_weighted_pred ) );
724             CMP_OPT_FIRST_PASS( "bframes", h->param.i_bframe );
725             CMP_OPT_FIRST_PASS( "b_pyramid", h->param.i_bframe_pyramid );
726             CMP_OPT_FIRST_PASS( "intra_refresh", h->param.b_intra_refresh );
727             CMP_OPT_FIRST_PASS( "keyint", h->param.i_keyint_max );
728             CMP_OPT_FIRST_PASS( "open_gop", h->param.i_open_gop );
729
730             if( strstr( opts, "qp=0" ) && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
731                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "1st pass was lossless, bitrate prediction will be inaccurate\n" );
732
733             if( !strstr( opts, "direct=3" ) && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
734             {
735                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "direct=auto not used on the first pass\n" );
736                 h->mb.b_direct_auto_write = 1;
737             }
738
739             if( ( p = strstr( opts, "b_adapt=" ) ) && sscanf( p, "b_adapt=%d", &i ) && i >= X264_B_ADAPT_NONE && i <= X264_B_ADAPT_TRELLIS )
740                 h->param.i_bframe_adaptive = i;
741             else if( h->param.i_bframe )
742             {
743                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "b_adapt method specified in stats file not valid\n" );
744                 return -1;
745             }
746
747             if( (h->param.rc.b_mb_tree || h->param.rc.i_vbv_buffer_size) && ( p = strstr( opts, "rc_lookahead=" ) ) && sscanf( p, "rc_lookahead=%d", &i ) )
748                 h->param.rc.i_lookahead = i;
749         }
750
751         /* find number of pics */
752         p = stats_in;
753         int num_entries;
754         for( num_entries = -1; p; num_entries++ )
755             p = strchr( p + 1, ';' );
756         if( !num_entries )
757         {
758             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "empty stats file\n");
759             return -1;
760         }
761         rc->num_entries = num_entries;
762
763         if( h->param.i_frame_total < rc->num_entries && h->param.i_frame_total > 0 )
764         {
765             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "2nd pass has fewer frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
766                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
767         }
768         if( h->param.i_frame_total > rc->num_entries )
769         {
770             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d vs %d)\n",
771                       h->param.i_frame_total, rc->num_entries );
772             return -1;
773         }
774
775         CHECKED_MALLOCZERO( rc->entry, rc->num_entries * sizeof(ratecontrol_entry_t) );
776
777         /* init all to skipped p frames */
778         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
779         {
780             ratecontrol_entry_t *rce = &rc->entry[i];
781             rce->pict_type = SLICE_TYPE_P;
782             rce->qscale = rce->new_qscale = qp2qscale( 20 );
783             rce->misc_bits = rc->nmb + 10;
784             rce->new_qp = 0;
785         }
786
787         /* read stats */
788         p = stats_in;
789         for( int i = 0; i < rc->num_entries; i++ )
790         {
791             ratecontrol_entry_t *rce;
792             int frame_number;
793             char pict_type;
794             int e;
795             char *next;
796             float qp;
797             int ref;
798
799             next= strchr(p, ';');
800             if( next )
801                 *next++ = 0; //sscanf is unbelievably slow on long strings
802             e = sscanf( p, " in:%d ", &frame_number );
803
804             if( frame_number < 0 || frame_number >= rc->num_entries )
805             {
806                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad frame number (%d) at stats line %d\n", frame_number, i );
807                 return -1;
808             }
809             rce = &rc->entry[frame_number];
810             rce->direct_mode = 0;
811
812             e += sscanf( p, " in:%*d out:%*d type:%c dur:%d cpbdur:%d q:%f tex:%d mv:%d misc:%d imb:%d pmb:%d smb:%d d:%c",
813                    &pict_type, &rce->i_duration, &rce->i_cpb_duration, &qp, &rce->tex_bits,
814                    &rce->mv_bits, &rce->misc_bits, &rce->i_count, &rce->p_count,
815                    &rce->s_count, &rce->direct_mode );
816
817             p = strstr( p, "ref:" );
818             if( !p )
819                 goto parse_error;
820             p += 4;
821             for( ref = 0; ref < 16; ref++ )
822             {
823                 if( sscanf( p, " %d", &rce->refcount[ref] ) != 1 )
824                     break;
825                 p = strchr( p+1, ' ' );
826                 if( !p )
827                     goto parse_error;
828             }
829             rce->refs = ref;
830
831             /* find weights */
832             rce->i_weight_denom = -1;
833             char *w = strchr( p, 'w' );
834             if( w )
835                 if( sscanf( w, "w:%hd,%hd,%hd", &rce->i_weight_denom, &rce->weight[0], &rce->weight[1] ) != 3 )
836                     rce->i_weight_denom = -1;
837
838             if( pict_type != 'b' )
839                 rce->kept_as_ref = 1;
840             switch( pict_type )
841             {
842                 case 'I':
843                     rce->frame_type = X264_TYPE_IDR;
844                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
845                     break;
846                 case 'i':
847                     rce->frame_type = X264_TYPE_I;
848                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_I;
849                     break;
850                 case 'P':
851                     rce->frame_type = X264_TYPE_P;
852                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_P;
853                     break;
854                 case 'B':
855                     rce->frame_type = X264_TYPE_BREF;
856                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
857                     break;
858                 case 'b':
859                     rce->frame_type = X264_TYPE_B;
860                     rce->pict_type  = SLICE_TYPE_B;
861                     break;
862                 default:  e = -1; break;
863             }
864             if( e < 12 )
865             {
866 parse_error:
867                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "statistics are damaged at line %d, parser out=%d\n", i, e );
868                 return -1;
869             }
870             rce->qscale = qp2qscale( qp );
871             p = next;
872         }
873
874         x264_free( stats_buf );
875
876         if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR )
877         {
878             if( init_pass2( h ) < 0 )
879                 return -1;
880         } /* else we're using constant quant, so no need to run the bitrate allocation */
881     }
882
883     /* Open output file */
884     /* If input and output files are the same, output to a temp file
885      * and move it to the real name only when it's complete */
886     if( h->param.rc.b_stat_write )
887     {
888         char *p;
889         rc->psz_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".temp" );
890         if( !rc->psz_stat_file_tmpname )
891             return -1;
892
893         rc->p_stat_file_out = fopen( rc->psz_stat_file_tmpname, "wb" );
894         if( rc->p_stat_file_out == NULL )
895         {
896             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open stats file\n");
897             return -1;
898         }
899
900         p = x264_param2string( &h->param, 1 );
901         if( p )
902             fprintf( rc->p_stat_file_out, "#options: %s\n", p );
903         x264_free( p );
904         if( h->param.rc.b_mb_tree && !h->param.rc.b_stat_read )
905         {
906             rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree.temp" );
907             rc->psz_mbtree_stat_file_name = x264_strcat_filename( h->param.rc.psz_stat_out, ".mbtree" );
908             if( !rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname || !rc->psz_mbtree_stat_file_name )
909                 return -1;
910
911             rc->p_mbtree_stat_file_out = fopen( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, "wb" );
912             if( rc->p_mbtree_stat_file_out == NULL )
913             {
914                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_init: can't open mbtree stats file\n");
915                 return -1;
916             }
917         }
918     }
919
920     if( h->param.rc.b_mb_tree && (h->param.rc.b_stat_read || h->param.rc.b_stat_write) )
921     {
922         CHECKED_MALLOC( rc->qp_buffer[0], h->mb.i_mb_count * sizeof(uint16_t) );
923         if( h->param.i_bframe_pyramid && h->param.rc.b_stat_read )
924             CHECKED_MALLOC( rc->qp_buffer[1], h->mb.i_mb_count * sizeof(uint16_t) );
925         rc->qpbuf_pos = -1;
926     }
927
928     for( int i = 0; i<h->param.i_threads; i++ )
929     {
930         h->thread[i]->rc = rc+i;
931         if( i )
932         {
933             rc[i] = rc[0];
934             h->thread[i]->param = h->param;
935             h->thread[i]->mb.b_variable_qp = h->mb.b_variable_qp;
936         }
937     }
938
939     return 0;
940 fail:
941     return -1;
942 }
943
944 static int parse_zone( x264_t *h, x264_zone_t *z, char *p )
945 {
946     int len = 0;
947     char *tok, UNUSED *saveptr=NULL;
948     z->param = NULL;
949     z->f_bitrate_factor = 1;
950     if( 3 <= sscanf(p, "%u,%u,q=%u%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->i_qp, &len) )
951         z->b_force_qp = 1;
952     else if( 3 <= sscanf(p, "%u,%u,b=%f%n", &z->i_start, &z->i_end, &z->f_bitrate_factor, &len) )
953         z->b_force_qp = 0;
954     else if( 2 <= sscanf(p, "%u,%u%n", &z->i_start, &z->i_end, &len) )
955         z->b_force_qp = 0;
956     else
957     {
958         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: \"%s\"\n", p );
959         return -1;
960     }
961     p += len;
962     if( !*p )
963         return 0;
964     CHECKED_MALLOC( z->param, sizeof(x264_param_t) );
965     memcpy( z->param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
966     z->param->param_free = x264_free;
967     while( (tok = strtok_r( p, ",", &saveptr )) )
968     {
969         char *val = strchr( tok, '=' );
970         if( val )
971         {
972             *val = '\0';
973             val++;
974         }
975         if( x264_param_parse( z->param, tok, val ) )
976         {
977             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone param: %s = %s\n", tok, val );
978             return -1;
979         }
980         p = NULL;
981     }
982     return 0;
983 fail:
984     return -1;
985 }
986
987 static int parse_zones( x264_t *h )
988 {
989     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
990     if( h->param.rc.psz_zones && !h->param.rc.i_zones )
991     {
992         char *psz_zones, *p;
993         CHECKED_MALLOC( psz_zones, strlen( h->param.rc.psz_zones )+1 );
994         strcpy( psz_zones, h->param.rc.psz_zones );
995         h->param.rc.i_zones = 1;
996         for( p = psz_zones; *p; p++ )
997             h->param.rc.i_zones += (*p == '/');
998         CHECKED_MALLOC( h->param.rc.zones, h->param.rc.i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
999         p = psz_zones;
1000         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1001         {
1002             int i_tok = strcspn( p, "/" );
1003             p[i_tok] = 0;
1004             if( parse_zone( h, &h->param.rc.zones[i], p ) )
1005                 return -1;
1006             p += i_tok + 1;
1007         }
1008         x264_free( psz_zones );
1009     }
1010
1011     if( h->param.rc.i_zones > 0 )
1012     {
1013         for( int i = 0; i < h->param.rc.i_zones; i++ )
1014         {
1015             x264_zone_t z = h->param.rc.zones[i];
1016             if( z.i_start < 0 || z.i_start > z.i_end )
1017             {
1018                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: start=%d end=%d\n",
1019                           z.i_start, z.i_end );
1020                 return -1;
1021             }
1022             else if( !z.b_force_qp && z.f_bitrate_factor <= 0 )
1023             {
1024                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "invalid zone: bitrate_factor=%f\n",
1025                           z.f_bitrate_factor );
1026                 return -1;
1027             }
1028         }
1029
1030         rc->i_zones = h->param.rc.i_zones + 1;
1031         CHECKED_MALLOC( rc->zones, rc->i_zones * sizeof(x264_zone_t) );
1032         memcpy( rc->zones+1, h->param.rc.zones, (rc->i_zones-1) * sizeof(x264_zone_t) );
1033
1034         // default zone to fall back to if none of the others match
1035         rc->zones[0].i_start = 0;
1036         rc->zones[0].i_end = INT_MAX;
1037         rc->zones[0].b_force_qp = 0;
1038         rc->zones[0].f_bitrate_factor = 1;
1039         CHECKED_MALLOC( rc->zones[0].param, sizeof(x264_param_t) );
1040         memcpy( rc->zones[0].param, &h->param, sizeof(x264_param_t) );
1041         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1042         {
1043             if( !rc->zones[i].param )
1044                 rc->zones[i].param = rc->zones[0].param;
1045         }
1046     }
1047
1048     return 0;
1049 fail:
1050     return -1;
1051 }
1052
1053 static x264_zone_t *get_zone( x264_t *h, int frame_num )
1054 {
1055     for( int i = h->rc->i_zones - 1; i >= 0; i-- )
1056     {
1057         x264_zone_t *z = &h->rc->zones[i];
1058         if( frame_num >= z->i_start && frame_num <= z->i_end )
1059             return z;
1060     }
1061     return NULL;
1062 }
1063
1064 void x264_ratecontrol_summary( x264_t *h )
1065 {
1066     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1067     if( rc->b_abr && h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_ABR && rc->cbr_decay > .9999 )
1068     {
1069         double base_cplx = h->mb.i_mb_count * (h->param.i_bframe ? 120 : 80);
1070         double mbtree_offset = h->param.rc.b_mb_tree ? (1.0-h->param.rc.f_qcompress)*13.5 : 0;
1071         x264_log( h, X264_LOG_INFO, "final ratefactor: %.2f\n",
1072                   qscale2qp( pow( base_cplx, 1 - rc->qcompress )
1073                              * rc->cplxr_sum / rc->wanted_bits_window ) - mbtree_offset );
1074     }
1075 }
1076
1077 void x264_ratecontrol_delete( x264_t *h )
1078 {
1079     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1080     int b_regular_file;
1081
1082     if( rc->p_stat_file_out )
1083     {
1084         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_stat_file_out );
1085         fclose( rc->p_stat_file_out );
1086         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1087             if( rename( rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out ) != 0 )
1088             {
1089                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1090                           rc->psz_stat_file_tmpname, h->param.rc.psz_stat_out );
1091             }
1092         x264_free( rc->psz_stat_file_tmpname );
1093     }
1094     if( rc->p_mbtree_stat_file_out )
1095     {
1096         b_regular_file = x264_is_regular_file( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1097         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_out );
1098         if( h->i_frame >= rc->num_entries && b_regular_file )
1099             if( rename( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name ) != 0 )
1100             {
1101                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "failed to rename \"%s\" to \"%s\"\n",
1102                           rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname, rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1103             }
1104         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_tmpname );
1105         x264_free( rc->psz_mbtree_stat_file_name );
1106     }
1107     if( rc->p_mbtree_stat_file_in )
1108         fclose( rc->p_mbtree_stat_file_in );
1109     x264_free( rc->pred );
1110     x264_free( rc->pred_b_from_p );
1111     x264_free( rc->entry );
1112     x264_free( rc->qp_buffer[0] );
1113     x264_free( rc->qp_buffer[1] );
1114     if( rc->zones )
1115     {
1116         x264_free( rc->zones[0].param );
1117         for( int i = 1; i < rc->i_zones; i++ )
1118             if( rc->zones[i].param != rc->zones[0].param && rc->zones[i].param->param_free )
1119                 rc->zones[i].param->param_free( rc->zones[i].param );
1120         x264_free( rc->zones );
1121     }
1122     x264_free( rc );
1123 }
1124
1125 static void accum_p_qp_update( x264_t *h, float qp )
1126 {
1127     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1128     rc->accum_p_qp   *= .95;
1129     rc->accum_p_norm *= .95;
1130     rc->accum_p_norm += 1;
1131     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I )
1132         rc->accum_p_qp += qp + rc->ip_offset;
1133     else
1134         rc->accum_p_qp += qp;
1135 }
1136
1137 /* Before encoding a frame, choose a QP for it */
1138 void x264_ratecontrol_start( x264_t *h, int i_force_qp, int overhead )
1139 {
1140     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1141     ratecontrol_entry_t *rce = NULL;
1142     x264_zone_t *zone = get_zone( h, h->fenc->i_frame );
1143     float q;
1144
1145     x264_emms();
1146
1147     if( zone && (!rc->prev_zone || zone->param != rc->prev_zone->param) )
1148         x264_encoder_reconfig( h, zone->param );
1149     rc->prev_zone = zone;
1150
1151     rc->qp_force = i_force_qp;
1152
1153     if( h->param.rc.b_stat_read )
1154     {
1155         int frame = h->fenc->i_frame;
1156         assert( frame >= 0 && frame < rc->num_entries );
1157         rce = h->rc->rce = &h->rc->entry[frame];
1158
1159         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B
1160             && h->param.analyse.i_direct_mv_pred == X264_DIRECT_PRED_AUTO )
1161         {
1162             h->sh.b_direct_spatial_mv_pred = ( rce->direct_mode == 's' );
1163             h->mb.b_direct_auto_read = ( rce->direct_mode == 's' || rce->direct_mode == 't' );
1164         }
1165     }
1166
1167     if( rc->b_vbv )
1168     {
1169         memset( h->fdec->i_row_bits, 0, h->mb.i_mb_height * sizeof(int) );
1170         rc->row_pred = &rc->row_preds[h->sh.i_type];
1171         rc->buffer_rate = h->fenc->i_cpb_duration * rc->vbv_max_rate * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1172         update_vbv_plan( h, overhead );
1173
1174         const x264_level_t *l = x264_levels;
1175         while( l->level_idc != 0 && l->level_idc != h->param.i_level_idc )
1176             l++;
1177
1178         int mincr = l->mincr;
1179
1180         /* Blu-ray requires this */
1181         if( l->level_idc == 41 && h->param.i_nal_hrd )
1182             mincr = 4;
1183
1184         /* High 10 doesn't require minCR, so just set the maximum to a large value. */
1185         if( h->sps->i_profile_idc == PROFILE_HIGH10 )
1186             rc->frame_size_maximum = 1e9;
1187         else
1188         {
1189             /* The spec has a bizarre special case for the first frame. */
1190             if( h->i_frame == 0 )
1191             {
1192                 //384 * ( Max( PicSizeInMbs, fR * MaxMBPS ) + MaxMBPS * ( tr( 0 ) - tr,n( 0 ) ) ) / MinCR
1193                 double fr = 1. / 172;
1194                 int pic_size_in_mbs = h->mb.i_mb_width * h->mb.i_mb_height;
1195                 rc->frame_size_maximum = 384 * BIT_DEPTH * X264_MAX( pic_size_in_mbs, fr*l->mbps ) / mincr;
1196             }
1197             else
1198             {
1199                 //384 * MaxMBPS * ( tr( n ) - tr( n - 1 ) ) / MinCR
1200                 rc->frame_size_maximum = 384 * BIT_DEPTH * ((double)h->fenc->i_cpb_duration * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale) * l->mbps / mincr;
1201             }
1202         }
1203     }
1204
1205     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1206         rc->bframes = h->fenc->i_bframes;
1207
1208     if( i_force_qp )
1209     {
1210         q = i_force_qp - 1;
1211     }
1212     else if( rc->b_abr )
1213     {
1214         q = qscale2qp( rate_estimate_qscale( h ) );
1215     }
1216     else if( rc->b_2pass )
1217     {
1218         rce->new_qscale = rate_estimate_qscale( h );
1219         q = qscale2qp( rce->new_qscale );
1220     }
1221     else /* CQP */
1222     {
1223         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B && h->fdec->b_kept_as_ref )
1224             q = ( rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_B ] + rc->qp_constant[ SLICE_TYPE_P ] ) / 2;
1225         else
1226             q = rc->qp_constant[ h->sh.i_type ];
1227
1228         if( zone )
1229         {
1230             if( zone->b_force_qp )
1231                 q += zone->i_qp - rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P];
1232             else
1233                 q -= 6*log2f( zone->f_bitrate_factor );
1234         }
1235     }
1236
1237     q = x264_clip3f( q, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1238
1239     rc->qpa_rc =
1240     rc->qpa_aq = 0;
1241     rc->qp = x264_clip3( (int)(q + 0.5), 0, QP_MAX );
1242     h->fdec->f_qp_avg_rc =
1243     h->fdec->f_qp_avg_aq =
1244     rc->qpm = q;
1245     if( rce )
1246         rce->new_qp = rc->qp;
1247
1248     accum_p_qp_update( h, rc->qpm );
1249
1250     if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1251         rc->last_non_b_pict_type = h->sh.i_type;
1252 }
1253
1254 static double predict_row_size( x264_t *h, int y, double qp )
1255 {
1256     /* average between two predictors:
1257      * absolute SATD, and scaled bit cost of the colocated row in the previous frame */
1258     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1259     double pred_s = predict_size( rc->row_pred[0], qp2qscale( qp ), h->fdec->i_row_satd[y] );
1260     double pred_t = 0;
1261     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I || qp >= h->fref0[0]->f_row_qp[y] )
1262     {
1263         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P
1264             && h->fref0[0]->i_type == h->fdec->i_type
1265             && h->fref0[0]->i_row_satd[y] > 0
1266             && (abs(h->fref0[0]->i_row_satd[y] - h->fdec->i_row_satd[y]) < h->fdec->i_row_satd[y]/2))
1267         {
1268             pred_t = h->fref0[0]->i_row_bits[y] * h->fdec->i_row_satd[y] / h->fref0[0]->i_row_satd[y]
1269                      * qp2qscale( h->fref0[0]->f_row_qp[y] ) / qp2qscale( qp );
1270         }
1271         if( pred_t == 0 )
1272             pred_t = pred_s;
1273         return (pred_s + pred_t) / 2;
1274     }
1275     /* Our QP is lower than the reference! */
1276     else
1277     {
1278         double pred_intra = predict_size( rc->row_pred[1], qp2qscale( qp ), h->fdec->i_row_satds[0][0][y] );
1279         /* Sum: better to overestimate than underestimate by using only one of the two predictors. */
1280         return pred_intra + pred_s;
1281     }
1282 }
1283
1284 static double row_bits_so_far( x264_t *h, int y )
1285 {
1286     double bits = 0;
1287     for( int i = h->i_threadslice_start; i <= y; i++ )
1288         bits += h->fdec->i_row_bits[i];
1289     return bits;
1290 }
1291
1292 static double predict_row_size_sum( x264_t *h, int y, double qp )
1293 {
1294     double bits = row_bits_so_far(h, y);
1295     for( int i = y+1; i < h->i_threadslice_end; i++ )
1296         bits += predict_row_size( h, i, qp );
1297     return bits;
1298 }
1299
1300
1301 void x264_ratecontrol_mb( x264_t *h, int bits )
1302 {
1303     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1304     const int y = h->mb.i_mb_y;
1305
1306     x264_emms();
1307
1308     h->fdec->i_row_bits[y] += bits;
1309     rc->qpa_rc += rc->qpm;
1310     rc->qpa_aq += h->mb.i_qp;
1311
1312     if( h->mb.i_mb_x != h->mb.i_mb_width - 1 || !rc->b_vbv )
1313         return;
1314
1315     h->fdec->f_row_qp[y] = rc->qpm;
1316
1317     update_predictor( rc->row_pred[0], qp2qscale( rc->qpm ), h->fdec->i_row_satd[y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1318     if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && rc->qpm < h->fref0[0]->f_row_qp[y] )
1319         update_predictor( rc->row_pred[1], qp2qscale( rc->qpm ), h->fdec->i_row_satds[0][0][y], h->fdec->i_row_bits[y] );
1320
1321     /* tweak quality based on difference from predicted size */
1322     if( y < h->i_threadslice_end-1 )
1323     {
1324         float prev_row_qp = h->fdec->f_row_qp[y];
1325         float qp_min = X264_MAX( prev_row_qp - h->param.rc.i_qp_step, h->param.rc.i_qp_min );
1326         float qp_absolute_max = h->param.rc.i_qp_max;
1327         if( rc->rate_factor_max_increment )
1328             qp_absolute_max = X264_MIN( qp_absolute_max, rc->qp_novbv + rc->rate_factor_max_increment );
1329         float qp_max = X264_MIN( prev_row_qp + h->param.rc.i_qp_step, qp_absolute_max );
1330         float step_size = 0.5;
1331
1332         /* B-frames shouldn't use lower QP than their reference frames. */
1333         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1334         {
1335             qp_min = X264_MAX( qp_min, X264_MAX( h->fref0[0]->f_row_qp[y+1], h->fref1[0]->f_row_qp[y+1] ) );
1336             rc->qpm = X264_MAX( rc->qpm, qp_min );
1337         }
1338
1339         float buffer_left_planned = rc->buffer_fill - rc->frame_size_planned;
1340         float slice_size_planned = h->param.b_sliced_threads ? rc->slice_size_planned : rc->frame_size_planned;
1341         float size_of_other_slices = 0;
1342         if( h->param.b_sliced_threads )
1343         {
1344             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1345                 if( h != h->thread[i] )
1346                     size_of_other_slices += h->thread[i]->rc->frame_size_estimated;
1347         }
1348         else
1349             rc->max_frame_error = X264_MAX( 0.05, 1.0 / (h->mb.i_mb_width) );
1350
1351         /* More threads means we have to be more cautious in letting ratecontrol use up extra bits. */
1352         float rc_tol = buffer_left_planned / h->param.i_threads * rc->rate_tolerance;
1353         int b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1354
1355         /* Don't modify the row QPs until a sufficent amount of the bits of the frame have been processed, in case a flat */
1356         /* area at the top of the frame was measured inaccurately. */
1357         if( row_bits_so_far( h, y ) < 0.05 * slice_size_planned )
1358             return;
1359
1360         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_I )
1361             rc_tol /= 2;
1362
1363         if( !rc->b_vbv_min_rate )
1364             qp_min = X264_MAX( qp_min, rc->qp_novbv );
1365
1366         while( rc->qpm < qp_max
1367                && ((b1 > rc->frame_size_planned + rc_tol) ||
1368                    (rc->buffer_fill - b1 < buffer_left_planned * 0.5) ||
1369                    (b1 > rc->frame_size_planned && rc->qpm < rc->qp_novbv)) )
1370         {
1371             rc->qpm += step_size;
1372             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1373         }
1374
1375         while( rc->qpm > qp_min
1376                && (rc->qpm > h->fdec->f_row_qp[0] || rc->single_frame_vbv)
1377                && ((b1 < rc->frame_size_planned * 0.8 && rc->qpm <= prev_row_qp)
1378                || b1 < (rc->buffer_fill - rc->buffer_size + rc->buffer_rate) * 1.1) )
1379         {
1380             rc->qpm -= step_size;
1381             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1382         }
1383
1384         /* avoid VBV underflow or MinCR violation */
1385         while( (rc->qpm < qp_absolute_max)
1386                && ((rc->buffer_fill - b1 < rc->buffer_rate * rc->max_frame_error) ||
1387                    (rc->frame_size_maximum - b1 < rc->frame_size_maximum * rc->max_frame_error)))
1388         {
1389             rc->qpm += step_size;
1390             b1 = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm ) + size_of_other_slices;
1391         }
1392
1393         h->rc->frame_size_estimated = predict_row_size_sum( h, y, rc->qpm );
1394     }
1395 }
1396
1397 int x264_ratecontrol_qp( x264_t *h )
1398 {
1399     x264_emms();
1400     return x264_clip3( h->rc->qpm + .5, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1401 }
1402
1403 int x264_ratecontrol_mb_qp( x264_t *h )
1404 {
1405     x264_emms();
1406     float qp = h->rc->qpm;
1407     if( h->param.rc.i_aq_mode )
1408         /* MB-tree currently doesn't adjust quantizers in unreferenced frames. */
1409         qp += h->fdec->b_kept_as_ref ? h->fenc->f_qp_offset[h->mb.i_mb_xy] : h->fenc->f_qp_offset_aq[h->mb.i_mb_xy];
1410     return x264_clip3( qp + .5, h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
1411 }
1412
1413 /* In 2pass, force the same frame types as in the 1st pass */
1414 int x264_ratecontrol_slice_type( x264_t *h, int frame_num )
1415 {
1416     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1417     if( h->param.rc.b_stat_read )
1418     {
1419         if( frame_num >= rc->num_entries )
1420         {
1421             /* We could try to initialize everything required for ABR and
1422              * adaptive B-frames, but that would be complicated.
1423              * So just calculate the average QP used so far. */
1424             h->param.rc.i_qp_constant = (h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P] == 0) ? 24
1425                                       : 1 + h->stat.f_frame_qp[SLICE_TYPE_P] / h->stat.i_frame_count[SLICE_TYPE_P];
1426             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant, 0, QP_MAX );
1427             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( (int)( qscale2qp( qp2qscale( h->param.rc.i_qp_constant ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor )) + 0.5 ), 0, QP_MAX );
1428             rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( (int)( qscale2qp( qp2qscale( h->param.rc.i_qp_constant ) * fabs( h->param.rc.f_pb_factor )) + 0.5 ), 0, QP_MAX );
1429
1430             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "2nd pass has more frames than 1st pass (%d)\n", rc->num_entries);
1431             x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "continuing anyway, at constant QP=%d\n", h->param.rc.i_qp_constant);
1432             if( h->param.i_bframe_adaptive )
1433                 x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "disabling adaptive B-frames\n");
1434
1435             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
1436             {
1437                 h->thread[i]->rc->b_abr = 0;
1438                 h->thread[i]->rc->b_2pass = 0;
1439                 h->thread[i]->param.rc.i_rc_method = X264_RC_CQP;
1440                 h->thread[i]->param.rc.b_stat_read = 0;
1441                 h->thread[i]->param.i_bframe_adaptive = 0;
1442                 h->thread[i]->param.i_scenecut_threshold = 0;
1443                 h->thread[i]->param.rc.b_mb_tree = 0;
1444                 if( h->thread[i]->param.i_bframe > 1 )
1445                     h->thread[i]->param.i_bframe = 1;
1446             }
1447             return X264_TYPE_AUTO;
1448         }
1449         return rc->entry[frame_num].frame_type;
1450     }
1451     else
1452         return X264_TYPE_AUTO;
1453 }
1454
1455 void x264_ratecontrol_set_weights( x264_t *h, x264_frame_t *frm )
1456 {
1457     ratecontrol_entry_t *rce = &h->rc->entry[frm->i_frame];
1458     if( h->param.analyse.i_weighted_pred <= 0 )
1459         return;
1460     if( rce->i_weight_denom >= 0 )
1461         SET_WEIGHT( frm->weight[0][0], 1, rce->weight[0], rce->i_weight_denom, rce->weight[1] );
1462 }
1463
1464 /* After encoding one frame, save stats and update ratecontrol state */
1465 int x264_ratecontrol_end( x264_t *h, int bits, int *filler )
1466 {
1467     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
1468     const int *mbs = h->stat.frame.i_mb_count;
1469
1470     x264_emms();
1471
1472     h->stat.frame.i_mb_count_skip = mbs[P_SKIP] + mbs[B_SKIP];
1473     h->stat.frame.i_mb_count_i = mbs[I_16x16] + mbs[I_8x8] + mbs[I_4x4];
1474     h->stat.frame.i_mb_count_p = mbs[P_L0] + mbs[P_8x8];
1475     for( int i = B_DIRECT; i < B_8x8; i++ )
1476         h->stat.frame.i_mb_count_p += mbs[i];
1477
1478     h->fdec->f_qp_avg_rc = rc->qpa_rc /= h->mb.i_mb_count;
1479     h->fdec->f_qp_avg_aq = rc->qpa_aq /= h->mb.i_mb_count;
1480
1481     if( h->param.rc.b_stat_write )
1482     {
1483         char c_type = h->sh.i_type==SLICE_TYPE_I ? (h->fenc->i_poc==0 ? 'I' : 'i')
1484                     : h->sh.i_type==SLICE_TYPE_P ? 'P'
1485                     : h->fenc->b_kept_as_ref ? 'B' : 'b';
1486         int dir_frame = h->stat.frame.i_direct_score[1] - h->stat.frame.i_direct_score[0];
1487         int dir_avg = h->stat.i_direct_score[1] - h->stat.i_direct_score[0];
1488         char c_direct = h->mb.b_direct_auto_write ?
1489                         ( dir_frame>0 ? 's' : dir_frame<0 ? 't' :
1490                           dir_avg>0 ? 's' : dir_avg<0 ? 't' : '-' )
1491                         : '-';
1492         if( fprintf( rc->p_stat_file_out,
1493                  "in:%d out:%d type:%c dur:%d cpbdur:%d q:%.2f tex:%d mv:%d misc:%d imb:%d pmb:%d smb:%d d:%c ref:",
1494                  h->fenc->i_frame, h->i_frame,
1495                  c_type, h->fenc->i_duration,
1496                  h->fenc->i_cpb_duration, rc->qpa_rc,
1497                  h->stat.frame.i_tex_bits,
1498                  h->stat.frame.i_mv_bits,
1499                  h->stat.frame.i_misc_bits,
1500                  h->stat.frame.i_mb_count_i,
1501                  h->stat.frame.i_mb_count_p,
1502                  h->stat.frame.i_mb_count_skip,
1503                  c_direct) < 0 )
1504             goto fail;
1505
1506         /* Only write information for reference reordering once. */
1507         int use_old_stats = h->param.rc.b_stat_read && rc->rce->refs > 1;
1508         for( int i = 0; i < (use_old_stats ? rc->rce->refs : h->i_ref0); i++ )
1509         {
1510             int refcount = use_old_stats         ? rc->rce->refcount[i]
1511                          : h->param.b_interlaced ? h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2]
1512                                                  + h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i*2+1]
1513                          :                         h->stat.frame.i_mb_count_ref[0][i];
1514             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "%d ", refcount ) < 0 )
1515                 goto fail;
1516         }
1517
1518         if( h->sh.weight[0][0].weightfn )
1519         {
1520             if( fprintf( rc->p_stat_file_out, "w:%"PRId32",%"PRId32",%"PRId32, h->sh.weight[0][0].i_denom, h->sh.weight[0][0].i_scale, h->sh.weight[0][0].i_offset ) < 0 )
1521                 goto fail;
1522         }
1523
1524         if( fprintf( rc->p_stat_file_out, ";\n") < 0 )
1525             goto fail;
1526
1527         /* Don't re-write the data in multi-pass mode. */
1528         if( h->param.rc.b_mb_tree && h->fenc->b_kept_as_ref && !h->param.rc.b_stat_read )
1529         {
1530             uint8_t i_type = h->sh.i_type;
1531             /* Values are stored as big-endian FIX8.8 */
1532             for( int i = 0; i < h->mb.i_mb_count; i++ )
1533                 rc->qp_buffer[0][i] = endian_fix16( h->fenc->f_qp_offset[i]*256.0 );
1534             if( fwrite( &i_type, 1, 1, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < 1 )
1535                 goto fail;
1536             if( fwrite( rc->qp_buffer[0], sizeof(uint16_t), h->mb.i_mb_count, rc->p_mbtree_stat_file_out ) < h->mb.i_mb_count )
1537                 goto fail;
1538         }
1539     }
1540
1541     if( rc->b_abr )
1542     {
1543         if( h->sh.i_type != SLICE_TYPE_B )
1544             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / rc->last_rceq;
1545         else
1546         {
1547             /* Depends on the fact that B-frame's QP is an offset from the following P-frame's.
1548              * Not perfectly accurate with B-refs, but good enough. */
1549             rc->cplxr_sum += bits * qp2qscale( rc->qpa_rc ) / (rc->last_rceq * fabs( h->param.rc.f_pb_factor ));
1550         }
1551         rc->cplxr_sum *= rc->cbr_decay;
1552         double frame_duration = (double)h->fenc->i_duration * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1553
1554         rc->wanted_bits_window += frame_duration * rc->bitrate;
1555         rc->wanted_bits_window *= rc->cbr_decay;
1556     }
1557
1558     if( rc->b_2pass )
1559         rc->expected_bits_sum += qscale2bits( rc->rce, qp2qscale( rc->rce->new_qp ) );
1560
1561     if( h->mb.b_variable_qp )
1562     {
1563         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_B )
1564         {
1565             rc->bframe_bits += bits;
1566             if( h->fenc->b_last_minigop_bframe )
1567             {
1568                 update_predictor( rc->pred_b_from_p, qp2qscale( rc->qpa_rc ),
1569                                   h->fref1[h->i_ref1-1]->i_satd, rc->bframe_bits / rc->bframes );
1570                 rc->bframe_bits = 0;
1571             }
1572         }
1573     }
1574
1575     *filler = update_vbv( h, bits );
1576
1577     if( h->sps->vui.b_nal_hrd_parameters_present )
1578     {
1579         if( h->fenc->i_frame == 0 )
1580         {
1581             // access unit initialises the HRD
1582             h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = 0;
1583             rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1584             rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1585             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit = (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1586         }
1587         else
1588         {
1589             h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time = rc->nrt_first_access_unit + (double)h->fenc->i_cpb_delay *
1590                                                    h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
1591
1592             double cpb_earliest_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time - (double)rc->initial_cpb_removal_delay / 90000;
1593             if( h->fenc->b_keyframe )
1594             {
1595                  rc->nrt_first_access_unit = h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1596                  rc->initial_cpb_removal_delay = h->initial_cpb_removal_delay;
1597                  rc->initial_cpb_removal_delay_offset = h->initial_cpb_removal_delay_offset;
1598             }
1599             else
1600                  cpb_earliest_arrival_time -= (double)rc->initial_cpb_removal_delay_offset / 90000;
1601
1602             if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd )
1603                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time;
1604             else
1605                 h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time = X264_MAX( rc->previous_cpb_final_arrival_time, cpb_earliest_arrival_time );
1606         }
1607         int filler_bits = *filler ? X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), *filler )*8 : 0;
1608         // Equation C-6
1609         h->fenc->hrd_timing.cpb_final_arrival_time = rc->previous_cpb_final_arrival_time = h->fenc->hrd_timing.cpb_initial_arrival_time +
1610                                                      (double)(bits + filler_bits) / h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1611
1612         h->fenc->hrd_timing.dpb_output_time = (double)h->fenc->i_dpb_output_delay * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale +
1613                                               h->fenc->hrd_timing.cpb_removal_time;
1614     }
1615
1616     return 0;
1617 fail:
1618     x264_log(h, X264_LOG_ERROR, "ratecontrol_end: stats file could not be written to\n");
1619     return -1;
1620 }
1621
1622 /****************************************************************************
1623  * 2 pass functions
1624  ***************************************************************************/
1625
1626 /**
1627  * modify the bitrate curve from pass1 for one frame
1628  */
1629 static double get_qscale(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double rate_factor, int frame_num)
1630 {
1631     x264_ratecontrol_t *rcc= h->rc;
1632     x264_zone_t *zone = get_zone( h, frame_num );
1633     double q = pow( rce->blurred_complexity, 1 - rcc->qcompress );
1634
1635     // avoid NaN's in the rc_eq
1636     if( !isfinite(q) || rce->tex_bits + rce->mv_bits == 0 )
1637         q = rcc->last_qscale_for[rce->pict_type];
1638     else
1639     {
1640         rcc->last_rceq = q;
1641         q /= rate_factor;
1642         rcc->last_qscale = q;
1643     }
1644
1645     if( zone )
1646     {
1647         if( zone->b_force_qp )
1648             q = qp2qscale( zone->i_qp );
1649         else
1650             q /= zone->f_bitrate_factor;
1651     }
1652
1653     return q;
1654 }
1655
1656 static double get_diff_limited_q(x264_t *h, ratecontrol_entry_t *rce, double q)
1657 {
1658     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1659     const int pict_type = rce->pict_type;
1660
1661     // force I/B quants as a function of P quants
1662     const double last_p_q    = rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P];
1663     const double last_non_b_q= rcc->last_qscale_for[rcc->last_non_b_pict_type];
1664     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
1665     {
1666         double iq = q;
1667         double pq = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
1668         double ip_factor = fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
1669         /* don't apply ip_factor if the following frame is also I */
1670         if( rcc->accum_p_norm <= 0 )
1671             q = iq;
1672         else if( h->param.rc.f_ip_factor < 0 )
1673             q = iq / ip_factor;
1674         else if( rcc->accum_p_norm >= 1 )
1675             q = pq / ip_factor;
1676         else
1677             q = rcc->accum_p_norm * pq / ip_factor + (1 - rcc->accum_p_norm) * iq;
1678     }
1679     else if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
1680     {
1681         if( h->param.rc.f_pb_factor > 0 )
1682             q = last_non_b_q;
1683         if( !rce->kept_as_ref )
1684             q *= fabs( h->param.rc.f_pb_factor );
1685     }
1686     else if( pict_type == SLICE_TYPE_P
1687              && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_P
1688              && rce->tex_bits == 0 )
1689     {
1690         q = last_p_q;
1691     }
1692
1693     /* last qscale / qdiff stuff */
1694     if( rcc->last_non_b_pict_type == pict_type &&
1695         (pict_type!=SLICE_TYPE_I || rcc->last_accum_p_norm < 1) )
1696     {
1697         double last_q = rcc->last_qscale_for[pict_type];
1698         double max_qscale = last_q * rcc->lstep;
1699         double min_qscale = last_q / rcc->lstep;
1700
1701         if     ( q > max_qscale ) q = max_qscale;
1702         else if( q < min_qscale ) q = min_qscale;
1703     }
1704
1705     rcc->last_qscale_for[pict_type] = q;
1706     if( pict_type != SLICE_TYPE_B )
1707         rcc->last_non_b_pict_type = pict_type;
1708     if( pict_type == SLICE_TYPE_I )
1709     {
1710         rcc->last_accum_p_norm = rcc->accum_p_norm;
1711         rcc->accum_p_norm = 0;
1712         rcc->accum_p_qp = 0;
1713     }
1714     if( pict_type == SLICE_TYPE_P )
1715     {
1716         float mask = 1 - pow( (float)rce->i_count / rcc->nmb, 2 );
1717         rcc->accum_p_qp   = mask * (qscale2qp( q ) + rcc->accum_p_qp);
1718         rcc->accum_p_norm = mask * (1 + rcc->accum_p_norm);
1719     }
1720     return q;
1721 }
1722
1723 static double predict_size( predictor_t *p, double q, double var )
1724 {
1725      return (p->coeff*var + p->offset) / (q*p->count);
1726 }
1727
1728 static void update_predictor( predictor_t *p, double q, double var, double bits )
1729 {
1730     const double range = 1.5;
1731     if( var < 10 )
1732         return;
1733     double old_coeff = p->coeff / p->count;
1734     double new_coeff = bits*q / var;
1735     double new_coeff_clipped = x264_clip3f( new_coeff, old_coeff/range, old_coeff*range );
1736     double new_offset = bits*q - new_coeff_clipped * var;
1737     if( new_offset >= 0 )
1738         new_coeff = new_coeff_clipped;
1739     else
1740         new_offset = 0;
1741     p->count  *= p->decay;
1742     p->coeff  *= p->decay;
1743     p->offset *= p->decay;
1744     p->count  ++;
1745     p->coeff  += new_coeff;
1746     p->offset += new_offset;
1747 }
1748
1749 // update VBV after encoding a frame
1750 static int update_vbv( x264_t *h, int bits )
1751 {
1752     int filler = 0;
1753     int bitrate = h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled;
1754     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1755     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
1756     uint64_t buffer_size = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
1757
1758     if( rcc->last_satd >= h->mb.i_mb_count )
1759         update_predictor( &rct->pred[h->sh.i_type], qp2qscale( rcc->qpa_rc ), rcc->last_satd, bits );
1760
1761     if( !rcc->b_vbv )
1762         return filler;
1763
1764     rct->buffer_fill_final -= (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
1765
1766     if( rct->buffer_fill_final < 0 )
1767         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "VBV underflow (frame %d, %.0f bits)\n", h->i_frame, (double)rct->buffer_fill_final / h->sps->vui.i_time_scale );
1768     rct->buffer_fill_final = X264_MAX( rct->buffer_fill_final, 0 );
1769     rct->buffer_fill_final += (uint64_t)bitrate * h->sps->vui.i_num_units_in_tick * h->fenc->i_cpb_duration;
1770
1771     if( h->sps->vui.hrd.b_cbr_hrd && rct->buffer_fill_final > buffer_size )
1772     {
1773         filler = ceil( (rct->buffer_fill_final - buffer_size) / (8. * h->sps->vui.i_time_scale) );
1774         bits = X264_MAX( (FILLER_OVERHEAD - h->param.b_annexb), filler ) * 8;
1775         rct->buffer_fill_final -= (uint64_t)bits * h->sps->vui.i_time_scale;
1776     }
1777     else
1778         rct->buffer_fill_final = X264_MIN( rct->buffer_fill_final, buffer_size );
1779
1780     return filler;
1781 }
1782
1783 void x264_hrd_fullness( x264_t *h )
1784 {
1785     x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[0]->rc;
1786     uint64_t denom = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_bit_rate_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale / rct->hrd_multiply_denom;
1787     uint64_t cpb_state = rct->buffer_fill_final;
1788     uint64_t cpb_size = (uint64_t)h->sps->vui.hrd.i_cpb_size_unscaled * h->sps->vui.i_time_scale;
1789     uint64_t multiply_factor = 180000 / rct->hrd_multiply_denom;
1790
1791     if( rct->buffer_fill_final < 0 || rct->buffer_fill_final > cpb_size )
1792     {
1793          x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "CPB %s: %.0lf bits in a %.0lf-bit buffer\n",
1794                    rct->buffer_fill_final < 0 ? "underflow" : "overflow", (float)rct->buffer_fill_final/denom, (float)cpb_size/denom );
1795     }
1796
1797     h->initial_cpb_removal_delay = (multiply_factor * cpb_state + denom) / (2*denom);
1798     h->initial_cpb_removal_delay_offset = (multiply_factor * cpb_size + denom) / (2*denom) - h->initial_cpb_removal_delay;
1799 }
1800
1801 // provisionally update VBV according to the planned size of all frames currently in progress
1802 static void update_vbv_plan( x264_t *h, int overhead )
1803 {
1804     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1805     rcc->buffer_fill = h->thread[0]->rc->buffer_fill_final / h->sps->vui.i_time_scale;
1806     if( h->i_thread_frames > 1 )
1807     {
1808         int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
1809         for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
1810         {
1811             x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
1812             double bits = t->rc->frame_size_planned;
1813             if( !t->b_thread_active )
1814                 continue;
1815             bits  = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
1816             rcc->buffer_fill -= bits;
1817             rcc->buffer_fill = X264_MAX( rcc->buffer_fill, 0 );
1818             rcc->buffer_fill += t->rc->buffer_rate;
1819             rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
1820         }
1821     }
1822     rcc->buffer_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill, rcc->buffer_size );
1823     rcc->buffer_fill -= overhead;
1824 }
1825
1826 // apply VBV constraints and clip qscale to between lmin and lmax
1827 static double clip_qscale( x264_t *h, int pict_type, double q )
1828 {
1829     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1830     double lmin = rcc->lmin[pict_type];
1831     double lmax = rcc->lmax[pict_type];
1832     if( rcc->rate_factor_max_increment )
1833         lmax = X264_MIN( lmax, qp2qscale( rcc->qp_novbv + rcc->rate_factor_max_increment ) );
1834     double q0 = q;
1835
1836     /* B-frames are not directly subject to VBV,
1837      * since they are controlled by the P-frames' QPs. */
1838
1839     if( rcc->b_vbv && rcc->last_satd > 0 )
1840     {
1841         /* Lookahead VBV: raise the quantizer as necessary such that no frames in
1842          * the lookahead overflow and such that the buffer is in a reasonable state
1843          * by the end of the lookahead. */
1844         if( h->param.rc.i_lookahead )
1845         {
1846             int terminate = 0;
1847
1848             /* Avoid an infinite loop. */
1849             for( int iterations = 0; iterations < 1000 && terminate != 3; iterations++ )
1850             {
1851                 double frame_q[3];
1852                 double cur_bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1853                 double buffer_fill_cur = rcc->buffer_fill - cur_bits;
1854                 double target_fill;
1855                 double total_duration = 0;
1856                 frame_q[0] = h->sh.i_type == SLICE_TYPE_I ? q * h->param.rc.f_ip_factor : q;
1857                 frame_q[1] = frame_q[0] * h->param.rc.f_pb_factor;
1858                 frame_q[2] = frame_q[0] / h->param.rc.f_ip_factor;
1859
1860                 /* Loop over the planned future frames. */
1861                 for( int j = 0; buffer_fill_cur >= 0 && buffer_fill_cur <= rcc->buffer_size; j++ )
1862                 {
1863                     total_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
1864                     buffer_fill_cur += rcc->vbv_max_rate * h->fenc->f_planned_cpb_duration[j];
1865                     int i_type = h->fenc->i_planned_type[j];
1866                     int i_satd = h->fenc->i_planned_satd[j];
1867                     if( i_type == X264_TYPE_AUTO )
1868                         break;
1869                     i_type = IS_X264_TYPE_I( i_type ) ? SLICE_TYPE_I : IS_X264_TYPE_B( i_type ) ? SLICE_TYPE_B : SLICE_TYPE_P;
1870                     cur_bits = predict_size( &rcc->pred[i_type], frame_q[i_type], i_satd );
1871                     buffer_fill_cur -= cur_bits;
1872                 }
1873                 /* Try to get to get the buffer at least 50% filled, but don't set an impossible goal. */
1874                 target_fill = X264_MIN( rcc->buffer_fill + total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.5 );
1875                 if( buffer_fill_cur < target_fill )
1876                 {
1877                     q *= 1.01;
1878                     terminate |= 1;
1879                     continue;
1880                 }
1881                 /* Try to get the buffer no more than 80% filled, but don't set an impossible goal. */
1882                 target_fill = x264_clip3f( rcc->buffer_fill - total_duration * rcc->vbv_max_rate * 0.5, rcc->buffer_size * 0.8, rcc->buffer_size );
1883                 if( rcc->b_vbv_min_rate && buffer_fill_cur > target_fill )
1884                 {
1885                     q /= 1.01;
1886                     terminate |= 2;
1887                     continue;
1888                 }
1889                 break;
1890             }
1891         }
1892         /* Fallback to old purely-reactive algorithm: no lookahead. */
1893         else
1894         {
1895             if( ( pict_type == SLICE_TYPE_P ||
1896                 ( pict_type == SLICE_TYPE_I && rcc->last_non_b_pict_type == SLICE_TYPE_I ) ) &&
1897                 rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size < 0.5 )
1898             {
1899                 q /= x264_clip3f( 2.0*rcc->buffer_fill/rcc->buffer_size, 0.5, 1.0 );
1900             }
1901
1902             /* Now a hard threshold to make sure the frame fits in VBV.
1903              * This one is mostly for I-frames. */
1904             double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1905             double qf = 1.0;
1906             /* For small VBVs, allow the frame to use up the entire VBV. */
1907             double max_fill_factor = h->param.rc.i_vbv_buffer_size >= 5*h->param.rc.i_vbv_max_bitrate / rcc->fps ? 2 : 1;
1908             /* For single-frame VBVs, request that the frame use up the entire VBV. */
1909             double min_fill_factor = rcc->single_frame_vbv ? 1 : 2;
1910
1911             if( bits > rcc->buffer_fill/max_fill_factor )
1912                 qf = x264_clip3f( rcc->buffer_fill/(max_fill_factor*bits), 0.2, 1.0 );
1913             q /= qf;
1914             bits *= qf;
1915             if( bits < rcc->buffer_rate/min_fill_factor )
1916                 q *= bits*min_fill_factor/rcc->buffer_rate;
1917             q = X264_MAX( q0, q );
1918         }
1919
1920         /* Apply MinCR restrictions */
1921         double bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1922         if( bits > rcc->frame_size_maximum )
1923             q *= bits / rcc->frame_size_maximum;
1924         bits = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
1925
1926         /* Check B-frame complexity, and use up any bits that would
1927          * overflow before the next P-frame. */
1928         if( h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P && !rcc->single_frame_vbv )
1929         {
1930             int nb = rcc->bframes;
1931             double pbbits = bits;
1932             double bbits = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q * h->param.rc.f_pb_factor, rcc->last_satd );
1933             double space;
1934             double bframe_cpb_duration = 0;
1935             double minigop_cpb_duration;
1936             for( int i = 0; i < nb; i++ )
1937                 bframe_cpb_duration += h->fenc->f_planned_cpb_duration[1+i];
1938
1939             if( bbits * nb > bframe_cpb_duration * rcc->vbv_max_rate )
1940                 nb = 0;
1941             pbbits += nb * bbits;
1942
1943             minigop_cpb_duration = bframe_cpb_duration + h->fenc->f_planned_cpb_duration[0];
1944             space = rcc->buffer_fill + minigop_cpb_duration*rcc->vbv_max_rate - rcc->buffer_size;
1945             if( pbbits < space )
1946             {
1947                 q *= X264_MAX( pbbits / space, bits / (0.5 * rcc->buffer_size) );
1948             }
1949             q = X264_MAX( q0-5, q );
1950         }
1951
1952         if( !rcc->b_vbv_min_rate )
1953             q = X264_MAX( q0, q );
1954     }
1955
1956     if( lmin==lmax )
1957         return lmin;
1958     else if( rcc->b_2pass )
1959     {
1960         double min2 = log( lmin );
1961         double max2 = log( lmax );
1962         q = (log(q) - min2)/(max2-min2) - 0.5;
1963         q = 1.0/(1.0 + exp( -4*q ));
1964         q = q*(max2-min2) + min2;
1965         return exp( q );
1966     }
1967     else
1968         return x264_clip3f( q, lmin, lmax );
1969 }
1970
1971 // update qscale for 1 frame based on actual bits used so far
1972 static float rate_estimate_qscale( x264_t *h )
1973 {
1974     float q;
1975     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
1976     ratecontrol_entry_t rce;
1977     int pict_type = h->sh.i_type;
1978     int64_t total_bits = 8*(h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_I]
1979                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_P]
1980                           + h->stat.i_frame_size[SLICE_TYPE_B]);
1981
1982     if( rcc->b_2pass )
1983     {
1984         rce = *rcc->rce;
1985         if( pict_type != rce.pict_type )
1986         {
1987             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "slice=%c but 2pass stats say %c\n",
1988                       slice_type_to_char[pict_type], slice_type_to_char[rce.pict_type] );
1989         }
1990     }
1991
1992     if( pict_type == SLICE_TYPE_B )
1993     {
1994         /* B-frames don't have independent ratecontrol, but rather get the
1995          * average QP of the two adjacent P-frames + an offset */
1996
1997         int i0 = IS_X264_TYPE_I(h->fref0[0]->i_type);
1998         int i1 = IS_X264_TYPE_I(h->fref1[0]->i_type);
1999         int dt0 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref0[0]->i_poc);
2000         int dt1 = abs(h->fenc->i_poc - h->fref1[0]->i_poc);
2001         float q0 = h->fref0[0]->f_qp_avg_rc;
2002         float q1 = h->fref1[0]->f_qp_avg_rc;
2003
2004         if( h->fref0[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2005             q0 -= rcc->pb_offset/2;
2006         if( h->fref1[0]->i_type == X264_TYPE_BREF )
2007             q1 -= rcc->pb_offset/2;
2008
2009         if( i0 && i1 )
2010             q = (q0 + q1) / 2 + rcc->ip_offset;
2011         else if( i0 )
2012             q = q1;
2013         else if( i1 )
2014             q = q0;
2015         else
2016             q = (q0*dt1 + q1*dt0) / (dt0 + dt1);
2017
2018         if( h->fenc->b_kept_as_ref )
2019             q += rcc->pb_offset/2;
2020         else
2021             q += rcc->pb_offset;
2022
2023         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
2024             rcc->frame_size_planned = qscale2bits( &rce, q );
2025         else
2026             rcc->frame_size_planned = predict_size( rcc->pred_b_from_p, q, h->fref1[h->i_ref1-1]->i_satd );
2027         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2028
2029         /* For row SATDs */
2030         if( rcc->b_vbv )
2031             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2032         rcc->qp_novbv = q;
2033         return qp2qscale( q );
2034     }
2035     else
2036     {
2037         double abr_buffer = 2 * rcc->rate_tolerance * rcc->bitrate;
2038
2039         if( rcc->b_2pass )
2040         {
2041             double lmin = rcc->lmin[pict_type];
2042             double lmax = rcc->lmax[pict_type];
2043             int64_t diff;
2044             int64_t predicted_bits = total_bits;
2045
2046             if( rcc->b_vbv )
2047             {
2048                 if( h->i_thread_frames > 1 )
2049                 {
2050                     int j = h->rc - h->thread[0]->rc;
2051                     for( int i = 1; i < h->i_thread_frames; i++ )
2052                     {
2053                         x264_t *t = h->thread[ (j+i)%h->i_thread_frames ];
2054                         double bits = t->rc->frame_size_planned;
2055                         if( !t->b_thread_active )
2056                             continue;
2057                         bits  = X264_MAX(bits, t->rc->frame_size_estimated);
2058                         predicted_bits += (int64_t)bits;
2059                     }
2060                 }
2061             }
2062             else
2063             {
2064                 if( h->i_frame < h->i_thread_frames )
2065                     predicted_bits += (int64_t)h->i_frame * rcc->bitrate / rcc->fps;
2066                 else
2067                     predicted_bits += (int64_t)(h->i_thread_frames - 1) * rcc->bitrate / rcc->fps;
2068             }
2069
2070             /* Adjust ABR buffer based on distance to the end of the video. */
2071             if( rcc->num_entries > h->i_frame )
2072             {
2073                 double final_bits = rcc->entry[rcc->num_entries-1].expected_bits;
2074                 double video_pos = rce.expected_bits / final_bits;
2075                 double scale_factor = sqrt( (1 - video_pos) * rcc->num_entries );
2076                 abr_buffer *= 0.5 * X264_MAX( scale_factor, 0.5 );
2077             }
2078
2079             diff = predicted_bits - (int64_t)rce.expected_bits;
2080             q = rce.new_qscale;
2081             q /= x264_clip3f((double)(abr_buffer - diff) / abr_buffer, .5, 2);
2082             if( ((h->i_frame + 1 - h->i_thread_frames) >= rcc->fps) &&
2083                 (rcc->expected_bits_sum > 0))
2084             {
2085                 /* Adjust quant based on the difference between
2086                  * achieved and expected bitrate so far */
2087                 double cur_time = (double)h->i_frame / rcc->num_entries;
2088                 double w = x264_clip3f( cur_time*100, 0.0, 1.0 );
2089                 q *= pow( (double)total_bits / rcc->expected_bits_sum, w );
2090             }
2091             if( rcc->b_vbv )
2092             {
2093                 /* Do not overflow vbv */
2094                 double expected_size = qscale2bits( &rce, q );
2095                 double expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2096                 double expected_fullness = rce.expected_vbv / rcc->buffer_size;
2097                 double qmax = q*(2 - expected_fullness);
2098                 double size_constraint = 1 + expected_fullness;
2099                 qmax = X264_MAX( qmax, rce.new_qscale );
2100                 if( expected_fullness < .05 )
2101                     qmax = lmax;
2102                 qmax = X264_MIN(qmax, lmax);
2103                 while( ((expected_vbv < rce.expected_vbv/size_constraint) && (q < qmax)) ||
2104                         ((expected_vbv < 0) && (q < lmax)))
2105                 {
2106                     q *= 1.05;
2107                     expected_size = qscale2bits(&rce, q);
2108                     expected_vbv = rcc->buffer_fill + rcc->buffer_rate - expected_size;
2109                 }
2110                 rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2111             }
2112             q = x264_clip3f( q, lmin, lmax );
2113         }
2114         else /* 1pass ABR */
2115         {
2116             /* Calculate the quantizer which would have produced the desired
2117              * average bitrate if it had been applied to all frames so far.
2118              * Then modulate that quant based on the current frame's complexity
2119              * relative to the average complexity so far (using the 2pass RCEQ).
2120              * Then bias the quant up or down if total size so far was far from
2121              * the target.
2122              * Result: Depending on the value of rate_tolerance, there is a
2123              * tradeoff between quality and bitrate precision. But at large
2124              * tolerances, the bit distribution approaches that of 2pass. */
2125
2126             double wanted_bits, overflow = 1;
2127
2128             rcc->last_satd = x264_rc_analyse_slice( h );
2129             rcc->short_term_cplxsum *= 0.5;
2130             rcc->short_term_cplxcount *= 0.5;
2131             rcc->short_term_cplxsum += rcc->last_satd;
2132             rcc->short_term_cplxcount ++;
2133
2134             rce.tex_bits = rcc->last_satd;
2135             rce.blurred_complexity = rcc->short_term_cplxsum / rcc->short_term_cplxcount;
2136             rce.mv_bits = 0;
2137             rce.p_count = rcc->nmb;
2138             rce.i_count = 0;
2139             rce.s_count = 0;
2140             rce.qscale = 1;
2141             rce.pict_type = pict_type;
2142
2143             if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF )
2144             {
2145                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->rate_factor_constant, h->fenc->i_frame );
2146             }
2147             else
2148             {
2149                 q = get_qscale( h, &rce, rcc->wanted_bits_window / rcc->cplxr_sum, h->fenc->i_frame );
2150
2151                 /* ABR code can potentially be counterproductive in CBR, so just don't bother.
2152                  * Don't run it if the frame complexity is zero either. */
2153                 if( !rcc->b_vbv_min_rate && rcc->last_satd )
2154                 {
2155                     // FIXME is it simpler to keep track of wanted_bits in ratecontrol_end?
2156                     int i_frame_done = h->i_frame + 1 - h->i_thread_frames;
2157                     double time_done = i_frame_done / rcc->fps;
2158                     if( h->param.b_vfr_input && i_frame_done > 0 )
2159                         time_done = ((double)(h->fenc->i_reordered_pts - h->i_reordered_pts_delay)) * h->param.i_timebase_num / h->param.i_timebase_den;
2160                     wanted_bits = time_done * rcc->bitrate;
2161                     if( wanted_bits > 0 )
2162                     {
2163                         abr_buffer *= X264_MAX( 1, sqrt( time_done ) );
2164                         overflow = x264_clip3f( 1.0 + (total_bits - wanted_bits) / abr_buffer, .5, 2 );
2165                         q *= overflow;
2166                     }
2167                 }
2168             }
2169
2170             if( pict_type == SLICE_TYPE_I && h->param.i_keyint_max > 1
2171                 /* should test _next_ pict type, but that isn't decided yet */
2172                 && rcc->last_non_b_pict_type != SLICE_TYPE_I )
2173             {
2174                 q = qp2qscale( rcc->accum_p_qp / rcc->accum_p_norm );
2175                 q /= fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2176             }
2177             else if( h->i_frame > 0 )
2178             {
2179                 /* Asymmetric clipping, because symmetric would prevent
2180                  * overflow control in areas of rapidly oscillating complexity */
2181                 double lmin = rcc->last_qscale_for[pict_type] / rcc->lstep;
2182                 double lmax = rcc->last_qscale_for[pict_type] * rcc->lstep;
2183                 if( overflow > 1.1 && h->i_frame > 3 )
2184                     lmax *= rcc->lstep;
2185                 else if( overflow < 0.9 )
2186                     lmin /= rcc->lstep;
2187
2188                 q = x264_clip3f(q, lmin, lmax);
2189             }
2190             else if( h->param.rc.i_rc_method == X264_RC_CRF && rcc->qcompress != 1 )
2191             {
2192                 q = qp2qscale( ABR_INIT_QP ) / fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2193             }
2194             rcc->qp_novbv = qscale2qp( q );
2195
2196             //FIXME use get_diff_limited_q() ?
2197             q = clip_qscale( h, pict_type, q );
2198         }
2199
2200         rcc->last_qscale_for[pict_type] =
2201         rcc->last_qscale = q;
2202
2203         if( !(rcc->b_2pass && !rcc->b_vbv) && h->fenc->i_frame == 0 )
2204             rcc->last_qscale_for[SLICE_TYPE_P] = q * fabs( h->param.rc.f_ip_factor );
2205
2206         if( rcc->b_2pass && rcc->b_vbv )
2207             rcc->frame_size_planned = qscale2bits(&rce, q);
2208         else
2209             rcc->frame_size_planned = predict_size( &rcc->pred[h->sh.i_type], q, rcc->last_satd );
2210
2211         /* Always use up the whole VBV in this case. */
2212         if( rcc->single_frame_vbv )
2213             rcc->frame_size_planned = rcc->buffer_rate;
2214         h->rc->frame_size_estimated = rcc->frame_size_planned;
2215         return q;
2216     }
2217 }
2218
2219 void x264_threads_normalize_predictors( x264_t *h )
2220 {
2221     double totalsize = 0;
2222     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2223         totalsize += h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2224     double factor = h->rc->frame_size_planned / totalsize;
2225     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2226         h->thread[i]->rc->slice_size_planned *= factor;
2227 }
2228
2229 void x264_threads_distribute_ratecontrol( x264_t *h )
2230 {
2231     int row;
2232     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2233
2234     /* Initialize row predictors */
2235     if( h->i_frame == 0 )
2236         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2237         {
2238             x264_ratecontrol_t *t = h->thread[i]->rc;
2239             memcpy( t->row_preds, rc->row_preds, sizeof(rc->row_preds) );
2240         }
2241
2242     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2243     {
2244         x264_t *t = h->thread[i];
2245         memcpy( t->rc, rc, offsetof(x264_ratecontrol_t, row_pred) );
2246         t->rc->row_pred = &t->rc->row_preds[h->sh.i_type];
2247         /* Calculate the planned slice size. */
2248         if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2249         {
2250             int size = 0;
2251             for( row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2252                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2253             t->rc->slice_size_planned = predict_size( &rc->pred[h->sh.i_type + (i+1)*5], rc->qpm, size );
2254         }
2255         else
2256             t->rc->slice_size_planned = 0;
2257     }
2258     if( rc->b_vbv && rc->frame_size_planned )
2259     {
2260         x264_threads_normalize_predictors( h );
2261
2262         if( rc->single_frame_vbv )
2263         {
2264             /* Compensate for our max frame error threshold: give more bits (proportionally) to smaller slices. */
2265             for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2266             {
2267                 x264_t *t = h->thread[i];
2268                 t->rc->max_frame_error = X264_MAX( 0.05, 1.0 / (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) );
2269                 t->rc->slice_size_planned += 2 * t->rc->max_frame_error * rc->frame_size_planned;
2270             }
2271             x264_threads_normalize_predictors( h );
2272         }
2273
2274         for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2275             h->thread[i]->rc->frame_size_estimated = h->thread[i]->rc->slice_size_planned;
2276     }
2277 }
2278
2279 void x264_threads_merge_ratecontrol( x264_t *h )
2280 {
2281     x264_ratecontrol_t *rc = h->rc;
2282     x264_emms();
2283
2284     for( int i = 0; i < h->param.i_threads; i++ )
2285     {
2286         x264_t *t = h->thread[i];
2287         x264_ratecontrol_t *rct = h->thread[i]->rc;
2288         if( h->param.rc.i_vbv_buffer_size )
2289         {
2290             int size = 0;
2291             for( int row = t->i_threadslice_start; row < t->i_threadslice_end; row++ )
2292                 size += h->fdec->i_row_satd[row];
2293             int bits = t->stat.frame.i_mv_bits + t->stat.frame.i_tex_bits + t->stat.frame.i_misc_bits;
2294             int mb_count = (t->i_threadslice_end - t->i_threadslice_start) * h->mb.i_mb_width;
2295             update_predictor( &rc->pred[h->sh.i_type+5*i], qp2qscale( rct->qpa_rc/mb_count ), size, bits );
2296         }
2297         if( !i )
2298             continue;
2299         rc->qpa_rc += rct->qpa_rc;
2300         rc->qpa_aq += rct->qpa_aq;
2301     }
2302 }
2303
2304 void x264_thread_sync_ratecontrol( x264_t *cur, x264_t *prev, x264_t *next )
2305 {
2306     if( cur != prev )
2307     {
2308 #define COPY(var) memcpy(&cur->rc->var, &prev->rc->var, sizeof(cur->rc->var))
2309         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_start()
2310          * so copy them from the context that most recently started (prev)
2311          * to the context that's about to start (cur). */
2312         COPY(accum_p_qp);
2313         COPY(accum_p_norm);
2314         COPY(last_satd);
2315         COPY(last_rceq);
2316         COPY(last_qscale_for);
2317         COPY(last_non_b_pict_type);
2318         COPY(short_term_cplxsum);
2319         COPY(short_term_cplxcount);
2320         COPY(bframes);
2321         COPY(prev_zone);
2322         COPY(qpbuf_pos);
2323         /* these vars can be updated by x264_ratecontrol_init_reconfigurable */
2324         COPY(buffer_rate);
2325         COPY(buffer_size);
2326         COPY(single_frame_vbv);
2327         COPY(cbr_decay);
2328         COPY(b_vbv_min_rate);
2329         COPY(rate_factor_constant);
2330         COPY(bitrate);
2331 #undef COPY
2332     }
2333     if( cur != next )
2334     {
2335 #define COPY(var) next->rc->var = cur->rc->var
2336         /* these vars are updated in x264_ratecontrol_end()
2337          * so copy them from the context that most recently ended (cur)
2338          * to the context that's about to end (next) */
2339         COPY(cplxr_sum);
2340         COPY(expected_bits_sum);
2341         COPY(wanted_bits_window);
2342         COPY(bframe_bits);
2343         COPY(initial_cpb_removal_delay);
2344         COPY(initial_cpb_removal_delay_offset);
2345         COPY(nrt_first_access_unit);
2346         COPY(previous_cpb_final_arrival_time);
2347 #undef COPY
2348     }
2349     //FIXME row_preds[] (not strictly necessary, but would improve prediction)
2350     /* the rest of the variables are either constant or thread-local */
2351 }
2352
2353 static int find_underflow( x264_t *h, double *fills, int *t0, int *t1, int over )
2354 {
2355     /* find an interval ending on an overflow or underflow (depending on whether
2356      * we're adding or removing bits), and starting on the earliest frame that
2357      * can influence the buffer fill of that end frame. */
2358     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2359     const double buffer_min = (over ? .1 : .1) * rcc->buffer_size;
2360     const double buffer_max = .9 * rcc->buffer_size;
2361     double fill = fills[*t0-1];
2362     double parity = over ? 1. : -1.;
2363     int start = -1, end = -1;
2364     for( int i = *t0; i < rcc->num_entries; i++ )
2365     {
2366         fill += (rcc->entry[i].i_cpb_duration * rcc->vbv_max_rate * h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale -
2367                  qscale2bits( &rcc->entry[i], rcc->entry[i].new_qscale )) * parity;
2368         fill = x264_clip3f(fill, 0, rcc->buffer_size);
2369         fills[i] = fill;
2370         if( fill <= buffer_min || i == 0 )
2371         {
2372             if( end >= 0 )
2373                 break;
2374             start = i;
2375         }
2376         else if( fill >= buffer_max && start >= 0 )
2377             end = i;
2378     }
2379     *t0 = start;
2380     *t1 = end;
2381     return start >= 0 && end >= 0;
2382 }
2383
2384 static int fix_underflow( x264_t *h, int t0, int t1, double adjustment, double qscale_min, double qscale_max)
2385 {
2386     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2387     double qscale_orig, qscale_new;
2388     int adjusted = 0;
2389     if( t0 > 0 )
2390         t0++;
2391     for( int i = t0; i <= t1; i++ )
2392     {
2393         qscale_orig = rcc->entry[i].new_qscale;
2394         qscale_orig = x264_clip3f( qscale_orig, qscale_min, qscale_max );
2395         qscale_new  = qscale_orig * adjustment;
2396         qscale_new  = x264_clip3f( qscale_new, qscale_min, qscale_max );
2397         rcc->entry[i].new_qscale = qscale_new;
2398         adjusted = adjusted || (qscale_new != qscale_orig);
2399     }
2400     return adjusted;
2401 }
2402
2403 static double count_expected_bits( x264_t *h )
2404 {
2405     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2406     double expected_bits = 0;
2407     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2408     {
2409         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2410         rce->expected_bits = expected_bits;
2411         expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2412     }
2413     return expected_bits;
2414 }
2415
2416 static int vbv_pass2( x264_t *h, double all_available_bits )
2417 {
2418     /* for each interval of buffer_full .. underflow, uniformly increase the qp of all
2419      * frames in the interval until either buffer is full at some intermediate frame or the
2420      * last frame in the interval no longer underflows.  Recompute intervals and repeat.
2421      * Then do the converse to put bits back into overflow areas until target size is met */
2422
2423     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2424     double *fills;
2425     double expected_bits = 0;
2426     double adjustment;
2427     double prev_bits = 0;
2428     int t0, t1;
2429     double qscale_min = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_min );
2430     double qscale_max = qp2qscale( h->param.rc.i_qp_max );
2431     int iterations = 0;
2432     int adj_min, adj_max;
2433     CHECKED_MALLOC( fills, (rcc->num_entries+1)*sizeof(double) );
2434
2435     fills++;
2436
2437     /* adjust overall stream size */
2438     do
2439     {
2440         iterations++;
2441         prev_bits = expected_bits;
2442
2443         if( expected_bits )
2444         {   /* not first iteration */
2445             adjustment = X264_MAX(X264_MIN(expected_bits / all_available_bits, 0.999), 0.9);
2446             fills[-1] = rcc->buffer_size * h->param.rc.f_vbv_buffer_init;
2447             t0 = 0;
2448             /* fix overflows */
2449             adj_min = 1;
2450             while(adj_min && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 1 ))
2451             {
2452                 adj_min = fix_underflow( h, t0, t1, adjustment, qscale_min, qscale_max );
2453                 t0 = t1;
2454             }
2455         }
2456
2457         fills[-1] = rcc->buffer_size * (1. - h->param.rc.f_vbv_buffer_init);
2458         t0 = 0;
2459         /* fix underflows -- should be done after overflow, as we'd better undersize target than underflowing VBV */
2460         adj_max = 1;
2461         while( adj_max && find_underflow( h, fills, &t0, &t1, 0 ) )
2462             adj_max = fix_underflow( h, t0, t1, 1.001, qscale_min, qscale_max );
2463
2464         expected_bits = count_expected_bits( h );
2465     } while( (expected_bits < .995*all_available_bits) && ((int64_t)(expected_bits+.5) > (int64_t)(prev_bits+.5)) );
2466
2467     if( !adj_max )
2468         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "vbv-maxrate issue, qpmax or vbv-maxrate too low\n");
2469
2470     /* store expected vbv filling values for tracking when encoding */
2471     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2472         rcc->entry[i].expected_vbv = rcc->buffer_size - fills[i];
2473
2474     x264_free( fills-1 );
2475     return 0;
2476 fail:
2477     return -1;
2478 }
2479
2480 static int init_pass2( x264_t *h )
2481 {
2482     x264_ratecontrol_t *rcc = h->rc;
2483     uint64_t all_const_bits = 0;
2484     double duration = 0;
2485     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2486         duration += rcc->entry[i].i_duration;
2487     duration *= (double)h->sps->vui.i_num_units_in_tick / h->sps->vui.i_time_scale;
2488     uint64_t all_available_bits = h->param.rc.i_bitrate * 1000. * duration;
2489     double rate_factor, step_mult;
2490     double qblur = h->param.rc.f_qblur;
2491     double cplxblur = h->param.rc.f_complexity_blur;
2492     const int filter_size = (int)(qblur*4) | 1;
2493     double expected_bits;
2494     double *qscale, *blurred_qscale;
2495
2496     /* find total/average complexity & const_bits */
2497     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2498     {
2499         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2500         all_const_bits += rce->misc_bits;
2501     }
2502
2503     if( all_available_bits < all_const_bits)
2504     {
2505         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "requested bitrate is too low. estimated minimum is %d kbps\n",
2506                  (int)(all_const_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.)) );
2507         return -1;
2508     }
2509
2510     /* Blur complexities, to reduce local fluctuation of QP.
2511      * We don't blur the QPs directly, because then one very simple frame
2512      * could drag down the QP of a nearby complex frame and give it more
2513      * bits than intended. */
2514     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2515     {
2516         ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2517         double weight_sum = 0;
2518         double cplx_sum = 0;
2519         double weight = 1.0;
2520         double gaussian_weight;
2521         /* weighted average of cplx of future frames */
2522         for( int j = 1; j < cplxblur*2 && j < rcc->num_entries-i; j++ )
2523         {
2524             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i+j];
2525             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2526             if( weight < .0001 )
2527                 break;
2528             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2529             weight_sum += gaussian_weight;
2530             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits(rcj, 1) - rcj->misc_bits);
2531         }
2532         /* weighted average of cplx of past frames */
2533         weight = 1.0;
2534         for( int j = 0; j <= cplxblur*2 && j <= i; j++ )
2535         {
2536             ratecontrol_entry_t *rcj = &rcc->entry[i-j];
2537             gaussian_weight = weight * exp( -j*j/200.0 );
2538             weight_sum += gaussian_weight;
2539             cplx_sum += gaussian_weight * (qscale2bits( rcj, 1 ) - rcj->misc_bits);
2540             weight *= 1 - pow( (float)rcj->i_count / rcc->nmb, 2 );
2541             if( weight < .0001 )
2542                 break;
2543         }
2544         rce->blurred_complexity = cplx_sum / weight_sum;
2545     }
2546
2547     CHECKED_MALLOC( qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2548     if( filter_size > 1 )
2549         CHECKED_MALLOC( blurred_qscale, sizeof(double)*rcc->num_entries );
2550     else
2551         blurred_qscale = qscale;
2552
2553     /* Search for a factor which, when multiplied by the RCEQ values from
2554      * each frame, adds up to the desired total size.
2555      * There is no exact closed-form solution because of VBV constraints and
2556      * because qscale2bits is not invertible, but we can start with the simple
2557      * approximation of scaling the 1st pass by the ratio of bitrates.
2558      * The search range is probably overkill, but speed doesn't matter here. */
2559
2560     expected_bits = 1;
2561     for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2562     {
2563         double q = get_qscale(h, &rcc->entry[i], 1.0, i);
2564         expected_bits += qscale2bits(&rcc->entry[i], q);
2565         rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = q;
2566     }
2567     step_mult = all_available_bits / expected_bits;
2568
2569     rate_factor = 0;
2570     for( double step = 1E4 * step_mult; step > 1E-7 * step_mult; step *= 0.5)
2571     {
2572         expected_bits = 0;
2573         rate_factor += step;
2574
2575         rcc->last_non_b_pict_type = -1;
2576         rcc->last_accum_p_norm = 1;
2577         rcc->accum_p_norm = 0;
2578
2579         /* find qscale */
2580         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2581         {
2582             qscale[i] = get_qscale( h, &rcc->entry[i], rate_factor, i );
2583             rcc->last_qscale_for[rcc->entry[i].pict_type] = qscale[i];
2584         }
2585
2586         /* fixed I/B qscale relative to P */
2587         for( int i = rcc->num_entries-1; i >= 0; i-- )
2588         {
2589             qscale[i] = get_diff_limited_q( h, &rcc->entry[i], qscale[i] );
2590             assert(qscale[i] >= 0);
2591         }
2592
2593         /* smooth curve */
2594         if( filter_size > 1 )
2595         {
2596             assert( filter_size%2 == 1 );
2597             for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2598             {
2599                 ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2600                 double q = 0.0, sum = 0.0;
2601
2602                 for( int j = 0; j < filter_size; j++ )
2603                 {
2604                     int idx = i+j-filter_size/2;
2605                     double d = idx-i;
2606                     double coeff = qblur==0 ? 1.0 : exp( -d*d/(qblur*qblur) );
2607                     if( idx < 0 || idx >= rcc->num_entries )
2608                         continue;
2609                     if( rce->pict_type != rcc->entry[idx].pict_type )
2610                         continue;
2611                     q += qscale[idx] * coeff;
2612                     sum += coeff;
2613                 }
2614                 blurred_qscale[i] = q/sum;
2615             }
2616         }
2617
2618         /* find expected bits */
2619         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2620         {
2621             ratecontrol_entry_t *rce = &rcc->entry[i];
2622             rce->new_qscale = clip_qscale( h, rce->pict_type, blurred_qscale[i] );
2623             assert(rce->new_qscale >= 0);
2624             expected_bits += qscale2bits( rce, rce->new_qscale );
2625         }
2626
2627         if( expected_bits > all_available_bits )
2628             rate_factor -= step;
2629     }
2630
2631     x264_free( qscale );
2632     if( filter_size > 1 )
2633         x264_free( blurred_qscale );
2634
2635     if( rcc->b_vbv )
2636         if( vbv_pass2( h, all_available_bits ) )
2637             return -1;
2638     expected_bits = count_expected_bits( h );
2639
2640     if( fabs( expected_bits/all_available_bits - 1.0 ) > 0.01 )
2641     {
2642         double avgq = 0;
2643         for( int i = 0; i < rcc->num_entries; i++ )
2644             avgq += rcc->entry[i].new_qscale;
2645         avgq = qscale2qp( avgq / rcc->num_entries );
2646
2647         if( expected_bits > all_available_bits || !rcc->b_vbv )
2648             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "Error: 2pass curve failed to converge\n" );
2649         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "target: %.2f kbit/s, expected: %.2f kbit/s, avg QP: %.4f\n",
2650                   (float)h->param.rc.i_bitrate,
2651                   expected_bits * rcc->fps / (rcc->num_entries * 1000.),
2652                   avgq );
2653         if( expected_bits < all_available_bits && avgq < h->param.rc.i_qp_min + 2 )
2654         {
2655             if( h->param.rc.i_qp_min > 0 )
2656                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate or reducing qp_min (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_min );
2657             else
2658                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try reducing target bitrate\n" );
2659         }
2660         else if( expected_bits > all_available_bits && avgq > h->param.rc.i_qp_max - 2 )
2661         {
2662             if( h->param.rc.i_qp_max < QP_MAX )
2663                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate or increasing qp_max (currently %d)\n", h->param.rc.i_qp_max );
2664             else
2665                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "try increasing target bitrate\n");
2666         }
2667         else if( !(rcc->b_2pass && rcc->b_vbv) )
2668             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "internal error\n" );
2669     }
2670
2671     return 0;
2672 fail:
2673     return -1;
2674 }