vp9/encoder/vp9_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 "vp9/common/vp9_entropy.h"
  23 #include "vp9/common/vp9_entropymode.h"
  24 #include "vp9/common/vp9_entropymv.h"
  25 #include "vp9/common/vp9_mvref_common.h"
  26 #include "vp9/common/vp9_pred_common.h"
  27 #include "vp9/common/vp9_seg_common.h"
  28 #include "vp9/common/vp9_tile_common.h"
  29
  30 #include "vp9/encoder/vp9_cost.h"
  31 #include "vp9/encoder/vp9_bitstream.h"
  32 #include "vp9/encoder/vp9_encodemv.h"
  33 #include "vp9/encoder/vp9_mcomp.h"
  34 #include "vp9/encoder/vp9_segmentation.h"
  35 #include "vp9/encoder/vp9_subexp.h"
  36 #include "vp9/encoder/vp9_tokenize.h"
  37
  38 static const struct vp9_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 vp9_token switchable_interp_encodings[SWITCHABLE_FILTERS] =
  42   {{0, 1}, {2, 2}, {3, 2}};
  43 static const struct vp9_token partition_encodings[PARTITION_TYPES] =
  44   {{0, 1}, {2, 2}, {6, 3}, {7, 3}};
  45 static const struct vp9_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   vp9_write_token(w, vp9_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   vp9_write_token(w, vp9_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   vp9_tree_probs_from_distribution(tree, branch_ct, counts);
  76   for (i = 0; i < n - 1; ++i)
  77     vp9_cond_prob_diff_update(w, &probs[i], branch_ct[i]);
  78 }
  79
  80 static void write_selected_tx_size(const VP9_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 VP9_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, vp9_get_skip_prob(cm, xd));
 102     return skip;
 103   }
 104 }
 105
 106 static void update_skip_probs(VP9_COMMON *cm, vpx_writer *w,
 107                               FRAME_COUNTS *counts) {
 108   int k;
 109
 110   for (k = 0; k < SKIP_CONTEXTS; ++k)
 111     vp9_cond_prob_diff_update(w, &cm->fc->skip_probs[k], counts->skip[k]);
 112 }
 113
 114 static void update_switchable_interp_probs(VP9_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(vp9_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 vp9_token *const a = &vp9_coef_encodings[t];
 131     int i = 0;
 132     int v = a->value;
 133     int n = a->len;
 134 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 135     const vp9_extra_bit *b;
 136     if (bit_depth == VPX_BITS_12)
 137       b = &vp9_extra_bits_high12[t];
 138     else if (bit_depth == VPX_BITS_10)
 139       b = &vp9_extra_bits_high10[t];
 140     else
 141       b = &vp9_extra_bits[t];
 142 #else
 143     const vp9_extra_bit *const b = &vp9_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       vp9_write_tree(w, vp9_coef_tree, p->context_tree, bits, len, i);
 165       vp9_write_tree(w, vp9_coef_con_tree,
 166                      vp9_pareto8_full[p->context_tree[PIVOT_NODE] - 1],
 167                      v, n - len, 0);
 168     } else {
 169       vp9_write_tree(w, vp9_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     vp9_write_tree(w, vp9_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 VP9_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, vp9_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                 vp9_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, vp9_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, vp9_get_pred_prob_single_ref_p2(cm, xd));
 233       }
 234     }
 235   }
 236 }
 237
 238 static void pack_inter_mode_mvs(VP9_COMP *cpi, const MODE_INFO *mi,
 239                                 vpx_writer *w) {
 240   VP9_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 = vp9_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, vp9_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 = vp9_get_pred_context_switchable_interp(xd);
 306       vp9_write_token(w, vp9_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               vp9_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           vp9_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 VP9_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, vp9_kf_uv_mode_prob[mbmi->mode]);
 376 }
 377
 378 static void write_modes_b(VP9_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 VP9_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->td.mb.mbmi_ext_base +
 390       (mi_row * cm->mi_cols + mi_col);
 391
 392   set_mi_row_col(xd, tile,
 393                  mi_row, num_8x8_blocks_high_lookup[m->mbmi.sb_type],
 394                  mi_col, num_8x8_blocks_wide_lookup[m->mbmi.sb_type],
 395                  cm->mi_rows, cm->mi_cols);
 396   if (frame_is_intra_only(cm)) {
 397     write_mb_modes_kf(cm, xd, xd->mi, w);
 398   } else {
 399     pack_inter_mode_mvs(cpi, m, w);
 400   }
 401
 402   assert(*tok < tok_end);
 403   pack_mb_tokens(w, tok, tok_end, cm->bit_depth);
 404 }
 405
 406 static void write_partition(const VP9_COMMON *const cm,
 407                             const MACROBLOCKD *const xd,
 408                             int hbs, int mi_row, int mi_col,
 409                             PARTITION_TYPE p, BLOCK_SIZE bsize, vpx_writer *w) {
 410   const int ctx = partition_plane_context(xd, mi_row, mi_col, bsize);
 411   const vpx_prob *const probs = xd->partition_probs[ctx];
 412   const int has_rows = (mi_row + hbs) < cm->mi_rows;
 413   const int has_cols = (mi_col + hbs) < cm->mi_cols;
 414
 415   if (has_rows && has_cols) {
 416     vp9_write_token(w, vp9_partition_tree, probs, &partition_encodings[p]);
 417   } else if (!has_rows && has_cols) {
 418     assert(p == PARTITION_SPLIT || p == PARTITION_HORZ);
 419     vpx_write(w, p == PARTITION_SPLIT, probs[1]);
 420   } else if (has_rows && !has_cols) {
 421     assert(p == PARTITION_SPLIT || p == PARTITION_VERT);
 422     vpx_write(w, p == PARTITION_SPLIT, probs[2]);
 423   } else {
 424     assert(p == PARTITION_SPLIT);
 425   }
 426 }
 427
 428 static void write_modes_sb(VP9_COMP *cpi,
 429                            const TileInfo *const tile, vpx_writer *w,
 430                            TOKENEXTRA **tok, const TOKENEXTRA *const tok_end,
 431                            int mi_row, int mi_col, BLOCK_SIZE bsize) {
 432   const VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
 433   MACROBLOCKD *const xd = &cpi->td.mb.e_mbd;
 434
 435   const int bsl = b_width_log2_lookup[bsize];
 436   const int bs = (1 << bsl) / 4;
 437   PARTITION_TYPE partition;
 438   BLOCK_SIZE subsize;
 439   const MODE_INFO *m = NULL;
 440
 441   if (mi_row >= cm->mi_rows || mi_col >= cm->mi_cols)
 442     return;
 443
 444   m = cm->mi_grid_visible[mi_row * cm->mi_stride + mi_col];
 445
 446   partition = partition_lookup[bsl][m->mbmi.sb_type];
 447   write_partition(cm, xd, bs, mi_row, mi_col, partition, bsize, w);
 448   subsize = get_subsize(bsize, partition);
 449   if (subsize < BLOCK_8X8) {
 450     write_modes_b(cpi, tile, w, tok, tok_end, mi_row, mi_col);
 451   } else {
 452     switch (partition) {
 453       case PARTITION_NONE:
 454         write_modes_b(cpi, tile, w, tok, tok_end, mi_row, mi_col);
 455         break;
 456       case PARTITION_HORZ:
 457         write_modes_b(cpi, tile, w, tok, tok_end, mi_row, mi_col);
 458         if (mi_row + bs < cm->mi_rows)
 459           write_modes_b(cpi, tile, w, tok, tok_end, mi_row + bs, mi_col);
 460         break;
 461       case PARTITION_VERT:
 462         write_modes_b(cpi, tile, w, tok, tok_end, mi_row, mi_col);
 463         if (mi_col + bs < cm->mi_cols)
 464           write_modes_b(cpi, tile, w, tok, tok_end, mi_row, mi_col + bs);
 465         break;
 466       case PARTITION_SPLIT:
 467         write_modes_sb(cpi, tile, w, tok, tok_end, mi_row, mi_col, subsize);
 468         write_modes_sb(cpi, tile, w, tok, tok_end, mi_row, mi_col + bs,
 469                        subsize);
 470         write_modes_sb(cpi, tile, w, tok, tok_end, mi_row + bs, mi_col,
 471                        subsize);
 472         write_modes_sb(cpi, tile, w, tok, tok_end, mi_row + bs, mi_col + bs,
 473                        subsize);
 474         break;
 475       default:
 476         assert(0);
 477     }
 478   }
 479
 480   // update partition context
 481   if (bsize >= BLOCK_8X8 &&
 482       (bsize == BLOCK_8X8 || partition != PARTITION_SPLIT))
 483     update_partition_context(xd, mi_row, mi_col, subsize, bsize);
 484 }
 485
 486 static void write_modes(VP9_COMP *cpi,
 487                         const TileInfo *const tile, vpx_writer *w,
 488                         TOKENEXTRA **tok, const TOKENEXTRA *const tok_end) {
 489   const VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
 490   MACROBLOCKD *const xd = &cpi->td.mb.e_mbd;
 491   int mi_row, mi_col;
 492
 493   set_partition_probs(cm, xd);
 494
 495   for (mi_row = tile->mi_row_start; mi_row < tile->mi_row_end;
 496        mi_row += MI_BLOCK_SIZE) {
 497     vp9_zero(xd->left_seg_context);
 498     for (mi_col = tile->mi_col_start; mi_col < tile->mi_col_end;
 499          mi_col += MI_BLOCK_SIZE)
 500       write_modes_sb(cpi, tile, w, tok, tok_end, mi_row, mi_col,
 501                      BLOCK_64X64);
 502   }
 503 }
 504
 505 static void build_tree_distribution(VP9_COMP *cpi, TX_SIZE tx_size,
 506                                     vp9_coeff_stats *coef_branch_ct,
 507                                     vp9_coeff_probs_model *coef_probs) {
 508   vp9_coeff_count *coef_counts = cpi->td.rd_counts.coef_counts[tx_size];
 509   unsigned int (*eob_branch_ct)[REF_TYPES][COEF_BANDS][COEFF_CONTEXTS] =
 510       cpi->common.counts.eob_branch[tx_size];
 511   int i, j, k, l, m;
 512
 513   for (i = 0; i < PLANE_TYPES; ++i) {
 514     for (j = 0; j < REF_TYPES; ++j) {
 515       for (k = 0; k < COEF_BANDS; ++k) {
 516         for (l = 0; l < BAND_COEFF_CONTEXTS(k); ++l) {
 517           vp9_tree_probs_from_distribution(vp9_coef_tree,
 518                                            coef_branch_ct[i][j][k][l],
 519                                            coef_counts[i][j][k][l]);
 520           coef_branch_ct[i][j][k][l][0][1] = eob_branch_ct[i][j][k][l] -
 521                                              coef_branch_ct[i][j][k][l][0][0];
 522           for (m = 0; m < UNCONSTRAINED_NODES; ++m)
 523             coef_probs[i][j][k][l][m] = get_binary_prob(
 524                                             coef_branch_ct[i][j][k][l][m][0],
 525                                             coef_branch_ct[i][j][k][l][m][1]);
 526         }
 527       }
 528     }
 529   }
 530 }
 531
 532 static void update_coef_probs_common(vpx_writer* const bc, VP9_COMP *cpi,
 533                                      TX_SIZE tx_size,
 534                                      vp9_coeff_stats *frame_branch_ct,
 535                                      vp9_coeff_probs_model *new_coef_probs) {
 536   vp9_coeff_probs_model *old_coef_probs = cpi->common.fc->coef_probs[tx_size];
 537   const vpx_prob upd = DIFF_UPDATE_PROB;
 538   const int entropy_nodes_update = UNCONSTRAINED_NODES;
 539   int i, j, k, l, t;
 540   int stepsize = cpi->sf.coeff_prob_appx_step;
 541
 542   switch (cpi->sf.use_fast_coef_updates) {
 543     case TWO_LOOP: {
 544       /* dry run to see if there is any update at all needed */
 545       int savings = 0;
 546       int update[2] = {0, 0};
 547       for (i = 0; i < PLANE_TYPES; ++i) {
 548         for (j = 0; j < REF_TYPES; ++j) {
 549           for (k = 0; k < COEF_BANDS; ++k) {
 550             for (l = 0; l < BAND_COEFF_CONTEXTS(k); ++l) {
 551               for (t = 0; t < entropy_nodes_update; ++t) {
 552                 vpx_prob newp = new_coef_probs[i][j][k][l][t];
 553                 const vpx_prob oldp = old_coef_probs[i][j][k][l][t];
 554                 int s;
 555                 int u = 0;
 556                 if (t == PIVOT_NODE)
 557                   s = vp9_prob_diff_update_savings_search_model(
 558                       frame_branch_ct[i][j][k][l][0],
 559                       old_coef_probs[i][j][k][l], &newp, upd, stepsize);
 560                 else
 561                   s = vp9_prob_diff_update_savings_search(
 562                       frame_branch_ct[i][j][k][l][t], oldp, &newp, upd);
 563                 if (s > 0 && newp != oldp)
 564                   u = 1;
 565                 if (u)
 566                   savings += s - (int)(vp9_cost_zero(upd));
 567                 else
 568                   savings -= (int)(vp9_cost_zero(upd));
 569                 update[u]++;
 570               }
 571             }
 572           }
 573         }
 574       }
 575
 576       // printf("Update %d %d, savings %d\n", update[0], update[1], savings);
 577       /* Is coef updated at all */
 578       if (update[1] == 0 || savings < 0) {
 579         vpx_write_bit(bc, 0);
 580         return;
 581       }
 582       vpx_write_bit(bc, 1);
 583       for (i = 0; i < PLANE_TYPES; ++i) {
 584         for (j = 0; j < REF_TYPES; ++j) {
 585           for (k = 0; k < COEF_BANDS; ++k) {
 586             for (l = 0; l < BAND_COEFF_CONTEXTS(k); ++l) {
 587               // calc probs and branch cts for this frame only
 588               for (t = 0; t < entropy_nodes_update; ++t) {
 589                 vpx_prob newp = new_coef_probs[i][j][k][l][t];
 590                 vpx_prob *oldp = old_coef_probs[i][j][k][l] + t;
 591                 const vpx_prob upd = DIFF_UPDATE_PROB;
 592                 int s;
 593                 int u = 0;
 594                 if (t == PIVOT_NODE)
 595                   s = vp9_prob_diff_update_savings_search_model(
 596                       frame_branch_ct[i][j][k][l][0],
 597                       old_coef_probs[i][j][k][l], &newp, upd, stepsize);
 598                 else
 599                   s = vp9_prob_diff_update_savings_search(
 600                       frame_branch_ct[i][j][k][l][t],
 601                       *oldp, &newp, upd);
 602                 if (s > 0 && newp != *oldp)
 603                   u = 1;
 604                 vpx_write(bc, u, upd);
 605                 if (u) {
 606                   /* send/use new probability */
 607                   vp9_write_prob_diff_update(bc, newp, *oldp);
 608                   *oldp = newp;
 609                 }
 610               }
 611             }
 612           }
 613         }
 614       }
 615       return;
 616     }
 617
 618     case ONE_LOOP_REDUCED: {
 619       int updates = 0;
 620       int noupdates_before_first = 0;
 621       for (i = 0; i < PLANE_TYPES; ++i) {
 622         for (j = 0; j < REF_TYPES; ++j) {
 623           for (k = 0; k < COEF_BANDS; ++k) {
 624             for (l = 0; l < BAND_COEFF_CONTEXTS(k); ++l) {
 625               // calc probs and branch cts for this frame only
 626               for (t = 0; t < entropy_nodes_update; ++t) {
 627                 vpx_prob newp = new_coef_probs[i][j][k][l][t];
 628                 vpx_prob *oldp = old_coef_probs[i][j][k][l] + t;
 629                 int s;
 630                 int u = 0;
 631
 632                 if (t == PIVOT_NODE) {
 633                   s = vp9_prob_diff_update_savings_search_model(
 634                       frame_branch_ct[i][j][k][l][0],
 635                       old_coef_probs[i][j][k][l], &newp, upd, stepsize);
 636                 } else {
 637                   s = vp9_prob_diff_update_savings_search(
 638                       frame_branch_ct[i][j][k][l][t],
 639                       *oldp, &newp, upd);
 640                 }
 641
 642                 if (s > 0 && newp != *oldp)
 643                   u = 1;
 644                 updates += u;
 645                 if (u == 0 && updates == 0) {
 646                   noupdates_before_first++;
 647                   continue;
 648                 }
 649                 if (u == 1 && updates == 1) {
 650                   int v;
 651                   // first update
 652                   vpx_write_bit(bc, 1);
 653                   for (v = 0; v < noupdates_before_first; ++v)
 654                     vpx_write(bc, 0, upd);
 655                 }
 656                 vpx_write(bc, u, upd);
 657                 if (u) {
 658                   /* send/use new probability */
 659                   vp9_write_prob_diff_update(bc, newp, *oldp);
 660                   *oldp = newp;
 661                 }
 662               }
 663             }
 664           }
 665         }
 666       }
 667       if (updates == 0) {
 668         vpx_write_bit(bc, 0);  // no updates
 669       }
 670       return;
 671     }
 672     default:
 673       assert(0);
 674   }
 675 }
 676
 677 static void update_coef_probs(VP9_COMP *cpi, vpx_writer* w) {
 678   const TX_MODE tx_mode = cpi->common.tx_mode;
 679   const TX_SIZE max_tx_size = tx_mode_to_biggest_tx_size[tx_mode];
 680   TX_SIZE tx_size;
 681   for (tx_size = TX_4X4; tx_size <= max_tx_size; ++tx_size) {
 682     vp9_coeff_stats frame_branch_ct[PLANE_TYPES];
 683     vp9_coeff_probs_model frame_coef_probs[PLANE_TYPES];
 684     if (cpi->td.counts->tx.tx_totals[tx_size] <= 20 ||
 685         (tx_size >= TX_16X16 && cpi->sf.tx_size_search_method == USE_TX_8X8)) {
 686       vpx_write_bit(w, 0);
 687     } else {
 688       build_tree_distribution(cpi, tx_size, frame_branch_ct,
 689                               frame_coef_probs);
 690       update_coef_probs_common(w, cpi, tx_size, frame_branch_ct,
 691                                frame_coef_probs);
 692     }
 693   }
 694 }
 695
 696 static void encode_loopfilter(struct loopfilter *lf,
 697                               struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
 698   int i;
 699
 700   // Encode the loop filter level and type
 701   vpx_wb_write_literal(wb, lf->filter_level, 6);
 702   vpx_wb_write_literal(wb, lf->sharpness_level, 3);
 703
 704   // Write out loop filter deltas applied at the MB level based on mode or
 705   // ref frame (if they are enabled).
 706   vpx_wb_write_bit(wb, lf->mode_ref_delta_enabled);
 707
 708   if (lf->mode_ref_delta_enabled) {
 709     vpx_wb_write_bit(wb, lf->mode_ref_delta_update);
 710     if (lf->mode_ref_delta_update) {
 711       for (i = 0; i < MAX_REF_LF_DELTAS; i++) {
 712         const int delta = lf->ref_deltas[i];
 713         const int changed = delta != lf->last_ref_deltas[i];
 714         vpx_wb_write_bit(wb, changed);
 715         if (changed) {
 716           lf->last_ref_deltas[i] = delta;
 717           vpx_wb_write_literal(wb, abs(delta) & 0x3F, 6);
 718           vpx_wb_write_bit(wb, delta < 0);
 719         }
 720       }
 721
 722       for (i = 0; i < MAX_MODE_LF_DELTAS; i++) {
 723         const int delta = lf->mode_deltas[i];
 724         const int changed = delta != lf->last_mode_deltas[i];
 725         vpx_wb_write_bit(wb, changed);
 726         if (changed) {
 727           lf->last_mode_deltas[i] = delta;
 728           vpx_wb_write_literal(wb, abs(delta) & 0x3F, 6);
 729           vpx_wb_write_bit(wb, delta < 0);
 730         }
 731       }
 732     }
 733   }
 734 }
 735
 736 static void write_delta_q(struct vpx_write_bit_buffer *wb, int delta_q) {
 737   if (delta_q != 0) {
 738     vpx_wb_write_bit(wb, 1);
 739     vpx_wb_write_literal(wb, abs(delta_q), 4);
 740     vpx_wb_write_bit(wb, delta_q < 0);
 741   } else {
 742     vpx_wb_write_bit(wb, 0);
 743   }
 744 }
 745
 746 static void encode_quantization(const VP9_COMMON *const cm,
 747                                 struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
 748   vpx_wb_write_literal(wb, cm->base_qindex, QINDEX_BITS);
 749   write_delta_q(wb, cm->y_dc_delta_q);
 750   write_delta_q(wb, cm->uv_dc_delta_q);
 751   write_delta_q(wb, cm->uv_ac_delta_q);
 752 }
 753
 754 static void encode_segmentation(VP9_COMMON *cm, MACROBLOCKD *xd,
 755                                 struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
 756   int i, j;
 757
 758   const struct segmentation *seg = &cm->seg;
 759
 760   vpx_wb_write_bit(wb, seg->enabled);
 761   if (!seg->enabled)
 762     return;
 763
 764   // Segmentation map
 765   vpx_wb_write_bit(wb, seg->update_map);
 766   if (seg->update_map) {
 767     // Select the coding strategy (temporal or spatial)
 768     vp9_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     vpx_wb_write_bit(wb, seg->temporal_update);
 780     if (seg->temporal_update) {
 781       for (i = 0; i < PREDICTION_PROBS; i++) {
 782         const int prob = seg->pred_probs[i];
 783         const int update = prob != MAX_PROB;
 784         vpx_wb_write_bit(wb, update);
 785         if (update)
 786           vpx_wb_write_literal(wb, prob, 8);
 787       }
 788     }
 789   }
 790
 791   // Segmentation data
 792   vpx_wb_write_bit(wb, seg->update_data);
 793   if (seg->update_data) {
 794     vpx_wb_write_bit(wb, seg->abs_delta);
 795
 796     for (i = 0; i < MAX_SEGMENTS; i++) {
 797       for (j = 0; j < SEG_LVL_MAX; j++) {
 798         const int active = segfeature_active(seg, i, j);
 799         vpx_wb_write_bit(wb, active);
 800         if (active) {
 801           const int data = get_segdata(seg, i, j);
 802           const int data_max = vp9_seg_feature_data_max(j);
 803
 804           if (vp9_is_segfeature_signed(j)) {
 805             encode_unsigned_max(wb, abs(data), data_max);
 806             vpx_wb_write_bit(wb, data < 0);
 807           } else {
 808             encode_unsigned_max(wb, data, data_max);
 809           }
 810         }
 811       }
 812     }
 813   }
 814 }
 815
 816 static void encode_txfm_probs(VP9_COMMON *cm, vpx_writer *w,
 817                               FRAME_COUNTS *counts) {
 818   // Mode
 819   vpx_write_literal(w, VPXMIN(cm->tx_mode, ALLOW_32X32), 2);
 820   if (cm->tx_mode >= ALLOW_32X32)
 821     vpx_write_bit(w, cm->tx_mode == TX_MODE_SELECT);
 822
 823   // Probabilities
 824   if (cm->tx_mode == TX_MODE_SELECT) {
 825     int i, j;
 826     unsigned int ct_8x8p[TX_SIZES - 3][2];
 827     unsigned int ct_16x16p[TX_SIZES - 2][2];
 828     unsigned int ct_32x32p[TX_SIZES - 1][2];
 829
 830
 831     for (i = 0; i < TX_SIZE_CONTEXTS; i++) {
 832       tx_counts_to_branch_counts_8x8(counts->tx.p8x8[i], ct_8x8p);
 833       for (j = 0; j < TX_SIZES - 3; j++)
 834         vp9_cond_prob_diff_update(w, &cm->fc->tx_probs.p8x8[i][j], ct_8x8p[j]);
 835     }
 836
 837     for (i = 0; i < TX_SIZE_CONTEXTS; i++) {
 838       tx_counts_to_branch_counts_16x16(counts->tx.p16x16[i], ct_16x16p);
 839       for (j = 0; j < TX_SIZES - 2; j++)
 840         vp9_cond_prob_diff_update(w, &cm->fc->tx_probs.p16x16[i][j],
 841                                   ct_16x16p[j]);
 842     }
 843
 844     for (i = 0; i < TX_SIZE_CONTEXTS; i++) {
 845       tx_counts_to_branch_counts_32x32(counts->tx.p32x32[i], ct_32x32p);
 846       for (j = 0; j < TX_SIZES - 1; j++)
 847         vp9_cond_prob_diff_update(w, &cm->fc->tx_probs.p32x32[i][j],
 848                                   ct_32x32p[j]);
 849     }
 850   }
 851 }
 852
 853 static void write_interp_filter(INTERP_FILTER filter,
 854                                 struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
 855   const int filter_to_literal[] = { 1, 0, 2, 3 };
 856
 857   vpx_wb_write_bit(wb, filter == SWITCHABLE);
 858   if (filter != SWITCHABLE)
 859     vpx_wb_write_literal(wb, filter_to_literal[filter], 2);
 860 }
 861
 862 static void fix_interp_filter(VP9_COMMON *cm, FRAME_COUNTS *counts) {
 863   if (cm->interp_filter == SWITCHABLE) {
 864     // Check to see if only one of the filters is actually used
 865     int count[SWITCHABLE_FILTERS];
 866     int i, j, c = 0;
 867     for (i = 0; i < SWITCHABLE_FILTERS; ++i) {
 868       count[i] = 0;
 869       for (j = 0; j < SWITCHABLE_FILTER_CONTEXTS; ++j)
 870         count[i] += counts->switchable_interp[j][i];
 871       c += (count[i] > 0);
 872     }
 873     if (c == 1) {
 874       // Only one filter is used. So set the filter at frame level
 875       for (i = 0; i < SWITCHABLE_FILTERS; ++i) {
 876         if (count[i]) {
 877           cm->interp_filter = i;
 878           break;
 879         }
 880       }
 881     }
 882   }
 883 }
 884
 885 static void write_tile_info(const VP9_COMMON *const cm,
 886                             struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
 887   int min_log2_tile_cols, max_log2_tile_cols, ones;
 888   vp9_get_tile_n_bits(cm->mi_cols, &min_log2_tile_cols, &max_log2_tile_cols);
 889
 890   // columns
 891   ones = cm->log2_tile_cols - min_log2_tile_cols;
 892   while (ones--)
 893     vpx_wb_write_bit(wb, 1);
 894
 895   if (cm->log2_tile_cols < max_log2_tile_cols)
 896     vpx_wb_write_bit(wb, 0);
 897
 898   // rows
 899   vpx_wb_write_bit(wb, cm->log2_tile_rows != 0);
 900   if (cm->log2_tile_rows != 0)
 901     vpx_wb_write_bit(wb, cm->log2_tile_rows != 1);
 902 }
 903
 904 static int get_refresh_mask(VP9_COMP *cpi) {
 905   if (vp9_preserve_existing_gf(cpi)) {
 906     // We have decided to preserve the previously existing golden frame as our
 907     // new ARF frame. However, in the short term we leave it in the GF slot and,
 908     // if we're updating the GF with the current decoded frame, we save it
 909     // instead to the ARF slot.
 910     // Later, in the function vp9_encoder.c:vp9_update_reference_frames() we
 911     // will swap gld_fb_idx and alt_fb_idx to achieve our objective. We do it
 912     // there so that it can be done outside of the recode loop.
 913     // Note: This is highly specific to the use of ARF as a forward reference,
 914     // and this needs to be generalized as other uses are implemented
 915     // (like RTC/temporal scalability).
 916     return (cpi->refresh_last_frame << cpi->lst_fb_idx) |
 917            (cpi->refresh_golden_frame << cpi->alt_fb_idx);
 918   } else {
 919     int arf_idx = cpi->alt_fb_idx;
 920     if ((cpi->oxcf.pass == 2) && cpi->multi_arf_allowed) {
 921       const GF_GROUP *const gf_group = &cpi->twopass.gf_group;
 922       arf_idx = gf_group->arf_update_idx[gf_group->index];
 923     }
 924     return (cpi->refresh_last_frame << cpi->lst_fb_idx) |
 925            (cpi->refresh_golden_frame << cpi->gld_fb_idx) |
 926            (cpi->refresh_alt_ref_frame << arf_idx);
 927   }
 928 }
 929
 930 static size_t encode_tiles(VP9_COMP *cpi, uint8_t *data_ptr) {
 931   VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
 932   vpx_writer residual_bc;
 933   int tile_row, tile_col;
 934   TOKENEXTRA *tok_end;
 935   size_t total_size = 0;
 936   const int tile_cols = 1 << cm->log2_tile_cols;
 937   const int tile_rows = 1 << cm->log2_tile_rows;
 938
 939   memset(cm->above_seg_context, 0,
 940          sizeof(*cm->above_seg_context) * mi_cols_aligned_to_sb(cm->mi_cols));
 941
 942   for (tile_row = 0; tile_row < tile_rows; tile_row++) {
 943     for (tile_col = 0; tile_col < tile_cols; tile_col++) {
 944       int tile_idx = tile_row * tile_cols + tile_col;
 945       TOKENEXTRA *tok = cpi->tile_tok[tile_row][tile_col];
 946
 947       tok_end = cpi->tile_tok[tile_row][tile_col] +
 948           cpi->tok_count[tile_row][tile_col];
 949
 950       if (tile_col < tile_cols - 1 || tile_row < tile_rows - 1)
 951         vpx_start_encode(&residual_bc, data_ptr + total_size + 4);
 952       else
 953         vpx_start_encode(&residual_bc, data_ptr + total_size);
 954
 955       write_modes(cpi, &cpi->tile_data[tile_idx].tile_info,
 956                   &residual_bc, &tok, tok_end);
 957       assert(tok == tok_end);
 958       vpx_stop_encode(&residual_bc);
 959       if (tile_col < tile_cols - 1 || tile_row < tile_rows - 1) {
 960         // size of this tile
 961         mem_put_be32(data_ptr + total_size, residual_bc.pos);
 962         total_size += 4;
 963       }
 964
 965       total_size += residual_bc.pos;
 966     }
 967   }
 968
 969   return total_size;
 970 }
 971
 972 static void write_display_size(const VP9_COMMON *cm,
 973                                struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
 974   const int scaling_active = cm->width != cm->display_width ||
 975                              cm->height != cm->display_height;
 976   vpx_wb_write_bit(wb, scaling_active);
 977   if (scaling_active) {
 978     vpx_wb_write_literal(wb, cm->display_width - 1, 16);
 979     vpx_wb_write_literal(wb, cm->display_height - 1, 16);
 980   }
 981 }
 982
 983 static void write_frame_size(const VP9_COMMON *cm,
 984                              struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
 985   vpx_wb_write_literal(wb, cm->width - 1, 16);
 986   vpx_wb_write_literal(wb, cm->height - 1, 16);
 987
 988   write_display_size(cm, wb);
 989 }
 990
 991 static void write_frame_size_with_refs(VP9_COMP *cpi,
 992                                        struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
 993   VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
 994   int found = 0;
 995
 996   MV_REFERENCE_FRAME ref_frame;
 997   for (ref_frame = LAST_FRAME; ref_frame <= ALTREF_FRAME; ++ref_frame) {
 998     YV12_BUFFER_CONFIG *cfg = get_ref_frame_buffer(cpi, ref_frame);
 999
1000     // Set "found" to 0 for temporal svc and for spatial svc key frame
1001     if (cpi->use_svc &&
1002         ((cpi->svc.number_temporal_layers > 1 &&
1003          cpi->oxcf.rc_mode == VPX_CBR) ||
1004         (cpi->svc.number_spatial_layers > 1 &&
1005          cpi->svc.layer_context[cpi->svc.spatial_layer_id].is_key_frame) ||
1006         (is_two_pass_svc(cpi) &&
1007          cpi->svc.encode_empty_frame_state == ENCODING &&
1008          cpi->svc.layer_context[0].frames_from_key_frame <
1009          cpi->svc.number_temporal_layers + 1))) {
1010       found = 0;
1011     } else if (cfg != NULL) {
1012       found = cm->width == cfg->y_crop_width &&
1013               cm->height == cfg->y_crop_height;
1014     }
1015     vpx_wb_write_bit(wb, found);
1016     if (found) {
1017       break;
1018     }
1019   }
1020
1021   if (!found) {
1022     vpx_wb_write_literal(wb, cm->width - 1, 16);
1023     vpx_wb_write_literal(wb, cm->height - 1, 16);
1024   }
1025
1026   write_display_size(cm, wb);
1027 }
1028
1029 static void write_sync_code(struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
1030   vpx_wb_write_literal(wb, VP9_SYNC_CODE_0, 8);
1031   vpx_wb_write_literal(wb, VP9_SYNC_CODE_1, 8);
1032   vpx_wb_write_literal(wb, VP9_SYNC_CODE_2, 8);
1033 }
1034
1035 static void write_profile(BITSTREAM_PROFILE profile,
1036                           struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
1037   switch (profile) {
1038     case PROFILE_0:
1039       vpx_wb_write_literal(wb, 0, 2);
1040       break;
1041     case PROFILE_1:
1042       vpx_wb_write_literal(wb, 2, 2);
1043       break;
1044     case PROFILE_2:
1045       vpx_wb_write_literal(wb, 1, 2);
1046       break;
1047     case PROFILE_3:
1048       vpx_wb_write_literal(wb, 6, 3);
1049       break;
1050     default:
1051       assert(0);
1052   }
1053 }
1054
1055 static void write_bitdepth_colorspace_sampling(
1056     VP9_COMMON *const cm, struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
1057   if (cm->profile >= PROFILE_2) {
1058     assert(cm->bit_depth > VPX_BITS_8);
1059     vpx_wb_write_bit(wb, cm->bit_depth == VPX_BITS_10 ? 0 : 1);
1060   }
1061   vpx_wb_write_literal(wb, cm->color_space, 3);
1062   if (cm->color_space != VPX_CS_SRGB) {
1063     // 0: [16, 235] (i.e. xvYCC), 1: [0, 255]
1064     vpx_wb_write_bit(wb, cm->color_range);
1065     if (cm->profile == PROFILE_1 || cm->profile == PROFILE_3) {
1066       assert(cm->subsampling_x != 1 || cm->subsampling_y != 1);
1067       vpx_wb_write_bit(wb, cm->subsampling_x);
1068       vpx_wb_write_bit(wb, cm->subsampling_y);
1069       vpx_wb_write_bit(wb, 0);  // unused
1070     } else {
1071       assert(cm->subsampling_x == 1 && cm->subsampling_y == 1);
1072     }
1073   } else {
1074     assert(cm->profile == PROFILE_1 || cm->profile == PROFILE_3);
1075     vpx_wb_write_bit(wb, 0);  // unused
1076   }
1077 }
1078
1079 static void write_uncompressed_header(VP9_COMP *cpi,
1080                                       struct vpx_write_bit_buffer *wb) {
1081   VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
1082   MACROBLOCKD *const xd = &cpi->td.mb.e_mbd;
1083
1084   vpx_wb_write_literal(wb, VP9_FRAME_MARKER, 2);
1085
1086   write_profile(cm->profile, wb);
1087
1088   vpx_wb_write_bit(wb, 0);  // show_existing_frame
1089   vpx_wb_write_bit(wb, cm->frame_type);
1090   vpx_wb_write_bit(wb, cm->show_frame);
1091   vpx_wb_write_bit(wb, cm->error_resilient_mode);
1092
1093   if (cm->frame_type == KEY_FRAME) {
1094     write_sync_code(wb);
1095     write_bitdepth_colorspace_sampling(cm, wb);
1096     write_frame_size(cm, wb);
1097   } else {
1098     // In spatial svc if it's not error_resilient_mode then we need to code all
1099     // visible frames as invisible. But we need to keep the show_frame flag so
1100     // that the publisher could know whether it is supposed to be visible.
1101     // So we will code the show_frame flag as it is. Then code the intra_only
1102     // bit here. This will make the bitstream incompatible. In the player we
1103     // will change to show_frame flag to 0, then add an one byte frame with
1104     // show_existing_frame flag which tells the decoder which frame we want to
1105     // show.
1106     if (!cm->show_frame)
1107       vpx_wb_write_bit(wb, cm->intra_only);
1108
1109     if (!cm->error_resilient_mode)
1110       vpx_wb_write_literal(wb, cm->reset_frame_context, 2);
1111
1112     if (cm->intra_only) {
1113       write_sync_code(wb);
1114
1115       // Note for profile 0, 420 8bpp is assumed.
1116       if (cm->profile > PROFILE_0) {
1117         write_bitdepth_colorspace_sampling(cm, wb);
1118       }
1119
1120       vpx_wb_write_literal(wb, get_refresh_mask(cpi), REF_FRAMES);
1121       write_frame_size(cm, wb);
1122     } else {
1123       MV_REFERENCE_FRAME ref_frame;
1124       vpx_wb_write_literal(wb, get_refresh_mask(cpi), REF_FRAMES);
1125       for (ref_frame = LAST_FRAME; ref_frame <= ALTREF_FRAME; ++ref_frame) {
1126         assert(get_ref_frame_map_idx(cpi, ref_frame) != INVALID_IDX);
1127         vpx_wb_write_literal(wb, get_ref_frame_map_idx(cpi, ref_frame),
1128                              REF_FRAMES_LOG2);
1129         vpx_wb_write_bit(wb, cm->ref_frame_sign_bias[ref_frame]);
1130       }
1131
1132       write_frame_size_with_refs(cpi, wb);
1133
1134       vpx_wb_write_bit(wb, cm->allow_high_precision_mv);
1135
1136       fix_interp_filter(cm, cpi->td.counts);
1137       write_interp_filter(cm->interp_filter, wb);
1138     }
1139   }
1140
1141   if (!cm->error_resilient_mode) {
1142     vpx_wb_write_bit(wb, cm->refresh_frame_context);
1143     vpx_wb_write_bit(wb, cm->frame_parallel_decoding_mode);
1144   }
1145
1146   vpx_wb_write_literal(wb, cm->frame_context_idx, FRAME_CONTEXTS_LOG2);
1147
1148   encode_loopfilter(&cm->lf, wb);
1149   encode_quantization(cm, wb);
1150   encode_segmentation(cm, xd, wb);
1151
1152   write_tile_info(cm, wb);
1153 }
1154
1155 static size_t write_compressed_header(VP9_COMP *cpi, uint8_t *data) {
1156   VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
1157   MACROBLOCKD *const xd = &cpi->td.mb.e_mbd;
1158   FRAME_CONTEXT *const fc = cm->fc;
1159   FRAME_COUNTS *counts = cpi->td.counts;
1160   vpx_writer header_bc;
1161
1162   vpx_start_encode(&header_bc, data);
1163
1164   if (xd->lossless)
1165     cm->tx_mode = ONLY_4X4;
1166   else
1167     encode_txfm_probs(cm, &header_bc, counts);
1168
1169   update_coef_probs(cpi, &header_bc);
1170   update_skip_probs(cm, &header_bc, counts);
1171
1172   if (!frame_is_intra_only(cm)) {
1173     int i;
1174
1175     for (i = 0; i < INTER_MODE_CONTEXTS; ++i)
1176       prob_diff_update(vp9_inter_mode_tree, cm->fc->inter_mode_probs[i],
1177                        counts->inter_mode[i], INTER_MODES, &header_bc);
1178
1179     if (cm->interp_filter == SWITCHABLE)
1180       update_switchable_interp_probs(cm, &header_bc, counts);
1181
1182     for (i = 0; i < INTRA_INTER_CONTEXTS; i++)
1183       vp9_cond_prob_diff_update(&header_bc, &fc->intra_inter_prob[i],
1184                                 counts->intra_inter[i]);
1185
1186     if (cpi->allow_comp_inter_inter) {
1187       const int use_compound_pred = cm->reference_mode != SINGLE_REFERENCE;
1188       const int use_hybrid_pred = cm->reference_mode == REFERENCE_MODE_SELECT;
1189
1190       vpx_write_bit(&header_bc, use_compound_pred);
1191       if (use_compound_pred) {
1192         vpx_write_bit(&header_bc, use_hybrid_pred);
1193         if (use_hybrid_pred)
1194           for (i = 0; i < COMP_INTER_CONTEXTS; i++)
1195             vp9_cond_prob_diff_update(&header_bc, &fc->comp_inter_prob[i],
1196                                       counts->comp_inter[i]);
1197       }
1198     }
1199
1200     if (cm->reference_mode != COMPOUND_REFERENCE) {
1201       for (i = 0; i < REF_CONTEXTS; i++) {
1202         vp9_cond_prob_diff_update(&header_bc, &fc->single_ref_prob[i][0],
1203                                   counts->single_ref[i][0]);
1204         vp9_cond_prob_diff_update(&header_bc, &fc->single_ref_prob[i][1],
1205                                   counts->single_ref[i][1]);
1206       }
1207     }
1208
1209     if (cm->reference_mode != SINGLE_REFERENCE)
1210       for (i = 0; i < REF_CONTEXTS; i++)
1211         vp9_cond_prob_diff_update(&header_bc, &fc->comp_ref_prob[i],
1212                                   counts->comp_ref[i]);
1213
1214     for (i = 0; i < BLOCK_SIZE_GROUPS; ++i)
1215       prob_diff_update(vp9_intra_mode_tree, cm->fc->y_mode_prob[i],
1216                        counts->y_mode[i], INTRA_MODES, &header_bc);
1217
1218     for (i = 0; i < PARTITION_CONTEXTS; ++i)
1219       prob_diff_update(vp9_partition_tree, fc->partition_prob[i],
1220                        counts->partition[i], PARTITION_TYPES, &header_bc);
1221
1222     vp9_write_nmv_probs(cm, cm->allow_high_precision_mv, &header_bc,
1223                         &counts->mv);
1224   }
1225
1226   vpx_stop_encode(&header_bc);
1227   assert(header_bc.pos <= 0xffff);
1228
1229   return header_bc.pos;
1230 }
1231
1232 void vp9_pack_bitstream(VP9_COMP *cpi, uint8_t *dest, size_t *size) {
1233   uint8_t *data = dest;
1234   size_t first_part_size, uncompressed_hdr_size;
1235   struct vpx_write_bit_buffer wb = {data, 0};
1236   struct vpx_write_bit_buffer saved_wb;
1237
1238   write_uncompressed_header(cpi, &wb);
1239   saved_wb = wb;
1240   vpx_wb_write_literal(&wb, 0, 16);  // don't know in advance first part. size
1241
1242   uncompressed_hdr_size = vpx_wb_bytes_written(&wb);
1243   data += uncompressed_hdr_size;
1244
1245   vpx_clear_system_state();
1246
1247   first_part_size = write_compressed_header(cpi, data);
1248   data += first_part_size;
1249   // TODO(jbb): Figure out what to do if first_part_size > 16 bits.
1250   vpx_wb_write_literal(&saved_wb, (int)first_part_size, 16);
1251
1252   data += encode_tiles(cpi, data);
1253
1254   *size = data - dest;
1255 }