granicus.if.org Git - libvpx/blob - vp9/encoder/vp9_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_scale_rtcd.h"
  16
  17 #include "vpx_mem/vpx_mem.h"
  18 #include "vpx_scale/vpx_scale.h"
  19 #include "vpx_scale/yv12config.h"
  20
  21 #include "vp9/common/vp9_entropymv.h"
  22 #include "vp9/common/vp9_quant_common.h"
  23 #include "vp9/common/vp9_reconinter.h"  // vp9_setup_dst_planes()
  24 #include "vp9/common/vp9_systemdependent.h"
  25
  26 #include "vp9/encoder/vp9_aq_variance.h"
  27 #include "vp9/encoder/vp9_block.h"
  28 #include "vp9/encoder/vp9_encodeframe.h"
  29 #include "vp9/encoder/vp9_encodemb.h"
  30 #include "vp9/encoder/vp9_encodemv.h"
  31 #include "vp9/encoder/vp9_encoder.h"
  32 #include "vp9/encoder/vp9_extend.h"
  33 #include "vp9/encoder/vp9_firstpass.h"
  34 #include "vp9/encoder/vp9_mcomp.h"
  35 #include "vp9/encoder/vp9_quantize.h"
  36 #include "vp9/encoder/vp9_rd.h"
  37 #include "vp9/encoder/vp9_variance.h"
  38
  39 #define OUTPUT_FPF 0
  40
  41 #define IIFACTOR   12.5
  42 #define IIKFACTOR1 12.5
  43 #define IIKFACTOR2 15.0
  44 #define RMAX       512.0
  45 #define GF_RMAX    96.0
  46 #define ERR_DIVISOR   150.0
  47 #define MIN_DECAY_FACTOR 0.1
  48 #define SVC_FACTOR_PT_LOW 0.45
  49 #define FACTOR_PT_LOW 0.5
  50 #define FACTOR_PT_HIGH 0.9
  51
  52 #define KF_MB_INTRA_MIN 150
  53 #define GF_MB_INTRA_MIN 100
  54
  55 #define DOUBLE_DIVIDE_CHECK(x) ((x) < 0 ? (x) - 0.000001 : (x) + 0.000001)
  56
  57 #define MIN_KF_BOOST        300
  58 #define MIN_GF_INTERVAL     4
  59 #define LONG_TERM_VBR_CORRECTION
  60
  61 static void swap_yv12(YV12_BUFFER_CONFIG *a, YV12_BUFFER_CONFIG *b) {
  62   YV12_BUFFER_CONFIG temp = *a;
  63   *a = *b;
  64   *b = temp;
  65 }
  66
  67 static int gfboost_qadjust(int qindex) {
  68   const double q = vp9_convert_qindex_to_q(qindex);
  69   return (int)((0.00000828 * q * q * q) +
  70                (-0.0055 * q * q) +
  71                (1.32 * q) + 79.3);
  72 }
  73
  74 // Resets the first pass file to the given position using a relative seek from
  75 // the current position.
  76 static void reset_fpf_position(TWO_PASS *p,
  77                                const FIRSTPASS_STATS *position) {
  78   p->stats_in = position;
  79 }
  80
  81 static int lookup_next_frame_stats(const TWO_PASS *p,
  82                                    FIRSTPASS_STATS *next_frame) {
  83   if (p->stats_in >= p->stats_in_end)
  84     return EOF;
  85
  86   *next_frame = *p->stats_in;
  87   return 1;
  88 }
  89
  90
  91 // Read frame stats at an offset from the current position.
  92 static const FIRSTPASS_STATS *read_frame_stats(const TWO_PASS *p, int offset) {
  93   if ((offset >= 0 && p->stats_in + offset >= p->stats_in_end) ||
  94       (offset < 0 && p->stats_in + offset < p->stats_in_start)) {
  95     return NULL;
  96   }
  97
  98   return &p->stats_in[offset];
  99 }
 100
 101 static int input_stats(TWO_PASS *p, FIRSTPASS_STATS *fps) {
 102   if (p->stats_in >= p->stats_in_end)
 103     return EOF;
 104
 105   *fps = *p->stats_in;
 106   ++p->stats_in;
 107   return 1;
 108 }
 109
 110 static void output_stats(FIRSTPASS_STATS *stats,
 111                          struct vpx_codec_pkt_list *pktlist) {
 112   struct vpx_codec_cx_pkt pkt;
 113   pkt.kind = VPX_CODEC_STATS_PKT;
 114   pkt.data.twopass_stats.buf = stats;
 115   pkt.data.twopass_stats.sz = sizeof(FIRSTPASS_STATS);
 116   vpx_codec_pkt_list_add(pktlist, &pkt);
 117
 118 // TEMP debug code
 119 #if OUTPUT_FPF
 120   {
 121     FILE *fpfile;
 122     fpfile = fopen("firstpass.stt", "a");
 123
 124     fprintf(fpfile, "%12.0f %12.0f %12.0f %12.0f %12.4f %12.4f"
 125             "%12.4f %12.4f %12.4f %12.4f %12.4f %12.4f %12.4f"
 126             "%12.0f %12.0f %12.4f %12.0f %12.0f %12.4f\n",
 127             stats->frame,
 128             stats->intra_error,
 129             stats->coded_error,
 130             stats->sr_coded_error,
 131             stats->pcnt_inter,
 132             stats->pcnt_motion,
 133             stats->pcnt_second_ref,
 134             stats->pcnt_neutral,
 135             stats->MVr,
 136             stats->mvr_abs,
 137             stats->MVc,
 138             stats->mvc_abs,
 139             stats->MVrv,
 140             stats->MVcv,
 141             stats->mv_in_out_count,
 142             stats->new_mv_count,
 143             stats->count,
 144             stats->duration);
 145     fclose(fpfile);
 146   }
 147 #endif
 148 }
 149
 150 #if CONFIG_FP_MB_STATS
 151 static void output_fpmb_stats(uint8_t *this_frame_mb_stats, VP9_COMMON *cm,
 152                          struct vpx_codec_pkt_list *pktlist) {
 153   struct vpx_codec_cx_pkt pkt;
 154   pkt.kind = VPX_CODEC_FPMB_STATS_PKT;
 155   pkt.data.firstpass_mb_stats.buf = this_frame_mb_stats;
 156   pkt.data.firstpass_mb_stats.sz = cm->MBs * sizeof(uint8_t);
 157   vpx_codec_pkt_list_add(pktlist, &pkt);
 158 }
 159 #endif
 160
 161 static void zero_stats(FIRSTPASS_STATS *section) {
 162   section->frame      = 0.0;
 163   section->intra_error = 0.0;
 164   section->coded_error = 0.0;
 165   section->sr_coded_error = 0.0;
 166   section->pcnt_inter  = 0.0;
 167   section->pcnt_motion  = 0.0;
 168   section->pcnt_second_ref = 0.0;
 169   section->pcnt_neutral = 0.0;
 170   section->MVr        = 0.0;
 171   section->mvr_abs     = 0.0;
 172   section->MVc        = 0.0;
 173   section->mvc_abs     = 0.0;
 174   section->MVrv       = 0.0;
 175   section->MVcv       = 0.0;
 176   section->mv_in_out_count  = 0.0;
 177   section->new_mv_count = 0.0;
 178   section->count      = 0.0;
 179   section->duration   = 1.0;
 180   section->spatial_layer_id = 0;
 181 }
 182
 183 static void accumulate_stats(FIRSTPASS_STATS *section,
 184                              const FIRSTPASS_STATS *frame) {
 185   section->frame += frame->frame;
 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->MVr        += frame->MVr;
 195   section->mvr_abs     += frame->mvr_abs;
 196   section->MVc        += frame->MVc;
 197   section->mvc_abs     += frame->mvc_abs;
 198   section->MVrv       += frame->MVrv;
 199   section->MVcv       += frame->MVcv;
 200   section->mv_in_out_count  += frame->mv_in_out_count;
 201   section->new_mv_count += frame->new_mv_count;
 202   section->count      += frame->count;
 203   section->duration   += frame->duration;
 204 }
 205
 206 static void subtract_stats(FIRSTPASS_STATS *section,
 207                            const FIRSTPASS_STATS *frame) {
 208   section->frame -= frame->frame;
 209   section->intra_error -= frame->intra_error;
 210   section->coded_error -= frame->coded_error;
 211   section->sr_coded_error -= frame->sr_coded_error;
 212   section->pcnt_inter  -= frame->pcnt_inter;
 213   section->pcnt_motion -= frame->pcnt_motion;
 214   section->pcnt_second_ref -= frame->pcnt_second_ref;
 215   section->pcnt_neutral -= frame->pcnt_neutral;
 216   section->MVr        -= frame->MVr;
 217   section->mvr_abs     -= frame->mvr_abs;
 218   section->MVc        -= frame->MVc;
 219   section->mvc_abs     -= frame->mvc_abs;
 220   section->MVrv       -= frame->MVrv;
 221   section->MVcv       -= frame->MVcv;
 222   section->mv_in_out_count  -= frame->mv_in_out_count;
 223   section->new_mv_count -= frame->new_mv_count;
 224   section->count      -= frame->count;
 225   section->duration   -= frame->duration;
 226 }
 227
 228 static void avg_stats(FIRSTPASS_STATS *section) {
 229   if (section->count < 1.0)
 230     return;
 231
 232   section->intra_error /= section->count;
 233   section->coded_error /= section->count;
 234   section->sr_coded_error /= section->count;
 235   section->pcnt_inter  /= section->count;
 236   section->pcnt_second_ref /= section->count;
 237   section->pcnt_neutral /= section->count;
 238   section->pcnt_motion /= section->count;
 239   section->MVr        /= section->count;
 240   section->mvr_abs     /= section->count;
 241   section->MVc        /= section->count;
 242   section->mvc_abs     /= section->count;
 243   section->MVrv       /= section->count;
 244   section->MVcv       /= section->count;
 245   section->mv_in_out_count   /= section->count;
 246   section->duration   /= section->count;
 247 }
 248
 249 // Calculate a modified Error used in distributing bits between easier and
 250 // harder frames.
 251 static double calculate_modified_err(const TWO_PASS *twopass,
 252                                      const VP9EncoderConfig *oxcf,
 253                                      const FIRSTPASS_STATS *this_frame) {
 254   const FIRSTPASS_STATS *const stats = &twopass->total_stats;
 255   const double av_err = stats->coded_error / stats->count;
 256   const double modified_error = av_err *
 257       pow(this_frame->coded_error / DOUBLE_DIVIDE_CHECK(av_err),
 258           oxcf->two_pass_vbrbias / 100.0);
 259   return fclamp(modified_error,
 260                 twopass->modified_error_min, twopass->modified_error_max);
 261 }
 262
 263 // This function returns the maximum target rate per frame.
 264 static int frame_max_bits(const RATE_CONTROL *rc,
 265                           const VP9EncoderConfig *oxcf) {
 266   int64_t max_bits = ((int64_t)rc->avg_frame_bandwidth *
 267                           (int64_t)oxcf->two_pass_vbrmax_section) / 100;
 268   if (max_bits < 0)
 269     max_bits = 0;
 270   else if (max_bits > rc->max_frame_bandwidth)
 271     max_bits = rc->max_frame_bandwidth;
 272
 273   return (int)max_bits;
 274 }
 275
 276 void vp9_init_first_pass(VP9_COMP *cpi) {
 277   zero_stats(&cpi->twopass.total_stats);
 278 }
 279
 280 void vp9_end_first_pass(VP9_COMP *cpi) {
 281   if (cpi->use_svc && cpi->svc.number_temporal_layers == 1) {
 282     int i;
 283     for (i = 0; i < cpi->svc.number_spatial_layers; ++i) {
 284       output_stats(&cpi->svc.layer_context[i].twopass.total_stats,
 285                    cpi->output_pkt_list);
 286     }
 287   } else {
 288     output_stats(&cpi->twopass.total_stats, cpi->output_pkt_list);
 289   }
 290 }
 291
 292 static vp9_variance_fn_t get_block_variance_fn(BLOCK_SIZE bsize) {
 293   switch (bsize) {
 294     case BLOCK_8X8:
 295       return vp9_mse8x8;
 296     case BLOCK_16X8:
 297       return vp9_mse16x8;
 298     case BLOCK_8X16:
 299       return vp9_mse8x16;
 300     default:
 301       return vp9_mse16x16;
 302   }
 303 }
 304
 305 static unsigned int get_prediction_error(BLOCK_SIZE bsize,
 306                                          const struct buf_2d *src,
 307                                          const struct buf_2d *ref) {
 308   unsigned int sse;
 309   const vp9_variance_fn_t fn = get_block_variance_fn(bsize);
 310   fn(src->buf, src->stride, ref->buf, ref->stride, &sse);
 311   return sse;
 312 }
 313
 314 // Refine the motion search range according to the frame dimension
 315 // for first pass test.
 316 static int get_search_range(const VP9_COMMON *cm) {
 317   int sr = 0;
 318   const int dim = MIN(cm->width, cm->height);
 319
 320   while ((dim << sr) < MAX_FULL_PEL_VAL)
 321     ++sr;
 322   return sr;
 323 }
 324
 325 static void first_pass_motion_search(VP9_COMP *cpi, MACROBLOCK *x,
 326                                      const MV *ref_mv, MV *best_mv,
 327                                      int *best_motion_err) {
 328   MACROBLOCKD *const xd = &x->e_mbd;
 329   MV tmp_mv = {0, 0};
 330   MV ref_mv_full = {ref_mv->row >> 3, ref_mv->col >> 3};
 331   int num00, tmp_err, n;
 332   const BLOCK_SIZE bsize = xd->mi[0]->mbmi.sb_type;
 333   vp9_variance_fn_ptr_t v_fn_ptr = cpi->fn_ptr[bsize];
 334   const int new_mv_mode_penalty = 256;
 335
 336   int step_param = 3;
 337   int further_steps = (MAX_MVSEARCH_STEPS - 1) - step_param;
 338   const int sr = get_search_range(&cpi->common);
 339   step_param += sr;
 340   further_steps -= sr;
 341
 342   // Override the default variance function to use MSE.
 343   v_fn_ptr.vf = get_block_variance_fn(bsize);
 344
 345   // Center the initial step/diamond search on best mv.
 346   tmp_err = cpi->diamond_search_sad(x, &cpi->ss_cfg, &ref_mv_full, &tmp_mv,
 347                                     step_param,
 348                                     x->sadperbit16, &num00, &v_fn_ptr, ref_mv);
 349   if (tmp_err < INT_MAX)
 350     tmp_err = vp9_get_mvpred_var(x, &tmp_mv, ref_mv, &v_fn_ptr, 1);
 351   if (tmp_err < INT_MAX - new_mv_mode_penalty)
 352     tmp_err += new_mv_mode_penalty;
 353
 354   if (tmp_err < *best_motion_err) {
 355     *best_motion_err = tmp_err;
 356     *best_mv = tmp_mv;
 357   }
 358
 359   // Carry out further step/diamond searches as necessary.
 360   n = num00;
 361   num00 = 0;
 362
 363   while (n < further_steps) {
 364     ++n;
 365
 366     if (num00) {
 367       --num00;
 368     } else {
 369       tmp_err = cpi->diamond_search_sad(x, &cpi->ss_cfg, &ref_mv_full, &tmp_mv,
 370                                         step_param + n, x->sadperbit16,
 371                                         &num00, &v_fn_ptr, ref_mv);
 372       if (tmp_err < INT_MAX)
 373         tmp_err = vp9_get_mvpred_var(x, &tmp_mv, ref_mv, &v_fn_ptr, 1);
 374       if (tmp_err < INT_MAX - new_mv_mode_penalty)
 375         tmp_err += new_mv_mode_penalty;
 376
 377       if (tmp_err < *best_motion_err) {
 378         *best_motion_err = tmp_err;
 379         *best_mv = tmp_mv;
 380       }
 381     }
 382   }
 383 }
 384
 385 static BLOCK_SIZE get_bsize(const VP9_COMMON *cm, int mb_row, int mb_col) {
 386   if (2 * mb_col + 1 < cm->mi_cols) {
 387     return 2 * mb_row + 1 < cm->mi_rows ? BLOCK_16X16
 388                                         : BLOCK_16X8;
 389   } else {
 390     return 2 * mb_row + 1 < cm->mi_rows ? BLOCK_8X16
 391                                         : BLOCK_8X8;
 392   }
 393 }
 394
 395 static int find_fp_qindex() {
 396   int i;
 397
 398   for (i = 0; i < QINDEX_RANGE; ++i)
 399     if (vp9_convert_qindex_to_q(i) >= 30.0)
 400       break;
 401
 402   if (i == QINDEX_RANGE)
 403     i--;
 404
 405   return i;
 406 }
 407
 408 static void set_first_pass_params(VP9_COMP *cpi) {
 409   VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
 410   if (!cpi->refresh_alt_ref_frame &&
 411       (cm->current_video_frame == 0 ||
 412        (cpi->frame_flags & FRAMEFLAGS_KEY))) {
 413     cm->frame_type = KEY_FRAME;
 414   } else {
 415     cm->frame_type = INTER_FRAME;
 416   }
 417   // Do not use periodic key frames.
 418   cpi->rc.frames_to_key = INT_MAX;
 419 }
 420
 421 void vp9_first_pass(VP9_COMP *cpi) {
 422   int mb_row, mb_col;
 423   MACROBLOCK *const x = &cpi->mb;
 424   VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
 425   MACROBLOCKD *const xd = &x->e_mbd;
 426   TileInfo tile;
 427   struct macroblock_plane *const p = x->plane;
 428   struct macroblockd_plane *const pd = xd->plane;
 429   const PICK_MODE_CONTEXT *ctx = &cpi->pc_root->none;
 430   int i;
 431
 432   int recon_yoffset, recon_uvoffset;
 433   YV12_BUFFER_CONFIG *const lst_yv12 = get_ref_frame_buffer(cpi, LAST_FRAME);
 434   YV12_BUFFER_CONFIG *gld_yv12 = get_ref_frame_buffer(cpi, GOLDEN_FRAME);
 435   YV12_BUFFER_CONFIG *const new_yv12 = get_frame_new_buffer(cm);
 436   int recon_y_stride = lst_yv12->y_stride;
 437   int recon_uv_stride = lst_yv12->uv_stride;
 438   int uv_mb_height = 16 >> (lst_yv12->y_height > lst_yv12->uv_height);
 439   int64_t intra_error = 0;
 440   int64_t coded_error = 0;
 441   int64_t sr_coded_error = 0;
 442
 443   int sum_mvr = 0, sum_mvc = 0;
 444   int sum_mvr_abs = 0, sum_mvc_abs = 0;
 445   int64_t sum_mvrs = 0, sum_mvcs = 0;
 446   int mvcount = 0;
 447   int intercount = 0;
 448   int second_ref_count = 0;
 449   int intrapenalty = 256;
 450   int neutral_count = 0;
 451   int new_mv_count = 0;
 452   int sum_in_vectors = 0;
 453   uint32_t lastmv_as_int = 0;
 454   TWO_PASS *twopass = &cpi->twopass;
 455   const MV zero_mv = {0, 0};
 456   const YV12_BUFFER_CONFIG *first_ref_buf = lst_yv12;
 457
 458 #if CONFIG_FP_MB_STATS
 459   if (cpi->use_fp_mb_stats) {
 460     vp9_zero_array(cpi->twopass.frame_mb_stats_buf, cm->MBs);
 461   }
 462 #endif
 463
 464   vp9_clear_system_state();
 465
 466   set_first_pass_params(cpi);
 467   vp9_set_quantizer(cm, find_fp_qindex());
 468
 469   if (cpi->use_svc && cpi->svc.number_temporal_layers == 1) {
 470     MV_REFERENCE_FRAME ref_frame = LAST_FRAME;
 471     const YV12_BUFFER_CONFIG *scaled_ref_buf = NULL;
 472     twopass = &cpi->svc.layer_context[cpi->svc.spatial_layer_id].twopass;
 473
 474     if (cpi->common.current_video_frame == 0) {
 475       cpi->ref_frame_flags = 0;
 476     } else {
 477       LAYER_CONTEXT *lc = &cpi->svc.layer_context[cpi->svc.spatial_layer_id];
 478       if (lc->current_video_frame_in_layer == 0)
 479         cpi->ref_frame_flags = VP9_GOLD_FLAG;
 480       else
 481         cpi->ref_frame_flags = VP9_LAST_FLAG | VP9_GOLD_FLAG;
 482     }
 483
 484     vp9_scale_references(cpi);
 485
 486     // Use either last frame or alt frame for motion search.
 487     if (cpi->ref_frame_flags & VP9_LAST_FLAG) {
 488       scaled_ref_buf = vp9_get_scaled_ref_frame(cpi, LAST_FRAME);
 489       ref_frame = LAST_FRAME;
 490     } else if (cpi->ref_frame_flags & VP9_GOLD_FLAG) {
 491       scaled_ref_buf = vp9_get_scaled_ref_frame(cpi, GOLDEN_FRAME);
 492       ref_frame = GOLDEN_FRAME;
 493     }
 494
 495     if (scaled_ref_buf != NULL)
 496       first_ref_buf = scaled_ref_buf;
 497
 498     recon_y_stride = new_yv12->y_stride;
 499     recon_uv_stride = new_yv12->uv_stride;
 500     uv_mb_height = 16 >> (new_yv12->y_height > new_yv12->uv_height);
 501
 502     // Disable golden frame for svc first pass for now.
 503     gld_yv12 = NULL;
 504     set_ref_ptrs(cm, xd, ref_frame, NONE);
 505
 506     cpi->Source = vp9_scale_if_required(cm, cpi->un_scaled_source,
 507                                         &cpi->scaled_source);
 508   }
 509
 510   vp9_setup_block_planes(&x->e_mbd, cm->subsampling_x, cm->subsampling_y);
 511
 512   vp9_setup_src_planes(x, cpi->Source, 0, 0);
 513   vp9_setup_pre_planes(xd, 0, first_ref_buf, 0, 0, NULL);
 514   vp9_setup_dst_planes(xd->plane, new_yv12, 0, 0);
 515
 516   xd->mi = cm->mi_grid_visible;
 517   xd->mi[0] = cm->mi;
 518
 519   vp9_frame_init_quantizer(cpi);
 520
 521   for (i = 0; i < MAX_MB_PLANE; ++i) {
 522     p[i].coeff = ctx->coeff_pbuf[i][1];
 523     p[i].qcoeff = ctx->qcoeff_pbuf[i][1];
 524     pd[i].dqcoeff = ctx->dqcoeff_pbuf[i][1];
 525     p[i].eobs = ctx->eobs_pbuf[i][1];
 526   }
 527   x->skip_recode = 0;
 528
 529   vp9_init_mv_probs(cm);
 530   vp9_initialize_rd_consts(cpi);
 531
 532   // Tiling is ignored in the first pass.
 533   vp9_tile_init(&tile, cm, 0, 0);
 534
 535   for (mb_row = 0; mb_row < cm->mb_rows; ++mb_row) {
 536     int_mv best_ref_mv;
 537
 538     best_ref_mv.as_int = 0;
 539
 540     // Reset above block coeffs.
 541     xd->up_available = (mb_row != 0);
 542     recon_yoffset = (mb_row * recon_y_stride * 16);
 543     recon_uvoffset = (mb_row * recon_uv_stride * uv_mb_height);
 544
 545     // Set up limit values for motion vectors to prevent them extending
 546     // outside the UMV borders.
 547     x->mv_row_min = -((mb_row * 16) + BORDER_MV_PIXELS_B16);
 548     x->mv_row_max = ((cm->mb_rows - 1 - mb_row) * 16)
 549                     + BORDER_MV_PIXELS_B16;
 550
 551     for (mb_col = 0; mb_col < cm->mb_cols; ++mb_col) {
 552       int this_error;
 553       const int use_dc_pred = (mb_col || mb_row) && (!mb_col || !mb_row);
 554       double error_weight = 1.0;
 555       const BLOCK_SIZE bsize = get_bsize(cm, mb_row, mb_col);
 556 #if CONFIG_FP_MB_STATS
 557       const int mb_index = mb_row * cm->mb_cols + mb_col;
 558 #endif
 559
 560       vp9_clear_system_state();
 561
 562       xd->plane[0].dst.buf = new_yv12->y_buffer + recon_yoffset;
 563       xd->plane[1].dst.buf = new_yv12->u_buffer + recon_uvoffset;
 564       xd->plane[2].dst.buf = new_yv12->v_buffer + recon_uvoffset;
 565       xd->left_available = (mb_col != 0);
 566       xd->mi[0]->mbmi.sb_type = bsize;
 567       xd->mi[0]->mbmi.ref_frame[0] = INTRA_FRAME;
 568       set_mi_row_col(xd, &tile,
 569                      mb_row << 1, num_8x8_blocks_high_lookup[bsize],
 570                      mb_col << 1, num_8x8_blocks_wide_lookup[bsize],
 571                      cm->mi_rows, cm->mi_cols);
 572
 573       if (cpi->oxcf.aq_mode == VARIANCE_AQ) {
 574         const int energy = vp9_block_energy(cpi, x, bsize);
 575         error_weight = vp9_vaq_inv_q_ratio(energy);
 576       }
 577
 578       // Do intra 16x16 prediction.
 579       x->skip_encode = 0;
 580       xd->mi[0]->mbmi.mode = DC_PRED;
 581       xd->mi[0]->mbmi.tx_size = use_dc_pred ?
 582          (bsize >= BLOCK_16X16 ? TX_16X16 : TX_8X8) : TX_4X4;
 583       vp9_encode_intra_block_plane(x, bsize, 0);
 584       this_error = vp9_get_mb_ss(x->plane[0].src_diff);
 585
 586       if (cpi->oxcf.aq_mode == VARIANCE_AQ) {
 587         vp9_clear_system_state();
 588         this_error = (int)(this_error * error_weight);
 589       }
 590
 591       // Intrapenalty below deals with situations where the intra and inter
 592       // error scores are very low (e.g. a plain black frame).
 593       // We do not have special cases in first pass for 0,0 and nearest etc so
 594       // all inter modes carry an overhead cost estimate for the mv.
 595       // When the error score is very low this causes us to pick all or lots of
 596       // INTRA modes and throw lots of key frames.
 597       // This penalty adds a cost matching that of a 0,0 mv to the intra case.
 598       this_error += intrapenalty;
 599
 600       // Accumulate the intra error.
 601       intra_error += (int64_t)this_error;
 602
 603 #if CONFIG_FP_MB_STATS
 604       if (cpi->use_fp_mb_stats) {
 605         // initialization
 606         cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] = 0;
 607       }
 608 #endif
 609
 610       // Set up limit values for motion vectors to prevent them extending
 611       // outside the UMV borders.
 612       x->mv_col_min = -((mb_col * 16) + BORDER_MV_PIXELS_B16);
 613       x->mv_col_max = ((cm->mb_cols - 1 - mb_col) * 16) + BORDER_MV_PIXELS_B16;
 614
 615       // Other than for the first frame do a motion search.
 616       if (cm->current_video_frame > 0) {
 617         int tmp_err, motion_error, raw_motion_error;
 618         int_mv mv, tmp_mv;
 619         struct buf_2d unscaled_last_source_buf_2d;
 620
 621         xd->plane[0].pre[0].buf = first_ref_buf->y_buffer + recon_yoffset;
 622         motion_error = get_prediction_error(bsize, &x->plane[0].src,
 623                                             &xd->plane[0].pre[0]);
 624         // Assume 0,0 motion with no mv overhead.
 625         mv.as_int = tmp_mv.as_int = 0;
 626
 627         // Compute the motion error of the 0,0 motion using the last source
 628         // frame as the reference. Skip the further motion search on
 629         // reconstructed frame if this error is small.
 630         unscaled_last_source_buf_2d.buf =
 631             cpi->unscaled_last_source->y_buffer + recon_yoffset;
 632         unscaled_last_source_buf_2d.stride =
 633             cpi->unscaled_last_source->y_stride;
 634         raw_motion_error = get_prediction_error(bsize, &x->plane[0].src,
 635                                                 &unscaled_last_source_buf_2d);
 636
 637         // TODO(pengchong): Replace the hard-coded threshold
 638         if (raw_motion_error > 25 ||
 639             (cpi->use_svc && cpi->svc.number_temporal_layers == 1)) {
 640           // Test last reference frame using the previous best mv as the
 641           // starting point (best reference) for the search.
 642           first_pass_motion_search(cpi, x, &best_ref_mv.as_mv, &mv.as_mv,
 643                                    &motion_error);
 644           if (cpi->oxcf.aq_mode == VARIANCE_AQ) {
 645             vp9_clear_system_state();
 646             motion_error = (int)(motion_error * error_weight);
 647           }
 648
 649           // If the current best reference mv is not centered on 0,0 then do a
 650           // 0,0 based search as well.
 651           if (best_ref_mv.as_int) {
 652             tmp_err = INT_MAX;
 653             first_pass_motion_search(cpi, x, &zero_mv, &tmp_mv.as_mv, &tmp_err);
 654             if (cpi->oxcf.aq_mode == VARIANCE_AQ) {
 655               vp9_clear_system_state();
 656               tmp_err = (int)(tmp_err * error_weight);
 657             }
 658
 659             if (tmp_err < motion_error) {
 660               motion_error = tmp_err;
 661               mv.as_int = tmp_mv.as_int;
 662             }
 663           }
 664
 665           // Search in an older reference frame.
 666           if (cm->current_video_frame > 1 && gld_yv12 != NULL) {
 667             // Assume 0,0 motion with no mv overhead.
 668             int gf_motion_error;
 669
 670             xd->plane[0].pre[0].buf = gld_yv12->y_buffer + recon_yoffset;
 671             gf_motion_error = get_prediction_error(bsize, &x->plane[0].src,
 672                                                    &xd->plane[0].pre[0]);
 673
 674             first_pass_motion_search(cpi, x, &zero_mv, &tmp_mv.as_mv,
 675                                      &gf_motion_error);
 676             if (cpi->oxcf.aq_mode == VARIANCE_AQ) {
 677               vp9_clear_system_state();
 678               gf_motion_error = (int)(gf_motion_error * error_weight);
 679             }
 680
 681             if (gf_motion_error < motion_error && gf_motion_error < this_error)
 682               ++second_ref_count;
 683
 684             // Reset to last frame as reference buffer.
 685             xd->plane[0].pre[0].buf = first_ref_buf->y_buffer + recon_yoffset;
 686             xd->plane[1].pre[0].buf = first_ref_buf->u_buffer + recon_uvoffset;
 687             xd->plane[2].pre[0].buf = first_ref_buf->v_buffer + recon_uvoffset;
 688
 689             // In accumulating a score for the older reference frame take the
 690             // best of the motion predicted score and the intra coded error
 691             // (just as will be done for) accumulation of "coded_error" for
 692             // the last frame.
 693             if (gf_motion_error < this_error)
 694               sr_coded_error += gf_motion_error;
 695             else
 696               sr_coded_error += this_error;
 697           } else {
 698             sr_coded_error += motion_error;
 699           }
 700         } else {
 701           sr_coded_error += motion_error;
 702         }
 703
 704         // Start by assuming that intra mode is best.
 705         best_ref_mv.as_int = 0;
 706
 707 #if CONFIG_FP_MB_STATS
 708         if (cpi->use_fp_mb_stats) {
 709           // intra predication statistics
 710           cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] = 0;
 711           cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |= FPMB_DCINTRA_MASK;
 712           cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] &=
 713               ~FPMB_NONZERO_MOTION_MASK;
 714           if (this_error > FPMB_ERROR_LEVEL4_TH) {
 715             cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |= FPMB_ERROR_LEVEL4_MASK;
 716           } else if (this_error > FPMB_ERROR_LEVEL3_TH) {
 717             cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |= FPMB_ERROR_LEVEL3_MASK;
 718           } else if (this_error > FPMB_ERROR_LEVEL2_TH) {
 719             cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |= FPMB_ERROR_LEVEL2_MASK;
 720           } else if (this_error > FPMB_ERROR_LEVEL1_TH) {
 721             cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |= FPMB_ERROR_LEVEL1_MASK;
 722           } else {
 723             cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |= FPMB_ERROR_LEVEL0_MASK;
 724           }
 725         }
 726 #endif
 727
 728         if (motion_error <= this_error) {
 729           // Keep a count of cases where the inter and intra were very close
 730           // and very low. This helps with scene cut detection for example in
 731           // cropped clips with black bars at the sides or top and bottom.
 732           if (((this_error - intrapenalty) * 9 <= motion_error * 10) &&
 733               this_error < 2 * intrapenalty)
 734             ++neutral_count;
 735
 736           mv.as_mv.row *= 8;
 737           mv.as_mv.col *= 8;
 738           this_error = motion_error;
 739           xd->mi[0]->mbmi.mode = NEWMV;
 740           xd->mi[0]->mbmi.mv[0] = mv;
 741           xd->mi[0]->mbmi.tx_size = TX_4X4;
 742           xd->mi[0]->mbmi.ref_frame[0] = LAST_FRAME;
 743           xd->mi[0]->mbmi.ref_frame[1] = NONE;
 744           vp9_build_inter_predictors_sby(xd, mb_row << 1, mb_col << 1, bsize);
 745           vp9_encode_sby_pass1(x, bsize);
 746           sum_mvr += mv.as_mv.row;
 747           sum_mvr_abs += abs(mv.as_mv.row);
 748           sum_mvc += mv.as_mv.col;
 749           sum_mvc_abs += abs(mv.as_mv.col);
 750           sum_mvrs += mv.as_mv.row * mv.as_mv.row;
 751           sum_mvcs += mv.as_mv.col * mv.as_mv.col;
 752           ++intercount;
 753
 754           best_ref_mv.as_int = mv.as_int;
 755
 756 #if CONFIG_FP_MB_STATS
 757           if (cpi->use_fp_mb_stats) {
 758             // inter predication statistics
 759             cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] = 0;
 760             cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] &= ~FPMB_DCINTRA_MASK;
 761             cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] &=
 762                 ~FPMB_NONZERO_MOTION_MASK;
 763             if (this_error > FPMB_ERROR_LEVEL4_TH) {
 764               cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |=
 765                   FPMB_ERROR_LEVEL4_MASK;
 766             } else if (this_error > FPMB_ERROR_LEVEL3_TH) {
 767               cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |=
 768                   FPMB_ERROR_LEVEL3_MASK;
 769             } else if (this_error > FPMB_ERROR_LEVEL2_TH) {
 770               cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |=
 771                   FPMB_ERROR_LEVEL2_MASK;
 772             } else if (this_error > FPMB_ERROR_LEVEL1_TH) {
 773               cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |=
 774                   FPMB_ERROR_LEVEL1_MASK;
 775             } else {
 776               cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |=
 777                   FPMB_ERROR_LEVEL0_MASK;
 778             }
 779           }
 780 #endif
 781
 782           if (mv.as_int) {
 783             ++mvcount;
 784
 785 #if CONFIG_FP_MB_STATS
 786             if (cpi->use_fp_mb_stats) {
 787               cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |=
 788                   FPMB_NONZERO_MOTION_MASK;
 789             }
 790 #endif
 791
 792             // Non-zero vector, was it different from the last non zero vector?
 793             if (mv.as_int != lastmv_as_int)
 794               ++new_mv_count;
 795             lastmv_as_int = mv.as_int;
 796
 797             // Does the row vector point inwards or outwards?
 798             if (mb_row < cm->mb_rows / 2) {
 799               if (mv.as_mv.row > 0)
 800                 --sum_in_vectors;
 801               else if (mv.as_mv.row < 0)
 802                 ++sum_in_vectors;
 803             } else if (mb_row > cm->mb_rows / 2) {
 804               if (mv.as_mv.row > 0)
 805                 ++sum_in_vectors;
 806               else if (mv.as_mv.row < 0)
 807                 --sum_in_vectors;
 808             }
 809
 810             // Does the col vector point inwards or outwards?
 811             if (mb_col < cm->mb_cols / 2) {
 812               if (mv.as_mv.col > 0)
 813                 --sum_in_vectors;
 814               else if (mv.as_mv.col < 0)
 815                 ++sum_in_vectors;
 816             } else if (mb_col > cm->mb_cols / 2) {
 817               if (mv.as_mv.col > 0)
 818                 ++sum_in_vectors;
 819               else if (mv.as_mv.col < 0)
 820                 --sum_in_vectors;
 821             }
 822           }
 823         }
 824       } else {
 825         sr_coded_error += (int64_t)this_error;
 826       }
 827       coded_error += (int64_t)this_error;
 828
 829       // Adjust to the next column of MBs.
 830       x->plane[0].src.buf += 16;
 831       x->plane[1].src.buf += uv_mb_height;
 832       x->plane[2].src.buf += uv_mb_height;
 833
 834       recon_yoffset += 16;
 835       recon_uvoffset += uv_mb_height;
 836     }
 837
 838     // Adjust to the next row of MBs.
 839     x->plane[0].src.buf += 16 * x->plane[0].src.stride - 16 * cm->mb_cols;
 840     x->plane[1].src.buf += uv_mb_height * x->plane[1].src.stride -
 841                            uv_mb_height * cm->mb_cols;
 842     x->plane[2].src.buf += uv_mb_height * x->plane[1].src.stride -
 843                            uv_mb_height * cm->mb_cols;
 844
 845     vp9_clear_system_state();
 846   }
 847
 848   vp9_clear_system_state();
 849   {
 850     FIRSTPASS_STATS fps;
 851
 852     fps.frame = cm->current_video_frame;
 853     fps.spatial_layer_id = cpi->svc.spatial_layer_id;
 854     fps.intra_error = (double)(intra_error >> 8);
 855     fps.coded_error = (double)(coded_error >> 8);
 856     fps.sr_coded_error = (double)(sr_coded_error >> 8);
 857     fps.count = 1.0;
 858     fps.pcnt_inter = (double)intercount / cm->MBs;
 859     fps.pcnt_second_ref = (double)second_ref_count / cm->MBs;
 860     fps.pcnt_neutral = (double)neutral_count / cm->MBs;
 861
 862     if (mvcount > 0) {
 863       fps.MVr = (double)sum_mvr / mvcount;
 864       fps.mvr_abs = (double)sum_mvr_abs / mvcount;
 865       fps.MVc = (double)sum_mvc / mvcount;
 866       fps.mvc_abs = (double)sum_mvc_abs / mvcount;
 867       fps.MVrv = ((double)sum_mvrs - (fps.MVr * fps.MVr / mvcount)) / mvcount;
 868       fps.MVcv = ((double)sum_mvcs - (fps.MVc * fps.MVc / mvcount)) / mvcount;
 869       fps.mv_in_out_count = (double)sum_in_vectors / (mvcount * 2);
 870       fps.new_mv_count = new_mv_count;
 871       fps.pcnt_motion = (double)mvcount / cm->MBs;
 872     } else {
 873       fps.MVr = 0.0;
 874       fps.mvr_abs = 0.0;
 875       fps.MVc = 0.0;
 876       fps.mvc_abs = 0.0;
 877       fps.MVrv = 0.0;
 878       fps.MVcv = 0.0;
 879       fps.mv_in_out_count = 0.0;
 880       fps.new_mv_count = 0.0;
 881       fps.pcnt_motion = 0.0;
 882     }
 883
 884     // TODO(paulwilkins):  Handle the case when duration is set to 0, or
 885     // something less than the full time between subsequent values of
 886     // cpi->source_time_stamp.
 887     fps.duration = (double)(cpi->source->ts_end - cpi->source->ts_start);
 888
 889     // Don't want to do output stats with a stack variable!
 890     twopass->this_frame_stats = fps;
 891     output_stats(&twopass->this_frame_stats, cpi->output_pkt_list);
 892     accumulate_stats(&twopass->total_stats, &fps);
 893
 894 #if CONFIG_FP_MB_STATS
 895     if (cpi->use_fp_mb_stats) {
 896       output_fpmb_stats(twopass->frame_mb_stats_buf, cm, cpi->output_pkt_list);
 897     }
 898 #endif
 899   }
 900
 901   // Copy the previous Last Frame back into gf and and arf buffers if
 902   // the prediction is good enough... but also don't allow it to lag too far.
 903   if ((twopass->sr_update_lag > 3) ||
 904       ((cm->current_video_frame > 0) &&
 905        (twopass->this_frame_stats.pcnt_inter > 0.20) &&
 906        ((twopass->this_frame_stats.intra_error /
 907          DOUBLE_DIVIDE_CHECK(twopass->this_frame_stats.coded_error)) > 2.0))) {
 908     if (gld_yv12 != NULL) {
 909       vp8_yv12_copy_frame(lst_yv12, gld_yv12);
 910     }
 911     twopass->sr_update_lag = 1;
 912   } else {
 913     ++twopass->sr_update_lag;
 914   }
 915
 916   vp9_extend_frame_borders(new_yv12);
 917
 918   if (cpi->use_svc && cpi->svc.number_temporal_layers == 1) {
 919     vp9_update_reference_frames(cpi);
 920   } else {
 921     // Swap frame pointers so last frame refers to the frame we just compressed.
 922     swap_yv12(lst_yv12, new_yv12);
 923   }
 924
 925   // Special case for the first frame. Copy into the GF buffer as a second
 926   // reference.
 927   if (cm->current_video_frame == 0 && gld_yv12 != NULL) {
 928     vp8_yv12_copy_frame(lst_yv12, gld_yv12);
 929   }
 930
 931   // Use this to see what the first pass reconstruction looks like.
 932   if (0) {
 933     char filename[512];
 934     FILE *recon_file;
 935     snprintf(filename, sizeof(filename), "enc%04d.yuv",
 936              (int)cm->current_video_frame);
 937
 938     if (cm->current_video_frame == 0)
 939       recon_file = fopen(filename, "wb");
 940     else
 941       recon_file = fopen(filename, "ab");
 942
 943     (void)fwrite(lst_yv12->buffer_alloc, lst_yv12->frame_size, 1, recon_file);
 944     fclose(recon_file);
 945   }
 946
 947   ++cm->current_video_frame;
 948   if (cpi->use_svc)
 949     vp9_inc_frame_in_layer(&cpi->svc);
 950 }
 951
 952 static double calc_correction_factor(double err_per_mb,
 953                                      double err_divisor,
 954                                      double pt_low,
 955                                      double pt_high,
 956                                      int q) {
 957   const double error_term = err_per_mb / err_divisor;
 958
 959   // Adjustment based on actual quantizer to power term.
 960   const double power_term = MIN(vp9_convert_qindex_to_q(q) * 0.0125 + pt_low,
 961                                 pt_high);
 962
 963   // Calculate correction factor.
 964   if (power_term < 1.0)
 965     assert(error_term >= 0.0);
 966
 967   return fclamp(pow(error_term, power_term), 0.05, 5.0);
 968 }
 969
 970 static int get_twopass_worst_quality(const VP9_COMP *cpi,
 971                                      const FIRSTPASS_STATS *stats,
 972                                      int section_target_bandwidth) {
 973   const RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
 974   const VP9EncoderConfig *const oxcf = &cpi->oxcf;
 975
 976   if (section_target_bandwidth <= 0) {
 977     return rc->worst_quality;  // Highest value allowed
 978   } else {
 979     const int num_mbs = cpi->common.MBs;
 980     const double section_err = stats->coded_error / stats->count;
 981     const double err_per_mb = section_err / num_mbs;
 982     const double speed_term = 1.0 + 0.04 * oxcf->speed;
 983     const int target_norm_bits_per_mb = ((uint64_t)section_target_bandwidth <<
 984                                             BPER_MB_NORMBITS) / num_mbs;
 985     int q;
 986     int is_svc_upper_layer = 0;
 987     if (cpi->use_svc && cpi->svc.number_temporal_layers == 1 &&
 988         cpi->svc.spatial_layer_id > 0) {
 989       is_svc_upper_layer = 1;
 990     }
 991
 992     // Try and pick a max Q that will be high enough to encode the
 993     // content at the given rate.
 994     for (q = rc->best_quality; q < rc->worst_quality; ++q) {
 995       const double factor =
 996           calc_correction_factor(err_per_mb, ERR_DIVISOR,
 997                                  is_svc_upper_layer ? SVC_FACTOR_PT_LOW :
 998                                  FACTOR_PT_LOW, FACTOR_PT_HIGH, q);
 999       const int bits_per_mb = vp9_rc_bits_per_mb(INTER_FRAME, q,
1000                                                  factor * speed_term);
1001       if (bits_per_mb <= target_norm_bits_per_mb)
1002         break;
1003     }
1004
1005     // Restriction on active max q for constrained quality mode.
1006     if (cpi->oxcf.rc_mode == VPX_CQ)
1007       q = MAX(q, oxcf->cq_level);
1008     return q;
1009   }
1010 }
1011
1012 extern void vp9_new_framerate(VP9_COMP *cpi, double framerate);
1013
1014 void vp9_init_second_pass(VP9_COMP *cpi) {
1015   SVC *const svc = &cpi->svc;
1016   const VP9EncoderConfig *const oxcf = &cpi->oxcf;
1017   const int is_spatial_svc = (svc->number_spatial_layers > 1) &&
1018                              (svc->number_temporal_layers == 1);
1019   TWO_PASS *const twopass = is_spatial_svc ?
1020       &svc->layer_context[svc->spatial_layer_id].twopass : &cpi->twopass;
1021   double frame_rate;
1022   FIRSTPASS_STATS *stats;
1023
1024   zero_stats(&twopass->total_stats);
1025   zero_stats(&twopass->total_left_stats);
1026
1027   if (!twopass->stats_in_end)
1028     return;
1029
1030   stats = &twopass->total_stats;
1031
1032   *stats = *twopass->stats_in_end;
1033   twopass->total_left_stats = *stats;
1034
1035   frame_rate = 10000000.0 * stats->count / stats->duration;
1036   // Each frame can have a different duration, as the frame rate in the source
1037   // isn't guaranteed to be constant. The frame rate prior to the first frame
1038   // encoded in the second pass is a guess. However, the sum duration is not.
1039   // It is calculated based on the actual durations of all frames from the
1040   // first pass.
1041
1042   if (is_spatial_svc) {
1043     vp9_update_spatial_layer_framerate(cpi, frame_rate);
1044     twopass->bits_left = (int64_t)(stats->duration *
1045         svc->layer_context[svc->spatial_layer_id].target_bandwidth /
1046         10000000.0);
1047   } else {
1048     vp9_new_framerate(cpi, frame_rate);
1049     twopass->bits_left = (int64_t)(stats->duration * oxcf->target_bandwidth /
1050                              10000000.0);
1051   }
1052
1053   // Calculate a minimum intra value to be used in determining the IIratio
1054   // scores used in the second pass. We have this minimum to make sure
1055   // that clips that are static but "low complexity" in the intra domain
1056   // are still boosted appropriately for KF/GF/ARF.
1057   if (!is_spatial_svc) {
1058     // We don't know the number of MBs for each layer at this point.
1059     // So we will do it later.
1060     twopass->kf_intra_err_min = KF_MB_INTRA_MIN * cpi->common.MBs;
1061     twopass->gf_intra_err_min = GF_MB_INTRA_MIN * cpi->common.MBs;
1062   }
1063
1064   // This variable monitors how far behind the second ref update is lagging.
1065   twopass->sr_update_lag = 1;
1066
1067   // Scan the first pass file and calculate a modified total error based upon
1068   // the bias/power function used to allocate bits.
1069   {
1070     const double avg_error = stats->coded_error /
1071                              DOUBLE_DIVIDE_CHECK(stats->count);
1072     const FIRSTPASS_STATS *s = twopass->stats_in;
1073     double modified_error_total = 0.0;
1074     twopass->modified_error_min = (avg_error *
1075                                       oxcf->two_pass_vbrmin_section) / 100;
1076     twopass->modified_error_max = (avg_error *
1077                                       oxcf->two_pass_vbrmax_section) / 100;
1078     while (s < twopass->stats_in_end) {
1079       modified_error_total += calculate_modified_err(twopass, oxcf, s);
1080       ++s;
1081     }
1082     twopass->modified_error_left = modified_error_total;
1083   }
1084
1085   // Reset the vbr bits off target counter
1086   cpi->rc.vbr_bits_off_target = 0;
1087 }
1088
1089 // This function gives an estimate of how badly we believe the prediction
1090 // quality is decaying from frame to frame.
1091 static double get_prediction_decay_rate(const VP9_COMMON *cm,
1092                                         const FIRSTPASS_STATS *next_frame) {
1093   // Look at the observed drop in prediction quality between the last frame
1094   // and the GF buffer (which contains an older frame).
1095   const double mb_sr_err_diff = (next_frame->sr_coded_error -
1096                                      next_frame->coded_error) / cm->MBs;
1097   const double second_ref_decay = mb_sr_err_diff <= 512.0
1098       ? fclamp(pow(1.0 - (mb_sr_err_diff / 512.0), 0.5), 0.85, 1.0)
1099       : 0.85;
1100
1101   return MIN(second_ref_decay, next_frame->pcnt_inter);
1102 }
1103
1104 // Function to test for a condition where a complex transition is followed
1105 // by a static section. For example in slide shows where there is a fade
1106 // between slides. This is to help with more optimal kf and gf positioning.
1107 static int detect_transition_to_still(TWO_PASS *twopass,
1108                                       int frame_interval, int still_interval,
1109                                       double loop_decay_rate,
1110                                       double last_decay_rate) {
1111   int trans_to_still = 0;
1112
1113   // Break clause to detect very still sections after motion
1114   // For example a static image after a fade or other transition
1115   // instead of a clean scene cut.
1116   if (frame_interval > MIN_GF_INTERVAL &&
1117       loop_decay_rate >= 0.999 &&
1118       last_decay_rate < 0.9) {
1119     int j;
1120     const FIRSTPASS_STATS *position = twopass->stats_in;
1121     FIRSTPASS_STATS tmp_next_frame;
1122
1123     // Look ahead a few frames to see if static condition persists...
1124     for (j = 0; j < still_interval; ++j) {
1125       if (EOF == input_stats(twopass, &tmp_next_frame))
1126         break;
1127
1128       if (tmp_next_frame.pcnt_inter - tmp_next_frame.pcnt_motion < 0.999)
1129         break;
1130     }
1131
1132     reset_fpf_position(twopass, position);
1133
1134     // Only if it does do we signal a transition to still.
1135     if (j == still_interval)
1136       trans_to_still = 1;
1137   }
1138
1139   return trans_to_still;
1140 }
1141
1142 // This function detects a flash through the high relative pcnt_second_ref
1143 // score in the frame following a flash frame. The offset passed in should
1144 // reflect this.
1145 static int detect_flash(const TWO_PASS *twopass, int offset) {
1146   const FIRSTPASS_STATS *const next_frame = read_frame_stats(twopass, offset);
1147
1148   // What we are looking for here is a situation where there is a
1149   // brief break in prediction (such as a flash) but subsequent frames
1150   // are reasonably well predicted by an earlier (pre flash) frame.
1151   // The recovery after a flash is indicated by a high pcnt_second_ref
1152   // compared to pcnt_inter.
1153   return next_frame != NULL &&
1154          next_frame->pcnt_second_ref > next_frame->pcnt_inter &&
1155          next_frame->pcnt_second_ref >= 0.5;
1156 }
1157
1158 // Update the motion related elements to the GF arf boost calculation.
1159 static void accumulate_frame_motion_stats(const FIRSTPASS_STATS *stats,
1160                                           double *mv_in_out,
1161                                           double *mv_in_out_accumulator,
1162                                           double *abs_mv_in_out_accumulator,
1163                                           double *mv_ratio_accumulator) {
1164   const double pct = stats->pcnt_motion;
1165
1166   // Accumulate Motion In/Out of frame stats.
1167   *mv_in_out = stats->mv_in_out_count * pct;
1168   *mv_in_out_accumulator += *mv_in_out;
1169   *abs_mv_in_out_accumulator += fabs(*mv_in_out);
1170
1171   // Accumulate a measure of how uniform (or conversely how random) the motion
1172   // field is (a ratio of abs(mv) / mv).
1173   if (pct > 0.05) {
1174     const double mvr_ratio = fabs(stats->mvr_abs) /
1175                                  DOUBLE_DIVIDE_CHECK(fabs(stats->MVr));
1176     const double mvc_ratio = fabs(stats->mvc_abs) /
1177                                  DOUBLE_DIVIDE_CHECK(fabs(stats->MVc));
1178
1179     *mv_ratio_accumulator += pct * (mvr_ratio < stats->mvr_abs ?
1180                                        mvr_ratio : stats->mvr_abs);
1181     *mv_ratio_accumulator += pct * (mvc_ratio < stats->mvc_abs ?
1182                                        mvc_ratio : stats->mvc_abs);
1183   }
1184 }
1185
1186 // Calculate a baseline boost number for the current frame.
1187 static double calc_frame_boost(const TWO_PASS *twopass,
1188                                const FIRSTPASS_STATS *this_frame,
1189                                double this_frame_mv_in_out) {
1190   double frame_boost;
1191
1192   // Underlying boost factor is based on inter intra error ratio.
1193   if (this_frame->intra_error > twopass->gf_intra_err_min)
1194     frame_boost = (IIFACTOR * this_frame->intra_error /
1195                    DOUBLE_DIVIDE_CHECK(this_frame->coded_error));
1196   else
1197     frame_boost = (IIFACTOR * twopass->gf_intra_err_min /
1198                    DOUBLE_DIVIDE_CHECK(this_frame->coded_error));
1199
1200   // Increase boost for frames where new data coming into frame (e.g. zoom out).
1201   // Slightly reduce boost if there is a net balance of motion out of the frame
1202   // (zoom in). The range for this_frame_mv_in_out is -1.0 to +1.0.
1203   if (this_frame_mv_in_out > 0.0)
1204     frame_boost += frame_boost * (this_frame_mv_in_out * 2.0);
1205   // In the extreme case the boost is halved.
1206   else
1207     frame_boost += frame_boost * (this_frame_mv_in_out / 2.0);
1208
1209   return MIN(frame_boost, GF_RMAX);
1210 }
1211
1212 static int calc_arf_boost(VP9_COMP *cpi, int offset,
1213                           int f_frames, int b_frames,
1214                           int *f_boost, int *b_boost) {
1215   TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
1216   int i;
1217   double boost_score = 0.0;
1218   double mv_ratio_accumulator = 0.0;
1219   double decay_accumulator = 1.0;
1220   double this_frame_mv_in_out = 0.0;
1221   double mv_in_out_accumulator = 0.0;
1222   double abs_mv_in_out_accumulator = 0.0;
1223   int arf_boost;
1224   int flash_detected = 0;
1225
1226   // Search forward from the proposed arf/next gf position.
1227   for (i = 0; i < f_frames; ++i) {
1228     const FIRSTPASS_STATS *this_frame = read_frame_stats(twopass, i + offset);
1229     if (this_frame == NULL)
1230       break;
1231
1232     // Update the motion related elements to the boost calculation.
1233     accumulate_frame_motion_stats(this_frame,
1234                                   &this_frame_mv_in_out, &mv_in_out_accumulator,
1235                                   &abs_mv_in_out_accumulator,
1236                                   &mv_ratio_accumulator);
1237
1238     // We want to discount the flash frame itself and the recovery
1239     // frame that follows as both will have poor scores.
1240     flash_detected = detect_flash(twopass, i + offset) ||
1241                      detect_flash(twopass, i + offset + 1);
1242
1243     // Accumulate the effect of prediction quality decay.
1244     if (!flash_detected) {
1245       decay_accumulator *= get_prediction_decay_rate(&cpi->common, this_frame);
1246       decay_accumulator = decay_accumulator < MIN_DECAY_FACTOR
1247                           ? MIN_DECAY_FACTOR : decay_accumulator;
1248     }
1249
1250     boost_score += decay_accumulator * calc_frame_boost(twopass, this_frame,
1251                                                         this_frame_mv_in_out);
1252   }
1253
1254   *f_boost = (int)boost_score;
1255
1256   // Reset for backward looking loop.
1257   boost_score = 0.0;
1258   mv_ratio_accumulator = 0.0;
1259   decay_accumulator = 1.0;
1260   this_frame_mv_in_out = 0.0;
1261   mv_in_out_accumulator = 0.0;
1262   abs_mv_in_out_accumulator = 0.0;
1263
1264   // Search backward towards last gf position.
1265   for (i = -1; i >= -b_frames; --i) {
1266     const FIRSTPASS_STATS *this_frame = read_frame_stats(twopass, i + offset);
1267     if (this_frame == NULL)
1268       break;
1269
1270     // Update the motion related elements to the boost calculation.
1271     accumulate_frame_motion_stats(this_frame,
1272                                   &this_frame_mv_in_out, &mv_in_out_accumulator,
1273                                   &abs_mv_in_out_accumulator,
1274                                   &mv_ratio_accumulator);
1275
1276     // We want to discount the the flash frame itself and the recovery
1277     // frame that follows as both will have poor scores.
1278     flash_detected = detect_flash(twopass, i + offset) ||
1279                      detect_flash(twopass, i + offset + 1);
1280
1281     // Cumulative effect of prediction quality decay.
1282     if (!flash_detected) {
1283       decay_accumulator *= get_prediction_decay_rate(&cpi->common, this_frame);
1284       decay_accumulator = decay_accumulator < MIN_DECAY_FACTOR
1285                               ? MIN_DECAY_FACTOR : decay_accumulator;
1286     }
1287
1288     boost_score += decay_accumulator * calc_frame_boost(twopass, this_frame,
1289                                                         this_frame_mv_in_out);
1290   }
1291   *b_boost = (int)boost_score;
1292
1293   arf_boost = (*f_boost + *b_boost);
1294   if (arf_boost < ((b_frames + f_frames) * 20))
1295     arf_boost = ((b_frames + f_frames) * 20);
1296
1297   return arf_boost;
1298 }
1299
1300 // Calculate a section intra ratio used in setting max loop filter.
1301 static int calculate_section_intra_ratio(const FIRSTPASS_STATS *begin,
1302                                          const FIRSTPASS_STATS *end,
1303                                          int section_length) {
1304   const FIRSTPASS_STATS *s = begin;
1305   double intra_error = 0.0;
1306   double coded_error = 0.0;
1307   int i = 0;
1308
1309   while (s < end && i < section_length) {
1310     intra_error += s->intra_error;
1311     coded_error += s->coded_error;
1312     ++s;
1313     ++i;
1314   }
1315
1316   return (int)(intra_error / DOUBLE_DIVIDE_CHECK(coded_error));
1317 }
1318
1319 // Calculate the total bits to allocate in this GF/ARF group.
1320 static int64_t calculate_total_gf_group_bits(VP9_COMP *cpi,
1321                                              double gf_group_err) {
1322   const RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
1323   const TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
1324   const int max_bits = frame_max_bits(rc, &cpi->oxcf);
1325   int64_t total_group_bits;
1326
1327   // Calculate the bits to be allocated to the group as a whole.
1328   if ((twopass->kf_group_bits > 0) && (twopass->kf_group_error_left > 0)) {
1329     total_group_bits = (int64_t)(twopass->kf_group_bits *
1330                                  (gf_group_err / twopass->kf_group_error_left));
1331   } else {
1332     total_group_bits = 0;
1333   }
1334
1335   // Clamp odd edge cases.
1336   total_group_bits = (total_group_bits < 0) ?
1337      0 : (total_group_bits > twopass->kf_group_bits) ?
1338      twopass->kf_group_bits : total_group_bits;
1339
1340   // Clip based on user supplied data rate variability limit.
1341   if (total_group_bits > (int64_t)max_bits * rc->baseline_gf_interval)
1342     total_group_bits = (int64_t)max_bits * rc->baseline_gf_interval;
1343
1344   return total_group_bits;
1345 }
1346
1347 // Calculate the number bits extra to assign to boosted frames in a group.
1348 static int calculate_boost_bits(int frame_count,
1349                                 int boost, int64_t total_group_bits) {
1350   int allocation_chunks;
1351
1352   // return 0 for invalid inputs (could arise e.g. through rounding errors)
1353   if (!boost || (total_group_bits <= 0) || (frame_count <= 0) )
1354     return 0;
1355
1356   allocation_chunks = (frame_count * 100) + boost;
1357
1358   // Prevent overflow.
1359   if (boost > 1023) {
1360     int divisor = boost >> 10;
1361     boost /= divisor;
1362     allocation_chunks /= divisor;
1363   }
1364
1365   // Calculate the number of extra bits for use in the boosted frame or frames.
1366   return MAX((int)(((int64_t)boost * total_group_bits) / allocation_chunks), 0);
1367 }
1368
1369 // Current limit on maximum number of active arfs in a GF/ARF group.
1370 #define MAX_ACTIVE_ARFS 2
1371 #define ARF_SLOT1 2
1372 #define ARF_SLOT2 3
1373 // This function indirects the choice of buffers for arfs.
1374 // At the moment the values are fixed but this may change as part of
1375 // the integration process with other codec features that swap buffers around.
1376 static void get_arf_buffer_indices(unsigned char *arf_buffer_indices) {
1377   arf_buffer_indices[0] = ARF_SLOT1;
1378   arf_buffer_indices[1] = ARF_SLOT2;
1379 }
1380
1381 static void allocate_gf_group_bits(VP9_COMP *cpi, int64_t gf_group_bits,
1382                                    double group_error, int gf_arf_bits) {
1383   RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
1384   const VP9EncoderConfig *const oxcf = &cpi->oxcf;
1385   TWO_PASS *twopass = &cpi->twopass;
1386   FIRSTPASS_STATS frame_stats;
1387   int i;
1388   int frame_index = 1;
1389   int target_frame_size;
1390   int key_frame;
1391   const int max_bits = frame_max_bits(&cpi->rc, &cpi->oxcf);
1392   int64_t total_group_bits = gf_group_bits;
1393   double modified_err = 0.0;
1394   double err_fraction;
1395   int mid_boost_bits = 0;
1396   int mid_frame_idx;
1397   unsigned char arf_buffer_indices[MAX_ACTIVE_ARFS];
1398
1399   key_frame = cpi->common.frame_type == KEY_FRAME ||
1400               vp9_is_upper_layer_key_frame(cpi);
1401
1402   get_arf_buffer_indices(arf_buffer_indices);
1403
1404   // For key frames the frame target rate is already set and it
1405   // is also the golden frame.
1406   if (!key_frame) {
1407     if (rc->source_alt_ref_active) {
1408       twopass->gf_group.update_type[0] = OVERLAY_UPDATE;
1409       twopass->gf_group.rf_level[0] = INTER_NORMAL;
1410       twopass->gf_group.bit_allocation[0] = 0;
1411       twopass->gf_group.arf_update_idx[0] = arf_buffer_indices[0];
1412       twopass->gf_group.arf_ref_idx[0] = arf_buffer_indices[0];
1413     } else {
1414       twopass->gf_group.update_type[0] = GF_UPDATE;
1415       twopass->gf_group.rf_level[0] = GF_ARF_STD;
1416       twopass->gf_group.bit_allocation[0] = gf_arf_bits;
1417       twopass->gf_group.arf_update_idx[0] = arf_buffer_indices[0];
1418       twopass->gf_group.arf_ref_idx[0] = arf_buffer_indices[0];
1419     }
1420
1421     // Step over the golden frame / overlay frame
1422     if (EOF == input_stats(twopass, &frame_stats))
1423       return;
1424   }
1425
1426   // Deduct the boost bits for arf (or gf if it is not a key frame)
1427   // from the group total.
1428   if (rc->source_alt_ref_pending || !key_frame)
1429     total_group_bits -= gf_arf_bits;
1430
1431   // Store the bits to spend on the ARF if there is one.
1432   if (rc->source_alt_ref_pending) {
1433     twopass->gf_group.update_type[frame_index] = ARF_UPDATE;
1434     twopass->gf_group.rf_level[frame_index] = GF_ARF_STD;
1435     twopass->gf_group.bit_allocation[frame_index] = gf_arf_bits;
1436     twopass->gf_group.arf_src_offset[frame_index] =
1437       (unsigned char)(rc->baseline_gf_interval - 1);
1438     twopass->gf_group.arf_update_idx[frame_index] = arf_buffer_indices[0];
1439     twopass->gf_group.arf_ref_idx[frame_index] =
1440       arf_buffer_indices[cpi->multi_arf_last_grp_enabled &&
1441                          rc->source_alt_ref_active];
1442     ++frame_index;
1443
1444     if (cpi->multi_arf_enabled) {
1445       // Set aside a slot for a level 1 arf.
1446       twopass->gf_group.update_type[frame_index] = ARF_UPDATE;
1447       twopass->gf_group.rf_level[frame_index] = GF_ARF_LOW;
1448       twopass->gf_group.arf_src_offset[frame_index] =
1449         (unsigned char)((rc->baseline_gf_interval >> 1) - 1);
1450       twopass->gf_group.arf_update_idx[frame_index] = arf_buffer_indices[1];
1451       twopass->gf_group.arf_ref_idx[frame_index] = arf_buffer_indices[0];
1452       ++frame_index;
1453     }
1454   }
1455
1456   // Define middle frame
1457   mid_frame_idx = frame_index + (rc->baseline_gf_interval >> 1) - 1;
1458
1459   // Allocate bits to the other frames in the group.
1460   for (i = 0; i < rc->baseline_gf_interval - 1; ++i) {
1461     int arf_idx = 0;
1462     if (EOF == input_stats(twopass, &frame_stats))
1463       break;
1464
1465     modified_err = calculate_modified_err(twopass, oxcf, &frame_stats);
1466
1467     if (group_error > 0)
1468       err_fraction = modified_err / DOUBLE_DIVIDE_CHECK(group_error);
1469     else
1470       err_fraction = 0.0;
1471
1472     target_frame_size = (int)((double)total_group_bits * err_fraction);
1473
1474     if (rc->source_alt_ref_pending && cpi->multi_arf_enabled) {
1475       mid_boost_bits += (target_frame_size >> 4);
1476       target_frame_size -= (target_frame_size >> 4);
1477
1478       if (frame_index <= mid_frame_idx)
1479         arf_idx = 1;
1480     }
1481     twopass->gf_group.arf_update_idx[frame_index] = arf_buffer_indices[arf_idx];
1482     twopass->gf_group.arf_ref_idx[frame_index] = arf_buffer_indices[arf_idx];
1483
1484     target_frame_size = clamp(target_frame_size, 0,
1485                               MIN(max_bits, (int)total_group_bits));
1486
1487     twopass->gf_group.update_type[frame_index] = LF_UPDATE;
1488     twopass->gf_group.rf_level[frame_index] = INTER_NORMAL;
1489
1490     twopass->gf_group.bit_allocation[frame_index] = target_frame_size;
1491     ++frame_index;
1492   }
1493
1494   // Note:
1495   // We need to configure the frame at the end of the sequence + 1 that will be
1496   // the start frame for the next group. Otherwise prior to the call to
1497   // vp9_rc_get_second_pass_params() the data will be undefined.
1498   twopass->gf_group.arf_update_idx[frame_index] = arf_buffer_indices[0];
1499   twopass->gf_group.arf_ref_idx[frame_index] = arf_buffer_indices[0];
1500
1501   if (rc->source_alt_ref_pending) {
1502     twopass->gf_group.update_type[frame_index] = OVERLAY_UPDATE;
1503     twopass->gf_group.rf_level[frame_index] = INTER_NORMAL;
1504
1505     // Final setup for second arf and its overlay.
1506     if (cpi->multi_arf_enabled) {
1507       twopass->gf_group.bit_allocation[2] =
1508         twopass->gf_group.bit_allocation[mid_frame_idx] + mid_boost_bits;
1509       twopass->gf_group.update_type[mid_frame_idx] = OVERLAY_UPDATE;
1510       twopass->gf_group.bit_allocation[mid_frame_idx] = 0;
1511     }
1512   } else {
1513     twopass->gf_group.update_type[frame_index] = GF_UPDATE;
1514     twopass->gf_group.rf_level[frame_index] = GF_ARF_STD;
1515   }
1516
1517   // Note whether multi-arf was enabled this group for next time.
1518   cpi->multi_arf_last_grp_enabled = cpi->multi_arf_enabled;
1519 }
1520
1521 // Analyse and define a gf/arf group.
1522 static void define_gf_group(VP9_COMP *cpi, FIRSTPASS_STATS *this_frame) {
1523   RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
1524   const VP9EncoderConfig *const oxcf = &cpi->oxcf;
1525   TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
1526   FIRSTPASS_STATS next_frame;
1527   const FIRSTPASS_STATS *const start_pos = twopass->stats_in;
1528   int i;
1529
1530   double boost_score = 0.0;
1531   double old_boost_score = 0.0;
1532   double gf_group_err = 0.0;
1533   double gf_first_frame_err = 0.0;
1534   double mod_frame_err = 0.0;
1535
1536   double mv_ratio_accumulator = 0.0;
1537   double decay_accumulator = 1.0;
1538   double zero_motion_accumulator = 1.0;
1539
1540   double loop_decay_rate = 1.00;
1541   double last_loop_decay_rate = 1.00;
1542
1543   double this_frame_mv_in_out = 0.0;
1544   double mv_in_out_accumulator = 0.0;
1545   double abs_mv_in_out_accumulator = 0.0;
1546   double mv_ratio_accumulator_thresh;
1547   unsigned int allow_alt_ref = is_altref_enabled(cpi);
1548
1549   int f_boost = 0;
1550   int b_boost = 0;
1551   int flash_detected;
1552   int active_max_gf_interval;
1553   int64_t gf_group_bits;
1554   double gf_group_error_left;
1555   int gf_arf_bits;
1556
1557   // Reset the GF group data structures unless this is a key
1558   // frame in which case it will already have been done.
1559   if (cpi->common.frame_type != KEY_FRAME) {
1560     vp9_zero(twopass->gf_group);
1561   }
1562
1563   vp9_clear_system_state();
1564   vp9_zero(next_frame);
1565
1566   gf_group_bits = 0;
1567
1568   // Load stats for the current frame.
1569   mod_frame_err = calculate_modified_err(twopass, oxcf, this_frame);
1570
1571   // Note the error of the frame at the start of the group. This will be
1572   // the GF frame error if we code a normal gf.
1573   gf_first_frame_err = mod_frame_err;
1574
1575   // If this is a key frame or the overlay from a previous arf then
1576   // the error score / cost of this frame has already been accounted for.
1577   if (cpi->common.frame_type == KEY_FRAME || rc->source_alt_ref_active)
1578     gf_group_err -= gf_first_frame_err;
1579
1580   // Motion breakout threshold for loop below depends on image size.
1581   mv_ratio_accumulator_thresh = (cpi->common.width + cpi->common.height) / 10.0;
1582
1583   // Work out a maximum interval for the GF group.
1584   // If the image appears almost completely static we can extend beyond this.
1585   if (cpi->multi_arf_allowed) {
1586     active_max_gf_interval = rc->max_gf_interval;
1587   } else {
1588    // The value chosen depends on the active Q range. At low Q we have
1589    // bits to spare and are better with a smaller interval and smaller boost.
1590    // At high Q when there are few bits to spare we are better with a longer
1591    // interval to spread the cost of the GF.
1592    active_max_gf_interval =
1593      12 + ((int)vp9_convert_qindex_to_q(rc->last_q[INTER_FRAME]) >> 5);
1594
1595    if (active_max_gf_interval > rc->max_gf_interval)
1596      active_max_gf_interval = rc->max_gf_interval;
1597   }
1598
1599   i = 0;
1600   while (i < rc->static_scene_max_gf_interval && i < rc->frames_to_key) {
1601     ++i;
1602
1603     // Accumulate error score of frames in this gf group.
1604     mod_frame_err = calculate_modified_err(twopass, oxcf, this_frame);
1605     gf_group_err += mod_frame_err;
1606
1607     if (EOF == input_stats(twopass, &next_frame))
1608       break;
1609
1610     // Test for the case where there is a brief flash but the prediction
1611     // quality back to an earlier frame is then restored.
1612     flash_detected = detect_flash(twopass, 0);
1613
1614     // Update the motion related elements to the boost calculation.
1615     accumulate_frame_motion_stats(&next_frame,
1616                                   &this_frame_mv_in_out, &mv_in_out_accumulator,
1617                                   &abs_mv_in_out_accumulator,
1618                                   &mv_ratio_accumulator);
1619
1620     // Accumulate the effect of prediction quality decay.
1621     if (!flash_detected) {
1622       last_loop_decay_rate = loop_decay_rate;
1623       loop_decay_rate = get_prediction_decay_rate(&cpi->common, &next_frame);
1624       decay_accumulator = decay_accumulator * loop_decay_rate;
1625
1626       // Monitor for static sections.
1627       if ((next_frame.pcnt_inter - next_frame.pcnt_motion) <
1628           zero_motion_accumulator) {
1629         zero_motion_accumulator = next_frame.pcnt_inter -
1630                                       next_frame.pcnt_motion;
1631       }
1632
1633       // Break clause to detect very still sections after motion. For example,
1634       // a static image after a fade or other transition.
1635       if (detect_transition_to_still(twopass, i, 5, loop_decay_rate,
1636                                      last_loop_decay_rate)) {
1637         allow_alt_ref = 0;
1638         break;
1639       }
1640     }
1641
1642     // Calculate a boost number for this frame.
1643     boost_score += decay_accumulator * calc_frame_boost(twopass, &next_frame,
1644                                                         this_frame_mv_in_out);
1645
1646     // Break out conditions.
1647     if (
1648       // Break at active_max_gf_interval unless almost totally static.
1649       (i >= active_max_gf_interval && (zero_motion_accumulator < 0.995)) ||
1650       (
1651         // Don't break out with a very short interval.
1652         (i > MIN_GF_INTERVAL) &&
1653         ((boost_score > 125.0) || (next_frame.pcnt_inter < 0.75)) &&
1654         (!flash_detected) &&
1655         ((mv_ratio_accumulator > mv_ratio_accumulator_thresh) ||
1656          (abs_mv_in_out_accumulator > 3.0) ||
1657          (mv_in_out_accumulator < -2.0) ||
1658          ((boost_score - old_boost_score) < IIFACTOR)))) {
1659       boost_score = old_boost_score;
1660       break;
1661     }
1662
1663     *this_frame = next_frame;
1664
1665     old_boost_score = boost_score;
1666   }
1667
1668   twopass->gf_zeromotion_pct = (int)(zero_motion_accumulator * 1000.0);
1669
1670   // Don't allow a gf too near the next kf.
1671   if ((rc->frames_to_key - i) < MIN_GF_INTERVAL) {
1672     while (i < (rc->frames_to_key + !rc->next_key_frame_forced)) {
1673       ++i;
1674
1675       if (EOF == input_stats(twopass, this_frame))
1676         break;
1677
1678       if (i < rc->frames_to_key) {
1679         mod_frame_err = calculate_modified_err(twopass, oxcf, this_frame);
1680         gf_group_err += mod_frame_err;
1681       }
1682     }
1683   }
1684
1685   // Set the interval until the next gf.
1686   if (cpi->common.frame_type == KEY_FRAME || rc->source_alt_ref_active)
1687     rc->baseline_gf_interval = i - 1;
1688   else
1689     rc->baseline_gf_interval = i;
1690
1691   rc->frames_till_gf_update_due = rc->baseline_gf_interval;
1692
1693   // Should we use the alternate reference frame.
1694   if (allow_alt_ref &&
1695       (i < cpi->oxcf.lag_in_frames) &&
1696       (i >= MIN_GF_INTERVAL) &&
1697       // For real scene cuts (not forced kfs) don't allow arf very near kf.
1698       (rc->next_key_frame_forced ||
1699       (i <= (rc->frames_to_key - MIN_GF_INTERVAL)))) {
1700     // Calculate the boost for alt ref.
1701     rc->gfu_boost = calc_arf_boost(cpi, 0, (i - 1), (i - 1), &f_boost,
1702                                    &b_boost);
1703     rc->source_alt_ref_pending = 1;
1704
1705     // Test to see if multi arf is appropriate.
1706     cpi->multi_arf_enabled =
1707       (cpi->multi_arf_allowed && (rc->baseline_gf_interval >= 6) &&
1708       (zero_motion_accumulator < 0.995)) ? 1 : 0;
1709   } else {
1710     rc->gfu_boost = (int)boost_score;
1711     rc->source_alt_ref_pending = 0;
1712   }
1713
1714   // Reset the file position.
1715   reset_fpf_position(twopass, start_pos);
1716
1717   // Calculate the bits to be allocated to the gf/arf group as a whole
1718   gf_group_bits = calculate_total_gf_group_bits(cpi, gf_group_err);
1719
1720   // Calculate the extra bits to be used for boosted frame(s)
1721   {
1722     int q = rc->last_q[INTER_FRAME];
1723     int boost = (rc->gfu_boost * gfboost_qadjust(q)) / 100;
1724
1725     // Set max and minimum boost and hence minimum allocation.
1726     boost = clamp(boost, 125, (rc->baseline_gf_interval + 1) * 200);
1727
1728     // Calculate the extra bits to be used for boosted frame(s)
1729     gf_arf_bits = calculate_boost_bits(rc->baseline_gf_interval,
1730                                        boost, gf_group_bits);
1731   }
1732
1733   // Adjust KF group bits and error remaining.
1734   twopass->kf_group_error_left -= (int64_t)gf_group_err;
1735
1736   // If this is an arf update we want to remove the score for the overlay
1737   // frame at the end which will usually be very cheap to code.
1738   // The overlay frame has already, in effect, been coded so we want to spread
1739   // the remaining bits among the other frames.
1740   // For normal GFs remove the score for the GF itself unless this is
1741   // also a key frame in which case it has already been accounted for.
1742   if (rc->source_alt_ref_pending) {
1743     gf_group_error_left = gf_group_err - mod_frame_err;
1744   } else if (cpi->common.frame_type != KEY_FRAME) {
1745     gf_group_error_left = gf_group_err - gf_first_frame_err;
1746   } else {
1747     gf_group_error_left = gf_group_err;
1748   }
1749
1750   // Allocate bits to each of the frames in the GF group.
1751   allocate_gf_group_bits(cpi, gf_group_bits, gf_group_error_left, gf_arf_bits);
1752
1753   // Reset the file position.
1754   reset_fpf_position(twopass, start_pos);
1755
1756   // Calculate a section intra ratio used in setting max loop filter.
1757   if (cpi->common.frame_type != KEY_FRAME) {
1758     twopass->section_intra_rating =
1759         calculate_section_intra_ratio(start_pos, twopass->stats_in_end,
1760                                       rc->baseline_gf_interval);
1761   }
1762 }
1763
1764 static int test_candidate_kf(TWO_PASS *twopass,
1765                              const FIRSTPASS_STATS *last_frame,
1766                              const FIRSTPASS_STATS *this_frame,
1767                              const FIRSTPASS_STATS *next_frame) {
1768   int is_viable_kf = 0;
1769
1770   // Does the frame satisfy the primary criteria of a key frame?
1771   // If so, then examine how well it predicts subsequent frames.
1772   if ((this_frame->pcnt_second_ref < 0.10) &&
1773       (next_frame->pcnt_second_ref < 0.10) &&
1774       ((this_frame->pcnt_inter < 0.05) ||
1775        (((this_frame->pcnt_inter - this_frame->pcnt_neutral) < 0.35) &&
1776         ((this_frame->intra_error /
1777           DOUBLE_DIVIDE_CHECK(this_frame->coded_error)) < 2.5) &&
1778         ((fabs(last_frame->coded_error - this_frame->coded_error) /
1779               DOUBLE_DIVIDE_CHECK(this_frame->coded_error) > 0.40) ||
1780          (fabs(last_frame->intra_error - this_frame->intra_error) /
1781               DOUBLE_DIVIDE_CHECK(this_frame->intra_error) > 0.40) ||
1782          ((next_frame->intra_error /
1783            DOUBLE_DIVIDE_CHECK(next_frame->coded_error)) > 3.5))))) {
1784     int i;
1785     const FIRSTPASS_STATS *start_pos = twopass->stats_in;
1786     FIRSTPASS_STATS local_next_frame = *next_frame;
1787     double boost_score = 0.0;
1788     double old_boost_score = 0.0;
1789     double decay_accumulator = 1.0;
1790
1791     // Examine how well the key frame predicts subsequent frames.
1792     for (i = 0; i < 16; ++i) {
1793       double next_iiratio = (IIKFACTOR1 * local_next_frame.intra_error /
1794                              DOUBLE_DIVIDE_CHECK(local_next_frame.coded_error));
1795
1796       if (next_iiratio > RMAX)
1797         next_iiratio = RMAX;
1798
1799       // Cumulative effect of decay in prediction quality.
1800       if (local_next_frame.pcnt_inter > 0.85)
1801         decay_accumulator *= local_next_frame.pcnt_inter;
1802       else
1803         decay_accumulator *= (0.85 + local_next_frame.pcnt_inter) / 2.0;
1804
1805       // Keep a running total.
1806       boost_score += (decay_accumulator * next_iiratio);
1807
1808       // Test various breakout clauses.
1809       if ((local_next_frame.pcnt_inter < 0.05) ||
1810           (next_iiratio < 1.5) ||
1811           (((local_next_frame.pcnt_inter -
1812              local_next_frame.pcnt_neutral) < 0.20) &&
1813            (next_iiratio < 3.0)) ||
1814           ((boost_score - old_boost_score) < 3.0) ||
1815           (local_next_frame.intra_error < 200)) {
1816         break;
1817       }
1818
1819       old_boost_score = boost_score;
1820
1821       // Get the next frame details
1822       if (EOF == input_stats(twopass, &local_next_frame))
1823         break;
1824     }
1825
1826     // If there is tolerable prediction for at least the next 3 frames then
1827     // break out else discard this potential key frame and move on
1828     if (boost_score > 30.0 && (i > 3)) {
1829       is_viable_kf = 1;
1830     } else {
1831       // Reset the file position
1832       reset_fpf_position(twopass, start_pos);
1833
1834       is_viable_kf = 0;
1835     }
1836   }
1837
1838   return is_viable_kf;
1839 }
1840
1841 static void find_next_key_frame(VP9_COMP *cpi, FIRSTPASS_STATS *this_frame) {
1842   int i, j;
1843   RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
1844   TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
1845   const VP9EncoderConfig *const oxcf = &cpi->oxcf;
1846   const FIRSTPASS_STATS first_frame = *this_frame;
1847   const FIRSTPASS_STATS *const start_position = twopass->stats_in;
1848   FIRSTPASS_STATS next_frame;
1849   FIRSTPASS_STATS last_frame;
1850   int kf_bits = 0;
1851   double decay_accumulator = 1.0;
1852   double zero_motion_accumulator = 1.0;
1853   double boost_score = 0.0;
1854   double kf_mod_err = 0.0;
1855   double kf_group_err = 0.0;
1856   double recent_loop_decay[8] = {1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0};
1857
1858   vp9_zero(next_frame);
1859
1860   cpi->common.frame_type = KEY_FRAME;
1861
1862   // Reset the GF group data structures.
1863   vp9_zero(twopass->gf_group);
1864
1865   // Is this a forced key frame by interval.
1866   rc->this_key_frame_forced = rc->next_key_frame_forced;
1867
1868   // Clear the alt ref active flag and last group multi arf flags as they
1869   // can never be set for a key frame.
1870   rc->source_alt_ref_active = 0;
1871   cpi->multi_arf_last_grp_enabled = 0;
1872
1873   // KF is always a GF so clear frames till next gf counter.
1874   rc->frames_till_gf_update_due = 0;
1875
1876   rc->frames_to_key = 1;
1877
1878   twopass->kf_group_bits = 0;        // Total bits available to kf group
1879   twopass->kf_group_error_left = 0;  // Group modified error score.
1880
1881   kf_mod_err = calculate_modified_err(twopass, oxcf, this_frame);
1882
1883   // Find the next keyframe.
1884   i = 0;
1885   while (twopass->stats_in < twopass->stats_in_end &&
1886          rc->frames_to_key < cpi->oxcf.key_freq) {
1887     // Accumulate kf group error.
1888     kf_group_err += calculate_modified_err(twopass, oxcf, this_frame);
1889
1890     // Load the next frame's stats.
1891     last_frame = *this_frame;
1892     input_stats(twopass, this_frame);
1893
1894     // Provided that we are not at the end of the file...
1895     if (cpi->oxcf.auto_key &&
1896         lookup_next_frame_stats(twopass, &next_frame) != EOF) {
1897       double loop_decay_rate;
1898
1899       // Check for a scene cut.
1900       if (test_candidate_kf(twopass, &last_frame, this_frame, &next_frame))
1901         break;
1902
1903       // How fast is the prediction quality decaying?
1904       loop_decay_rate = get_prediction_decay_rate(&cpi->common, &next_frame);
1905
1906       // We want to know something about the recent past... rather than
1907       // as used elsewhere where we are concerned with decay in prediction
1908       // quality since the last GF or KF.
1909       recent_loop_decay[i % 8] = loop_decay_rate;
1910       decay_accumulator = 1.0;
1911       for (j = 0; j < 8; ++j)
1912         decay_accumulator *= recent_loop_decay[j];
1913
1914       // Special check for transition or high motion followed by a
1915       // static scene.
1916       if (detect_transition_to_still(twopass, i, cpi->oxcf.key_freq - i,
1917                                      loop_decay_rate, decay_accumulator))
1918         break;
1919
1920       // Step on to the next frame.
1921       ++rc->frames_to_key;
1922
1923       // If we don't have a real key frame within the next two
1924       // key_freq intervals then break out of the loop.
1925       if (rc->frames_to_key >= 2 * cpi->oxcf.key_freq)
1926         break;
1927     } else {
1928       ++rc->frames_to_key;
1929     }
1930     ++i;
1931   }
1932
1933   // If there is a max kf interval set by the user we must obey it.
1934   // We already breakout of the loop above at 2x max.
1935   // This code centers the extra kf if the actual natural interval
1936   // is between 1x and 2x.
1937   if (cpi->oxcf.auto_key &&
1938       rc->frames_to_key > cpi->oxcf.key_freq) {
1939     FIRSTPASS_STATS tmp_frame = first_frame;
1940
1941     rc->frames_to_key /= 2;
1942
1943     // Reset to the start of the group.
1944     reset_fpf_position(twopass, start_position);
1945
1946     kf_group_err = 0;
1947
1948     // Rescan to get the correct error data for the forced kf group.
1949     for (i = 0; i < rc->frames_to_key; ++i) {
1950       kf_group_err += calculate_modified_err(twopass, oxcf, &tmp_frame);
1951       input_stats(twopass, &tmp_frame);
1952     }
1953     rc->next_key_frame_forced = 1;
1954   } else if (twopass->stats_in == twopass->stats_in_end ||
1955              rc->frames_to_key >= cpi->oxcf.key_freq) {
1956     rc->next_key_frame_forced = 1;
1957   } else {
1958     rc->next_key_frame_forced = 0;
1959   }
1960
1961   // Special case for the last key frame of the file.
1962   if (twopass->stats_in >= twopass->stats_in_end) {
1963     // Accumulate kf group error.
1964     kf_group_err += calculate_modified_err(twopass, oxcf, this_frame);
1965   }
1966
1967   // Calculate the number of bits that should be assigned to the kf group.
1968   if (twopass->bits_left > 0 && twopass->modified_error_left > 0.0) {
1969     // Maximum number of bits for a single normal frame (not key frame).
1970     const int max_bits = frame_max_bits(rc, &cpi->oxcf);
1971
1972     // Maximum number of bits allocated to the key frame group.
1973     int64_t max_grp_bits;
1974
1975     // Default allocation based on bits left and relative
1976     // complexity of the section.
1977     twopass->kf_group_bits = (int64_t)(twopass->bits_left *
1978        (kf_group_err / twopass->modified_error_left));
1979
1980     // Clip based on maximum per frame rate defined by the user.
1981     max_grp_bits = (int64_t)max_bits * (int64_t)rc->frames_to_key;
1982     if (twopass->kf_group_bits > max_grp_bits)
1983       twopass->kf_group_bits = max_grp_bits;
1984   } else {
1985     twopass->kf_group_bits = 0;
1986   }
1987   twopass->kf_group_bits = MAX(0, twopass->kf_group_bits);
1988
1989   // Reset the first pass file position.
1990   reset_fpf_position(twopass, start_position);
1991
1992   // Scan through the kf group collating various stats used to deteermine
1993   // how many bits to spend on it.
1994   decay_accumulator = 1.0;
1995   boost_score = 0.0;
1996   for (i = 0; i < rc->frames_to_key; ++i) {
1997     if (EOF == input_stats(twopass, &next_frame))
1998       break;
1999
2000     // Monitor for static sections.
2001     if ((next_frame.pcnt_inter - next_frame.pcnt_motion) <
2002             zero_motion_accumulator) {
2003       zero_motion_accumulator = (next_frame.pcnt_inter -
2004                                      next_frame.pcnt_motion);
2005     }
2006
2007     // For the first few frames collect data to decide kf boost.
2008     if (i <= (rc->max_gf_interval * 2)) {
2009       double r;
2010       if (next_frame.intra_error > twopass->kf_intra_err_min)
2011         r = (IIKFACTOR2 * next_frame.intra_error /
2012              DOUBLE_DIVIDE_CHECK(next_frame.coded_error));
2013       else
2014         r = (IIKFACTOR2 * twopass->kf_intra_err_min /
2015              DOUBLE_DIVIDE_CHECK(next_frame.coded_error));
2016
2017       if (r > RMAX)
2018         r = RMAX;
2019
2020       // How fast is prediction quality decaying.
2021       if (!detect_flash(twopass, 0)) {
2022         const double loop_decay_rate = get_prediction_decay_rate(&cpi->common,
2023                                                                  &next_frame);
2024         decay_accumulator *= loop_decay_rate;
2025         decay_accumulator = MAX(decay_accumulator, MIN_DECAY_FACTOR);
2026       }
2027
2028       boost_score += (decay_accumulator * r);
2029     }
2030   }
2031
2032   reset_fpf_position(twopass, start_position);
2033
2034   // Store the zero motion percentage
2035   twopass->kf_zeromotion_pct = (int)(zero_motion_accumulator * 100.0);
2036
2037   // Calculate a section intra ratio used in setting max loop filter.
2038   twopass->section_intra_rating =
2039       calculate_section_intra_ratio(start_position, twopass->stats_in_end,
2040                                     rc->frames_to_key);
2041
2042   // Work out how many bits to allocate for the key frame itself.
2043   rc->kf_boost = (int)boost_score;
2044
2045   if (rc->kf_boost  < (rc->frames_to_key * 3))
2046     rc->kf_boost  = (rc->frames_to_key * 3);
2047   if (rc->kf_boost   < MIN_KF_BOOST)
2048     rc->kf_boost = MIN_KF_BOOST;
2049
2050   kf_bits = calculate_boost_bits((rc->frames_to_key - 1),
2051                                   rc->kf_boost, twopass->kf_group_bits);
2052
2053   twopass->kf_group_bits -= kf_bits;
2054
2055   // Save the bits to spend on the key frame.
2056   twopass->gf_group.bit_allocation[0] = kf_bits;
2057   twopass->gf_group.update_type[0] = KF_UPDATE;
2058   twopass->gf_group.rf_level[0] = KF_STD;
2059
2060   // Note the total error score of the kf group minus the key frame itself.
2061   twopass->kf_group_error_left = (int)(kf_group_err - kf_mod_err);
2062
2063   // Adjust the count of total modified error left.
2064   // The count of bits left is adjusted elsewhere based on real coded frame
2065   // sizes.
2066   twopass->modified_error_left -= kf_group_err;
2067 }
2068
2069 // For VBR...adjustment to the frame target based on error from previous frames
2070 void vbr_rate_correction(int * this_frame_target,
2071                          const int64_t vbr_bits_off_target) {
2072   int max_delta = (*this_frame_target * 15) / 100;
2073
2074   // vbr_bits_off_target > 0 means we have extra bits to spend
2075   if (vbr_bits_off_target > 0) {
2076     *this_frame_target +=
2077       (vbr_bits_off_target > max_delta) ? max_delta
2078                                         : (int)vbr_bits_off_target;
2079   } else {
2080     *this_frame_target -=
2081       (vbr_bits_off_target < -max_delta) ? max_delta
2082                                          : (int)-vbr_bits_off_target;
2083   }
2084 }
2085
2086 // Define the reference buffers that will be updated post encode.
2087 void configure_buffer_updates(VP9_COMP *cpi) {
2088   TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
2089
2090   cpi->rc.is_src_frame_alt_ref = 0;
2091   switch (twopass->gf_group.update_type[twopass->gf_group.index]) {
2092     case KF_UPDATE:
2093       cpi->refresh_last_frame = 1;
2094       cpi->refresh_golden_frame = 1;
2095       cpi->refresh_alt_ref_frame = 1;
2096       break;
2097     case LF_UPDATE:
2098       cpi->refresh_last_frame = 1;
2099       cpi->refresh_golden_frame = 0;
2100       cpi->refresh_alt_ref_frame = 0;
2101       break;
2102     case GF_UPDATE:
2103       cpi->refresh_last_frame = 1;
2104       cpi->refresh_golden_frame = 1;
2105       cpi->refresh_alt_ref_frame = 0;
2106       break;
2107     case OVERLAY_UPDATE:
2108       cpi->refresh_last_frame = 0;
2109       cpi->refresh_golden_frame = 1;
2110       cpi->refresh_alt_ref_frame = 0;
2111       cpi->rc.is_src_frame_alt_ref = 1;
2112       break;
2113     case ARF_UPDATE:
2114       cpi->refresh_last_frame = 0;
2115       cpi->refresh_golden_frame = 0;
2116       cpi->refresh_alt_ref_frame = 1;
2117       break;
2118     default:
2119       assert(0);
2120       break;
2121   }
2122   if (cpi->use_svc && cpi->svc.number_temporal_layers == 1) {
2123     cpi->refresh_golden_frame = 0;
2124     if (cpi->alt_ref_source == NULL)
2125       cpi->refresh_alt_ref_frame = 0;
2126   }
2127 }
2128
2129
2130 void vp9_rc_get_second_pass_params(VP9_COMP *cpi) {
2131   VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
2132   RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
2133   TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
2134   int frames_left;
2135   FIRSTPASS_STATS this_frame;
2136   FIRSTPASS_STATS this_frame_copy;
2137
2138   int target_rate;
2139   LAYER_CONTEXT *lc = NULL;
2140   const int is_spatial_svc = (cpi->use_svc &&
2141                               cpi->svc.number_temporal_layers == 1);
2142   if (is_spatial_svc) {
2143     lc = &cpi->svc.layer_context[cpi->svc.spatial_layer_id];
2144     frames_left = (int)(twopass->total_stats.count -
2145                   lc->current_video_frame_in_layer);
2146   } else {
2147     frames_left = (int)(twopass->total_stats.count -
2148                   cm->current_video_frame);
2149   }
2150
2151   if (!twopass->stats_in)
2152     return;
2153
2154   // If this is an arf frame then we dont want to read the stats file or
2155   // advance the input pointer as we already have what we need.
2156   if (twopass->gf_group.update_type[twopass->gf_group.index] == ARF_UPDATE) {
2157     int target_rate;
2158     configure_buffer_updates(cpi);
2159     target_rate = twopass->gf_group.bit_allocation[twopass->gf_group.index];
2160     target_rate = vp9_rc_clamp_pframe_target_size(cpi, target_rate);
2161     rc->base_frame_target = target_rate;
2162 #ifdef LONG_TERM_VBR_CORRECTION
2163     // Correction to rate target based on prior over or under shoot.
2164     if (cpi->oxcf.rc_mode == VPX_VBR)
2165       vbr_rate_correction(&target_rate, rc->vbr_bits_off_target);
2166 #endif
2167     vp9_rc_set_frame_target(cpi, target_rate);
2168     cm->frame_type = INTER_FRAME;
2169
2170     if (is_spatial_svc) {
2171       if (cpi->svc.spatial_layer_id == 0) {
2172         lc->is_key_frame = 0;
2173       } else {
2174         lc->is_key_frame = cpi->svc.layer_context[0].is_key_frame;
2175
2176         if (lc->is_key_frame)
2177           cpi->ref_frame_flags &= (~VP9_LAST_FLAG);
2178       }
2179     }
2180
2181     return;
2182   }
2183
2184   vp9_clear_system_state();
2185
2186   if (is_spatial_svc && twopass->kf_intra_err_min == 0) {
2187     twopass->kf_intra_err_min = KF_MB_INTRA_MIN * cpi->common.MBs;
2188     twopass->gf_intra_err_min = GF_MB_INTRA_MIN * cpi->common.MBs;
2189   }
2190
2191   if (cpi->oxcf.rc_mode == VPX_Q) {
2192     twopass->active_worst_quality = cpi->oxcf.cq_level;
2193   } else if (cm->current_video_frame == 0 ||
2194              (is_spatial_svc && lc->current_video_frame_in_layer == 0)) {
2195     // Special case code for first frame.
2196     const int section_target_bandwidth = (int)(twopass->bits_left /
2197                                                frames_left);
2198     const int tmp_q = get_twopass_worst_quality(cpi, &twopass->total_left_stats,
2199                                                 section_target_bandwidth);
2200     twopass->active_worst_quality = tmp_q;
2201     rc->ni_av_qi = tmp_q;
2202     rc->avg_q = vp9_convert_qindex_to_q(tmp_q);
2203   }
2204   vp9_zero(this_frame);
2205   if (EOF == input_stats(twopass, &this_frame))
2206     return;
2207
2208   // Local copy of the current frame's first pass stats.
2209   this_frame_copy = this_frame;
2210
2211   // Keyframe and section processing.
2212   if (rc->frames_to_key == 0 ||
2213       (cpi->frame_flags & FRAMEFLAGS_KEY)) {
2214     // Define next KF group and assign bits to it.
2215     find_next_key_frame(cpi, &this_frame_copy);
2216   } else {
2217     cm->frame_type = INTER_FRAME;
2218   }
2219
2220   if (is_spatial_svc) {
2221     if (cpi->svc.spatial_layer_id == 0) {
2222       lc->is_key_frame = (cm->frame_type == KEY_FRAME);
2223     } else {
2224       cm->frame_type = INTER_FRAME;
2225       lc->is_key_frame = cpi->svc.layer_context[0].is_key_frame;
2226
2227       if (lc->is_key_frame) {
2228         cpi->ref_frame_flags &= (~VP9_LAST_FLAG);
2229       }
2230     }
2231   }
2232
2233   // Define a new GF/ARF group. (Should always enter here for key frames).
2234   if (rc->frames_till_gf_update_due == 0) {
2235     define_gf_group(cpi, &this_frame_copy);
2236
2237     if (twopass->gf_zeromotion_pct > 995) {
2238       // As long as max_thresh for encode breakout is small enough, it is ok
2239       // to enable it for show frame, i.e. set allow_encode_breakout to
2240       // ENCODE_BREAKOUT_LIMITED.
2241       if (!cm->show_frame)
2242         cpi->allow_encode_breakout = ENCODE_BREAKOUT_DISABLED;
2243       else
2244         cpi->allow_encode_breakout = ENCODE_BREAKOUT_LIMITED;
2245     }
2246
2247     rc->frames_till_gf_update_due = rc->baseline_gf_interval;
2248     if (!is_spatial_svc)
2249       cpi->refresh_golden_frame = 1;
2250   }
2251
2252   configure_buffer_updates(cpi);
2253
2254   target_rate = twopass->gf_group.bit_allocation[twopass->gf_group.index];
2255   if (cpi->common.frame_type == KEY_FRAME)
2256     target_rate = vp9_rc_clamp_iframe_target_size(cpi, target_rate);
2257   else
2258     target_rate = vp9_rc_clamp_pframe_target_size(cpi, target_rate);
2259
2260   rc->base_frame_target = target_rate;
2261 #ifdef LONG_TERM_VBR_CORRECTION
2262   // Correction to rate target based on prior over or under shoot.
2263   if (cpi->oxcf.rc_mode == VPX_VBR)
2264     vbr_rate_correction(&target_rate, rc->vbr_bits_off_target);
2265 #endif
2266   vp9_rc_set_frame_target(cpi, target_rate);
2267
2268   // Update the total stats remaining structure.
2269   subtract_stats(&twopass->total_left_stats, &this_frame);
2270 }
2271
2272 void vp9_twopass_postencode_update(VP9_COMP *cpi) {
2273   TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
2274   RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
2275 #ifdef LONG_TERM_VBR_CORRECTION
2276   // In this experimental mode, the VBR correction is done exclusively through
2277   // rc->vbr_bits_off_target. Based on the sign of this value, a limited %
2278   // adjustment is made to the target rate of subsequent frames, to try and
2279   // push it back towards 0. This mode is less likely to suffer from
2280   // extreme behaviour at the end of a clip or group of frames.
2281   const int bits_used = rc->base_frame_target;
2282   rc->vbr_bits_off_target += rc->base_frame_target - rc->projected_frame_size;
2283 #else
2284   // In this mode, VBR correction is acheived by altering bits_left,
2285   // kf_group_bits & gf_group_bits to reflect any deviation from the target
2286   // rate in this frame. This alters the allocation of bits to the
2287   // remaning frames in the group / clip.
2288   //
2289   // This method can give rise to unstable behaviour near the end of a clip
2290   // or kf/gf group of frames where any accumulated error is corrected over an
2291   // ever decreasing number of frames. Hence we change the balance of target
2292   // vs. actual bitrate gradually as we progress towards the end of the
2293   // sequence in order to mitigate this effect.
2294   const double progress =
2295       (double)(twopass->stats_in - twopass->stats_in_start) /
2296               (twopass->stats_in_end - twopass->stats_in_start);
2297   const int bits_used = (int)(progress * rc->this_frame_target +
2298                              (1.0 - progress) * rc->projected_frame_size);
2299 #endif
2300
2301   twopass->bits_left = MAX(twopass->bits_left - bits_used, 0);
2302
2303 #ifdef LONG_TERM_VBR_CORRECTION
2304   if (cpi->common.frame_type != KEY_FRAME &&
2305       !vp9_is_upper_layer_key_frame(cpi)) {
2306 #else
2307   if (cpi->common.frame_type == KEY_FRAME ||
2308       vp9_is_upper_layer_key_frame(cpi)) {
2309     // For key frames kf_group_bits already had the target bits subtracted out.
2310     // So now update to the correct value based on the actual bits used.
2311     twopass->kf_group_bits += rc->this_frame_target - bits_used;
2312   } else {
2313 #endif
2314     twopass->kf_group_bits -= bits_used;
2315   }
2316   twopass->kf_group_bits = MAX(twopass->kf_group_bits, 0);
2317
2318   // Increment the gf group index ready for the next frame.
2319   ++twopass->gf_group.index;
2320 }