]> granicus.if.org Git - libvpx/blob - vp10/encoder/firstpass.c
Merge "Use sizeof(variable) instead of sizeof(type)"
[libvpx] / vp10 / encoder / firstpass.c
1 /*
2  *  Copyright (c) 2010 The WebM project authors. All Rights Reserved.
3  *
4  *  Use of this source code is governed by a BSD-style license
5  *  that can be found in the LICENSE file in the root of the source
6  *  tree. An additional intellectual property rights grant can be found
7  *  in the file PATENTS.  All contributing project authors may
8  *  be found in the AUTHORS file in the root of the source tree.
9  */
10
11 #include <limits.h>
12 #include <math.h>
13 #include <stdio.h>
14
15 #include "./vpx_dsp_rtcd.h"
16 #include "./vpx_scale_rtcd.h"
17
18 #include "vpx_mem/vpx_mem.h"
19 #include "vpx_ports/mem.h"
20 #include "vpx_ports/system_state.h"
21 #include "vpx_scale/vpx_scale.h"
22 #include "vpx_scale/yv12config.h"
23
24 #include "vp10/common/entropymv.h"
25 #include "vp10/common/quant_common.h"
26 #include "vp10/common/reconinter.h"  // vp10_setup_dst_planes()
27 #include "vp10/encoder/aq_variance.h"
28 #include "vp10/encoder/block.h"
29 #include "vp10/encoder/encodeframe.h"
30 #include "vp10/encoder/encodemb.h"
31 #include "vp10/encoder/encodemv.h"
32 #include "vp10/encoder/encoder.h"
33 #include "vp10/encoder/extend.h"
34 #include "vp10/encoder/firstpass.h"
35 #include "vp10/encoder/mcomp.h"
36 #include "vp10/encoder/quantize.h"
37 #include "vp10/encoder/rd.h"
38 #include "vpx_dsp/variance.h"
39
40 #define OUTPUT_FPF          0
41 #define ARF_STATS_OUTPUT    0
42
43 #define GROUP_ADAPTIVE_MAXQ 1
44
45 #define BOOST_BREAKOUT      12.5
46 #define BOOST_FACTOR        12.5
47 #define ERR_DIVISOR         128.0
48 #define FACTOR_PT_LOW       0.70
49 #define FACTOR_PT_HIGH      0.90
50 #define FIRST_PASS_Q        10.0
51 #define GF_MAX_BOOST        96.0
52 #define INTRA_MODE_PENALTY  1024
53 #define KF_MAX_BOOST        128.0
54 #define MIN_ARF_GF_BOOST    240
55 #define MIN_DECAY_FACTOR    0.01
56 #define MIN_KF_BOOST        300
57 #define NEW_MV_MODE_PENALTY 32
58 #define SVC_FACTOR_PT_LOW   0.45
59 #define DARK_THRESH         64
60 #define DEFAULT_GRP_WEIGHT  1.0
61 #define RC_FACTOR_MIN       0.75
62 #define RC_FACTOR_MAX       1.75
63
64
65 #define NCOUNT_INTRA_THRESH 8192
66 #define NCOUNT_INTRA_FACTOR 3
67 #define NCOUNT_FRAME_II_THRESH 5.0
68
69 #define DOUBLE_DIVIDE_CHECK(x) ((x) < 0 ? (x) - 0.000001 : (x) + 0.000001)
70
71 #if ARF_STATS_OUTPUT
72 unsigned int arf_count = 0;
73 #endif
74
75 // Resets the first pass file to the given position using a relative seek from
76 // the current position.
77 static void reset_fpf_position(TWO_PASS *p,
78                                const FIRSTPASS_STATS *position) {
79   p->stats_in = position;
80 }
81
82 // Read frame stats at an offset from the current position.
83 static const FIRSTPASS_STATS *read_frame_stats(const TWO_PASS *p, int offset) {
84   if ((offset >= 0 && p->stats_in + offset >= p->stats_in_end) ||
85       (offset < 0 && p->stats_in + offset < p->stats_in_start)) {
86     return NULL;
87   }
88
89   return &p->stats_in[offset];
90 }
91
92 static int input_stats(TWO_PASS *p, FIRSTPASS_STATS *fps) {
93   if (p->stats_in >= p->stats_in_end)
94     return EOF;
95
96   *fps = *p->stats_in;
97   ++p->stats_in;
98   return 1;
99 }
100
101 static void output_stats(FIRSTPASS_STATS *stats,
102                          struct vpx_codec_pkt_list *pktlist) {
103   struct vpx_codec_cx_pkt pkt;
104   pkt.kind = VPX_CODEC_STATS_PKT;
105   pkt.data.twopass_stats.buf = stats;
106   pkt.data.twopass_stats.sz = sizeof(FIRSTPASS_STATS);
107   vpx_codec_pkt_list_add(pktlist, &pkt);
108
109 // TEMP debug code
110 #if OUTPUT_FPF
111   {
112     FILE *fpfile;
113     fpfile = fopen("firstpass.stt", "a");
114
115     fprintf(fpfile, "%12.0lf %12.4lf %12.0lf %12.0lf %12.0lf %12.4lf %12.4lf"
116             "%12.4lf %12.4lf %12.4lf %12.4lf %12.4lf %12.4lf %12.4lf %12.4lf"
117             "%12.4lf %12.4lf %12.0lf %12.0lf %12.0lf %12.4lf\n",
118             stats->frame,
119             stats->weight,
120             stats->intra_error,
121             stats->coded_error,
122             stats->sr_coded_error,
123             stats->pcnt_inter,
124             stats->pcnt_motion,
125             stats->pcnt_second_ref,
126             stats->pcnt_neutral,
127             stats->intra_skip_pct,
128             stats->inactive_zone_rows,
129             stats->inactive_zone_cols,
130             stats->MVr,
131             stats->mvr_abs,
132             stats->MVc,
133             stats->mvc_abs,
134             stats->MVrv,
135             stats->MVcv,
136             stats->mv_in_out_count,
137             stats->new_mv_count,
138             stats->count,
139             stats->duration);
140     fclose(fpfile);
141   }
142 #endif
143 }
144
145 #if CONFIG_FP_MB_STATS
146 static void output_fpmb_stats(uint8_t *this_frame_mb_stats, VP9_COMMON *cm,
147                          struct vpx_codec_pkt_list *pktlist) {
148   struct vpx_codec_cx_pkt pkt;
149   pkt.kind = VPX_CODEC_FPMB_STATS_PKT;
150   pkt.data.firstpass_mb_stats.buf = this_frame_mb_stats;
151   pkt.data.firstpass_mb_stats.sz = cm->initial_mbs * sizeof(uint8_t);
152   vpx_codec_pkt_list_add(pktlist, &pkt);
153 }
154 #endif
155
156 static void zero_stats(FIRSTPASS_STATS *section) {
157   section->frame = 0.0;
158   section->weight = 0.0;
159   section->intra_error = 0.0;
160   section->coded_error = 0.0;
161   section->sr_coded_error = 0.0;
162   section->pcnt_inter  = 0.0;
163   section->pcnt_motion  = 0.0;
164   section->pcnt_second_ref = 0.0;
165   section->pcnt_neutral = 0.0;
166   section->intra_skip_pct = 0.0;
167   section->inactive_zone_rows = 0.0;
168   section->inactive_zone_cols = 0.0;
169   section->MVr = 0.0;
170   section->mvr_abs     = 0.0;
171   section->MVc        = 0.0;
172   section->mvc_abs     = 0.0;
173   section->MVrv       = 0.0;
174   section->MVcv       = 0.0;
175   section->mv_in_out_count  = 0.0;
176   section->new_mv_count = 0.0;
177   section->count      = 0.0;
178   section->duration   = 1.0;
179   section->spatial_layer_id = 0;
180 }
181
182 static void accumulate_stats(FIRSTPASS_STATS *section,
183                              const FIRSTPASS_STATS *frame) {
184   section->frame += frame->frame;
185   section->weight += frame->weight;
186   section->spatial_layer_id = frame->spatial_layer_id;
187   section->intra_error += frame->intra_error;
188   section->coded_error += frame->coded_error;
189   section->sr_coded_error += frame->sr_coded_error;
190   section->pcnt_inter  += frame->pcnt_inter;
191   section->pcnt_motion += frame->pcnt_motion;
192   section->pcnt_second_ref += frame->pcnt_second_ref;
193   section->pcnt_neutral += frame->pcnt_neutral;
194   section->intra_skip_pct += frame->intra_skip_pct;
195   section->inactive_zone_rows += frame->inactive_zone_rows;
196   section->inactive_zone_cols += frame->inactive_zone_cols;
197   section->MVr += frame->MVr;
198   section->mvr_abs     += frame->mvr_abs;
199   section->MVc        += frame->MVc;
200   section->mvc_abs     += frame->mvc_abs;
201   section->MVrv       += frame->MVrv;
202   section->MVcv       += frame->MVcv;
203   section->mv_in_out_count  += frame->mv_in_out_count;
204   section->new_mv_count += frame->new_mv_count;
205   section->count      += frame->count;
206   section->duration   += frame->duration;
207 }
208
209 static void subtract_stats(FIRSTPASS_STATS *section,
210                            const FIRSTPASS_STATS *frame) {
211   section->frame -= frame->frame;
212   section->weight -= frame->weight;
213   section->intra_error -= frame->intra_error;
214   section->coded_error -= frame->coded_error;
215   section->sr_coded_error -= frame->sr_coded_error;
216   section->pcnt_inter  -= frame->pcnt_inter;
217   section->pcnt_motion -= frame->pcnt_motion;
218   section->pcnt_second_ref -= frame->pcnt_second_ref;
219   section->pcnt_neutral -= frame->pcnt_neutral;
220   section->intra_skip_pct -= frame->intra_skip_pct;
221   section->inactive_zone_rows -= frame->inactive_zone_rows;
222   section->inactive_zone_cols -= frame->inactive_zone_cols;
223   section->MVr -= frame->MVr;
224   section->mvr_abs     -= frame->mvr_abs;
225   section->MVc        -= frame->MVc;
226   section->mvc_abs     -= frame->mvc_abs;
227   section->MVrv       -= frame->MVrv;
228   section->MVcv       -= frame->MVcv;
229   section->mv_in_out_count  -= frame->mv_in_out_count;
230   section->new_mv_count -= frame->new_mv_count;
231   section->count      -= frame->count;
232   section->duration   -= frame->duration;
233 }
234
235 // Calculate an active area of the image that discounts formatting
236 // bars and partially discounts other 0 energy areas.
237 #define MIN_ACTIVE_AREA 0.5
238 #define MAX_ACTIVE_AREA 1.0
239 static double calculate_active_area(const VP9_COMP *cpi,
240                                     const FIRSTPASS_STATS *this_frame)
241 {
242   double active_pct;
243
244   active_pct = 1.0 -
245     ((this_frame->intra_skip_pct / 2) +
246      ((this_frame->inactive_zone_rows * 2) / (double)cpi->common.mb_rows));
247   return fclamp(active_pct, MIN_ACTIVE_AREA, MAX_ACTIVE_AREA);
248 }
249
250 // Calculate a modified Error used in distributing bits between easier and
251 // harder frames.
252 #define ACT_AREA_CORRECTION 0.5
253 static double calculate_modified_err(const VP9_COMP *cpi,
254                                      const TWO_PASS *twopass,
255                                      const VP9EncoderConfig *oxcf,
256                                      const FIRSTPASS_STATS *this_frame) {
257   const FIRSTPASS_STATS *const stats = &twopass->total_stats;
258   const double av_weight = stats->weight / stats->count;
259   const double av_err = (stats->coded_error * av_weight) / stats->count;
260   double modified_error =
261     av_err * pow(this_frame->coded_error * this_frame->weight /
262                  DOUBLE_DIVIDE_CHECK(av_err), oxcf->two_pass_vbrbias / 100.0);
263
264   // Correction for active area. Frames with a reduced active area
265   // (eg due to formatting bars) have a higher error per mb for the
266   // remaining active MBs. The correction here assumes that coding
267   // 0.5N blocks of complexity 2X is a little easier than coding N
268   // blocks of complexity X.
269   modified_error *=
270     pow(calculate_active_area(cpi, this_frame), ACT_AREA_CORRECTION);
271
272   return fclamp(modified_error,
273                 twopass->modified_error_min, twopass->modified_error_max);
274 }
275
276 // This function returns the maximum target rate per frame.
277 static int frame_max_bits(const RATE_CONTROL *rc,
278                           const VP9EncoderConfig *oxcf) {
279   int64_t max_bits = ((int64_t)rc->avg_frame_bandwidth *
280                           (int64_t)oxcf->two_pass_vbrmax_section) / 100;
281   if (max_bits < 0)
282     max_bits = 0;
283   else if (max_bits > rc->max_frame_bandwidth)
284     max_bits = rc->max_frame_bandwidth;
285
286   return (int)max_bits;
287 }
288
289 void vp10_init_first_pass(VP9_COMP *cpi) {
290   zero_stats(&cpi->twopass.total_stats);
291 }
292
293 void vp10_end_first_pass(VP9_COMP *cpi) {
294   if (is_two_pass_svc(cpi)) {
295     int i;
296     for (i = 0; i < cpi->svc.number_spatial_layers; ++i) {
297       output_stats(&cpi->svc.layer_context[i].twopass.total_stats,
298                    cpi->output_pkt_list);
299     }
300   } else {
301     output_stats(&cpi->twopass.total_stats, cpi->output_pkt_list);
302   }
303 }
304
305 static vpx_variance_fn_t get_block_variance_fn(BLOCK_SIZE bsize) {
306   switch (bsize) {
307     case BLOCK_8X8:
308       return vpx_mse8x8;
309     case BLOCK_16X8:
310       return vpx_mse16x8;
311     case BLOCK_8X16:
312       return vpx_mse8x16;
313     default:
314       return vpx_mse16x16;
315   }
316 }
317
318 static unsigned int get_prediction_error(BLOCK_SIZE bsize,
319                                          const struct buf_2d *src,
320                                          const struct buf_2d *ref) {
321   unsigned int sse;
322   const vpx_variance_fn_t fn = get_block_variance_fn(bsize);
323   fn(src->buf, src->stride, ref->buf, ref->stride, &sse);
324   return sse;
325 }
326
327 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
328 static vpx_variance_fn_t highbd_get_block_variance_fn(BLOCK_SIZE bsize,
329                                                       int bd) {
330   switch (bd) {
331     default:
332       switch (bsize) {
333         case BLOCK_8X8:
334           return vpx_highbd_8_mse8x8;
335         case BLOCK_16X8:
336           return vpx_highbd_8_mse16x8;
337         case BLOCK_8X16:
338           return vpx_highbd_8_mse8x16;
339         default:
340           return vpx_highbd_8_mse16x16;
341       }
342       break;
343     case 10:
344       switch (bsize) {
345         case BLOCK_8X8:
346           return vpx_highbd_10_mse8x8;
347         case BLOCK_16X8:
348           return vpx_highbd_10_mse16x8;
349         case BLOCK_8X16:
350           return vpx_highbd_10_mse8x16;
351         default:
352           return vpx_highbd_10_mse16x16;
353       }
354       break;
355     case 12:
356       switch (bsize) {
357         case BLOCK_8X8:
358           return vpx_highbd_12_mse8x8;
359         case BLOCK_16X8:
360           return vpx_highbd_12_mse16x8;
361         case BLOCK_8X16:
362           return vpx_highbd_12_mse8x16;
363         default:
364           return vpx_highbd_12_mse16x16;
365       }
366       break;
367   }
368 }
369
370 static unsigned int highbd_get_prediction_error(BLOCK_SIZE bsize,
371                                                 const struct buf_2d *src,
372                                                 const struct buf_2d *ref,
373                                                 int bd) {
374   unsigned int sse;
375   const vpx_variance_fn_t fn = highbd_get_block_variance_fn(bsize, bd);
376   fn(src->buf, src->stride, ref->buf, ref->stride, &sse);
377   return sse;
378 }
379 #endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
380
381 // Refine the motion search range according to the frame dimension
382 // for first pass test.
383 static int get_search_range(const VP9_COMP *cpi) {
384   int sr = 0;
385   const int dim = MIN(cpi->initial_width, cpi->initial_height);
386
387   while ((dim << sr) < MAX_FULL_PEL_VAL)
388     ++sr;
389   return sr;
390 }
391
392 static void first_pass_motion_search(VP9_COMP *cpi, MACROBLOCK *x,
393                                      const MV *ref_mv, MV *best_mv,
394                                      int *best_motion_err) {
395   MACROBLOCKD *const xd = &x->e_mbd;
396   MV tmp_mv = {0, 0};
397   MV ref_mv_full = {ref_mv->row >> 3, ref_mv->col >> 3};
398   int num00, tmp_err, n;
399   const BLOCK_SIZE bsize = xd->mi[0]->mbmi.sb_type;
400   vp9_variance_fn_ptr_t v_fn_ptr = cpi->fn_ptr[bsize];
401   const int new_mv_mode_penalty = NEW_MV_MODE_PENALTY;
402
403   int step_param = 3;
404   int further_steps = (MAX_MVSEARCH_STEPS - 1) - step_param;
405   const int sr = get_search_range(cpi);
406   step_param += sr;
407   further_steps -= sr;
408
409   // Override the default variance function to use MSE.
410   v_fn_ptr.vf = get_block_variance_fn(bsize);
411 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
412   if (xd->cur_buf->flags & YV12_FLAG_HIGHBITDEPTH) {
413     v_fn_ptr.vf = highbd_get_block_variance_fn(bsize, xd->bd);
414   }
415 #endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
416
417   // Center the initial step/diamond search on best mv.
418   tmp_err = cpi->diamond_search_sad(x, &cpi->ss_cfg, &ref_mv_full, &tmp_mv,
419                                     step_param,
420                                     x->sadperbit16, &num00, &v_fn_ptr, ref_mv);
421   if (tmp_err < INT_MAX)
422     tmp_err = vp10_get_mvpred_var(x, &tmp_mv, ref_mv, &v_fn_ptr, 1);
423   if (tmp_err < INT_MAX - new_mv_mode_penalty)
424     tmp_err += new_mv_mode_penalty;
425
426   if (tmp_err < *best_motion_err) {
427     *best_motion_err = tmp_err;
428     *best_mv = tmp_mv;
429   }
430
431   // Carry out further step/diamond searches as necessary.
432   n = num00;
433   num00 = 0;
434
435   while (n < further_steps) {
436     ++n;
437
438     if (num00) {
439       --num00;
440     } else {
441       tmp_err = cpi->diamond_search_sad(x, &cpi->ss_cfg, &ref_mv_full, &tmp_mv,
442                                         step_param + n, x->sadperbit16,
443                                         &num00, &v_fn_ptr, ref_mv);
444       if (tmp_err < INT_MAX)
445         tmp_err = vp10_get_mvpred_var(x, &tmp_mv, ref_mv, &v_fn_ptr, 1);
446       if (tmp_err < INT_MAX - new_mv_mode_penalty)
447         tmp_err += new_mv_mode_penalty;
448
449       if (tmp_err < *best_motion_err) {
450         *best_motion_err = tmp_err;
451         *best_mv = tmp_mv;
452       }
453     }
454   }
455 }
456
457 static BLOCK_SIZE get_bsize(const VP9_COMMON *cm, int mb_row, int mb_col) {
458   if (2 * mb_col + 1 < cm->mi_cols) {
459     return 2 * mb_row + 1 < cm->mi_rows ? BLOCK_16X16
460                                         : BLOCK_16X8;
461   } else {
462     return 2 * mb_row + 1 < cm->mi_rows ? BLOCK_8X16
463                                         : BLOCK_8X8;
464   }
465 }
466
467 static int find_fp_qindex(vpx_bit_depth_t bit_depth) {
468   int i;
469
470   for (i = 0; i < QINDEX_RANGE; ++i)
471     if (vp10_convert_qindex_to_q(i, bit_depth) >= FIRST_PASS_Q)
472       break;
473
474   if (i == QINDEX_RANGE)
475     i--;
476
477   return i;
478 }
479
480 static void set_first_pass_params(VP9_COMP *cpi) {
481   VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
482   if (!cpi->refresh_alt_ref_frame &&
483       (cm->current_video_frame == 0 ||
484        (cpi->frame_flags & FRAMEFLAGS_KEY))) {
485     cm->frame_type = KEY_FRAME;
486   } else {
487     cm->frame_type = INTER_FRAME;
488   }
489   // Do not use periodic key frames.
490   cpi->rc.frames_to_key = INT_MAX;
491 }
492
493 #define UL_INTRA_THRESH 50
494 #define INVALID_ROW -1
495 void vp10_first_pass(VP9_COMP *cpi, const struct lookahead_entry *source) {
496   int mb_row, mb_col;
497   MACROBLOCK *const x = &cpi->td.mb;
498   VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
499   MACROBLOCKD *const xd = &x->e_mbd;
500   TileInfo tile;
501   struct macroblock_plane *const p = x->plane;
502   struct macroblockd_plane *const pd = xd->plane;
503   const PICK_MODE_CONTEXT *ctx = &cpi->td.pc_root->none;
504   int i;
505
506   int recon_yoffset, recon_uvoffset;
507   int64_t intra_error = 0;
508   int64_t coded_error = 0;
509   int64_t sr_coded_error = 0;
510
511   int sum_mvr = 0, sum_mvc = 0;
512   int sum_mvr_abs = 0, sum_mvc_abs = 0;
513   int64_t sum_mvrs = 0, sum_mvcs = 0;
514   int mvcount = 0;
515   int intercount = 0;
516   int second_ref_count = 0;
517   const int intrapenalty = INTRA_MODE_PENALTY;
518   double neutral_count;
519   int intra_skip_count = 0;
520   int image_data_start_row = INVALID_ROW;
521   int new_mv_count = 0;
522   int sum_in_vectors = 0;
523   MV lastmv = {0, 0};
524   TWO_PASS *twopass = &cpi->twopass;
525   const MV zero_mv = {0, 0};
526   int recon_y_stride, recon_uv_stride, uv_mb_height;
527
528   YV12_BUFFER_CONFIG *const lst_yv12 = get_ref_frame_buffer(cpi, LAST_FRAME);
529   YV12_BUFFER_CONFIG *gld_yv12 = get_ref_frame_buffer(cpi, GOLDEN_FRAME);
530   YV12_BUFFER_CONFIG *const new_yv12 = get_frame_new_buffer(cm);
531   const YV12_BUFFER_CONFIG *first_ref_buf = lst_yv12;
532
533   LAYER_CONTEXT *const lc = is_two_pass_svc(cpi) ?
534         &cpi->svc.layer_context[cpi->svc.spatial_layer_id] : NULL;
535   double intra_factor;
536   double brightness_factor;
537   BufferPool *const pool = cm->buffer_pool;
538
539   // First pass code requires valid last and new frame buffers.
540   assert(new_yv12 != NULL);
541   assert((lc != NULL) || frame_is_intra_only(cm) || (lst_yv12 != NULL));
542
543 #if CONFIG_FP_MB_STATS
544   if (cpi->use_fp_mb_stats) {
545     vp10_zero_array(cpi->twopass.frame_mb_stats_buf, cm->initial_mbs);
546   }
547 #endif
548
549   vpx_clear_system_state();
550
551   intra_factor = 0.0;
552   brightness_factor = 0.0;
553   neutral_count = 0.0;
554
555   set_first_pass_params(cpi);
556   vp10_set_quantizer(cm, find_fp_qindex(cm->bit_depth));
557
558   if (lc != NULL) {
559     twopass = &lc->twopass;
560
561     cpi->lst_fb_idx = cpi->svc.spatial_layer_id;
562     cpi->ref_frame_flags = VP9_LAST_FLAG;
563
564     if (cpi->svc.number_spatial_layers + cpi->svc.spatial_layer_id <
565         REF_FRAMES) {
566       cpi->gld_fb_idx =
567           cpi->svc.number_spatial_layers + cpi->svc.spatial_layer_id;
568       cpi->ref_frame_flags |= VP9_GOLD_FLAG;
569       cpi->refresh_golden_frame = (lc->current_video_frame_in_layer == 0);
570     } else {
571       cpi->refresh_golden_frame = 0;
572     }
573
574     if (lc->current_video_frame_in_layer == 0)
575       cpi->ref_frame_flags = 0;
576
577     vp10_scale_references(cpi);
578
579     // Use either last frame or alt frame for motion search.
580     if (cpi->ref_frame_flags & VP9_LAST_FLAG) {
581       first_ref_buf = vp10_get_scaled_ref_frame(cpi, LAST_FRAME);
582       if (first_ref_buf == NULL)
583         first_ref_buf = get_ref_frame_buffer(cpi, LAST_FRAME);
584     }
585
586     if (cpi->ref_frame_flags & VP9_GOLD_FLAG) {
587       gld_yv12 = vp10_get_scaled_ref_frame(cpi, GOLDEN_FRAME);
588       if (gld_yv12 == NULL) {
589         gld_yv12 = get_ref_frame_buffer(cpi, GOLDEN_FRAME);
590       }
591     } else {
592       gld_yv12 = NULL;
593     }
594
595     set_ref_ptrs(cm, xd,
596                  (cpi->ref_frame_flags & VP9_LAST_FLAG) ? LAST_FRAME: NONE,
597                  (cpi->ref_frame_flags & VP9_GOLD_FLAG) ? GOLDEN_FRAME : NONE);
598
599     cpi->Source = vp10_scale_if_required(cm, cpi->un_scaled_source,
600                                         &cpi->scaled_source);
601   }
602
603   vp10_setup_block_planes(&x->e_mbd, cm->subsampling_x, cm->subsampling_y);
604
605   vp10_setup_src_planes(x, cpi->Source, 0, 0);
606   vp10_setup_dst_planes(xd->plane, new_yv12, 0, 0);
607
608   if (!frame_is_intra_only(cm)) {
609     vp10_setup_pre_planes(xd, 0, first_ref_buf, 0, 0, NULL);
610   }
611
612   xd->mi = cm->mi_grid_visible;
613   xd->mi[0] = cm->mi;
614
615   vp10_frame_init_quantizer(cpi);
616
617   for (i = 0; i < MAX_MB_PLANE; ++i) {
618     p[i].coeff = ctx->coeff_pbuf[i][1];
619     p[i].qcoeff = ctx->qcoeff_pbuf[i][1];
620     pd[i].dqcoeff = ctx->dqcoeff_pbuf[i][1];
621     p[i].eobs = ctx->eobs_pbuf[i][1];
622   }
623   x->skip_recode = 0;
624
625   vp10_init_mv_probs(cm);
626   vp10_initialize_rd_consts(cpi);
627
628   // Tiling is ignored in the first pass.
629   vp10_tile_init(&tile, cm, 0, 0);
630
631   recon_y_stride = new_yv12->y_stride;
632   recon_uv_stride = new_yv12->uv_stride;
633   uv_mb_height = 16 >> (new_yv12->y_height > new_yv12->uv_height);
634
635   for (mb_row = 0; mb_row < cm->mb_rows; ++mb_row) {
636     MV best_ref_mv = {0, 0};
637
638     // Reset above block coeffs.
639     xd->up_available = (mb_row != 0);
640     recon_yoffset = (mb_row * recon_y_stride * 16);
641     recon_uvoffset = (mb_row * recon_uv_stride * uv_mb_height);
642
643     // Set up limit values for motion vectors to prevent them extending
644     // outside the UMV borders.
645     x->mv_row_min = -((mb_row * 16) + BORDER_MV_PIXELS_B16);
646     x->mv_row_max = ((cm->mb_rows - 1 - mb_row) * 16)
647                     + BORDER_MV_PIXELS_B16;
648
649     for (mb_col = 0; mb_col < cm->mb_cols; ++mb_col) {
650       int this_error;
651       const int use_dc_pred = (mb_col || mb_row) && (!mb_col || !mb_row);
652       const BLOCK_SIZE bsize = get_bsize(cm, mb_row, mb_col);
653       double log_intra;
654       int level_sample;
655
656 #if CONFIG_FP_MB_STATS
657       const int mb_index = mb_row * cm->mb_cols + mb_col;
658 #endif
659
660       vpx_clear_system_state();
661
662       xd->plane[0].dst.buf = new_yv12->y_buffer + recon_yoffset;
663       xd->plane[1].dst.buf = new_yv12->u_buffer + recon_uvoffset;
664       xd->plane[2].dst.buf = new_yv12->v_buffer + recon_uvoffset;
665       xd->left_available = (mb_col != 0);
666       xd->mi[0]->mbmi.sb_type = bsize;
667       xd->mi[0]->mbmi.ref_frame[0] = INTRA_FRAME;
668       set_mi_row_col(xd, &tile,
669                      mb_row << 1, num_8x8_blocks_high_lookup[bsize],
670                      mb_col << 1, num_8x8_blocks_wide_lookup[bsize],
671                      cm->mi_rows, cm->mi_cols);
672
673       // Do intra 16x16 prediction.
674       x->skip_encode = 0;
675       xd->mi[0]->mbmi.mode = DC_PRED;
676       xd->mi[0]->mbmi.tx_size = use_dc_pred ?
677          (bsize >= BLOCK_16X16 ? TX_16X16 : TX_8X8) : TX_4X4;
678       vp10_encode_intra_block_plane(x, bsize, 0);
679       this_error = vpx_get_mb_ss(x->plane[0].src_diff);
680
681       // Keep a record of blocks that have almost no intra error residual
682       // (i.e. are in effect completely flat and untextured in the intra
683       // domain). In natural videos this is uncommon, but it is much more
684       // common in animations, graphics and screen content, so may be used
685       // as a signal to detect these types of content.
686       if (this_error < UL_INTRA_THRESH) {
687         ++intra_skip_count;
688       } else if ((mb_col > 0) && (image_data_start_row == INVALID_ROW)) {
689         image_data_start_row = mb_row;
690       }
691
692 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
693       if (cm->use_highbitdepth) {
694         switch (cm->bit_depth) {
695           case VPX_BITS_8:
696             break;
697           case VPX_BITS_10:
698             this_error >>= 4;
699             break;
700           case VPX_BITS_12:
701             this_error >>= 8;
702             break;
703           default:
704             assert(0 && "cm->bit_depth should be VPX_BITS_8, "
705                         "VPX_BITS_10 or VPX_BITS_12");
706             return;
707         }
708       }
709 #endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
710
711       vpx_clear_system_state();
712       log_intra = log(this_error + 1.0);
713       if (log_intra < 10.0)
714         intra_factor += 1.0 + ((10.0 - log_intra) * 0.05);
715       else
716         intra_factor += 1.0;
717
718 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
719       if (cm->use_highbitdepth)
720         level_sample = CONVERT_TO_SHORTPTR(x->plane[0].src.buf)[0];
721       else
722         level_sample = x->plane[0].src.buf[0];
723 #else
724       level_sample = x->plane[0].src.buf[0];
725 #endif
726       if ((level_sample < DARK_THRESH) && (log_intra < 9.0))
727         brightness_factor += 1.0 + (0.01 * (DARK_THRESH - level_sample));
728       else
729         brightness_factor += 1.0;
730
731       // Intrapenalty below deals with situations where the intra and inter
732       // error scores are very low (e.g. a plain black frame).
733       // We do not have special cases in first pass for 0,0 and nearest etc so
734       // all inter modes carry an overhead cost estimate for the mv.
735       // When the error score is very low this causes us to pick all or lots of
736       // INTRA modes and throw lots of key frames.
737       // This penalty adds a cost matching that of a 0,0 mv to the intra case.
738       this_error += intrapenalty;
739
740       // Accumulate the intra error.
741       intra_error += (int64_t)this_error;
742
743 #if CONFIG_FP_MB_STATS
744       if (cpi->use_fp_mb_stats) {
745         // initialization
746         cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] = 0;
747       }
748 #endif
749
750       // Set up limit values for motion vectors to prevent them extending
751       // outside the UMV borders.
752       x->mv_col_min = -((mb_col * 16) + BORDER_MV_PIXELS_B16);
753       x->mv_col_max = ((cm->mb_cols - 1 - mb_col) * 16) + BORDER_MV_PIXELS_B16;
754
755       // Other than for the first frame do a motion search.
756       if ((lc == NULL && cm->current_video_frame > 0) ||
757           (lc != NULL && lc->current_video_frame_in_layer > 0)) {
758         int tmp_err, motion_error, raw_motion_error;
759         // Assume 0,0 motion with no mv overhead.
760         MV mv = {0, 0} , tmp_mv = {0, 0};
761         struct buf_2d unscaled_last_source_buf_2d;
762
763         xd->plane[0].pre[0].buf = first_ref_buf->y_buffer + recon_yoffset;
764 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
765         if (xd->cur_buf->flags & YV12_FLAG_HIGHBITDEPTH) {
766           motion_error = highbd_get_prediction_error(
767               bsize, &x->plane[0].src, &xd->plane[0].pre[0], xd->bd);
768         } else {
769           motion_error = get_prediction_error(
770               bsize, &x->plane[0].src, &xd->plane[0].pre[0]);
771         }
772 #else
773         motion_error = get_prediction_error(
774             bsize, &x->plane[0].src, &xd->plane[0].pre[0]);
775 #endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
776
777         // Compute the motion error of the 0,0 motion using the last source
778         // frame as the reference. Skip the further motion search on
779         // reconstructed frame if this error is small.
780         unscaled_last_source_buf_2d.buf =
781             cpi->unscaled_last_source->y_buffer + recon_yoffset;
782         unscaled_last_source_buf_2d.stride =
783             cpi->unscaled_last_source->y_stride;
784 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
785         if (xd->cur_buf->flags & YV12_FLAG_HIGHBITDEPTH) {
786           raw_motion_error = highbd_get_prediction_error(
787               bsize, &x->plane[0].src, &unscaled_last_source_buf_2d, xd->bd);
788         } else {
789           raw_motion_error = get_prediction_error(
790               bsize, &x->plane[0].src, &unscaled_last_source_buf_2d);
791         }
792 #else
793         raw_motion_error = get_prediction_error(
794             bsize, &x->plane[0].src, &unscaled_last_source_buf_2d);
795 #endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
796
797         // TODO(pengchong): Replace the hard-coded threshold
798         if (raw_motion_error > 25 || lc != NULL) {
799           // Test last reference frame using the previous best mv as the
800           // starting point (best reference) for the search.
801           first_pass_motion_search(cpi, x, &best_ref_mv, &mv, &motion_error);
802
803           // If the current best reference mv is not centered on 0,0 then do a
804           // 0,0 based search as well.
805           if (!is_zero_mv(&best_ref_mv)) {
806             tmp_err = INT_MAX;
807             first_pass_motion_search(cpi, x, &zero_mv, &tmp_mv, &tmp_err);
808
809             if (tmp_err < motion_error) {
810               motion_error = tmp_err;
811               mv = tmp_mv;
812             }
813           }
814
815           // Search in an older reference frame.
816           if (((lc == NULL && cm->current_video_frame > 1) ||
817                (lc != NULL && lc->current_video_frame_in_layer > 1))
818               && gld_yv12 != NULL) {
819             // Assume 0,0 motion with no mv overhead.
820             int gf_motion_error;
821
822             xd->plane[0].pre[0].buf = gld_yv12->y_buffer + recon_yoffset;
823 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
824             if (xd->cur_buf->flags & YV12_FLAG_HIGHBITDEPTH) {
825               gf_motion_error = highbd_get_prediction_error(
826                   bsize, &x->plane[0].src, &xd->plane[0].pre[0], xd->bd);
827             } else {
828               gf_motion_error = get_prediction_error(
829                   bsize, &x->plane[0].src, &xd->plane[0].pre[0]);
830             }
831 #else
832             gf_motion_error = get_prediction_error(
833                 bsize, &x->plane[0].src, &xd->plane[0].pre[0]);
834 #endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
835
836             first_pass_motion_search(cpi, x, &zero_mv, &tmp_mv,
837                                      &gf_motion_error);
838
839             if (gf_motion_error < motion_error && gf_motion_error < this_error)
840               ++second_ref_count;
841
842             // Reset to last frame as reference buffer.
843             xd->plane[0].pre[0].buf = first_ref_buf->y_buffer + recon_yoffset;
844             xd->plane[1].pre[0].buf = first_ref_buf->u_buffer + recon_uvoffset;
845             xd->plane[2].pre[0].buf = first_ref_buf->v_buffer + recon_uvoffset;
846
847             // In accumulating a score for the older reference frame take the
848             // best of the motion predicted score and the intra coded error
849             // (just as will be done for) accumulation of "coded_error" for
850             // the last frame.
851             if (gf_motion_error < this_error)
852               sr_coded_error += gf_motion_error;
853             else
854               sr_coded_error += this_error;
855           } else {
856             sr_coded_error += motion_error;
857           }
858         } else {
859           sr_coded_error += motion_error;
860         }
861
862         // Start by assuming that intra mode is best.
863         best_ref_mv.row = 0;
864         best_ref_mv.col = 0;
865
866 #if CONFIG_FP_MB_STATS
867         if (cpi->use_fp_mb_stats) {
868           // intra predication statistics
869           cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] = 0;
870           cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |= FPMB_DCINTRA_MASK;
871           cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |= FPMB_MOTION_ZERO_MASK;
872           if (this_error > FPMB_ERROR_LARGE_TH) {
873             cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |= FPMB_ERROR_LARGE_MASK;
874           } else if (this_error < FPMB_ERROR_SMALL_TH) {
875             cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |= FPMB_ERROR_SMALL_MASK;
876           }
877         }
878 #endif
879
880         if (motion_error <= this_error) {
881           vpx_clear_system_state();
882
883           // Keep a count of cases where the inter and intra were very close
884           // and very low. This helps with scene cut detection for example in
885           // cropped clips with black bars at the sides or top and bottom.
886           if (((this_error - intrapenalty) * 9 <= motion_error * 10) &&
887               (this_error < (2 * intrapenalty))) {
888             neutral_count += 1.0;
889           // Also track cases where the intra is not much worse than the inter
890           // and use this in limiting the GF/arf group length.
891           } else if ((this_error > NCOUNT_INTRA_THRESH) &&
892                      (this_error < (NCOUNT_INTRA_FACTOR * motion_error))) {
893             neutral_count += (double)motion_error /
894                              DOUBLE_DIVIDE_CHECK((double)this_error);
895           }
896
897           mv.row *= 8;
898           mv.col *= 8;
899           this_error = motion_error;
900           xd->mi[0]->mbmi.mode = NEWMV;
901           xd->mi[0]->mbmi.mv[0].as_mv = mv;
902           xd->mi[0]->mbmi.tx_size = TX_4X4;
903           xd->mi[0]->mbmi.ref_frame[0] = LAST_FRAME;
904           xd->mi[0]->mbmi.ref_frame[1] = NONE;
905           vp10_build_inter_predictors_sby(xd, mb_row << 1, mb_col << 1, bsize);
906           vp10_encode_sby_pass1(x, bsize);
907           sum_mvr += mv.row;
908           sum_mvr_abs += abs(mv.row);
909           sum_mvc += mv.col;
910           sum_mvc_abs += abs(mv.col);
911           sum_mvrs += mv.row * mv.row;
912           sum_mvcs += mv.col * mv.col;
913           ++intercount;
914
915           best_ref_mv = mv;
916
917 #if CONFIG_FP_MB_STATS
918           if (cpi->use_fp_mb_stats) {
919             // inter predication statistics
920             cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] = 0;
921             cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] &= ~FPMB_DCINTRA_MASK;
922             cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |= FPMB_MOTION_ZERO_MASK;
923             if (this_error > FPMB_ERROR_LARGE_TH) {
924               cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |=
925                   FPMB_ERROR_LARGE_MASK;
926             } else if (this_error < FPMB_ERROR_SMALL_TH) {
927               cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |=
928                   FPMB_ERROR_SMALL_MASK;
929             }
930           }
931 #endif
932
933           if (!is_zero_mv(&mv)) {
934             ++mvcount;
935
936 #if CONFIG_FP_MB_STATS
937             if (cpi->use_fp_mb_stats) {
938               cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] &=
939                   ~FPMB_MOTION_ZERO_MASK;
940               // check estimated motion direction
941               if (mv.as_mv.col > 0 && mv.as_mv.col >= abs(mv.as_mv.row)) {
942                 // right direction
943                 cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |=
944                     FPMB_MOTION_RIGHT_MASK;
945               } else if (mv.as_mv.row < 0 &&
946                          abs(mv.as_mv.row) >= abs(mv.as_mv.col)) {
947                 // up direction
948                 cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |=
949                     FPMB_MOTION_UP_MASK;
950               } else if (mv.as_mv.col < 0 &&
951                          abs(mv.as_mv.col) >= abs(mv.as_mv.row)) {
952                 // left direction
953                 cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |=
954                     FPMB_MOTION_LEFT_MASK;
955               } else {
956                 // down direction
957                 cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |=
958                     FPMB_MOTION_DOWN_MASK;
959               }
960             }
961 #endif
962
963             // Non-zero vector, was it different from the last non zero vector?
964             if (!is_equal_mv(&mv, &lastmv))
965               ++new_mv_count;
966             lastmv = mv;
967
968             // Does the row vector point inwards or outwards?
969             if (mb_row < cm->mb_rows / 2) {
970               if (mv.row > 0)
971                 --sum_in_vectors;
972               else if (mv.row < 0)
973                 ++sum_in_vectors;
974             } else if (mb_row > cm->mb_rows / 2) {
975               if (mv.row > 0)
976                 ++sum_in_vectors;
977               else if (mv.row < 0)
978                 --sum_in_vectors;
979             }
980
981             // Does the col vector point inwards or outwards?
982             if (mb_col < cm->mb_cols / 2) {
983               if (mv.col > 0)
984                 --sum_in_vectors;
985               else if (mv.col < 0)
986                 ++sum_in_vectors;
987             } else if (mb_col > cm->mb_cols / 2) {
988               if (mv.col > 0)
989                 ++sum_in_vectors;
990               else if (mv.col < 0)
991                 --sum_in_vectors;
992             }
993           }
994         }
995       } else {
996         sr_coded_error += (int64_t)this_error;
997       }
998       coded_error += (int64_t)this_error;
999
1000       // Adjust to the next column of MBs.
1001       x->plane[0].src.buf += 16;
1002       x->plane[1].src.buf += uv_mb_height;
1003       x->plane[2].src.buf += uv_mb_height;
1004
1005       recon_yoffset += 16;
1006       recon_uvoffset += uv_mb_height;
1007     }
1008
1009     // Adjust to the next row of MBs.
1010     x->plane[0].src.buf += 16 * x->plane[0].src.stride - 16 * cm->mb_cols;
1011     x->plane[1].src.buf += uv_mb_height * x->plane[1].src.stride -
1012                            uv_mb_height * cm->mb_cols;
1013     x->plane[2].src.buf += uv_mb_height * x->plane[1].src.stride -
1014                            uv_mb_height * cm->mb_cols;
1015
1016     vpx_clear_system_state();
1017   }
1018
1019   // Clamp the image start to rows/2. This number of rows is discarded top
1020   // and bottom as dead data so rows / 2 means the frame is blank.
1021   if ((image_data_start_row > cm->mb_rows / 2) ||
1022       (image_data_start_row == INVALID_ROW)) {
1023     image_data_start_row = cm->mb_rows / 2;
1024   }
1025   // Exclude any image dead zone
1026   if (image_data_start_row > 0) {
1027     intra_skip_count =
1028       MAX(0, intra_skip_count - (image_data_start_row * cm->mb_cols * 2));
1029   }
1030
1031   {
1032     FIRSTPASS_STATS fps;
1033     // The minimum error here insures some bit allocation to frames even
1034     // in static regions. The allocation per MB declines for larger formats
1035     // where the typical "real" energy per MB also falls.
1036     // Initial estimate here uses sqrt(mbs) to define the min_err, where the
1037     // number of mbs is proportional to the image area.
1038     const int num_mbs = (cpi->oxcf.resize_mode != RESIZE_NONE)
1039                         ? cpi->initial_mbs : cpi->common.MBs;
1040     const double min_err = 200 * sqrt(num_mbs);
1041
1042     intra_factor = intra_factor / (double)num_mbs;
1043     brightness_factor = brightness_factor / (double)num_mbs;
1044     fps.weight = intra_factor * brightness_factor;
1045
1046     fps.frame = cm->current_video_frame;
1047     fps.spatial_layer_id = cpi->svc.spatial_layer_id;
1048     fps.coded_error = (double)(coded_error >> 8) + min_err;
1049     fps.sr_coded_error = (double)(sr_coded_error >> 8) + min_err;
1050     fps.intra_error = (double)(intra_error >> 8) + min_err;
1051     fps.count = 1.0;
1052     fps.pcnt_inter = (double)intercount / num_mbs;
1053     fps.pcnt_second_ref = (double)second_ref_count / num_mbs;
1054     fps.pcnt_neutral = (double)neutral_count / num_mbs;
1055     fps.intra_skip_pct = (double)intra_skip_count / num_mbs;
1056     fps.inactive_zone_rows = (double)image_data_start_row;
1057     fps.inactive_zone_cols = (double)0;  // TODO(paulwilkins): fix
1058
1059     if (mvcount > 0) {
1060       fps.MVr = (double)sum_mvr / mvcount;
1061       fps.mvr_abs = (double)sum_mvr_abs / mvcount;
1062       fps.MVc = (double)sum_mvc / mvcount;
1063       fps.mvc_abs = (double)sum_mvc_abs / mvcount;
1064       fps.MVrv = ((double)sum_mvrs -
1065                   ((double)sum_mvr * sum_mvr / mvcount)) / mvcount;
1066       fps.MVcv = ((double)sum_mvcs -
1067                   ((double)sum_mvc * sum_mvc / mvcount)) / mvcount;
1068       fps.mv_in_out_count = (double)sum_in_vectors / (mvcount * 2);
1069       fps.new_mv_count = new_mv_count;
1070       fps.pcnt_motion = (double)mvcount / num_mbs;
1071     } else {
1072       fps.MVr = 0.0;
1073       fps.mvr_abs = 0.0;
1074       fps.MVc = 0.0;
1075       fps.mvc_abs = 0.0;
1076       fps.MVrv = 0.0;
1077       fps.MVcv = 0.0;
1078       fps.mv_in_out_count = 0.0;
1079       fps.new_mv_count = 0.0;
1080       fps.pcnt_motion = 0.0;
1081     }
1082
1083     // TODO(paulwilkins):  Handle the case when duration is set to 0, or
1084     // something less than the full time between subsequent values of
1085     // cpi->source_time_stamp.
1086     fps.duration = (double)(source->ts_end - source->ts_start);
1087
1088     // Don't want to do output stats with a stack variable!
1089     twopass->this_frame_stats = fps;
1090     output_stats(&twopass->this_frame_stats, cpi->output_pkt_list);
1091     accumulate_stats(&twopass->total_stats, &fps);
1092
1093 #if CONFIG_FP_MB_STATS
1094     if (cpi->use_fp_mb_stats) {
1095       output_fpmb_stats(twopass->frame_mb_stats_buf, cm, cpi->output_pkt_list);
1096     }
1097 #endif
1098   }
1099
1100   // Copy the previous Last Frame back into gf and and arf buffers if
1101   // the prediction is good enough... but also don't allow it to lag too far.
1102   if ((twopass->sr_update_lag > 3) ||
1103       ((cm->current_video_frame > 0) &&
1104        (twopass->this_frame_stats.pcnt_inter > 0.20) &&
1105        ((twopass->this_frame_stats.intra_error /
1106          DOUBLE_DIVIDE_CHECK(twopass->this_frame_stats.coded_error)) > 2.0))) {
1107     if (gld_yv12 != NULL) {
1108       ref_cnt_fb(pool->frame_bufs, &cm->ref_frame_map[cpi->gld_fb_idx],
1109                  cm->ref_frame_map[cpi->lst_fb_idx]);
1110     }
1111     twopass->sr_update_lag = 1;
1112   } else {
1113     ++twopass->sr_update_lag;
1114   }
1115
1116   vp9_extend_frame_borders(new_yv12);
1117
1118   if (lc != NULL) {
1119     vp10_update_reference_frames(cpi);
1120   } else {
1121     // The frame we just compressed now becomes the last frame.
1122     ref_cnt_fb(pool->frame_bufs, &cm->ref_frame_map[cpi->lst_fb_idx],
1123                cm->new_fb_idx);
1124   }
1125
1126   // Special case for the first frame. Copy into the GF buffer as a second
1127   // reference.
1128   if (cm->current_video_frame == 0 && cpi->gld_fb_idx != INVALID_IDX &&
1129       lc == NULL) {
1130     ref_cnt_fb(pool->frame_bufs, &cm->ref_frame_map[cpi->gld_fb_idx],
1131                cm->ref_frame_map[cpi->lst_fb_idx]);
1132   }
1133
1134   // Use this to see what the first pass reconstruction looks like.
1135   if (0) {
1136     char filename[512];
1137     FILE *recon_file;
1138     snprintf(filename, sizeof(filename), "enc%04d.yuv",
1139              (int)cm->current_video_frame);
1140
1141     if (cm->current_video_frame == 0)
1142       recon_file = fopen(filename, "wb");
1143     else
1144       recon_file = fopen(filename, "ab");
1145
1146     (void)fwrite(lst_yv12->buffer_alloc, lst_yv12->frame_size, 1, recon_file);
1147     fclose(recon_file);
1148   }
1149
1150   ++cm->current_video_frame;
1151   if (cpi->use_svc)
1152     vp10_inc_frame_in_layer(cpi);
1153 }
1154
1155 static double calc_correction_factor(double err_per_mb,
1156                                      double err_divisor,
1157                                      double pt_low,
1158                                      double pt_high,
1159                                      int q,
1160                                      vpx_bit_depth_t bit_depth) {
1161   const double error_term = err_per_mb / err_divisor;
1162
1163   // Adjustment based on actual quantizer to power term.
1164   const double power_term =
1165       MIN(vp10_convert_qindex_to_q(q, bit_depth) * 0.01 + pt_low, pt_high);
1166
1167   // Calculate correction factor.
1168   if (power_term < 1.0)
1169     assert(error_term >= 0.0);
1170
1171   return fclamp(pow(error_term, power_term), 0.05, 5.0);
1172 }
1173
1174 // Larger image formats are expected to be a little harder to code relatively
1175 // given the same prediction error score. This in part at least relates to the
1176 // increased size and hence coding cost of motion vectors.
1177 #define EDIV_SIZE_FACTOR 800
1178
1179 static int get_twopass_worst_quality(const VP9_COMP *cpi,
1180                                      const double section_err,
1181                                      double inactive_zone,
1182                                      int section_target_bandwidth,
1183                                      double group_weight_factor) {
1184   const RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
1185   const VP9EncoderConfig *const oxcf = &cpi->oxcf;
1186
1187   inactive_zone = fclamp(inactive_zone, 0.0, 1.0);
1188
1189   if (section_target_bandwidth <= 0) {
1190     return rc->worst_quality;  // Highest value allowed
1191   } else {
1192     const int num_mbs = (cpi->oxcf.resize_mode != RESIZE_NONE)
1193                         ? cpi->initial_mbs : cpi->common.MBs;
1194     const int active_mbs = MAX(1, num_mbs - (int)(num_mbs * inactive_zone));
1195     const double av_err_per_mb = section_err / active_mbs;
1196     const double speed_term = 1.0 + 0.04 * oxcf->speed;
1197     const double ediv_size_correction = (double)num_mbs / EDIV_SIZE_FACTOR;
1198     const int target_norm_bits_per_mb = ((uint64_t)section_target_bandwidth <<
1199                                          BPER_MB_NORMBITS) / active_mbs;
1200
1201     int q;
1202     int is_svc_upper_layer = 0;
1203
1204     if (is_two_pass_svc(cpi) && cpi->svc.spatial_layer_id > 0)
1205       is_svc_upper_layer = 1;
1206
1207
1208     // Try and pick a max Q that will be high enough to encode the
1209     // content at the given rate.
1210     for (q = rc->best_quality; q < rc->worst_quality; ++q) {
1211       const double factor =
1212           calc_correction_factor(av_err_per_mb,
1213                                  ERR_DIVISOR - ediv_size_correction,
1214                                  is_svc_upper_layer ? SVC_FACTOR_PT_LOW :
1215                                  FACTOR_PT_LOW, FACTOR_PT_HIGH, q,
1216                                  cpi->common.bit_depth);
1217       const int bits_per_mb =
1218         vp10_rc_bits_per_mb(INTER_FRAME, q,
1219                            factor * speed_term * group_weight_factor,
1220                            cpi->common.bit_depth);
1221       if (bits_per_mb <= target_norm_bits_per_mb)
1222         break;
1223     }
1224
1225     // Restriction on active max q for constrained quality mode.
1226     if (cpi->oxcf.rc_mode == VPX_CQ)
1227       q = MAX(q, oxcf->cq_level);
1228     return q;
1229   }
1230 }
1231
1232 static void setup_rf_level_maxq(VP9_COMP *cpi) {
1233   int i;
1234   RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
1235   for (i = INTER_NORMAL; i < RATE_FACTOR_LEVELS; ++i) {
1236     int qdelta = vp10_frame_type_qdelta(cpi, i, rc->worst_quality);
1237     rc->rf_level_maxq[i] = MAX(rc->worst_quality + qdelta, rc->best_quality);
1238   }
1239 }
1240
1241 void vp10_init_subsampling(VP9_COMP *cpi) {
1242   const VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
1243   RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
1244   const int w = cm->width;
1245   const int h = cm->height;
1246   int i;
1247
1248   for (i = 0; i < FRAME_SCALE_STEPS; ++i) {
1249     // Note: Frames with odd-sized dimensions may result from this scaling.
1250     rc->frame_width[i] = (w * 16) / frame_scale_factor[i];
1251     rc->frame_height[i] = (h * 16) / frame_scale_factor[i];
1252   }
1253
1254   setup_rf_level_maxq(cpi);
1255 }
1256
1257 void vp10_calculate_coded_size(VP9_COMP *cpi,
1258                           int *scaled_frame_width,
1259                           int *scaled_frame_height) {
1260   RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
1261   *scaled_frame_width = rc->frame_width[rc->frame_size_selector];
1262   *scaled_frame_height = rc->frame_height[rc->frame_size_selector];
1263 }
1264
1265 void vp10_init_second_pass(VP9_COMP *cpi) {
1266   SVC *const svc = &cpi->svc;
1267   const VP9EncoderConfig *const oxcf = &cpi->oxcf;
1268   const int is_two_pass_svc = (svc->number_spatial_layers > 1) ||
1269                               (svc->number_temporal_layers > 1);
1270   TWO_PASS *const twopass = is_two_pass_svc ?
1271       &svc->layer_context[svc->spatial_layer_id].twopass : &cpi->twopass;
1272   double frame_rate;
1273   FIRSTPASS_STATS *stats;
1274
1275   zero_stats(&twopass->total_stats);
1276   zero_stats(&twopass->total_left_stats);
1277
1278   if (!twopass->stats_in_end)
1279     return;
1280
1281   stats = &twopass->total_stats;
1282
1283   *stats = *twopass->stats_in_end;
1284   twopass->total_left_stats = *stats;
1285
1286   frame_rate = 10000000.0 * stats->count / stats->duration;
1287   // Each frame can have a different duration, as the frame rate in the source
1288   // isn't guaranteed to be constant. The frame rate prior to the first frame
1289   // encoded in the second pass is a guess. However, the sum duration is not.
1290   // It is calculated based on the actual durations of all frames from the
1291   // first pass.
1292
1293   if (is_two_pass_svc) {
1294     vp10_update_spatial_layer_framerate(cpi, frame_rate);
1295     twopass->bits_left = (int64_t)(stats->duration *
1296         svc->layer_context[svc->spatial_layer_id].target_bandwidth /
1297         10000000.0);
1298   } else {
1299     vp10_new_framerate(cpi, frame_rate);
1300     twopass->bits_left = (int64_t)(stats->duration * oxcf->target_bandwidth /
1301                              10000000.0);
1302   }
1303
1304   // This variable monitors how far behind the second ref update is lagging.
1305   twopass->sr_update_lag = 1;
1306
1307   // Scan the first pass file and calculate a modified total error based upon
1308   // the bias/power function used to allocate bits.
1309   {
1310     const double avg_error = stats->coded_error /
1311                              DOUBLE_DIVIDE_CHECK(stats->count);
1312     const FIRSTPASS_STATS *s = twopass->stats_in;
1313     double modified_error_total = 0.0;
1314     twopass->modified_error_min = (avg_error *
1315                                       oxcf->two_pass_vbrmin_section) / 100;
1316     twopass->modified_error_max = (avg_error *
1317                                       oxcf->two_pass_vbrmax_section) / 100;
1318     while (s < twopass->stats_in_end) {
1319       modified_error_total += calculate_modified_err(cpi, twopass, oxcf, s);
1320       ++s;
1321     }
1322     twopass->modified_error_left = modified_error_total;
1323   }
1324
1325   // Reset the vbr bits off target counters
1326   cpi->rc.vbr_bits_off_target = 0;
1327   cpi->rc.vbr_bits_off_target_fast = 0;
1328
1329   cpi->rc.rate_error_estimate = 0;
1330
1331   // Static sequence monitor variables.
1332   twopass->kf_zeromotion_pct = 100;
1333   twopass->last_kfgroup_zeromotion_pct = 100;
1334
1335   if (oxcf->resize_mode != RESIZE_NONE) {
1336     vp10_init_subsampling(cpi);
1337   }
1338 }
1339
1340 #define SR_DIFF_PART 0.0015
1341 #define MOTION_AMP_PART 0.003
1342 #define INTRA_PART 0.005
1343 #define DEFAULT_DECAY_LIMIT 0.75
1344 #define LOW_SR_DIFF_TRHESH 0.1
1345 #define SR_DIFF_MAX 128.0
1346
1347 static double get_sr_decay_rate(const VP9_COMP *cpi,
1348                                 const FIRSTPASS_STATS *frame) {
1349   const int num_mbs = (cpi->oxcf.resize_mode != RESIZE_NONE)
1350                       ? cpi->initial_mbs : cpi->common.MBs;
1351   double sr_diff =
1352       (frame->sr_coded_error - frame->coded_error) / num_mbs;
1353   double sr_decay = 1.0;
1354   double modified_pct_inter;
1355   double modified_pcnt_intra;
1356   const double motion_amplitude_factor =
1357     frame->pcnt_motion * ((frame->mvc_abs + frame->mvr_abs) / 2);
1358
1359   modified_pct_inter = frame->pcnt_inter;
1360   if ((frame->intra_error / DOUBLE_DIVIDE_CHECK(frame->coded_error)) <
1361       (double)NCOUNT_FRAME_II_THRESH) {
1362     modified_pct_inter = frame->pcnt_inter - frame->pcnt_neutral;
1363   }
1364   modified_pcnt_intra = 100 * (1.0 - modified_pct_inter);
1365
1366
1367   if ((sr_diff > LOW_SR_DIFF_TRHESH)) {
1368     sr_diff = MIN(sr_diff, SR_DIFF_MAX);
1369     sr_decay = 1.0 - (SR_DIFF_PART * sr_diff) -
1370                (MOTION_AMP_PART * motion_amplitude_factor) -
1371                (INTRA_PART * modified_pcnt_intra);
1372   }
1373   return MAX(sr_decay, MIN(DEFAULT_DECAY_LIMIT, modified_pct_inter));
1374 }
1375
1376 // This function gives an estimate of how badly we believe the prediction
1377 // quality is decaying from frame to frame.
1378 static double get_zero_motion_factor(const VP9_COMP *cpi,
1379                                      const FIRSTPASS_STATS *frame) {
1380   const double zero_motion_pct = frame->pcnt_inter -
1381                                  frame->pcnt_motion;
1382   double sr_decay = get_sr_decay_rate(cpi, frame);
1383   return MIN(sr_decay, zero_motion_pct);
1384 }
1385
1386 #define ZM_POWER_FACTOR 0.75
1387
1388 static double get_prediction_decay_rate(const VP9_COMP *cpi,
1389                                         const FIRSTPASS_STATS *next_frame) {
1390   const double sr_decay_rate = get_sr_decay_rate(cpi, next_frame);
1391   const double zero_motion_factor =
1392     (0.95 * pow((next_frame->pcnt_inter - next_frame->pcnt_motion),
1393                 ZM_POWER_FACTOR));
1394
1395   return MAX(zero_motion_factor,
1396              (sr_decay_rate + ((1.0 - sr_decay_rate) * zero_motion_factor)));
1397 }
1398
1399 // Function to test for a condition where a complex transition is followed
1400 // by a static section. For example in slide shows where there is a fade
1401 // between slides. This is to help with more optimal kf and gf positioning.
1402 static int detect_transition_to_still(VP9_COMP *cpi,
1403                                       int frame_interval, int still_interval,
1404                                       double loop_decay_rate,
1405                                       double last_decay_rate) {
1406   TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
1407   RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
1408
1409   // Break clause to detect very still sections after motion
1410   // For example a static image after a fade or other transition
1411   // instead of a clean scene cut.
1412   if (frame_interval > rc->min_gf_interval &&
1413       loop_decay_rate >= 0.999 &&
1414       last_decay_rate < 0.9) {
1415     int j;
1416
1417     // Look ahead a few frames to see if static condition persists...
1418     for (j = 0; j < still_interval; ++j) {
1419       const FIRSTPASS_STATS *stats = &twopass->stats_in[j];
1420       if (stats >= twopass->stats_in_end)
1421         break;
1422
1423       if (stats->pcnt_inter - stats->pcnt_motion < 0.999)
1424         break;
1425     }
1426
1427     // Only if it does do we signal a transition to still.
1428     return j == still_interval;
1429   }
1430
1431   return 0;
1432 }
1433
1434 // This function detects a flash through the high relative pcnt_second_ref
1435 // score in the frame following a flash frame. The offset passed in should
1436 // reflect this.
1437 static int detect_flash(const TWO_PASS *twopass, int offset) {
1438   const FIRSTPASS_STATS *const next_frame = read_frame_stats(twopass, offset);
1439
1440   // What we are looking for here is a situation where there is a
1441   // brief break in prediction (such as a flash) but subsequent frames
1442   // are reasonably well predicted by an earlier (pre flash) frame.
1443   // The recovery after a flash is indicated by a high pcnt_second_ref
1444   // compared to pcnt_inter.
1445   return next_frame != NULL &&
1446          next_frame->pcnt_second_ref > next_frame->pcnt_inter &&
1447          next_frame->pcnt_second_ref >= 0.5;
1448 }
1449
1450 // Update the motion related elements to the GF arf boost calculation.
1451 static void accumulate_frame_motion_stats(const FIRSTPASS_STATS *stats,
1452                                           double *mv_in_out,
1453                                           double *mv_in_out_accumulator,
1454                                           double *abs_mv_in_out_accumulator,
1455                                           double *mv_ratio_accumulator) {
1456   const double pct = stats->pcnt_motion;
1457
1458   // Accumulate Motion In/Out of frame stats.
1459   *mv_in_out = stats->mv_in_out_count * pct;
1460   *mv_in_out_accumulator += *mv_in_out;
1461   *abs_mv_in_out_accumulator += fabs(*mv_in_out);
1462
1463   // Accumulate a measure of how uniform (or conversely how random) the motion
1464   // field is (a ratio of abs(mv) / mv).
1465   if (pct > 0.05) {
1466     const double mvr_ratio = fabs(stats->mvr_abs) /
1467                                  DOUBLE_DIVIDE_CHECK(fabs(stats->MVr));
1468     const double mvc_ratio = fabs(stats->mvc_abs) /
1469                                  DOUBLE_DIVIDE_CHECK(fabs(stats->MVc));
1470
1471     *mv_ratio_accumulator += pct * (mvr_ratio < stats->mvr_abs ?
1472                                        mvr_ratio : stats->mvr_abs);
1473     *mv_ratio_accumulator += pct * (mvc_ratio < stats->mvc_abs ?
1474                                        mvc_ratio : stats->mvc_abs);
1475   }
1476 }
1477
1478 #define BASELINE_ERR_PER_MB 1000.0
1479 static double calc_frame_boost(VP9_COMP *cpi,
1480                                const FIRSTPASS_STATS *this_frame,
1481                                double this_frame_mv_in_out,
1482                                double max_boost) {
1483   double frame_boost;
1484   const double lq =
1485     vp10_convert_qindex_to_q(cpi->rc.avg_frame_qindex[INTER_FRAME],
1486                             cpi->common.bit_depth);
1487   const double boost_q_correction = MIN((0.5 + (lq * 0.015)), 1.5);
1488   int num_mbs = (cpi->oxcf.resize_mode != RESIZE_NONE)
1489                 ? cpi->initial_mbs : cpi->common.MBs;
1490
1491   // Correct for any inactive region in the image
1492   num_mbs = (int)MAX(1, num_mbs * calculate_active_area(cpi, this_frame));
1493
1494   // Underlying boost factor is based on inter error ratio.
1495   frame_boost = (BASELINE_ERR_PER_MB * num_mbs) /
1496                 DOUBLE_DIVIDE_CHECK(this_frame->coded_error);
1497   frame_boost = frame_boost * BOOST_FACTOR * boost_q_correction;
1498
1499   // Increase boost for frames where new data coming into frame (e.g. zoom out).
1500   // Slightly reduce boost if there is a net balance of motion out of the frame
1501   // (zoom in). The range for this_frame_mv_in_out is -1.0 to +1.0.
1502   if (this_frame_mv_in_out > 0.0)
1503     frame_boost += frame_boost * (this_frame_mv_in_out * 2.0);
1504   // In the extreme case the boost is halved.
1505   else
1506     frame_boost += frame_boost * (this_frame_mv_in_out / 2.0);
1507
1508   return MIN(frame_boost, max_boost * boost_q_correction);
1509 }
1510
1511 static int calc_arf_boost(VP9_COMP *cpi, int offset,
1512                           int f_frames, int b_frames,
1513                           int *f_boost, int *b_boost) {
1514   TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
1515   int i;
1516   double boost_score = 0.0;
1517   double mv_ratio_accumulator = 0.0;
1518   double decay_accumulator = 1.0;
1519   double this_frame_mv_in_out = 0.0;
1520   double mv_in_out_accumulator = 0.0;
1521   double abs_mv_in_out_accumulator = 0.0;
1522   int arf_boost;
1523   int flash_detected = 0;
1524
1525   // Search forward from the proposed arf/next gf position.
1526   for (i = 0; i < f_frames; ++i) {
1527     const FIRSTPASS_STATS *this_frame = read_frame_stats(twopass, i + offset);
1528     if (this_frame == NULL)
1529       break;
1530
1531     // Update the motion related elements to the boost calculation.
1532     accumulate_frame_motion_stats(this_frame,
1533                                   &this_frame_mv_in_out, &mv_in_out_accumulator,
1534                                   &abs_mv_in_out_accumulator,
1535                                   &mv_ratio_accumulator);
1536
1537     // We want to discount the flash frame itself and the recovery
1538     // frame that follows as both will have poor scores.
1539     flash_detected = detect_flash(twopass, i + offset) ||
1540                      detect_flash(twopass, i + offset + 1);
1541
1542     // Accumulate the effect of prediction quality decay.
1543     if (!flash_detected) {
1544       decay_accumulator *= get_prediction_decay_rate(cpi, this_frame);
1545       decay_accumulator = decay_accumulator < MIN_DECAY_FACTOR
1546                           ? MIN_DECAY_FACTOR : decay_accumulator;
1547     }
1548
1549     boost_score += decay_accumulator * calc_frame_boost(cpi, this_frame,
1550                                                         this_frame_mv_in_out,
1551                                                         GF_MAX_BOOST);
1552   }
1553
1554   *f_boost = (int)boost_score;
1555
1556   // Reset for backward looking loop.
1557   boost_score = 0.0;
1558   mv_ratio_accumulator = 0.0;
1559   decay_accumulator = 1.0;
1560   this_frame_mv_in_out = 0.0;
1561   mv_in_out_accumulator = 0.0;
1562   abs_mv_in_out_accumulator = 0.0;
1563
1564   // Search backward towards last gf position.
1565   for (i = -1; i >= -b_frames; --i) {
1566     const FIRSTPASS_STATS *this_frame = read_frame_stats(twopass, i + offset);
1567     if (this_frame == NULL)
1568       break;
1569
1570     // Update the motion related elements to the boost calculation.
1571     accumulate_frame_motion_stats(this_frame,
1572                                   &this_frame_mv_in_out, &mv_in_out_accumulator,
1573                                   &abs_mv_in_out_accumulator,
1574                                   &mv_ratio_accumulator);
1575
1576     // We want to discount the the flash frame itself and the recovery
1577     // frame that follows as both will have poor scores.
1578     flash_detected = detect_flash(twopass, i + offset) ||
1579                      detect_flash(twopass, i + offset + 1);
1580
1581     // Cumulative effect of prediction quality decay.
1582     if (!flash_detected) {
1583       decay_accumulator *= get_prediction_decay_rate(cpi, this_frame);
1584       decay_accumulator = decay_accumulator < MIN_DECAY_FACTOR
1585                               ? MIN_DECAY_FACTOR : decay_accumulator;
1586     }
1587
1588     boost_score += decay_accumulator * calc_frame_boost(cpi, this_frame,
1589                                                         this_frame_mv_in_out,
1590                                                         GF_MAX_BOOST);
1591   }
1592   *b_boost = (int)boost_score;
1593
1594   arf_boost = (*f_boost + *b_boost);
1595   if (arf_boost < ((b_frames + f_frames) * 20))
1596     arf_boost = ((b_frames + f_frames) * 20);
1597   arf_boost = MAX(arf_boost, MIN_ARF_GF_BOOST);
1598
1599   return arf_boost;
1600 }
1601
1602 // Calculate a section intra ratio used in setting max loop filter.
1603 static int calculate_section_intra_ratio(const FIRSTPASS_STATS *begin,
1604                                          const FIRSTPASS_STATS *end,
1605                                          int section_length) {
1606   const FIRSTPASS_STATS *s = begin;
1607   double intra_error = 0.0;
1608   double coded_error = 0.0;
1609   int i = 0;
1610
1611   while (s < end && i < section_length) {
1612     intra_error += s->intra_error;
1613     coded_error += s->coded_error;
1614     ++s;
1615     ++i;
1616   }
1617
1618   return (int)(intra_error / DOUBLE_DIVIDE_CHECK(coded_error));
1619 }
1620
1621 // Calculate the total bits to allocate in this GF/ARF group.
1622 static int64_t calculate_total_gf_group_bits(VP9_COMP *cpi,
1623                                              double gf_group_err) {
1624   const RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
1625   const TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
1626   const int max_bits = frame_max_bits(rc, &cpi->oxcf);
1627   int64_t total_group_bits;
1628
1629   // Calculate the bits to be allocated to the group as a whole.
1630   if ((twopass->kf_group_bits > 0) && (twopass->kf_group_error_left > 0)) {
1631     total_group_bits = (int64_t)(twopass->kf_group_bits *
1632                                  (gf_group_err / twopass->kf_group_error_left));
1633   } else {
1634     total_group_bits = 0;
1635   }
1636
1637   // Clamp odd edge cases.
1638   total_group_bits = (total_group_bits < 0) ?
1639      0 : (total_group_bits > twopass->kf_group_bits) ?
1640      twopass->kf_group_bits : total_group_bits;
1641
1642   // Clip based on user supplied data rate variability limit.
1643   if (total_group_bits > (int64_t)max_bits * rc->baseline_gf_interval)
1644     total_group_bits = (int64_t)max_bits * rc->baseline_gf_interval;
1645
1646   return total_group_bits;
1647 }
1648
1649 // Calculate the number bits extra to assign to boosted frames in a group.
1650 static int calculate_boost_bits(int frame_count,
1651                                 int boost, int64_t total_group_bits) {
1652   int allocation_chunks;
1653
1654   // return 0 for invalid inputs (could arise e.g. through rounding errors)
1655   if (!boost || (total_group_bits <= 0) || (frame_count <= 0) )
1656     return 0;
1657
1658   allocation_chunks = (frame_count * 100) + boost;
1659
1660   // Prevent overflow.
1661   if (boost > 1023) {
1662     int divisor = boost >> 10;
1663     boost /= divisor;
1664     allocation_chunks /= divisor;
1665   }
1666
1667   // Calculate the number of extra bits for use in the boosted frame or frames.
1668   return MAX((int)(((int64_t)boost * total_group_bits) / allocation_chunks), 0);
1669 }
1670
1671 // Current limit on maximum number of active arfs in a GF/ARF group.
1672 #define MAX_ACTIVE_ARFS 2
1673 #define ARF_SLOT1 2
1674 #define ARF_SLOT2 3
1675 // This function indirects the choice of buffers for arfs.
1676 // At the moment the values are fixed but this may change as part of
1677 // the integration process with other codec features that swap buffers around.
1678 static void get_arf_buffer_indices(unsigned char *arf_buffer_indices) {
1679   arf_buffer_indices[0] = ARF_SLOT1;
1680   arf_buffer_indices[1] = ARF_SLOT2;
1681 }
1682
1683 static void allocate_gf_group_bits(VP9_COMP *cpi, int64_t gf_group_bits,
1684                                    double group_error, int gf_arf_bits) {
1685   RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
1686   const VP9EncoderConfig *const oxcf = &cpi->oxcf;
1687   TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
1688   GF_GROUP *const gf_group = &twopass->gf_group;
1689   FIRSTPASS_STATS frame_stats;
1690   int i;
1691   int frame_index = 1;
1692   int target_frame_size;
1693   int key_frame;
1694   const int max_bits = frame_max_bits(&cpi->rc, &cpi->oxcf);
1695   int64_t total_group_bits = gf_group_bits;
1696   double modified_err = 0.0;
1697   double err_fraction;
1698   int mid_boost_bits = 0;
1699   int mid_frame_idx;
1700   unsigned char arf_buffer_indices[MAX_ACTIVE_ARFS];
1701   int alt_frame_index = frame_index;
1702   int has_temporal_layers = is_two_pass_svc(cpi) &&
1703                             cpi->svc.number_temporal_layers > 1;
1704
1705   // Only encode alt reference frame in temporal base layer.
1706   if (has_temporal_layers)
1707     alt_frame_index = cpi->svc.number_temporal_layers;
1708
1709   key_frame = cpi->common.frame_type == KEY_FRAME ||
1710               vp10_is_upper_layer_key_frame(cpi);
1711
1712   get_arf_buffer_indices(arf_buffer_indices);
1713
1714   // For key frames the frame target rate is already set and it
1715   // is also the golden frame.
1716   if (!key_frame) {
1717     if (rc->source_alt_ref_active) {
1718       gf_group->update_type[0] = OVERLAY_UPDATE;
1719       gf_group->rf_level[0] = INTER_NORMAL;
1720       gf_group->bit_allocation[0] = 0;
1721       gf_group->arf_update_idx[0] = arf_buffer_indices[0];
1722       gf_group->arf_ref_idx[0] = arf_buffer_indices[0];
1723     } else {
1724       gf_group->update_type[0] = GF_UPDATE;
1725       gf_group->rf_level[0] = GF_ARF_STD;
1726       gf_group->bit_allocation[0] = gf_arf_bits;
1727       gf_group->arf_update_idx[0] = arf_buffer_indices[0];
1728       gf_group->arf_ref_idx[0] = arf_buffer_indices[0];
1729     }
1730
1731     // Step over the golden frame / overlay frame
1732     if (EOF == input_stats(twopass, &frame_stats))
1733       return;
1734   }
1735
1736   // Deduct the boost bits for arf (or gf if it is not a key frame)
1737   // from the group total.
1738   if (rc->source_alt_ref_pending || !key_frame)
1739     total_group_bits -= gf_arf_bits;
1740
1741   // Store the bits to spend on the ARF if there is one.
1742   if (rc->source_alt_ref_pending) {
1743     gf_group->update_type[alt_frame_index] = ARF_UPDATE;
1744     gf_group->rf_level[alt_frame_index] = GF_ARF_STD;
1745     gf_group->bit_allocation[alt_frame_index] = gf_arf_bits;
1746
1747     if (has_temporal_layers)
1748       gf_group->arf_src_offset[alt_frame_index] =
1749           (unsigned char)(rc->baseline_gf_interval -
1750                           cpi->svc.number_temporal_layers);
1751     else
1752       gf_group->arf_src_offset[alt_frame_index] =
1753           (unsigned char)(rc->baseline_gf_interval - 1);
1754
1755     gf_group->arf_update_idx[alt_frame_index] = arf_buffer_indices[0];
1756     gf_group->arf_ref_idx[alt_frame_index] =
1757       arf_buffer_indices[cpi->multi_arf_last_grp_enabled &&
1758                          rc->source_alt_ref_active];
1759     if (!has_temporal_layers)
1760       ++frame_index;
1761
1762     if (cpi->multi_arf_enabled) {
1763       // Set aside a slot for a level 1 arf.
1764       gf_group->update_type[frame_index] = ARF_UPDATE;
1765       gf_group->rf_level[frame_index] = GF_ARF_LOW;
1766       gf_group->arf_src_offset[frame_index] =
1767         (unsigned char)((rc->baseline_gf_interval >> 1) - 1);
1768       gf_group->arf_update_idx[frame_index] = arf_buffer_indices[1];
1769       gf_group->arf_ref_idx[frame_index] = arf_buffer_indices[0];
1770       ++frame_index;
1771     }
1772   }
1773
1774   // Define middle frame
1775   mid_frame_idx = frame_index + (rc->baseline_gf_interval >> 1) - 1;
1776
1777   // Allocate bits to the other frames in the group.
1778   for (i = 0; i < rc->baseline_gf_interval - rc->source_alt_ref_pending; ++i) {
1779     int arf_idx = 0;
1780     if (EOF == input_stats(twopass, &frame_stats))
1781       break;
1782
1783     if (has_temporal_layers && frame_index == alt_frame_index) {
1784       ++frame_index;
1785     }
1786
1787     modified_err = calculate_modified_err(cpi, twopass, oxcf, &frame_stats);
1788
1789     if (group_error > 0)
1790       err_fraction = modified_err / DOUBLE_DIVIDE_CHECK(group_error);
1791     else
1792       err_fraction = 0.0;
1793
1794     target_frame_size = (int)((double)total_group_bits * err_fraction);
1795
1796     if (rc->source_alt_ref_pending && cpi->multi_arf_enabled) {
1797       mid_boost_bits += (target_frame_size >> 4);
1798       target_frame_size -= (target_frame_size >> 4);
1799
1800       if (frame_index <= mid_frame_idx)
1801         arf_idx = 1;
1802     }
1803     gf_group->arf_update_idx[frame_index] = arf_buffer_indices[arf_idx];
1804     gf_group->arf_ref_idx[frame_index] = arf_buffer_indices[arf_idx];
1805
1806     target_frame_size = clamp(target_frame_size, 0,
1807                               MIN(max_bits, (int)total_group_bits));
1808
1809     gf_group->update_type[frame_index] = LF_UPDATE;
1810     gf_group->rf_level[frame_index] = INTER_NORMAL;
1811
1812     gf_group->bit_allocation[frame_index] = target_frame_size;
1813     ++frame_index;
1814   }
1815
1816   // Note:
1817   // We need to configure the frame at the end of the sequence + 1 that will be
1818   // the start frame for the next group. Otherwise prior to the call to
1819   // vp10_rc_get_second_pass_params() the data will be undefined.
1820   gf_group->arf_update_idx[frame_index] = arf_buffer_indices[0];
1821   gf_group->arf_ref_idx[frame_index] = arf_buffer_indices[0];
1822
1823   if (rc->source_alt_ref_pending) {
1824     gf_group->update_type[frame_index] = OVERLAY_UPDATE;
1825     gf_group->rf_level[frame_index] = INTER_NORMAL;
1826
1827     // Final setup for second arf and its overlay.
1828     if (cpi->multi_arf_enabled) {
1829       gf_group->bit_allocation[2] =
1830           gf_group->bit_allocation[mid_frame_idx] + mid_boost_bits;
1831       gf_group->update_type[mid_frame_idx] = OVERLAY_UPDATE;
1832       gf_group->bit_allocation[mid_frame_idx] = 0;
1833     }
1834   } else {
1835     gf_group->update_type[frame_index] = GF_UPDATE;
1836     gf_group->rf_level[frame_index] = GF_ARF_STD;
1837   }
1838
1839   // Note whether multi-arf was enabled this group for next time.
1840   cpi->multi_arf_last_grp_enabled = cpi->multi_arf_enabled;
1841 }
1842
1843 // Analyse and define a gf/arf group.
1844 static void define_gf_group(VP9_COMP *cpi, FIRSTPASS_STATS *this_frame) {
1845   VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
1846   RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
1847   VP9EncoderConfig *const oxcf = &cpi->oxcf;
1848   TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
1849   FIRSTPASS_STATS next_frame;
1850   const FIRSTPASS_STATS *const start_pos = twopass->stats_in;
1851   int i;
1852
1853   double boost_score = 0.0;
1854   double old_boost_score = 0.0;
1855   double gf_group_err = 0.0;
1856 #if GROUP_ADAPTIVE_MAXQ
1857   double gf_group_raw_error = 0.0;
1858 #endif
1859   double gf_group_skip_pct = 0.0;
1860   double gf_group_inactive_zone_rows = 0.0;
1861   double gf_first_frame_err = 0.0;
1862   double mod_frame_err = 0.0;
1863
1864   double mv_ratio_accumulator = 0.0;
1865   double decay_accumulator = 1.0;
1866   double zero_motion_accumulator = 1.0;
1867
1868   double loop_decay_rate = 1.00;
1869   double last_loop_decay_rate = 1.00;
1870
1871   double this_frame_mv_in_out = 0.0;
1872   double mv_in_out_accumulator = 0.0;
1873   double abs_mv_in_out_accumulator = 0.0;
1874   double mv_ratio_accumulator_thresh;
1875   unsigned int allow_alt_ref = is_altref_enabled(cpi);
1876
1877   int f_boost = 0;
1878   int b_boost = 0;
1879   int flash_detected;
1880   int active_max_gf_interval;
1881   int active_min_gf_interval;
1882   int64_t gf_group_bits;
1883   double gf_group_error_left;
1884   int gf_arf_bits;
1885   const int is_key_frame = frame_is_intra_only(cm);
1886   const int arf_active_or_kf = is_key_frame || rc->source_alt_ref_active;
1887
1888   // Reset the GF group data structures unless this is a key
1889   // frame in which case it will already have been done.
1890   if (is_key_frame == 0) {
1891     vp10_zero(twopass->gf_group);
1892   }
1893
1894   vpx_clear_system_state();
1895   vp10_zero(next_frame);
1896
1897   // Load stats for the current frame.
1898   mod_frame_err = calculate_modified_err(cpi, twopass, oxcf, this_frame);
1899
1900   // Note the error of the frame at the start of the group. This will be
1901   // the GF frame error if we code a normal gf.
1902   gf_first_frame_err = mod_frame_err;
1903
1904   // If this is a key frame or the overlay from a previous arf then
1905   // the error score / cost of this frame has already been accounted for.
1906   if (arf_active_or_kf) {
1907     gf_group_err -= gf_first_frame_err;
1908 #if GROUP_ADAPTIVE_MAXQ
1909     gf_group_raw_error -= this_frame->coded_error;
1910 #endif
1911     gf_group_skip_pct -= this_frame->intra_skip_pct;
1912     gf_group_inactive_zone_rows -= this_frame->inactive_zone_rows;
1913   }
1914
1915   // Motion breakout threshold for loop below depends on image size.
1916   mv_ratio_accumulator_thresh =
1917       (cpi->initial_height + cpi->initial_width) / 4.0;
1918
1919   // Set a maximum and minimum interval for the GF group.
1920   // If the image appears almost completely static we can extend beyond this.
1921   {
1922     int int_max_q =
1923       (int)(vp10_convert_qindex_to_q(twopass->active_worst_quality,
1924                                    cpi->common.bit_depth));
1925     int int_lbq =
1926       (int)(vp10_convert_qindex_to_q(rc->last_boosted_qindex,
1927                                    cpi->common.bit_depth));
1928     active_min_gf_interval = rc->min_gf_interval + MIN(2, int_max_q / 200);
1929     if (active_min_gf_interval > rc->max_gf_interval)
1930       active_min_gf_interval = rc->max_gf_interval;
1931
1932     if (cpi->multi_arf_allowed) {
1933       active_max_gf_interval = rc->max_gf_interval;
1934     } else {
1935       // The value chosen depends on the active Q range. At low Q we have
1936       // bits to spare and are better with a smaller interval and smaller boost.
1937       // At high Q when there are few bits to spare we are better with a longer
1938       // interval to spread the cost of the GF.
1939       active_max_gf_interval = 12 + MIN(4, (int_lbq / 6));
1940       if (active_max_gf_interval < active_min_gf_interval)
1941         active_max_gf_interval = active_min_gf_interval;
1942
1943       if (active_max_gf_interval > rc->max_gf_interval)
1944         active_max_gf_interval = rc->max_gf_interval;
1945       if (active_max_gf_interval < active_min_gf_interval)
1946         active_max_gf_interval = active_min_gf_interval;
1947     }
1948   }
1949
1950   i = 0;
1951   while (i < rc->static_scene_max_gf_interval && i < rc->frames_to_key) {
1952     ++i;
1953
1954     // Accumulate error score of frames in this gf group.
1955     mod_frame_err = calculate_modified_err(cpi, twopass, oxcf, this_frame);
1956     gf_group_err += mod_frame_err;
1957 #if GROUP_ADAPTIVE_MAXQ
1958     gf_group_raw_error += this_frame->coded_error;
1959 #endif
1960     gf_group_skip_pct += this_frame->intra_skip_pct;
1961     gf_group_inactive_zone_rows += this_frame->inactive_zone_rows;
1962
1963     if (EOF == input_stats(twopass, &next_frame))
1964       break;
1965
1966     // Test for the case where there is a brief flash but the prediction
1967     // quality back to an earlier frame is then restored.
1968     flash_detected = detect_flash(twopass, 0);
1969
1970     // Update the motion related elements to the boost calculation.
1971     accumulate_frame_motion_stats(&next_frame,
1972                                   &this_frame_mv_in_out, &mv_in_out_accumulator,
1973                                   &abs_mv_in_out_accumulator,
1974                                   &mv_ratio_accumulator);
1975
1976     // Accumulate the effect of prediction quality decay.
1977     if (!flash_detected) {
1978       last_loop_decay_rate = loop_decay_rate;
1979       loop_decay_rate = get_prediction_decay_rate(cpi, &next_frame);
1980
1981       decay_accumulator = decay_accumulator * loop_decay_rate;
1982
1983       // Monitor for static sections.
1984       zero_motion_accumulator =
1985         MIN(zero_motion_accumulator, get_zero_motion_factor(cpi, &next_frame));
1986
1987       // Break clause to detect very still sections after motion. For example,
1988       // a static image after a fade or other transition.
1989       if (detect_transition_to_still(cpi, i, 5, loop_decay_rate,
1990                                      last_loop_decay_rate)) {
1991         allow_alt_ref = 0;
1992         break;
1993       }
1994     }
1995
1996     // Calculate a boost number for this frame.
1997     boost_score += decay_accumulator * calc_frame_boost(cpi, &next_frame,
1998                                                         this_frame_mv_in_out,
1999                                                         GF_MAX_BOOST);
2000
2001     // Break out conditions.
2002     if (
2003       // Break at active_max_gf_interval unless almost totally static.
2004       (i >= (active_max_gf_interval + arf_active_or_kf) &&
2005             zero_motion_accumulator < 0.995) ||
2006       (
2007         // Don't break out with a very short interval.
2008         (i >= active_min_gf_interval + arf_active_or_kf) &&
2009         (!flash_detected) &&
2010         ((mv_ratio_accumulator > mv_ratio_accumulator_thresh) ||
2011          (abs_mv_in_out_accumulator > 3.0) ||
2012          (mv_in_out_accumulator < -2.0) ||
2013          ((boost_score - old_boost_score) < BOOST_BREAKOUT)))) {
2014       boost_score = old_boost_score;
2015       break;
2016     }
2017
2018     *this_frame = next_frame;
2019     old_boost_score = boost_score;
2020   }
2021
2022   twopass->gf_zeromotion_pct = (int)(zero_motion_accumulator * 1000.0);
2023
2024   // Was the group length constrained by the requirement for a new KF?
2025   rc->constrained_gf_group = (i >= rc->frames_to_key) ? 1 : 0;
2026
2027   // Should we use the alternate reference frame.
2028   if (allow_alt_ref &&
2029     (i < cpi->oxcf.lag_in_frames) &&
2030     (i >= rc->min_gf_interval)) {
2031     // Calculate the boost for alt ref.
2032     rc->gfu_boost = calc_arf_boost(cpi, 0, (i - 1), (i - 1), &f_boost,
2033       &b_boost);
2034     rc->source_alt_ref_pending = 1;
2035
2036     // Test to see if multi arf is appropriate.
2037     cpi->multi_arf_enabled =
2038       (cpi->multi_arf_allowed && (rc->baseline_gf_interval >= 6) &&
2039       (zero_motion_accumulator < 0.995)) ? 1 : 0;
2040   } else {
2041     rc->gfu_boost = MAX((int)boost_score, MIN_ARF_GF_BOOST);
2042     rc->source_alt_ref_pending = 0;
2043   }
2044
2045   // Set the interval until the next gf.
2046   rc->baseline_gf_interval = i - (is_key_frame || rc->source_alt_ref_pending);
2047
2048   // Only encode alt reference frame in temporal base layer. So
2049   // baseline_gf_interval should be multiple of a temporal layer group
2050   // (typically the frame distance between two base layer frames)
2051   if (is_two_pass_svc(cpi) && cpi->svc.number_temporal_layers > 1) {
2052     int count = (1 << (cpi->svc.number_temporal_layers - 1)) - 1;
2053     int new_gf_interval = (rc->baseline_gf_interval + count) & (~count);
2054     int j;
2055     for (j = 0; j < new_gf_interval - rc->baseline_gf_interval; ++j) {
2056       if (EOF == input_stats(twopass, this_frame))
2057         break;
2058       gf_group_err += calculate_modified_err(cpi, twopass, oxcf, this_frame);
2059 #if GROUP_ADAPTIVE_MAXQ
2060       gf_group_raw_error += this_frame->coded_error;
2061 #endif
2062       gf_group_skip_pct += this_frame->intra_skip_pct;
2063       gf_group_inactive_zone_rows += this_frame->inactive_zone_rows;
2064     }
2065     rc->baseline_gf_interval = new_gf_interval;
2066   }
2067
2068   rc->frames_till_gf_update_due = rc->baseline_gf_interval;
2069
2070   // Reset the file position.
2071   reset_fpf_position(twopass, start_pos);
2072
2073   // Calculate the bits to be allocated to the gf/arf group as a whole
2074   gf_group_bits = calculate_total_gf_group_bits(cpi, gf_group_err);
2075
2076 #if GROUP_ADAPTIVE_MAXQ
2077   // Calculate an estimate of the maxq needed for the group.
2078   // We are more agressive about correcting for sections
2079   // where there could be significant overshoot than for easier
2080   // sections where we do not wish to risk creating an overshoot
2081   // of the allocated bit budget.
2082   if ((cpi->oxcf.rc_mode != VPX_Q) && (rc->baseline_gf_interval > 1)) {
2083     const int vbr_group_bits_per_frame =
2084       (int)(gf_group_bits / rc->baseline_gf_interval);
2085     const double group_av_err = gf_group_raw_error  / rc->baseline_gf_interval;
2086     const double group_av_skip_pct =
2087       gf_group_skip_pct / rc->baseline_gf_interval;
2088     const double group_av_inactive_zone =
2089       ((gf_group_inactive_zone_rows * 2) /
2090        (rc->baseline_gf_interval * (double)cm->mb_rows));
2091
2092     int tmp_q;
2093     // rc factor is a weight factor that corrects for local rate control drift.
2094     double rc_factor = 1.0;
2095     if (rc->rate_error_estimate > 0) {
2096       rc_factor = MAX(RC_FACTOR_MIN,
2097                       (double)(100 - rc->rate_error_estimate) / 100.0);
2098     } else {
2099       rc_factor = MIN(RC_FACTOR_MAX,
2100                       (double)(100 - rc->rate_error_estimate) / 100.0);
2101     }
2102     tmp_q =
2103       get_twopass_worst_quality(cpi, group_av_err,
2104                                 (group_av_skip_pct + group_av_inactive_zone),
2105                                 vbr_group_bits_per_frame,
2106                                 twopass->kfgroup_inter_fraction * rc_factor);
2107     twopass->active_worst_quality =
2108       MAX(tmp_q, twopass->active_worst_quality >> 1);
2109   }
2110 #endif
2111
2112   // Calculate the extra bits to be used for boosted frame(s)
2113   gf_arf_bits = calculate_boost_bits(rc->baseline_gf_interval,
2114                                      rc->gfu_boost, gf_group_bits);
2115
2116   // Adjust KF group bits and error remaining.
2117   twopass->kf_group_error_left -= (int64_t)gf_group_err;
2118
2119   // If this is an arf update we want to remove the score for the overlay
2120   // frame at the end which will usually be very cheap to code.
2121   // The overlay frame has already, in effect, been coded so we want to spread
2122   // the remaining bits among the other frames.
2123   // For normal GFs remove the score for the GF itself unless this is
2124   // also a key frame in which case it has already been accounted for.
2125   if (rc->source_alt_ref_pending) {
2126     gf_group_error_left = gf_group_err - mod_frame_err;
2127   } else if (is_key_frame == 0) {
2128     gf_group_error_left = gf_group_err - gf_first_frame_err;
2129   } else {
2130     gf_group_error_left = gf_group_err;
2131   }
2132
2133   // Allocate bits to each of the frames in the GF group.
2134   allocate_gf_group_bits(cpi, gf_group_bits, gf_group_error_left, gf_arf_bits);
2135
2136   // Reset the file position.
2137   reset_fpf_position(twopass, start_pos);
2138
2139   // Calculate a section intra ratio used in setting max loop filter.
2140   if (cpi->common.frame_type != KEY_FRAME) {
2141     twopass->section_intra_rating =
2142         calculate_section_intra_ratio(start_pos, twopass->stats_in_end,
2143                                       rc->baseline_gf_interval);
2144   }
2145
2146   if (oxcf->resize_mode == RESIZE_DYNAMIC) {
2147     // Default to starting GF groups at normal frame size.
2148     cpi->rc.next_frame_size_selector = UNSCALED;
2149   }
2150 }
2151
2152 // Threshold for use of the lagging second reference frame. High second ref
2153 // usage may point to a transient event like a flash or occlusion rather than
2154 // a real scene cut.
2155 #define SECOND_REF_USEAGE_THRESH 0.1
2156 // Minimum % intra coding observed in first pass (1.0 = 100%)
2157 #define MIN_INTRA_LEVEL 0.25
2158 // Minimum ratio between the % of intra coding and inter coding in the first
2159 // pass after discounting neutral blocks (discounting neutral blocks in this
2160 // way helps catch scene cuts in clips with very flat areas or letter box
2161 // format clips with image padding.
2162 #define INTRA_VS_INTER_THRESH 2.0
2163 // Hard threshold where the first pass chooses intra for almost all blocks.
2164 // In such a case even if the frame is not a scene cut coding a key frame
2165 // may be a good option.
2166 #define VERY_LOW_INTER_THRESH 0.05
2167 // Maximum threshold for the relative ratio of intra error score vs best
2168 // inter error score.
2169 #define KF_II_ERR_THRESHOLD 2.5
2170 // In real scene cuts there is almost always a sharp change in the intra
2171 // or inter error score.
2172 #define ERR_CHANGE_THRESHOLD 0.4
2173 // For real scene cuts we expect an improvment in the intra inter error
2174 // ratio in the next frame.
2175 #define II_IMPROVEMENT_THRESHOLD 3.5
2176 #define KF_II_MAX 128.0
2177
2178 static int test_candidate_kf(TWO_PASS *twopass,
2179                              const FIRSTPASS_STATS *last_frame,
2180                              const FIRSTPASS_STATS *this_frame,
2181                              const FIRSTPASS_STATS *next_frame) {
2182   int is_viable_kf = 0;
2183   double pcnt_intra = 1.0 - this_frame->pcnt_inter;
2184   double modified_pcnt_inter =
2185     this_frame->pcnt_inter - this_frame->pcnt_neutral;
2186
2187   // Does the frame satisfy the primary criteria of a key frame?
2188   // See above for an explanation of the test criteria.
2189   // If so, then examine how well it predicts subsequent frames.
2190   if ((this_frame->pcnt_second_ref < SECOND_REF_USEAGE_THRESH) &&
2191       (next_frame->pcnt_second_ref < SECOND_REF_USEAGE_THRESH) &&
2192       ((this_frame->pcnt_inter < VERY_LOW_INTER_THRESH) ||
2193        ((pcnt_intra > MIN_INTRA_LEVEL) &&
2194         (pcnt_intra > (INTRA_VS_INTER_THRESH * modified_pcnt_inter)) &&
2195         ((this_frame->intra_error /
2196           DOUBLE_DIVIDE_CHECK(this_frame->coded_error)) <
2197           KF_II_ERR_THRESHOLD) &&
2198         ((fabs(last_frame->coded_error - this_frame->coded_error) /
2199           DOUBLE_DIVIDE_CHECK(this_frame->coded_error) >
2200           ERR_CHANGE_THRESHOLD) ||
2201          (fabs(last_frame->intra_error - this_frame->intra_error) /
2202           DOUBLE_DIVIDE_CHECK(this_frame->intra_error) >
2203           ERR_CHANGE_THRESHOLD) ||
2204          ((next_frame->intra_error /
2205           DOUBLE_DIVIDE_CHECK(next_frame->coded_error)) >
2206           II_IMPROVEMENT_THRESHOLD))))) {
2207     int i;
2208     const FIRSTPASS_STATS *start_pos = twopass->stats_in;
2209     FIRSTPASS_STATS local_next_frame = *next_frame;
2210     double boost_score = 0.0;
2211     double old_boost_score = 0.0;
2212     double decay_accumulator = 1.0;
2213
2214     // Examine how well the key frame predicts subsequent frames.
2215     for (i = 0; i < 16; ++i) {
2216       double next_iiratio = (BOOST_FACTOR * local_next_frame.intra_error /
2217                              DOUBLE_DIVIDE_CHECK(local_next_frame.coded_error));
2218
2219       if (next_iiratio > KF_II_MAX)
2220         next_iiratio = KF_II_MAX;
2221
2222       // Cumulative effect of decay in prediction quality.
2223       if (local_next_frame.pcnt_inter > 0.85)
2224         decay_accumulator *= local_next_frame.pcnt_inter;
2225       else
2226         decay_accumulator *= (0.85 + local_next_frame.pcnt_inter) / 2.0;
2227
2228       // Keep a running total.
2229       boost_score += (decay_accumulator * next_iiratio);
2230
2231       // Test various breakout clauses.
2232       if ((local_next_frame.pcnt_inter < 0.05) ||
2233           (next_iiratio < 1.5) ||
2234           (((local_next_frame.pcnt_inter -
2235              local_next_frame.pcnt_neutral) < 0.20) &&
2236            (next_iiratio < 3.0)) ||
2237           ((boost_score - old_boost_score) < 3.0) ||
2238           (local_next_frame.intra_error < 200)) {
2239         break;
2240       }
2241
2242       old_boost_score = boost_score;
2243
2244       // Get the next frame details
2245       if (EOF == input_stats(twopass, &local_next_frame))
2246         break;
2247     }
2248
2249     // If there is tolerable prediction for at least the next 3 frames then
2250     // break out else discard this potential key frame and move on
2251     if (boost_score > 30.0 && (i > 3)) {
2252       is_viable_kf = 1;
2253     } else {
2254       // Reset the file position
2255       reset_fpf_position(twopass, start_pos);
2256
2257       is_viable_kf = 0;
2258     }
2259   }
2260
2261   return is_viable_kf;
2262 }
2263
2264 static void find_next_key_frame(VP9_COMP *cpi, FIRSTPASS_STATS *this_frame) {
2265   int i, j;
2266   RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
2267   TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
2268   GF_GROUP *const gf_group = &twopass->gf_group;
2269   const VP9EncoderConfig *const oxcf = &cpi->oxcf;
2270   const FIRSTPASS_STATS first_frame = *this_frame;
2271   const FIRSTPASS_STATS *const start_position = twopass->stats_in;
2272   FIRSTPASS_STATS next_frame;
2273   FIRSTPASS_STATS last_frame;
2274   int kf_bits = 0;
2275   int loop_decay_counter = 0;
2276   double decay_accumulator = 1.0;
2277   double av_decay_accumulator = 0.0;
2278   double zero_motion_accumulator = 1.0;
2279   double boost_score = 0.0;
2280   double kf_mod_err = 0.0;
2281   double kf_group_err = 0.0;
2282   double recent_loop_decay[8] = {1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0};
2283
2284   vp10_zero(next_frame);
2285
2286   cpi->common.frame_type = KEY_FRAME;
2287
2288   // Reset the GF group data structures.
2289   vp10_zero(*gf_group);
2290
2291   // Is this a forced key frame by interval.
2292   rc->this_key_frame_forced = rc->next_key_frame_forced;
2293
2294   // Clear the alt ref active flag and last group multi arf flags as they
2295   // can never be set for a key frame.
2296   rc->source_alt_ref_active = 0;
2297   cpi->multi_arf_last_grp_enabled = 0;
2298
2299   // KF is always a GF so clear frames till next gf counter.
2300   rc->frames_till_gf_update_due = 0;
2301
2302   rc->frames_to_key = 1;
2303
2304   twopass->kf_group_bits = 0;        // Total bits available to kf group
2305   twopass->kf_group_error_left = 0;  // Group modified error score.
2306
2307   kf_mod_err = calculate_modified_err(cpi, twopass, oxcf, this_frame);
2308
2309   // Find the next keyframe.
2310   i = 0;
2311   while (twopass->stats_in < twopass->stats_in_end &&
2312          rc->frames_to_key < cpi->oxcf.key_freq) {
2313     // Accumulate kf group error.
2314     kf_group_err += calculate_modified_err(cpi, twopass, oxcf, this_frame);
2315
2316     // Load the next frame's stats.
2317     last_frame = *this_frame;
2318     input_stats(twopass, this_frame);
2319
2320     // Provided that we are not at the end of the file...
2321     if (cpi->oxcf.auto_key && twopass->stats_in < twopass->stats_in_end) {
2322       double loop_decay_rate;
2323
2324       // Check for a scene cut.
2325       if (test_candidate_kf(twopass, &last_frame, this_frame,
2326                             twopass->stats_in))
2327         break;
2328
2329       // How fast is the prediction quality decaying?
2330       loop_decay_rate = get_prediction_decay_rate(cpi, twopass->stats_in);
2331
2332       // We want to know something about the recent past... rather than
2333       // as used elsewhere where we are concerned with decay in prediction
2334       // quality since the last GF or KF.
2335       recent_loop_decay[i % 8] = loop_decay_rate;
2336       decay_accumulator = 1.0;
2337       for (j = 0; j < 8; ++j)
2338         decay_accumulator *= recent_loop_decay[j];
2339
2340       // Special check for transition or high motion followed by a
2341       // static scene.
2342       if (detect_transition_to_still(cpi, i, cpi->oxcf.key_freq - i,
2343                                      loop_decay_rate, decay_accumulator))
2344         break;
2345
2346       // Step on to the next frame.
2347       ++rc->frames_to_key;
2348
2349       // If we don't have a real key frame within the next two
2350       // key_freq intervals then break out of the loop.
2351       if (rc->frames_to_key >= 2 * cpi->oxcf.key_freq)
2352         break;
2353     } else {
2354       ++rc->frames_to_key;
2355     }
2356     ++i;
2357   }
2358
2359   // If there is a max kf interval set by the user we must obey it.
2360   // We already breakout of the loop above at 2x max.
2361   // This code centers the extra kf if the actual natural interval
2362   // is between 1x and 2x.
2363   if (cpi->oxcf.auto_key &&
2364       rc->frames_to_key > cpi->oxcf.key_freq) {
2365     FIRSTPASS_STATS tmp_frame = first_frame;
2366
2367     rc->frames_to_key /= 2;
2368
2369     // Reset to the start of the group.
2370     reset_fpf_position(twopass, start_position);
2371
2372     kf_group_err = 0.0;
2373
2374     // Rescan to get the correct error data for the forced kf group.
2375     for (i = 0; i < rc->frames_to_key; ++i) {
2376       kf_group_err += calculate_modified_err(cpi, twopass, oxcf, &tmp_frame);
2377       input_stats(twopass, &tmp_frame);
2378     }
2379     rc->next_key_frame_forced = 1;
2380   } else if (twopass->stats_in == twopass->stats_in_end ||
2381              rc->frames_to_key >= cpi->oxcf.key_freq) {
2382     rc->next_key_frame_forced = 1;
2383   } else {
2384     rc->next_key_frame_forced = 0;
2385   }
2386
2387   if (is_two_pass_svc(cpi) && cpi->svc.number_temporal_layers > 1) {
2388     int count = (1 << (cpi->svc.number_temporal_layers - 1)) - 1;
2389     int new_frame_to_key = (rc->frames_to_key + count) & (~count);
2390     int j;
2391     for (j = 0; j < new_frame_to_key - rc->frames_to_key; ++j) {
2392       if (EOF == input_stats(twopass, this_frame))
2393         break;
2394       kf_group_err += calculate_modified_err(cpi, twopass, oxcf, this_frame);
2395     }
2396     rc->frames_to_key = new_frame_to_key;
2397   }
2398
2399   // Special case for the last key frame of the file.
2400   if (twopass->stats_in >= twopass->stats_in_end) {
2401     // Accumulate kf group error.
2402     kf_group_err += calculate_modified_err(cpi, twopass, oxcf, this_frame);
2403   }
2404
2405   // Calculate the number of bits that should be assigned to the kf group.
2406   if (twopass->bits_left > 0 && twopass->modified_error_left > 0.0) {
2407     // Maximum number of bits for a single normal frame (not key frame).
2408     const int max_bits = frame_max_bits(rc, &cpi->oxcf);
2409
2410     // Maximum number of bits allocated to the key frame group.
2411     int64_t max_grp_bits;
2412
2413     // Default allocation based on bits left and relative
2414     // complexity of the section.
2415     twopass->kf_group_bits = (int64_t)(twopass->bits_left *
2416        (kf_group_err / twopass->modified_error_left));
2417
2418     // Clip based on maximum per frame rate defined by the user.
2419     max_grp_bits = (int64_t)max_bits * (int64_t)rc->frames_to_key;
2420     if (twopass->kf_group_bits > max_grp_bits)
2421       twopass->kf_group_bits = max_grp_bits;
2422   } else {
2423     twopass->kf_group_bits = 0;
2424   }
2425   twopass->kf_group_bits = MAX(0, twopass->kf_group_bits);
2426
2427   // Reset the first pass file position.
2428   reset_fpf_position(twopass, start_position);
2429
2430   // Scan through the kf group collating various stats used to determine
2431   // how many bits to spend on it.
2432   decay_accumulator = 1.0;
2433   boost_score = 0.0;
2434   for (i = 0; i < (rc->frames_to_key - 1); ++i) {
2435     if (EOF == input_stats(twopass, &next_frame))
2436       break;
2437
2438     // Monitor for static sections.
2439     zero_motion_accumulator =
2440       MIN(zero_motion_accumulator,
2441           get_zero_motion_factor(cpi, &next_frame));
2442
2443     // Not all frames in the group are necessarily used in calculating boost.
2444     if ((i <= rc->max_gf_interval) ||
2445         ((i <= (rc->max_gf_interval * 4)) && (decay_accumulator > 0.5))) {
2446       const double frame_boost =
2447         calc_frame_boost(cpi, this_frame, 0, KF_MAX_BOOST);
2448
2449       // How fast is prediction quality decaying.
2450       if (!detect_flash(twopass, 0)) {
2451         const double loop_decay_rate =
2452           get_prediction_decay_rate(cpi, &next_frame);
2453         decay_accumulator *= loop_decay_rate;
2454         decay_accumulator = MAX(decay_accumulator, MIN_DECAY_FACTOR);
2455         av_decay_accumulator += decay_accumulator;
2456         ++loop_decay_counter;
2457       }
2458       boost_score += (decay_accumulator * frame_boost);
2459     }
2460   }
2461   av_decay_accumulator /= (double)loop_decay_counter;
2462
2463   reset_fpf_position(twopass, start_position);
2464
2465   // Store the zero motion percentage
2466   twopass->kf_zeromotion_pct = (int)(zero_motion_accumulator * 100.0);
2467
2468   // Calculate a section intra ratio used in setting max loop filter.
2469   twopass->section_intra_rating =
2470       calculate_section_intra_ratio(start_position, twopass->stats_in_end,
2471                                     rc->frames_to_key);
2472
2473   // Apply various clamps for min and max boost
2474   rc->kf_boost = (int)(av_decay_accumulator * boost_score);
2475   rc->kf_boost = MAX(rc->kf_boost, (rc->frames_to_key * 3));
2476   rc->kf_boost = MAX(rc->kf_boost, MIN_KF_BOOST);
2477
2478   // Work out how many bits to allocate for the key frame itself.
2479   kf_bits = calculate_boost_bits((rc->frames_to_key - 1),
2480                                   rc->kf_boost, twopass->kf_group_bits);
2481
2482   // Work out the fraction of the kf group bits reserved for the inter frames
2483   // within the group after discounting the bits for the kf itself.
2484   if (twopass->kf_group_bits) {
2485     twopass->kfgroup_inter_fraction =
2486       (double)(twopass->kf_group_bits - kf_bits) /
2487       (double)twopass->kf_group_bits;
2488   } else {
2489     twopass->kfgroup_inter_fraction = 1.0;
2490   }
2491
2492   twopass->kf_group_bits -= kf_bits;
2493
2494   // Save the bits to spend on the key frame.
2495   gf_group->bit_allocation[0] = kf_bits;
2496   gf_group->update_type[0] = KF_UPDATE;
2497   gf_group->rf_level[0] = KF_STD;
2498
2499   // Note the total error score of the kf group minus the key frame itself.
2500   twopass->kf_group_error_left = (int)(kf_group_err - kf_mod_err);
2501
2502   // Adjust the count of total modified error left.
2503   // The count of bits left is adjusted elsewhere based on real coded frame
2504   // sizes.
2505   twopass->modified_error_left -= kf_group_err;
2506
2507   if (oxcf->resize_mode == RESIZE_DYNAMIC) {
2508     // Default to normal-sized frame on keyframes.
2509     cpi->rc.next_frame_size_selector = UNSCALED;
2510   }
2511 }
2512
2513 // Define the reference buffers that will be updated post encode.
2514 static void configure_buffer_updates(VP9_COMP *cpi) {
2515   TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
2516
2517   cpi->rc.is_src_frame_alt_ref = 0;
2518   switch (twopass->gf_group.update_type[twopass->gf_group.index]) {
2519     case KF_UPDATE:
2520       cpi->refresh_last_frame = 1;
2521       cpi->refresh_golden_frame = 1;
2522       cpi->refresh_alt_ref_frame = 1;
2523       break;
2524     case LF_UPDATE:
2525       cpi->refresh_last_frame = 1;
2526       cpi->refresh_golden_frame = 0;
2527       cpi->refresh_alt_ref_frame = 0;
2528       break;
2529     case GF_UPDATE:
2530       cpi->refresh_last_frame = 1;
2531       cpi->refresh_golden_frame = 1;
2532       cpi->refresh_alt_ref_frame = 0;
2533       break;
2534     case OVERLAY_UPDATE:
2535       cpi->refresh_last_frame = 0;
2536       cpi->refresh_golden_frame = 1;
2537       cpi->refresh_alt_ref_frame = 0;
2538       cpi->rc.is_src_frame_alt_ref = 1;
2539       break;
2540     case ARF_UPDATE:
2541       cpi->refresh_last_frame = 0;
2542       cpi->refresh_golden_frame = 0;
2543       cpi->refresh_alt_ref_frame = 1;
2544       break;
2545     default:
2546       assert(0);
2547       break;
2548   }
2549   if (is_two_pass_svc(cpi)) {
2550     if (cpi->svc.temporal_layer_id > 0) {
2551       cpi->refresh_last_frame = 0;
2552       cpi->refresh_golden_frame = 0;
2553     }
2554     if (cpi->svc.layer_context[cpi->svc.spatial_layer_id].gold_ref_idx < 0)
2555       cpi->refresh_golden_frame = 0;
2556     if (cpi->alt_ref_source == NULL)
2557       cpi->refresh_alt_ref_frame = 0;
2558   }
2559 }
2560
2561 static int is_skippable_frame(const VP9_COMP *cpi) {
2562   // If the current frame does not have non-zero motion vector detected in the
2563   // first  pass, and so do its previous and forward frames, then this frame
2564   // can be skipped for partition check, and the partition size is assigned
2565   // according to the variance
2566   const SVC *const svc = &cpi->svc;
2567   const TWO_PASS *const twopass = is_two_pass_svc(cpi) ?
2568       &svc->layer_context[svc->spatial_layer_id].twopass : &cpi->twopass;
2569
2570   return (!frame_is_intra_only(&cpi->common) &&
2571     twopass->stats_in - 2 > twopass->stats_in_start &&
2572     twopass->stats_in < twopass->stats_in_end &&
2573     (twopass->stats_in - 1)->pcnt_inter - (twopass->stats_in - 1)->pcnt_motion
2574     == 1 &&
2575     (twopass->stats_in - 2)->pcnt_inter - (twopass->stats_in - 2)->pcnt_motion
2576     == 1 &&
2577     twopass->stats_in->pcnt_inter - twopass->stats_in->pcnt_motion == 1);
2578 }
2579
2580 void vp10_rc_get_second_pass_params(VP9_COMP *cpi) {
2581   VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
2582   RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
2583   TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
2584   GF_GROUP *const gf_group = &twopass->gf_group;
2585   int frames_left;
2586   FIRSTPASS_STATS this_frame;
2587
2588   int target_rate;
2589   LAYER_CONTEXT *const lc = is_two_pass_svc(cpi) ?
2590         &cpi->svc.layer_context[cpi->svc.spatial_layer_id] : 0;
2591
2592   if (lc != NULL) {
2593     frames_left = (int)(twopass->total_stats.count -
2594                   lc->current_video_frame_in_layer);
2595   } else {
2596     frames_left = (int)(twopass->total_stats.count -
2597                   cm->current_video_frame);
2598   }
2599
2600   if (!twopass->stats_in)
2601     return;
2602
2603   // If this is an arf frame then we dont want to read the stats file or
2604   // advance the input pointer as we already have what we need.
2605   if (gf_group->update_type[gf_group->index] == ARF_UPDATE) {
2606     int target_rate;
2607     configure_buffer_updates(cpi);
2608     target_rate = gf_group->bit_allocation[gf_group->index];
2609     target_rate = vp10_rc_clamp_pframe_target_size(cpi, target_rate);
2610     rc->base_frame_target = target_rate;
2611
2612     cm->frame_type = INTER_FRAME;
2613
2614     if (lc != NULL) {
2615       if (cpi->svc.spatial_layer_id == 0) {
2616         lc->is_key_frame = 0;
2617       } else {
2618         lc->is_key_frame = cpi->svc.layer_context[0].is_key_frame;
2619
2620         if (lc->is_key_frame)
2621           cpi->ref_frame_flags &= (~VP9_LAST_FLAG);
2622       }
2623     }
2624
2625     // Do the firstpass stats indicate that this frame is skippable for the
2626     // partition search?
2627     if (cpi->sf.allow_partition_search_skip &&
2628         cpi->oxcf.pass == 2 && (!cpi->use_svc || is_two_pass_svc(cpi))) {
2629       cpi->partition_search_skippable_frame = is_skippable_frame(cpi);
2630     }
2631
2632     return;
2633   }
2634
2635   vpx_clear_system_state();
2636
2637   if (cpi->oxcf.rc_mode == VPX_Q) {
2638     twopass->active_worst_quality = cpi->oxcf.cq_level;
2639   } else if (cm->current_video_frame == 0 ||
2640              (lc != NULL && lc->current_video_frame_in_layer == 0)) {
2641     // Special case code for first frame.
2642     const int section_target_bandwidth = (int)(twopass->bits_left /
2643                                                frames_left);
2644     const double section_length = twopass->total_left_stats.count;
2645     const double section_error =
2646       twopass->total_left_stats.coded_error / section_length;
2647     const double section_intra_skip =
2648       twopass->total_left_stats.intra_skip_pct / section_length;
2649     const double section_inactive_zone =
2650       (twopass->total_left_stats.inactive_zone_rows * 2) /
2651       ((double)cm->mb_rows * section_length);
2652     const int tmp_q =
2653       get_twopass_worst_quality(cpi, section_error,
2654                                 section_intra_skip + section_inactive_zone,
2655                                 section_target_bandwidth, DEFAULT_GRP_WEIGHT);
2656
2657     twopass->active_worst_quality = tmp_q;
2658     twopass->baseline_active_worst_quality = tmp_q;
2659     rc->ni_av_qi = tmp_q;
2660     rc->last_q[INTER_FRAME] = tmp_q;
2661     rc->avg_q = vp10_convert_qindex_to_q(tmp_q, cm->bit_depth);
2662     rc->avg_frame_qindex[INTER_FRAME] = tmp_q;
2663     rc->last_q[KEY_FRAME] = (tmp_q + cpi->oxcf.best_allowed_q) / 2;
2664     rc->avg_frame_qindex[KEY_FRAME] = rc->last_q[KEY_FRAME];
2665   }
2666   vp10_zero(this_frame);
2667   if (EOF == input_stats(twopass, &this_frame))
2668     return;
2669
2670   // Set the frame content type flag.
2671   if (this_frame.intra_skip_pct >= FC_ANIMATION_THRESH)
2672     twopass->fr_content_type = FC_GRAPHICS_ANIMATION;
2673   else
2674     twopass->fr_content_type = FC_NORMAL;
2675
2676   // Keyframe and section processing.
2677   if (rc->frames_to_key == 0 || (cpi->frame_flags & FRAMEFLAGS_KEY)) {
2678     FIRSTPASS_STATS this_frame_copy;
2679     this_frame_copy = this_frame;
2680     // Define next KF group and assign bits to it.
2681     find_next_key_frame(cpi, &this_frame);
2682     this_frame = this_frame_copy;
2683   } else {
2684     cm->frame_type = INTER_FRAME;
2685   }
2686
2687   if (lc != NULL) {
2688     if (cpi->svc.spatial_layer_id == 0) {
2689       lc->is_key_frame = (cm->frame_type == KEY_FRAME);
2690       if (lc->is_key_frame) {
2691         cpi->ref_frame_flags &=
2692             (~VP9_LAST_FLAG & ~VP9_GOLD_FLAG & ~VP9_ALT_FLAG);
2693         lc->frames_from_key_frame = 0;
2694         // Encode an intra only empty frame since we have a key frame.
2695         cpi->svc.encode_intra_empty_frame = 1;
2696       }
2697     } else {
2698       cm->frame_type = INTER_FRAME;
2699       lc->is_key_frame = cpi->svc.layer_context[0].is_key_frame;
2700
2701       if (lc->is_key_frame) {
2702         cpi->ref_frame_flags &= (~VP9_LAST_FLAG);
2703         lc->frames_from_key_frame = 0;
2704       }
2705     }
2706   }
2707
2708   // Define a new GF/ARF group. (Should always enter here for key frames).
2709   if (rc->frames_till_gf_update_due == 0) {
2710     define_gf_group(cpi, &this_frame);
2711
2712     rc->frames_till_gf_update_due = rc->baseline_gf_interval;
2713     if (lc != NULL)
2714       cpi->refresh_golden_frame = 1;
2715
2716 #if ARF_STATS_OUTPUT
2717     {
2718       FILE *fpfile;
2719       fpfile = fopen("arf.stt", "a");
2720       ++arf_count;
2721       fprintf(fpfile, "%10d %10ld %10d %10d %10ld\n",
2722               cm->current_video_frame, rc->frames_till_gf_update_due,
2723               rc->kf_boost, arf_count, rc->gfu_boost);
2724
2725       fclose(fpfile);
2726     }
2727 #endif
2728   }
2729
2730   configure_buffer_updates(cpi);
2731
2732   // Do the firstpass stats indicate that this frame is skippable for the
2733   // partition search?
2734   if (cpi->sf.allow_partition_search_skip && cpi->oxcf.pass == 2 &&
2735       (!cpi->use_svc || is_two_pass_svc(cpi))) {
2736     cpi->partition_search_skippable_frame = is_skippable_frame(cpi);
2737   }
2738
2739   target_rate = gf_group->bit_allocation[gf_group->index];
2740   if (cpi->common.frame_type == KEY_FRAME)
2741     target_rate = vp10_rc_clamp_iframe_target_size(cpi, target_rate);
2742   else
2743     target_rate = vp10_rc_clamp_pframe_target_size(cpi, target_rate);
2744
2745   rc->base_frame_target = target_rate;
2746
2747   {
2748     const int num_mbs = (cpi->oxcf.resize_mode != RESIZE_NONE)
2749                         ? cpi->initial_mbs : cpi->common.MBs;
2750     // The multiplication by 256 reverses a scaling factor of (>> 8)
2751     // applied when combining MB error values for the frame.
2752     twopass->mb_av_energy =
2753       log(((this_frame.intra_error * 256.0) / num_mbs) + 1.0);
2754   }
2755
2756   // Update the total stats remaining structure.
2757   subtract_stats(&twopass->total_left_stats, &this_frame);
2758 }
2759
2760 #define MINQ_ADJ_LIMIT 48
2761 #define MINQ_ADJ_LIMIT_CQ 20
2762 #define HIGH_UNDERSHOOT_RATIO 2
2763 void vp10_twopass_postencode_update(VP9_COMP *cpi) {
2764   TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
2765   RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
2766   const int bits_used = rc->base_frame_target;
2767
2768   // VBR correction is done through rc->vbr_bits_off_target. Based on the
2769   // sign of this value, a limited % adjustment is made to the target rate
2770   // of subsequent frames, to try and push it back towards 0. This method
2771   // is designed to prevent extreme behaviour at the end of a clip
2772   // or group of frames.
2773   rc->vbr_bits_off_target += rc->base_frame_target - rc->projected_frame_size;
2774   twopass->bits_left = MAX(twopass->bits_left - bits_used, 0);
2775
2776   // Calculate the pct rc error.
2777   if (rc->total_actual_bits) {
2778     rc->rate_error_estimate =
2779       (int)((rc->vbr_bits_off_target * 100) / rc->total_actual_bits);
2780     rc->rate_error_estimate = clamp(rc->rate_error_estimate, -100, 100);
2781   } else {
2782     rc->rate_error_estimate = 0;
2783   }
2784
2785   if (cpi->common.frame_type != KEY_FRAME &&
2786       !vp10_is_upper_layer_key_frame(cpi)) {
2787     twopass->kf_group_bits -= bits_used;
2788     twopass->last_kfgroup_zeromotion_pct = twopass->kf_zeromotion_pct;
2789   }
2790   twopass->kf_group_bits = MAX(twopass->kf_group_bits, 0);
2791
2792   // Increment the gf group index ready for the next frame.
2793   ++twopass->gf_group.index;
2794
2795   // If the rate control is drifting consider adjustment to min or maxq.
2796   if ((cpi->oxcf.rc_mode != VPX_Q) &&
2797       (cpi->twopass.gf_zeromotion_pct < VLOW_MOTION_THRESHOLD) &&
2798       !cpi->rc.is_src_frame_alt_ref) {
2799     const int maxq_adj_limit =
2800       rc->worst_quality - twopass->active_worst_quality;
2801     const int minq_adj_limit =
2802         (cpi->oxcf.rc_mode == VPX_CQ ? MINQ_ADJ_LIMIT_CQ : MINQ_ADJ_LIMIT);
2803
2804     // Undershoot.
2805     if (rc->rate_error_estimate > cpi->oxcf.under_shoot_pct) {
2806       --twopass->extend_maxq;
2807       if (rc->rolling_target_bits >= rc->rolling_actual_bits)
2808         ++twopass->extend_minq;
2809     // Overshoot.
2810     } else if (rc->rate_error_estimate < -cpi->oxcf.over_shoot_pct) {
2811       --twopass->extend_minq;
2812       if (rc->rolling_target_bits < rc->rolling_actual_bits)
2813         ++twopass->extend_maxq;
2814     } else {
2815       // Adjustment for extreme local overshoot.
2816       if (rc->projected_frame_size > (2 * rc->base_frame_target) &&
2817           rc->projected_frame_size > (2 * rc->avg_frame_bandwidth))
2818         ++twopass->extend_maxq;
2819
2820       // Unwind undershoot or overshoot adjustment.
2821       if (rc->rolling_target_bits < rc->rolling_actual_bits)
2822         --twopass->extend_minq;
2823       else if (rc->rolling_target_bits > rc->rolling_actual_bits)
2824         --twopass->extend_maxq;
2825     }
2826
2827     twopass->extend_minq = clamp(twopass->extend_minq, 0, minq_adj_limit);
2828     twopass->extend_maxq = clamp(twopass->extend_maxq, 0, maxq_adj_limit);
2829
2830     // If there is a big and undexpected undershoot then feed the extra
2831     // bits back in quickly. One situation where this may happen is if a
2832     // frame is unexpectedly almost perfectly predicted by the ARF or GF
2833     // but not very well predcited by the previous frame.
2834     if (!frame_is_kf_gf_arf(cpi) && !cpi->rc.is_src_frame_alt_ref) {
2835       int fast_extra_thresh = rc->base_frame_target / HIGH_UNDERSHOOT_RATIO;
2836       if (rc->projected_frame_size < fast_extra_thresh) {
2837         rc->vbr_bits_off_target_fast +=
2838           fast_extra_thresh - rc->projected_frame_size;
2839         rc->vbr_bits_off_target_fast =
2840           MIN(rc->vbr_bits_off_target_fast, (4 * rc->avg_frame_bandwidth));
2841
2842         // Fast adaptation of minQ if necessary to use up the extra bits.
2843         if (rc->avg_frame_bandwidth) {
2844           twopass->extend_minq_fast =
2845             (int)(rc->vbr_bits_off_target_fast * 8 / rc->avg_frame_bandwidth);
2846         }
2847         twopass->extend_minq_fast = MIN(twopass->extend_minq_fast,
2848                                         minq_adj_limit - twopass->extend_minq);
2849       } else if (rc->vbr_bits_off_target_fast) {
2850         twopass->extend_minq_fast = MIN(twopass->extend_minq_fast,
2851                                         minq_adj_limit - twopass->extend_minq);
2852       } else {
2853         twopass->extend_minq_fast = 0;
2854       }
2855     }
2856   }
2857 }