vp10/encoder/bitstream.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 <assert.h>
  12 #include <stdio.h>
  13 #include <limits.h>
  14
  15 #include "vpx/vpx_encoder.h"
  16 #include "vpx_dsp/bitwriter_buffer.h"
  17 #include "vpx_dsp/vpx_dsp_common.h"
  18 #include "vpx_mem/vpx_mem.h"
  19 #include "vpx_ports/mem_ops.h"
  20 #include "vpx_ports/system_state.h"
  21
  22 #include "vp10/common/entropy.h"
  23 #include "vp10/common/entropymode.h"
  24 #include "vp10/common/entropymv.h"
  25 #include "vp10/common/mvref_common.h"
  26 #include "vp10/common/pred_common.h"
  27 #include "vp10/common/seg_common.h"
  28 #include "vp10/common/tile_common.h"
  29
  30 #include "vp10/encoder/cost.h"
  31 #include "vp10/encoder/bitstream.h"
  32 #include "vp10/encoder/encodemv.h"
  33 #include "vp10/encoder/mcomp.h"
  34 #include "vp10/encoder/segmentation.h"
  35 #include "vp10/encoder/subexp.h"
  36 #include "vp10/encoder/tokenize.h"
  37
  38 static const struct vp10_token intra_mode_encodings[INTRA_MODES] = {
  39   {0, 1}, {6, 3}, {28, 5}, {30, 5}, {58, 6}, {59, 6}, {126, 7}, {127, 7},
  40   {62, 6}, {2, 2}};
  41 static const struct vp10_token switchable_interp_encodings[SWITCHABLE_FILTERS] =
  42   {{0, 1}, {2, 2}, {3, 2}};
  43 static const struct vp10_token partition_encodings[PARTITION_TYPES] =
  44   {{0, 1}, {2, 2}, {6, 3}, {7, 3}};
  45 static const struct vp10_token inter_mode_encodings[INTER_MODES] =
  46   {{2, 2}, {6, 3}, {0, 1}, {7, 3}};
  47
  48 static void write_intra_mode(vpx_writer *w, PREDICTION_MODE mode,
  49                              const vpx_prob *probs) {
  50   vp10_write_token(w, vp10_intra_mode_tree, probs, &intra_mode_encodings[mode]);
  51 }
  52
  53 static void write_inter_mode(vpx_writer *w, PREDICTION_MODE mode,
  54                              const vpx_prob *probs) {
  55   assert(is_inter_mode(mode));
  56   vp10_write_token(w, vp10_inter_mode_tree, probs,
  57                   &inter_mode_encodings[INTER_OFFSET(mode)]);
  58 }
  59
  60 static void encode_unsigned_max(struct vpx_write_bit_buffer *wb,
  61                                 int data, int max) {
  62   vpx_wb_write_literal(wb, data, get_unsigned_bits(max));
  63 }
  64
  65 static void prob_diff_update(const vpx_tree_index *tree,
  66                              vpx_prob probs[/*n - 1*/],
  67                              const unsigned int counts[/*n - 1*/],
  68                              int n, vpx_writer *w) {
  69   int i;
  70   unsigned int branch_ct[32][2];
  71
  72   // Assuming max number of probabilities <= 32
  73   assert(n <= 32);
  74
  75   vp10_tree_probs_from_distribution(tree, branch_ct, counts);
  76   for (i = 0; i < n - 1; ++i)
  77     vp10_cond_prob_diff_update(w, &probs[i], branch_ct[i]);
  78 }
  79
  80 static void write_selected_tx_size(const VP10_COMMON *cm,
  81                                    const MACROBLOCKD *xd, vpx_writer *w) {
  82   TX_SIZE tx_size = xd->mi[0]->mbmi.tx_size;
  83   BLOCK_SIZE bsize = xd->mi[0]->mbmi.sb_type;
  84   const TX_SIZE max_tx_size = max_txsize_lookup[bsize];
  85   const vpx_prob *const tx_probs = get_tx_probs2(max_tx_size, xd,
  86                                                  &cm->fc->tx_probs);
  87   vpx_write(w, tx_size != TX_4X4, tx_probs[0]);
  88   if (tx_size != TX_4X4 && max_tx_size >= TX_16X16) {
  89     vpx_write(w, tx_size != TX_8X8, tx_probs[1]);
  90     if (tx_size != TX_8X8 && max_tx_size >= TX_32X32)
  91       vpx_write(w, tx_size != TX_16X16, tx_probs[2]);
  92   }
  93 }
  94
  95 static int write_skip(const VP10_COMMON *cm, const MACROBLOCKD *xd,
  96                       int segment_id, const MODE_INFO *mi, vpx_writer *w) {
  97   if (segfeature_active(&cm->seg, segment_id, SEG_LVL_SKIP)) {
  98     return 1;
  99   } else {
 100     const int skip = mi->mbmi.skip;
 101     vpx_write(w, skip, vp10_get_skip_prob(cm, xd));
 102     return skip;
 103   }
 104 }
 105
 106 static void update_skip_probs(VP10_COMMON *cm, vpx_writer *w,
 107                               FRAME_COUNTS *counts) {
 108   int k;
 109
 110   for (k = 0; k < SKIP_CONTEXTS; ++k)
 111     vp10_cond_prob_diff_update(w, &cm->fc->skip_probs[k], counts->skip[k]);
 112 }
 113
 114 static void update_switchable_interp_probs(VP10_COMMON *cm, vpx_writer *w,
 115                                            FRAME_COUNTS *counts) {
 116   int j;
 117   for (j = 0; j < SWITCHABLE_FILTER_CONTEXTS; ++j)
 118     prob_diff_update(vp10_switchable_interp_tree,
 119                      cm->fc->switchable_interp_prob[j],
 120                      counts->switchable_interp[j], SWITCHABLE_FILTERS, w);
 121 }
 122
 123 static void pack_mb_tokens(vpx_writer *w,
 124                            TOKENEXTRA **tp, const TOKENEXTRA *const stop,
 125                            vpx_bit_depth_t bit_depth) {
 126   TOKENEXTRA *p = *tp;
 127
 128   while (p < stop && p->token != EOSB_TOKEN) {
 129     const int t = p->token;
 130     const struct vp10_token *const a = &vp10_coef_encodings[t];
 131     int i = 0;
 132     int v = a->value;
 133     int n = a->len;
 134 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 135     const vp10_extra_bit *b;
 136     if (bit_depth == VPX_BITS_12)
 137       b = &vp10_extra_bits_high12[t];
 138     else if (bit_depth == VPX_BITS_10)
 139       b = &vp10_extra_bits_high10[t];
 140     else
 141       b = &vp10_extra_bits[t];
 142 #else
 143     const vp10_extra_bit *const b = &vp10_extra_bits[t];
 144     (void) bit_depth;
 145 #endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 146
 147     /* skip one or two nodes */
 148     if (p->skip_eob_node) {
 149       n -= p->skip_eob_node;
 150       i = 2 * p->skip_eob_node;
 151     }
 152
 153     // TODO(jbb): expanding this can lead to big gains.  It allows
 154     // much better branch prediction and would enable us to avoid numerous
 155     // lookups and compares.
 156
 157     // If we have a token that's in the constrained set, the coefficient tree
 158     // is split into two treed writes.  The first treed write takes care of the
 159     // unconstrained nodes.  The second treed write takes care of the
 160     // constrained nodes.
 161     if (t >= TWO_TOKEN && t < EOB_TOKEN) {
 162       int len = UNCONSTRAINED_NODES - p->skip_eob_node;
 163       int bits = v >> (n - len);
 164       vp10_write_tree(w, vp10_coef_tree, p->context_tree, bits, len, i);
 165       vp10_write_tree(w, vp10_coef_con_tree,
 166                      vp10_pareto8_full[p->context_tree[PIVOT_NODE] - 1],
 167                      v, n - len, 0);
 168     } else {
 169       vp10_write_tree(w, vp10_coef_tree, p->context_tree, v, n, i);
 170     }
 171
 172     if (b->base_val) {
 173       const int e = p->extra, l = b->len;
 174
 175       if (l) {
 176         const unsigned char *pb = b->prob;
 177         int v = e >> 1;
 178         int n = l;              /* number of bits in v, assumed nonzero */
 179         int i = 0;
 180
 181         do {
 182           const int bb = (v >> --n) & 1;
 183           vpx_write(w, bb, pb[i >> 1]);
 184           i = b->tree[i + bb];
 185         } while (n);
 186       }
 187
 188       vpx_write_bit(w, e & 1);
 189     }
 190     ++p;
 191   }
 192
 193   *tp = p + (p->token == EOSB_TOKEN);
 194 }
 195
 196 static void write_segment_id(vpx_writer *w, const struct segmentation *seg,
 197                              int segment_id) {
 198   if (seg->enabled && seg->update_map)
 199     vp10_write_tree(w, vp10_segment_tree, seg->tree_probs, segment_id, 3, 0);
 200 }
 201
 202 // This function encodes the reference frame
 203 static void write_ref_frames(const VP10_COMMON *cm, const MACROBLOCKD *xd,
 204                              vpx_writer *w) {
 205   const MB_MODE_INFO *const mbmi = &xd->mi[0]->mbmi;
 206   const int is_compound = has_second_ref(mbmi);
 207   const int segment_id = mbmi->segment_id;
 208
 209   // If segment level coding of this signal is disabled...
 210   // or the segment allows multiple reference frame options
 211   if (segfeature_active(&cm->seg, segment_id, SEG_LVL_REF_FRAME)) {
 212     assert(!is_compound);
 213     assert(mbmi->ref_frame[0] ==
 214                get_segdata(&cm->seg, segment_id, SEG_LVL_REF_FRAME));
 215   } else {
 216     // does the feature use compound prediction or not
 217     // (if not specified at the frame/segment level)
 218     if (cm->reference_mode == REFERENCE_MODE_SELECT) {
 219       vpx_write(w, is_compound, vp10_get_reference_mode_prob(cm, xd));
 220     } else {
 221       assert(!is_compound == (cm->reference_mode == SINGLE_REFERENCE));
 222     }
 223
 224     if (is_compound) {
 225       vpx_write(w, mbmi->ref_frame[0] == GOLDEN_FRAME,
 226                 vp10_get_pred_prob_comp_ref_p(cm, xd));
 227     } else {
 228       const int bit0 = mbmi->ref_frame[0] != LAST_FRAME;
 229       vpx_write(w, bit0, vp10_get_pred_prob_single_ref_p1(cm, xd));
 230       if (bit0) {
 231         const int bit1 = mbmi->ref_frame[0] != GOLDEN_FRAME;
 232         vpx_write(w, bit1, vp10_get_pred_prob_single_ref_p2(cm, xd));
 233       }
 234     }
 235   }
 236 }
 237
 238 static void pack_inter_mode_mvs(VP10_COMP *cpi, const MODE_INFO *mi,
 239                                 vpx_writer *w) {
 240   VP10_COMMON *const cm = &cpi->common;
 241   const nmv_context *nmvc = &cm->fc->nmvc;
 242   const MACROBLOCK *const x = &cpi->td.mb;
 243   const MACROBLOCKD *const xd = &x->e_mbd;
 244   const struct segmentation *const seg = &cm->seg;
 245   const MB_MODE_INFO *const mbmi = &mi->mbmi;
 246   const MB_MODE_INFO_EXT *const mbmi_ext = x->mbmi_ext;
 247   const PREDICTION_MODE mode = mbmi->mode;
 248   const int segment_id = mbmi->segment_id;
 249   const BLOCK_SIZE bsize = mbmi->sb_type;
 250   const int allow_hp = cm->allow_high_precision_mv;
 251   const int is_inter = is_inter_block(mbmi);
 252   const int is_compound = has_second_ref(mbmi);
 253   int skip, ref;
 254
 255   if (seg->update_map) {
 256     if (seg->temporal_update) {
 257       const int pred_flag = mbmi->seg_id_predicted;
 258       vpx_prob pred_prob = vp10_get_pred_prob_seg_id(seg, xd);
 259       vpx_write(w, pred_flag, pred_prob);
 260       if (!pred_flag)
 261         write_segment_id(w, seg, segment_id);
 262     } else {
 263       write_segment_id(w, seg, segment_id);
 264     }
 265   }
 266
 267   skip = write_skip(cm, xd, segment_id, mi, w);
 268
 269   if (!segfeature_active(seg, segment_id, SEG_LVL_REF_FRAME))
 270     vpx_write(w, is_inter, vp10_get_intra_inter_prob(cm, xd));
 271
 272   if (bsize >= BLOCK_8X8 && cm->tx_mode == TX_MODE_SELECT &&
 273       !(is_inter && skip)) {
 274     write_selected_tx_size(cm, xd, w);
 275   }
 276
 277   if (!is_inter) {
 278     if (bsize >= BLOCK_8X8) {
 279       write_intra_mode(w, mode, cm->fc->y_mode_prob[size_group_lookup[bsize]]);
 280     } else {
 281       int idx, idy;
 282       const int num_4x4_w = num_4x4_blocks_wide_lookup[bsize];
 283       const int num_4x4_h = num_4x4_blocks_high_lookup[bsize];
 284       for (idy = 0; idy < 2; idy += num_4x4_h) {
 285         for (idx = 0; idx < 2; idx += num_4x4_w) {
 286           const PREDICTION_MODE b_mode = mi->bmi[idy * 2 + idx].as_mode;
 287           write_intra_mode(w, b_mode, cm->fc->y_mode_prob[0]);
 288         }
 289       }
 290     }
 291     write_intra_mode(w, mbmi->uv_mode, cm->fc->uv_mode_prob[mode]);
 292   } else {
 293     const int mode_ctx = mbmi_ext->mode_context[mbmi->ref_frame[0]];
 294     const vpx_prob *const inter_probs = cm->fc->inter_mode_probs[mode_ctx];
 295     write_ref_frames(cm, xd, w);
 296
 297     // If segment skip is not enabled code the mode.
 298     if (!segfeature_active(seg, segment_id, SEG_LVL_SKIP)) {
 299       if (bsize >= BLOCK_8X8) {
 300         write_inter_mode(w, mode, inter_probs);
 301       }
 302     }
 303
 304     if (cm->interp_filter == SWITCHABLE) {
 305       const int ctx = vp10_get_pred_context_switchable_interp(xd);
 306       vp10_write_token(w, vp10_switchable_interp_tree,
 307                       cm->fc->switchable_interp_prob[ctx],
 308                       &switchable_interp_encodings[mbmi->interp_filter]);
 309       ++cpi->interp_filter_selected[0][mbmi->interp_filter];
 310     } else {
 311       assert(mbmi->interp_filter == cm->interp_filter);
 312     }
 313
 314     if (bsize < BLOCK_8X8) {
 315       const int num_4x4_w = num_4x4_blocks_wide_lookup[bsize];
 316       const int num_4x4_h = num_4x4_blocks_high_lookup[bsize];
 317       int idx, idy;
 318       for (idy = 0; idy < 2; idy += num_4x4_h) {
 319         for (idx = 0; idx < 2; idx += num_4x4_w) {
 320           const int j = idy * 2 + idx;
 321           const PREDICTION_MODE b_mode = mi->bmi[j].as_mode;
 322           write_inter_mode(w, b_mode, inter_probs);
 323           if (b_mode == NEWMV) {
 324             for (ref = 0; ref < 1 + is_compound; ++ref)
 325               vp10_encode_mv(cpi, w, &mi->bmi[j].as_mv[ref].as_mv,
 326                             &mbmi_ext->ref_mvs[mbmi->ref_frame[ref]][0].as_mv,
 327                             nmvc, allow_hp);
 328           }
 329         }
 330       }
 331     } else {
 332       if (mode == NEWMV) {
 333         for (ref = 0; ref < 1 + is_compound; ++ref)
 334           vp10_encode_mv(cpi, w, &mbmi->mv[ref].as_mv,
 335                         &mbmi_ext->ref_mvs[mbmi->ref_frame[ref]][0].as_mv, nmvc,
 336                         allow_hp);
 337       }
 338     }
 339   }
 340 }
 341
 342 static void write_mb_modes_kf(const VP10_COMMON *cm, const MACROBLOCKD *xd,
 343                               MODE_INFO **mi_8x8, vpx_writer *w) {
 344   const struct segmentation *const seg = &cm->seg;
 345   const MODE_INFO *const mi = mi_8x8[0];
 346   const MODE_INFO *const above_mi = xd->above_mi;
 347   const MODE_INFO *const left_mi = xd->left_mi;
 348   const MB_MODE_INFO *const mbmi = &mi->mbmi;
 349   const BLOCK_SIZE bsize = mbmi->sb_type;
 350
 351   if (seg->update_map)
 352     write_segment_id(w, seg, mbmi->segment_id);
 353
 354   write_skip(cm, xd, mbmi->segment_id, mi, w);
 355
 356   if (bsize >= BLOCK_8X8 && cm->tx_mode == TX_MODE_SELECT)
 357     write_selected_tx_size(cm, xd, w);
 358
 359   if (bsize >= BLOCK_8X8) {
 360     write_intra_mode(w, mbmi->mode, get_y_mode_probs(mi, above_mi, left_mi, 0));
 361   } else {
 362     const int num_4x4_w = num_4x4_blocks_wide_lookup[bsize];
 363     const int num_4x4_h = num_4x4_blocks_high_lookup[bsize];
 364     int idx, idy;
 365
 366     for (idy = 0; idy < 2; idy += num_4x4_h) {
 367       for (idx = 0; idx < 2; idx += num_4x4_w) {
 368         const int block = idy * 2 + idx;
 369         write_intra_mode(w, mi->bmi[block].as_mode,
 370                          get_y_mode_probs(mi, above_mi, left_mi, block));
 371       }
 372     }
 373   }
 374
 375   write_intra_mode(w, mbmi->uv_mode, vp10_kf_uv_mode_prob[mbmi->mode]);
 376 }
 377
 378 static void write_modes_b(VP10_COMP *cpi, const TileInfo *const tile,
 379                           vpx_writer *w, TOKENEXTRA **tok,
 380                           const TOKENEXTRA *const tok_end,
 381                           int mi_row, int mi_col) {
 382   const VP10_COMMON *const cm = &cpi->common;
 383   MACROBLOCKD *const xd = &cpi->td.mb.e_mbd;
 384   MODE_INFO *m;
 385
 386   xd->mi = cm->mi_grid_visible + (mi_row * cm->mi_stride + mi_col);
 387   m = xd->mi[0];
 388
 389   cpi->td.mb.mbmi_ext = cpi->mbmi_ext_base + (mi_row * cm->mi_cols + mi_col);
 390
 391   set_mi_row_col(xd, tile,
 392                  mi_row, num_8x8_blocks_high_lookup[m->mbmi.sb_type],
 393                  mi_col, num_8x8_blocks_wide_lookup[m->mbmi.sb_type],
 394                  cm->mi_rows, cm->mi_cols);
 395   if (frame_is_intra_only(cm)) {
 396     write_mb_modes_kf(cm, xd, xd->mi, w);
 397   } else {
 398     pack_inter_mode_mvs(cpi, m, w);
 399   }
 400
 401   assert(*tok < tok_end);
 402   pack_mb_tokens(w, tok, tok_end, cm->bit_depth);
 403 }
 404
 405 static void write_partition(const VP10_COMMON *const cm,
 406                             const MACROBLOCKD *const xd,
 407                             int hbs, int mi_row, int mi_col,
 408                             PARTITION_TYPE p, BLOCK_SIZE bsize, vpx_writer *w) {
 409   const int ctx = partition_plane_context(xd, mi_row, mi_col, bsize);
 410   const vpx_prob *const probs = xd->partition_probs[ctx];
 411   const int has_rows = (mi_row + hbs) < cm->mi_rows;
 412   const int has_cols = (mi_col + hbs) < cm->mi_cols;
 413
 414   if (has_rows && has_cols) {
 415     vp10_write_token(w, vp10_partition_tree, probs, &partition_encodings[p]);
 416   } else if (!has_rows && has_cols) {
 417     assert(p == PARTITION_SPLIT || p == PARTITION_HORZ);
 418     vpx_write(w, p == PARTITION_SPLIT, probs[1]);
 419   } else if (has_rows && !has_cols) {
 420     assert(p == PARTITION_SPLIT || p == PARTITION_VERT);
 421     vpx_write(w, p == PARTITION_SPLIT, probs[2]);
 422   } else {
 423     assert(p == PARTITION_SPLIT);
 424   }
 425 }
 426
 427 static void write_modes_sb(VP10_COMP *cpi,
 428                            const TileInfo *const tile, vpx_writer *w,
 429                            TOKENEXTRA **tok, const TOKENEXTRA *const tok_end,
 430                            int mi_row, int mi_col, BLOCK_SIZE bsize) {
 431   const VP10_COMMON *const cm = &cpi->common;
 432   MACROBLOCKD *const xd = &cpi->td.mb.e_mbd;
 433
 434   const int bsl = b_width_log2_lookup[bsize];
 435   const int bs = (1 << bsl) / 4;
 436   PARTITION_TYPE partition;
 437   BLOCK_SIZE subsize;
 438   const MODE_INFO *m = NULL;
 439
 440   if (mi_row >= cm->mi_rows || mi_col >= cm->mi_cols)
 441     return;
 442
 443   m = cm->mi_grid_visible[mi_row * cm->mi_stride + mi_col];
 444
 445   partition = partition_lookup[bsl][m->mbmi.sb_type];
 446   write_partition(cm, xd, bs, mi_row, mi_col, partition, bsize, w);
 447   subsize = get_subsize(bsize, partition);
 448   if (subsize < BLOCK_8X8) {
 449     write_modes_b(cpi, tile, w, tok, tok_end, mi_row, mi_col);
 450   } else {
 451     switch (partition) {
 452       case PARTITION_NONE:
 453         write_modes_b(cpi, tile, w, tok, tok_end, mi_row, mi_col);
 454         break;
 455       case PARTITION_HORZ:
 456         write_modes_b(cpi, tile, w, tok, tok_end, mi_row, mi_col);
 457         if (mi_row + bs < cm->mi_rows)
 458           write_modes_b(cpi, tile, w, tok, tok_end, mi_row + bs, mi_col);
 459         break;
 460       case PARTITION_VERT:
 461         write_modes_b(cpi, tile, w, tok, tok_end, mi_row, mi_col);
 462         if (mi_col + bs < cm->mi_cols)
 463           write_modes_b(cpi, tile, w, tok, tok_end, mi_row, mi_col + bs);
 464         break;
 465       case PARTITION_SPLIT:
 466         write_modes_sb(cpi, tile, w, tok, tok_end, mi_row, mi_col, subsize);
 467         write_modes_sb(cpi, tile, w, tok, tok_end, mi_row, mi_col + bs,
 468                        subsize);
 469         write_modes_sb(cpi, tile, w, tok, tok_end, mi_row + bs, mi_col,
 470                        subsize);
 471         write_modes_sb(cpi, tile, w, tok, tok_end, mi_row + bs, mi_col + bs,
 472                        subsize);
 473         break;
 474       default:
 475         assert(0);
 476     }
 477   }
 478
 479   // update partition context
 480   if (bsize >= BLOCK_8X8 &&
 481       (bsize == BLOCK_8X8 || partition != PARTITION_SPLIT))
 482     update_partition_context(xd, mi_row, mi_col, subsize, bsize);
 483 }
 484
 485 static void write_modes(VP10_COMP *cpi,
 486                         const TileInfo *const tile, vpx_writer *w,
 487                         TOKENEXTRA **tok, const TOKENEXTRA *const tok_end) {
 488   const VP10_COMMON *const cm = &cpi->common;
 489   MACROBLOCKD *const xd = &cpi->td.mb.e_mbd;
 490   int mi_row, mi_col;
 491
 492   set_partition_probs(cm, xd);
 493
 494   for (mi_row = tile->mi_row_start; mi_row < tile->mi_row_end;
 495        mi_row += MI_BLOCK_SIZE) {
 496     vp10_zero(xd->left_seg_context);
 497     for (mi_col = tile->mi_col_start; mi_col < tile->mi_col_end;
 498          mi_col += MI_BLOCK_SIZE)
 499       write_modes_sb(cpi, tile, w, tok, tok_end, mi_row, mi_col,
 500                      BLOCK_64X64);
 501   }
 502 }
 503
 504 static void build_tree_distribution(VP10_COMP *cpi, TX_SIZE tx_size,
 505                                     vp10_coeff_stats *coef_branch_ct,
 506                                     vp10_coeff_probs_model *coef_probs) {
 507   vp10_coeff_count *coef_counts = cpi->td.rd_counts.coef_counts[tx_size];
 508   unsigned int (*eob_branch_ct)[REF_TYPES][COEF_BANDS][COEFF_CONTEXTS] =
 509       cpi->common.counts.eob_branch[tx_size];
 510   int i, j, k, l, m;
 511
 512   for (i = 0; i < PLANE_TYPES; ++i) {
 513     for (j = 0; j < REF_TYPES; ++j) {
 514       for (k = 0; k < COEF_BANDS; ++k) {
 515         for (l = 0; l < BAND_COEFF_CONTEXTS(k); ++l) {
 516           vp10_tree_probs_from_distribution(vp10_coef_tree,
 517                                            coef_branch_ct[i][j][k][l],
 518                                            coef_counts[i][j][k][l]);
 519           coef_branch_ct[i][j][k][l][0][1] = eob_branch_ct[i][j][k][l] -
 520                                              coef_branch_ct[i][j][k][l][0][0];
 521           for (m = 0; m < UNCONSTRAINED_NODES; ++m)
 522             coef_probs[i][j][k][l][m] = get_binary_prob(
 523                                             coef_branch_ct[i][j][k][l][m][0],
 524                                             coef_branch_ct[i][j][k][l][m][1]);
 525         }
 526       }
 527     }
 528   }
 529 }
 530
 531 static void update_coef_probs_common(vpx_writer* const bc, VP10_COMP *cpi,
 532                                      TX_SIZE tx_size,
 533                                      vp10_coeff_stats *frame_branch_ct,
 534                                      vp10_coeff_probs_model *new_coef_probs) {
 535   vp10_coeff_probs_model *old_coef_probs = cpi->common.fc->coef_probs[tx_size];
 536   const vpx_prob upd = DIFF_UPDATE_PROB;
 537   const int entropy_nodes_update = UNCONSTRAINED_NODES;
 538   int i, j, k, l, t;
 539   int stepsize = cpi->sf.coeff_prob_appx_step;
 540
 541   switch (cpi->sf.use_fast_coef_updates) {
 542     case TWO_LOOP: {
 543       /* dry run to see if there is any update at all needed */
 544       int savings = 0;
 545       int update[2] = {0, 0};
 546       for (i = 0; i < PLANE_TYPES; ++i) {
 547         for (j = 0; j < REF_TYPES; ++j) {
 548           for (k = 0; k < COEF_BANDS; ++k) {
 549             for (l = 0; l < BAND_COEFF_CONTEXTS(k); ++l) {
 550               for (t = 0; t < entropy_nodes_update; ++t) {
 551                 vpx_prob newp = new_coef_probs[i][j][k][l][t];
 552                 const vpx_prob oldp = old_coef_probs[i][j][k][l][t];
 553                 int s;
 554                 int u = 0;
 555                 if (t == PIVOT_NODE)
 556                   s = vp10_prob_diff_update_savings_search_model(
 557                       frame_branch_ct[i][j][k][l][0],
 558                       old_coef_probs[i][j][k][l], &newp, upd, stepsize);
 559                 else
 560                   s = vp10_prob_diff_update_savings_search(
 561                       frame_branch_ct[i][j][k][l][t], oldp, &newp, upd);
 562                 if (s > 0 && newp != oldp)
 563                   u = 1;
 564                 if (u)
 565                   savings += s - (int)(vp10_cost_zero(upd));
 566                 else
 567                   savings -= (int)(vp10_cost_zero(upd));
 568                 update[u]++;
 569               }
 570             }
 571           }
 572         }
 573       }
 574
 575       // printf("Update %d %d, savings %d\n", update[0], update[1], savings);
 576       /* Is coef updated at all */
 577       if (update[1] == 0 || savings < 0) {
 578         vpx_write_bit(bc, 0);
 579         return;
 580       }
 581       vpx_write_bit(bc, 1);
 582       for (i = 0; i < PLANE_TYPES; ++i) {
 583         for (j = 0; j < REF_TYPES; ++j) {
 584           for (k = 0; k < COEF_BANDS; ++k) {
 585             for (l = 0; l < BAND_COEFF_CONTEXTS(k); ++l) {
 586               // calc probs and branch cts for this frame only
 587               for (t = 0; t < entropy_nodes_update; ++t) {
 588                 vpx_prob newp = new_coef_probs[i][j][k][l][t];
 589                 vpx_prob *oldp = old_coef_probs[i][j][k][l] + t;
 590                 const vpx_prob upd = DIFF_UPDATE_PROB;
 591                 int s;
 592                 int u = 0;
 593                 if (t == PIVOT_NODE)
 594                   s = vp10_prob_diff_update_savings_search_model(
 595                       frame_branch_ct[i][j][k][l][0],
 596                       old_coef_probs[i][j][k][l], &newp, upd, stepsize);
 597                 else
 598                   s = vp10_prob_diff_update_savings_search(
 599                       frame_branch_ct[i][j][k][l][t],
 600                       *oldp, &newp, upd);
 601                 if (s > 0 && newp != *oldp)
 602                   u = 1;
 603                 vpx_write(bc, u, upd);
 604                 if (u) {
 605                   /* send/use new probability */
 606                   vp10_write_prob_diff_update(bc, newp, *oldp);
 607                   *oldp = newp;
 608                 }
 609               }
 610             }
 611           }
 612         }
 613       }
 614       return;
 615     }
 616
 617     case ONE_LOOP_REDUCED: {
 618       int updates = 0;
 619       int noupdates_before_first = 0;
 620       for (i = 0; i < PLANE_TYPES; ++i) {
 621         for (j = 0; j < REF_TYPES; ++j) {
 622           for (k = 0; k < COEF_BANDS; ++k) {
 623             for (l = 0; l < BAND_COEFF_CONTEXTS(k); ++l) {
 624               // calc probs and branch cts for this frame only
 625               for (t = 0; t < entropy_nodes_update; ++t) {
 626                 vpx_prob newp = new_coef_probs[i][j][k][l][t];
 627                 vpx_prob *oldp = old_coef_probs[i][j][k][l] + t;
 628                 int s;
 629                 int u = 0;
 630
 631                 if (t == PIVOT_NODE) {
 632                   s = vp10_prob_diff_update_savings_search_model(
 633                       frame_branch_ct[i][j][k][l][0],
 634                       old_coef_probs[i][j][k][l], &newp, upd, stepsize);
 635                 } else {
 636                   s = vp10_prob_diff_update_savings_search(
 637                       frame_branch_ct[i][j][k][l][t],
 638                       *oldp, &newp, upd);
 639                 }
 640
 641                 if (s > 0 && newp != *oldp)
 642                   u = 1;
 643                 updates += u;
 644                 if (u == 0 && updates == 0) {
 645                   noupdates_before_first++;
 646                   continue;
 647                 }
 648                 if (u == 1 && updates == 1) {
 649                   int v;
 650                   // first update
 651                   vpx_write_bit(bc, 1);
 652                   for (v = 0; v < noupdates_before_first; ++v)
 653                     vpx_write(bc, 0, upd);
 654                 }
 655                 vpx_write(bc, u, upd);
 656                 if (u) {
 657                   /* send/use new probability */
 658                   vp10_write_prob_diff_update(bc, newp, *oldp);
 659                   *oldp = newp;
 660                 }
 661               }
 662             }
 663           }
 664         }
 665       }
 666       if (updates == 0) {
 667         vpx_write_bit(bc, 0);  // no updates
 668       }
 669       return;
 670     }
 671     default:
 672       assert(0);
 673   }
 674 }
 675
 676 static void update_coef_probs(VP10_COMP *cpi, vpx_writer* w) {
 677   const TX_MODE tx_mode = cpi->common.tx_mode;
 678   const TX_SIZE max_tx_size = tx_mode_to_biggest_tx_size[tx_mode];
 679   TX_SIZE tx_size;
 680   for (tx_size = TX_4X4; tx_size <= max_tx_size; ++tx_size) {
 681     vp10_coeff_stats frame_branch_ct[PLANE_TYPES];
 682     vp10_coeff_probs_model frame_coef_probs[PLANE_TYPES];
 683     if (cpi->td.counts->tx.tx_totals[tx_size] <= 20 ||
 684         (tx_size >= TX_16X16 && cpi->sf.tx_size_search_method == USE_TX_8X8)) {
 685       vpx_write_bit(w, 0);
 686     } else {
 687       build_tree_distribution(cpi, tx_size, frame_branch_ct,
 688                               frame_coef_probs);
 689       update_coef_probs_common(w, cpi, tx_size, frame_branch_ct,
 690                                frame_coef_probs);
 691     }
 692   }
 693 }
 694
 695 static void encode_loopfilter(struct loopfilter *lf,
 696                               struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
 697   int i;
 698
 699   // Encode the loop filter level and type
 700   vpx_wb_write_literal(wb, lf->filter_level, 6);
 701   vpx_wb_write_literal(wb, lf->sharpness_level, 3);
 702
 703   // Write out loop filter deltas applied at the MB level based on mode or
 704   // ref frame (if they are enabled).
 705   vpx_wb_write_bit(wb, lf->mode_ref_delta_enabled);
 706
 707   if (lf->mode_ref_delta_enabled) {
 708     vpx_wb_write_bit(wb, lf->mode_ref_delta_update);
 709     if (lf->mode_ref_delta_update) {
 710       for (i = 0; i < MAX_REF_FRAMES; i++) {
 711         const int delta = lf->ref_deltas[i];
 712         const int changed = delta != lf->last_ref_deltas[i];
 713         vpx_wb_write_bit(wb, changed);
 714         if (changed) {
 715           lf->last_ref_deltas[i] = delta;
 716           vpx_wb_write_inv_signed_literal(wb, delta, 6);
 717         }
 718       }
 719
 720       for (i = 0; i < MAX_MODE_LF_DELTAS; i++) {
 721         const int delta = lf->mode_deltas[i];
 722         const int changed = delta != lf->last_mode_deltas[i];
 723         vpx_wb_write_bit(wb, changed);
 724         if (changed) {
 725           lf->last_mode_deltas[i] = delta;
 726           vpx_wb_write_inv_signed_literal(wb, delta, 6);
 727         }
 728       }
 729     }
 730   }
 731 }
 732
 733 static void write_delta_q(struct vpx_write_bit_buffer *wb, int delta_q) {
 734   if (delta_q != 0) {
 735     vpx_wb_write_bit(wb, 1);
 736     vpx_wb_write_inv_signed_literal(wb, delta_q, 4);
 737   } else {
 738     vpx_wb_write_bit(wb, 0);
 739   }
 740 }
 741
 742 static void encode_quantization(const VP10_COMMON *const cm,
 743                                 struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
 744   vpx_wb_write_literal(wb, cm->base_qindex, QINDEX_BITS);
 745   write_delta_q(wb, cm->y_dc_delta_q);
 746   write_delta_q(wb, cm->uv_dc_delta_q);
 747   write_delta_q(wb, cm->uv_ac_delta_q);
 748 }
 749
 750 static void encode_segmentation(VP10_COMMON *cm, MACROBLOCKD *xd,
 751                                 struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
 752   int i, j;
 753
 754   const struct segmentation *seg = &cm->seg;
 755
 756   vpx_wb_write_bit(wb, seg->enabled);
 757   if (!seg->enabled)
 758     return;
 759
 760   // Segmentation map
 761   if (!frame_is_intra_only(cm) && !cm->error_resilient_mode) {
 762     vpx_wb_write_bit(wb, seg->update_map);
 763   } else {
 764     assert(seg->update_map == 1);
 765   }
 766   if (seg->update_map) {
 767     // Select the coding strategy (temporal or spatial)
 768     vp10_choose_segmap_coding_method(cm, xd);
 769     // Write out probabilities used to decode unpredicted  macro-block segments
 770     for (i = 0; i < SEG_TREE_PROBS; i++) {
 771       const int prob = seg->tree_probs[i];
 772       const int update = prob != MAX_PROB;
 773       vpx_wb_write_bit(wb, update);
 774       if (update)
 775         vpx_wb_write_literal(wb, prob, 8);
 776     }
 777
 778     // Write out the chosen coding method.
 779     if (!frame_is_intra_only(cm) && !cm->error_resilient_mode) {
 780       vpx_wb_write_bit(wb, seg->temporal_update);
 781     } else {
 782       assert(seg->temporal_update == 0);
 783     }
 784     if (seg->temporal_update) {
 785       for (i = 0; i < PREDICTION_PROBS; i++) {
 786         const int prob = seg->pred_probs[i];
 787         const int update = prob != MAX_PROB;
 788         vpx_wb_write_bit(wb, update);
 789         if (update)
 790           vpx_wb_write_literal(wb, prob, 8);
 791       }
 792     }
 793   }
 794
 795   // Segmentation data
 796   vpx_wb_write_bit(wb, seg->update_data);
 797   if (seg->update_data) {
 798     vpx_wb_write_bit(wb, seg->abs_delta);
 799
 800     for (i = 0; i < MAX_SEGMENTS; i++) {
 801       for (j = 0; j < SEG_LVL_MAX; j++) {
 802         const int active = segfeature_active(seg, i, j);
 803         vpx_wb_write_bit(wb, active);
 804         if (active) {
 805           const int data = get_segdata(seg, i, j);
 806           const int data_max = vp10_seg_feature_data_max(j);
 807
 808           if (vp10_is_segfeature_signed(j)) {
 809             encode_unsigned_max(wb, abs(data), data_max);
 810             vpx_wb_write_bit(wb, data < 0);
 811           } else {
 812             encode_unsigned_max(wb, data, data_max);
 813           }
 814         }
 815       }
 816     }
 817   }
 818 }
 819
 820 #if CONFIG_MISC_FIXES
 821 static void write_txfm_mode(TX_MODE mode, struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
 822   vpx_wb_write_bit(wb, mode == TX_MODE_SELECT);
 823   if (mode != TX_MODE_SELECT)
 824     vpx_wb_write_literal(wb, mode, 2);
 825 }
 826 #endif
 827
 828 static void update_txfm_probs(VP10_COMMON *cm, vpx_writer *w,
 829                               FRAME_COUNTS *counts) {
 830 #if !CONFIG_MISC_FIXES
 831   // Mode
 832   vpx_write_literal(w, VPXMIN(cm->tx_mode, ALLOW_32X32), 2);
 833   if (cm->tx_mode >= ALLOW_32X32)
 834     vpx_write_bit(w, cm->tx_mode == TX_MODE_SELECT);
 835
 836   // Probabilities
 837 #endif
 838
 839   if (cm->tx_mode == TX_MODE_SELECT) {
 840     int i, j;
 841     unsigned int ct_8x8p[TX_SIZES - 3][2];
 842     unsigned int ct_16x16p[TX_SIZES - 2][2];
 843     unsigned int ct_32x32p[TX_SIZES - 1][2];
 844
 845
 846     for (i = 0; i < TX_SIZE_CONTEXTS; i++) {
 847       vp10_tx_counts_to_branch_counts_8x8(counts->tx.p8x8[i], ct_8x8p);
 848       for (j = 0; j < TX_SIZES - 3; j++)
 849         vp10_cond_prob_diff_update(w, &cm->fc->tx_probs.p8x8[i][j], ct_8x8p[j]);
 850     }
 851
 852     for (i = 0; i < TX_SIZE_CONTEXTS; i++) {
 853       vp10_tx_counts_to_branch_counts_16x16(counts->tx.p16x16[i], ct_16x16p);
 854       for (j = 0; j < TX_SIZES - 2; j++)
 855         vp10_cond_prob_diff_update(w, &cm->fc->tx_probs.p16x16[i][j],
 856                                   ct_16x16p[j]);
 857     }
 858
 859     for (i = 0; i < TX_SIZE_CONTEXTS; i++) {
 860       vp10_tx_counts_to_branch_counts_32x32(counts->tx.p32x32[i], ct_32x32p);
 861       for (j = 0; j < TX_SIZES - 1; j++)
 862         vp10_cond_prob_diff_update(w, &cm->fc->tx_probs.p32x32[i][j],
 863                                   ct_32x32p[j]);
 864     }
 865   }
 866 }
 867
 868 static void write_interp_filter(INTERP_FILTER filter,
 869                                 struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
 870   vpx_wb_write_bit(wb, filter == SWITCHABLE);
 871   if (filter != SWITCHABLE)
 872     vpx_wb_write_literal(wb, filter, 2);
 873 }
 874
 875 static void fix_interp_filter(VP10_COMMON *cm, FRAME_COUNTS *counts) {
 876   if (cm->interp_filter == SWITCHABLE) {
 877     // Check to see if only one of the filters is actually used
 878     int count[SWITCHABLE_FILTERS];
 879     int i, j, c = 0;
 880     for (i = 0; i < SWITCHABLE_FILTERS; ++i) {
 881       count[i] = 0;
 882       for (j = 0; j < SWITCHABLE_FILTER_CONTEXTS; ++j)
 883         count[i] += counts->switchable_interp[j][i];
 884       c += (count[i] > 0);
 885     }
 886     if (c == 1) {
 887       // Only one filter is used. So set the filter at frame level
 888       for (i = 0; i < SWITCHABLE_FILTERS; ++i) {
 889         if (count[i]) {
 890           cm->interp_filter = i;
 891           break;
 892         }
 893       }
 894     }
 895   }
 896 }
 897
 898 static void write_tile_info(const VP10_COMMON *const cm,
 899                             struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
 900   int min_log2_tile_cols, max_log2_tile_cols, ones;
 901   vp10_get_tile_n_bits(cm->mi_cols, &min_log2_tile_cols, &max_log2_tile_cols);
 902
 903   // columns
 904   ones = cm->log2_tile_cols - min_log2_tile_cols;
 905   while (ones--)
 906     vpx_wb_write_bit(wb, 1);
 907
 908   if (cm->log2_tile_cols < max_log2_tile_cols)
 909     vpx_wb_write_bit(wb, 0);
 910
 911   // rows
 912   vpx_wb_write_bit(wb, cm->log2_tile_rows != 0);
 913   if (cm->log2_tile_rows != 0)
 914     vpx_wb_write_bit(wb, cm->log2_tile_rows != 1);
 915 }
 916
 917 static int get_refresh_mask(VP10_COMP *cpi) {
 918   if (vp10_preserve_existing_gf(cpi)) {
 919     // We have decided to preserve the previously existing golden frame as our
 920     // new ARF frame. However, in the short term we leave it in the GF slot and,
 921     // if we're updating the GF with the current decoded frame, we save it
 922     // instead to the ARF slot.
 923     // Later, in the function vp10_encoder.c:vp10_update_reference_frames() we
 924     // will swap gld_fb_idx and alt_fb_idx to achieve our objective. We do it
 925     // there so that it can be done outside of the recode loop.
 926     // Note: This is highly specific to the use of ARF as a forward reference,
 927     // and this needs to be generalized as other uses are implemented
 928     // (like RTC/temporal scalability).
 929     return (cpi->refresh_last_frame << cpi->lst_fb_idx) |
 930            (cpi->refresh_golden_frame << cpi->alt_fb_idx);
 931   } else {
 932     int arf_idx = cpi->alt_fb_idx;
 933     if ((cpi->oxcf.pass == 2) && cpi->multi_arf_allowed) {
 934       const GF_GROUP *const gf_group = &cpi->twopass.gf_group;
 935       arf_idx = gf_group->arf_update_idx[gf_group->index];
 936     }
 937     return (cpi->refresh_last_frame << cpi->lst_fb_idx) |
 938            (cpi->refresh_golden_frame << cpi->gld_fb_idx) |
 939            (cpi->refresh_alt_ref_frame << arf_idx);
 940   }
 941 }
 942
 943 static size_t encode_tiles(VP10_COMP *cpi, uint8_t *data_ptr) {
 944   VP10_COMMON *const cm = &cpi->common;
 945   vpx_writer residual_bc;
 946   int tile_row, tile_col;
 947   TOKENEXTRA *tok_end;
 948   size_t total_size = 0;
 949   const int tile_cols = 1 << cm->log2_tile_cols;
 950   const int tile_rows = 1 << cm->log2_tile_rows;
 951
 952   memset(cm->above_seg_context, 0,
 953          sizeof(*cm->above_seg_context) * mi_cols_aligned_to_sb(cm->mi_cols));
 954
 955   for (tile_row = 0; tile_row < tile_rows; tile_row++) {
 956     for (tile_col = 0; tile_col < tile_cols; tile_col++) {
 957       int tile_idx = tile_row * tile_cols + tile_col;
 958       TOKENEXTRA *tok = cpi->tile_tok[tile_row][tile_col];
 959
 960       tok_end = cpi->tile_tok[tile_row][tile_col] +
 961           cpi->tok_count[tile_row][tile_col];
 962
 963       if (tile_col < tile_cols - 1 || tile_row < tile_rows - 1)
 964         vpx_start_encode(&residual_bc, data_ptr + total_size + 4);
 965       else
 966         vpx_start_encode(&residual_bc, data_ptr + total_size);
 967
 968       write_modes(cpi, &cpi->tile_data[tile_idx].tile_info,
 969                   &residual_bc, &tok, tok_end);
 970       assert(tok == tok_end);
 971       vpx_stop_encode(&residual_bc);
 972       if (tile_col < tile_cols - 1 || tile_row < tile_rows - 1) {
 973         // size of this tile
 974         mem_put_be32(data_ptr + total_size, residual_bc.pos);
 975         total_size += 4;
 976       }
 977
 978       total_size += residual_bc.pos;
 979     }
 980   }
 981
 982   return total_size;
 983 }
 984
 985 static void write_display_size(const VP10_COMMON *cm,
 986                                struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
 987   const int scaling_active = cm->width != cm->display_width ||
 988                              cm->height != cm->display_height;
 989   vpx_wb_write_bit(wb, scaling_active);
 990   if (scaling_active) {
 991     vpx_wb_write_literal(wb, cm->display_width - 1, 16);
 992     vpx_wb_write_literal(wb, cm->display_height - 1, 16);
 993   }
 994 }
 995
 996 static void write_frame_size(const VP10_COMMON *cm,
 997                              struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
 998   vpx_wb_write_literal(wb, cm->width - 1, 16);
 999   vpx_wb_write_literal(wb, cm->height - 1, 16);
1000
1001   write_display_size(cm, wb);
1002 }
1003
1004 static void write_frame_size_with_refs(VP10_COMP *cpi,
1005                                        struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
1006   VP10_COMMON *const cm = &cpi->common;
1007   int found = 0;
1008
1009   MV_REFERENCE_FRAME ref_frame;
1010   for (ref_frame = LAST_FRAME; ref_frame <= ALTREF_FRAME; ++ref_frame) {
1011     YV12_BUFFER_CONFIG *cfg = get_ref_frame_buffer(cpi, ref_frame);
1012
1013     if (cfg != NULL) {
1014       found = cm->width == cfg->y_crop_width &&
1015               cm->height == cfg->y_crop_height;
1016     }
1017     vpx_wb_write_bit(wb, found);
1018     if (found) {
1019       break;
1020     }
1021   }
1022
1023   if (!found) {
1024     vpx_wb_write_literal(wb, cm->width - 1, 16);
1025     vpx_wb_write_literal(wb, cm->height - 1, 16);
1026   }
1027
1028   write_display_size(cm, wb);
1029 }
1030
1031 static void write_sync_code(struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
1032   vpx_wb_write_literal(wb, VP10_SYNC_CODE_0, 8);
1033   vpx_wb_write_literal(wb, VP10_SYNC_CODE_1, 8);
1034   vpx_wb_write_literal(wb, VP10_SYNC_CODE_2, 8);
1035 }
1036
1037 static void write_profile(BITSTREAM_PROFILE profile,
1038                           struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
1039   switch (profile) {
1040     case PROFILE_0:
1041       vpx_wb_write_literal(wb, 0, 2);
1042       break;
1043     case PROFILE_1:
1044       vpx_wb_write_literal(wb, 2, 2);
1045       break;
1046     case PROFILE_2:
1047       vpx_wb_write_literal(wb, 1, 2);
1048       break;
1049     case PROFILE_3:
1050       vpx_wb_write_literal(wb, 6, 3);
1051       break;
1052     default:
1053       assert(0);
1054   }
1055 }
1056
1057 static void write_bitdepth_colorspace_sampling(
1058     VP10_COMMON *const cm, struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
1059   if (cm->profile >= PROFILE_2) {
1060     assert(cm->bit_depth > VPX_BITS_8);
1061     vpx_wb_write_bit(wb, cm->bit_depth == VPX_BITS_10 ? 0 : 1);
1062   }
1063   vpx_wb_write_literal(wb, cm->color_space, 3);
1064   if (cm->color_space != VPX_CS_SRGB) {
1065     // 0: [16, 235] (i.e. xvYCC), 1: [0, 255]
1066     vpx_wb_write_bit(wb, cm->color_range);
1067     if (cm->profile == PROFILE_1 || cm->profile == PROFILE_3) {
1068       assert(cm->subsampling_x != 1 || cm->subsampling_y != 1);
1069       vpx_wb_write_bit(wb, cm->subsampling_x);
1070       vpx_wb_write_bit(wb, cm->subsampling_y);
1071       vpx_wb_write_bit(wb, 0);  // unused
1072     } else {
1073       assert(cm->subsampling_x == 1 && cm->subsampling_y == 1);
1074     }
1075   } else {
1076     assert(cm->profile == PROFILE_1 || cm->profile == PROFILE_3);
1077     vpx_wb_write_bit(wb, 0);  // unused
1078   }
1079 }
1080
1081 static void write_uncompressed_header(VP10_COMP *cpi,
1082                                       struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
1083   VP10_COMMON *const cm = &cpi->common;
1084   MACROBLOCKD *const xd = &cpi->td.mb.e_mbd;
1085
1086   vpx_wb_write_literal(wb, VP9_FRAME_MARKER, 2);
1087
1088   write_profile(cm->profile, wb);
1089
1090   vpx_wb_write_bit(wb, 0);  // show_existing_frame
1091   vpx_wb_write_bit(wb, cm->frame_type);
1092   vpx_wb_write_bit(wb, cm->show_frame);
1093   vpx_wb_write_bit(wb, cm->error_resilient_mode);
1094
1095   if (cm->frame_type == KEY_FRAME) {
1096     write_sync_code(wb);
1097     write_bitdepth_colorspace_sampling(cm, wb);
1098     write_frame_size(cm, wb);
1099   } else {
1100     if (!cm->show_frame)
1101       vpx_wb_write_bit(wb, cm->intra_only);
1102
1103     if (!cm->error_resilient_mode) {
1104 #if CONFIG_MISC_FIXES
1105       if (cm->intra_only) {
1106         vpx_wb_write_bit(wb,
1107                          cm->reset_frame_context == RESET_FRAME_CONTEXT_ALL);
1108       } else {
1109         vpx_wb_write_bit(wb,
1110                          cm->reset_frame_context != RESET_FRAME_CONTEXT_NONE);
1111         if (cm->reset_frame_context != RESET_FRAME_CONTEXT_NONE)
1112           vpx_wb_write_bit(wb,
1113                            cm->reset_frame_context == RESET_FRAME_CONTEXT_ALL);
1114       }
1115 #else
1116       static const int reset_frame_context_conv_tbl[3] = { 0, 2, 3 };
1117
1118       vpx_wb_write_literal(wb,
1119           reset_frame_context_conv_tbl[cm->reset_frame_context], 2);
1120 #endif
1121     }
1122
1123     if (cm->intra_only) {
1124       write_sync_code(wb);
1125
1126       // Note for profile 0, 420 8bpp is assumed.
1127       if (cm->profile > PROFILE_0) {
1128         write_bitdepth_colorspace_sampling(cm, wb);
1129       }
1130
1131       vpx_wb_write_literal(wb, get_refresh_mask(cpi), REF_FRAMES);
1132       write_frame_size(cm, wb);
1133     } else {
1134       MV_REFERENCE_FRAME ref_frame;
1135       vpx_wb_write_literal(wb, get_refresh_mask(cpi), REF_FRAMES);
1136       for (ref_frame = LAST_FRAME; ref_frame <= ALTREF_FRAME; ++ref_frame) {
1137         assert(get_ref_frame_map_idx(cpi, ref_frame) != INVALID_IDX);
1138         vpx_wb_write_literal(wb, get_ref_frame_map_idx(cpi, ref_frame),
1139                              REF_FRAMES_LOG2);
1140         vpx_wb_write_bit(wb, cm->ref_frame_sign_bias[ref_frame]);
1141       }
1142
1143       write_frame_size_with_refs(cpi, wb);
1144
1145       vpx_wb_write_bit(wb, cm->allow_high_precision_mv);
1146
1147       fix_interp_filter(cm, cpi->td.counts);
1148       write_interp_filter(cm->interp_filter, wb);
1149     }
1150   }
1151
1152   if (!cm->error_resilient_mode) {
1153     vpx_wb_write_bit(wb,
1154                      cm->refresh_frame_context != REFRESH_FRAME_CONTEXT_OFF);
1155 #if CONFIG_MISC_FIXES
1156     if (cm->refresh_frame_context != REFRESH_FRAME_CONTEXT_OFF)
1157 #endif
1158       vpx_wb_write_bit(wb, cm->refresh_frame_context !=
1159                                REFRESH_FRAME_CONTEXT_BACKWARD);
1160   }
1161
1162   vpx_wb_write_literal(wb, cm->frame_context_idx, FRAME_CONTEXTS_LOG2);
1163
1164   encode_loopfilter(&cm->lf, wb);
1165   encode_quantization(cm, wb);
1166   encode_segmentation(cm, xd, wb);
1167 #if CONFIG_MISC_FIXES
1168   if (xd->lossless)
1169     cm->tx_mode = TX_4X4;
1170   else
1171     write_txfm_mode(cm->tx_mode, wb);
1172 #endif
1173
1174   write_tile_info(cm, wb);
1175 }
1176
1177 static size_t write_compressed_header(VP10_COMP *cpi, uint8_t *data) {
1178   VP10_COMMON *const cm = &cpi->common;
1179   FRAME_CONTEXT *const fc = cm->fc;
1180   FRAME_COUNTS *counts = cpi->td.counts;
1181   vpx_writer header_bc;
1182
1183   vpx_start_encode(&header_bc, data);
1184
1185 #if !CONFIG_MISC_FIXES
1186   if (cpi->td.mb.e_mbd.lossless)
1187     cm->tx_mode = TX_4X4;
1188   else
1189     update_txfm_probs(cm, &header_bc, counts);
1190 #else
1191   update_txfm_probs(cm, &header_bc, counts);
1192 #endif
1193   update_coef_probs(cpi, &header_bc);
1194   update_skip_probs(cm, &header_bc, counts);
1195
1196   if (!frame_is_intra_only(cm)) {
1197     int i;
1198
1199     for (i = 0; i < INTER_MODE_CONTEXTS; ++i)
1200       prob_diff_update(vp10_inter_mode_tree, cm->fc->inter_mode_probs[i],
1201                        counts->inter_mode[i], INTER_MODES, &header_bc);
1202
1203     if (cm->interp_filter == SWITCHABLE)
1204       update_switchable_interp_probs(cm, &header_bc, counts);
1205
1206     for (i = 0; i < INTRA_INTER_CONTEXTS; i++)
1207       vp10_cond_prob_diff_update(&header_bc, &fc->intra_inter_prob[i],
1208                                 counts->intra_inter[i]);
1209
1210     if (cpi->allow_comp_inter_inter) {
1211       const int use_compound_pred = cm->reference_mode != SINGLE_REFERENCE;
1212       const int use_hybrid_pred = cm->reference_mode == REFERENCE_MODE_SELECT;
1213
1214       vpx_write_bit(&header_bc, use_compound_pred);
1215       if (use_compound_pred) {
1216         vpx_write_bit(&header_bc, use_hybrid_pred);
1217         if (use_hybrid_pred)
1218           for (i = 0; i < COMP_INTER_CONTEXTS; i++)
1219             vp10_cond_prob_diff_update(&header_bc, &fc->comp_inter_prob[i],
1220                                       counts->comp_inter[i]);
1221       }
1222     }
1223
1224     if (cm->reference_mode != COMPOUND_REFERENCE) {
1225       for (i = 0; i < REF_CONTEXTS; i++) {
1226         vp10_cond_prob_diff_update(&header_bc, &fc->single_ref_prob[i][0],
1227                                   counts->single_ref[i][0]);
1228         vp10_cond_prob_diff_update(&header_bc, &fc->single_ref_prob[i][1],
1229                                   counts->single_ref[i][1]);
1230       }
1231     }
1232
1233     if (cm->reference_mode != SINGLE_REFERENCE)
1234       for (i = 0; i < REF_CONTEXTS; i++)
1235         vp10_cond_prob_diff_update(&header_bc, &fc->comp_ref_prob[i],
1236                                   counts->comp_ref[i]);
1237
1238     for (i = 0; i < BLOCK_SIZE_GROUPS; ++i)
1239       prob_diff_update(vp10_intra_mode_tree, cm->fc->y_mode_prob[i],
1240                        counts->y_mode[i], INTRA_MODES, &header_bc);
1241
1242     for (i = 0; i < PARTITION_CONTEXTS; ++i)
1243       prob_diff_update(vp10_partition_tree, fc->partition_prob[i],
1244                        counts->partition[i], PARTITION_TYPES, &header_bc);
1245
1246     vp10_write_nmv_probs(cm, cm->allow_high_precision_mv, &header_bc,
1247                         &counts->mv);
1248   }
1249
1250   vpx_stop_encode(&header_bc);
1251   assert(header_bc.pos <= 0xffff);
1252
1253   return header_bc.pos;
1254 }
1255
1256 void vp10_pack_bitstream(VP10_COMP *cpi, uint8_t *dest, size_t *size) {
1257   uint8_t *data = dest;
1258   size_t first_part_size, uncompressed_hdr_size;
1259   struct vpx_write_bit_buffer wb = {data, 0};
1260   struct vpx_write_bit_buffer saved_wb;
1261
1262   write_uncompressed_header(cpi, &wb);
1263   saved_wb = wb;
1264   vpx_wb_write_literal(&wb, 0, 16);  // don't know in advance first part. size
1265
1266   uncompressed_hdr_size = vpx_wb_bytes_written(&wb);
1267   data += uncompressed_hdr_size;
1268
1269   vpx_clear_system_state();
1270
1271   first_part_size = write_compressed_header(cpi, data);
1272   data += first_part_size;
1273   // TODO(jbb): Figure out what to do if first_part_size > 16 bits.
1274   vpx_wb_write_literal(&saved_wb, (int)first_part_size, 16);
1275
1276   data += encode_tiles(cpi, data);
1277
1278   *size = data - dest;
1279 }