Update To 11.40.268.0
[platform/framework/web/crosswalk.git] / src / third_party / libvpx / source / libvpx / vp9 / encoder / vp9_firstpass.c
index ed72d78..f1baf83 100644 (file)
@@ -22,7 +22,6 @@
 #include "vp9/common/vp9_quant_common.h"
 #include "vp9/common/vp9_reconinter.h"  // vp9_setup_dst_planes()
 #include "vp9/common/vp9_systemdependent.h"
-
 #include "vp9/encoder/vp9_aq_variance.h"
 #include "vp9/encoder/vp9_block.h"
 #include "vp9/encoder/vp9_encodeframe.h"
 #include "vp9/encoder/vp9_firstpass.h"
 #include "vp9/encoder/vp9_mcomp.h"
 #include "vp9/encoder/vp9_quantize.h"
-#include "vp9/encoder/vp9_ratectrl.h"
-#include "vp9/encoder/vp9_rdopt.h"
+#include "vp9/encoder/vp9_rd.h"
 #include "vp9/encoder/vp9_variance.h"
 
-#define OUTPUT_FPF 0
-
-#define IIFACTOR   12.5
-#define IIKFACTOR1 12.5
-#define IIKFACTOR2 15.0
-#define RMAX       512.0
-#define GF_RMAX    96.0
-#define ERR_DIVISOR   150.0
-#define MIN_DECAY_FACTOR 0.1
-
-#define KF_MB_INTRA_MIN 150
-#define GF_MB_INTRA_MIN 100
+#define OUTPUT_FPF          0
+#define ARF_STATS_OUTPUT    0
+
+#define BOOST_BREAKOUT      12.5
+#define BOOST_FACTOR        12.5
+#define ERR_DIVISOR         128.0
+#define FACTOR_PT_LOW       0.70
+#define FACTOR_PT_HIGH      0.90
+#define FIRST_PASS_Q        10.0
+#define GF_MAX_BOOST        96.0
+#define INTRA_MODE_PENALTY  1024
+#define KF_MAX_BOOST        128.0
+#define MIN_ARF_GF_BOOST    240
+#define MIN_DECAY_FACTOR    0.01
+#define MIN_GF_INTERVAL     4
+#define MIN_KF_BOOST        300
+#define NEW_MV_MODE_PENALTY 32
+#define SVC_FACTOR_PT_LOW   0.45
 
 #define DOUBLE_DIVIDE_CHECK(x) ((x) < 0 ? (x) - 0.000001 : (x) + 0.000001)
 
-#define MIN_KF_BOOST        300
-
-#if CONFIG_MULTIPLE_ARF
-// Set MIN_GF_INTERVAL to 1 for the full decomposition.
-#define MIN_GF_INTERVAL             2
-#else
-#define MIN_GF_INTERVAL             4
+#if ARF_STATS_OUTPUT
+unsigned int arf_count = 0;
 #endif
 
-
-// #define LONG_TERM_VBR_CORRECTION
-
 static void swap_yv12(YV12_BUFFER_CONFIG *a, YV12_BUFFER_CONFIG *b) {
   YV12_BUFFER_CONFIG temp = *a;
   *a = *b;
   *b = temp;
 }
 
-static int gfboost_qadjust(int qindex) {
-  const double q = vp9_convert_qindex_to_q(qindex);
-  return (int)((0.00000828 * q * q * q) +
-               (-0.0055 * q * q) +
-               (1.32 * q) + 79.3);
-}
-
 // Resets the first pass file to the given position using a relative seek from
 // the current position.
-static void reset_fpf_position(struct twopass_rc *p,
+static void reset_fpf_position(TWO_PASS *p,
                                const FIRSTPASS_STATS *position) {
   p->stats_in = position;
 }
 
-static int lookup_next_frame_stats(const struct twopass_rc *p,
-                                   FIRSTPASS_STATS *next_frame) {
-  if (p->stats_in >= p->stats_in_end)
-    return EOF;
-
-  *next_frame = *p->stats_in;
-  return 1;
-}
-
-
 // Read frame stats at an offset from the current position.
-static int read_frame_stats(const struct twopass_rc *p,
-                            FIRSTPASS_STATS *frame_stats, int offset) {
-  const FIRSTPASS_STATS *fps_ptr = p->stats_in;
-
-  // Check legality of offset.
-  if (offset >= 0) {
-    if (&fps_ptr[offset] >= p->stats_in_end)
-      return EOF;
-  } else if (offset < 0) {
-    if (&fps_ptr[offset] < p->stats_in_start)
-      return EOF;
+static const FIRSTPASS_STATS *read_frame_stats(const TWO_PASS *p, int offset) {
+  if ((offset >= 0 && p->stats_in + offset >= p->stats_in_end) ||
+      (offset < 0 && p->stats_in + offset < p->stats_in_start)) {
+    return NULL;
   }
 
-  *frame_stats = fps_ptr[offset];
-  return 1;
+  return &p->stats_in[offset];
 }
 
-static int input_stats(struct twopass_rc *p, FIRSTPASS_STATS *fps) {
+static int input_stats(TWO_PASS *p, FIRSTPASS_STATS *fps) {
   if (p->stats_in >= p->stats_in_end)
     return EOF;
 
@@ -135,14 +106,13 @@ static void output_stats(FIRSTPASS_STATS *stats,
     FILE *fpfile;
     fpfile = fopen("firstpass.stt", "a");
 
-    fprintf(fpfile, "%12.0f %12.0f %12.0f %12.0f %12.0f %12.4f %12.4f"
+    fprintf(fpfile, "%12.0f %12.0f %12.0f %12.0f %12.4f %12.4f"
             "%12.4f %12.4f %12.4f %12.4f %12.4f %12.4f %12.4f"
             "%12.0f %12.0f %12.4f %12.0f %12.0f %12.4f\n",
             stats->frame,
             stats->intra_error,
             stats->coded_error,
             stats->sr_coded_error,
-            stats->ssim_weighted_pred_err,
             stats->pcnt_inter,
             stats->pcnt_motion,
             stats->pcnt_second_ref,
@@ -162,12 +132,22 @@ static void output_stats(FIRSTPASS_STATS *stats,
 #endif
 }
 
+#if CONFIG_FP_MB_STATS
+static void output_fpmb_stats(uint8_t *this_frame_mb_stats, VP9_COMMON *cm,
+                         struct vpx_codec_pkt_list *pktlist) {
+  struct vpx_codec_cx_pkt pkt;
+  pkt.kind = VPX_CODEC_FPMB_STATS_PKT;
+  pkt.data.firstpass_mb_stats.buf = this_frame_mb_stats;
+  pkt.data.firstpass_mb_stats.sz = cm->MBs * sizeof(uint8_t);
+  vpx_codec_pkt_list_add(pktlist, &pkt);
+}
+#endif
+
 static void zero_stats(FIRSTPASS_STATS *section) {
   section->frame      = 0.0;
   section->intra_error = 0.0;
   section->coded_error = 0.0;
   section->sr_coded_error = 0.0;
-  section->ssim_weighted_pred_err = 0.0;
   section->pcnt_inter  = 0.0;
   section->pcnt_motion  = 0.0;
   section->pcnt_second_ref = 0.0;
@@ -192,7 +172,6 @@ static void accumulate_stats(FIRSTPASS_STATS *section,
   section->intra_error += frame->intra_error;
   section->coded_error += frame->coded_error;
   section->sr_coded_error += frame->sr_coded_error;
-  section->ssim_weighted_pred_err += frame->ssim_weighted_pred_err;
   section->pcnt_inter  += frame->pcnt_inter;
   section->pcnt_motion += frame->pcnt_motion;
   section->pcnt_second_ref += frame->pcnt_second_ref;
@@ -215,7 +194,6 @@ static void subtract_stats(FIRSTPASS_STATS *section,
   section->intra_error -= frame->intra_error;
   section->coded_error -= frame->coded_error;
   section->sr_coded_error -= frame->sr_coded_error;
-  section->ssim_weighted_pred_err -= frame->ssim_weighted_pred_err;
   section->pcnt_inter  -= frame->pcnt_inter;
   section->pcnt_motion -= frame->pcnt_motion;
   section->pcnt_second_ref -= frame->pcnt_second_ref;
@@ -232,110 +210,21 @@ static void subtract_stats(FIRSTPASS_STATS *section,
   section->duration   -= frame->duration;
 }
 
-static void avg_stats(FIRSTPASS_STATS *section) {
-  if (section->count < 1.0)
-    return;
-
-  section->intra_error /= section->count;
-  section->coded_error /= section->count;
-  section->sr_coded_error /= section->count;
-  section->ssim_weighted_pred_err /= section->count;
-  section->pcnt_inter  /= section->count;
-  section->pcnt_second_ref /= section->count;
-  section->pcnt_neutral /= section->count;
-  section->pcnt_motion /= section->count;
-  section->MVr        /= section->count;
-  section->mvr_abs     /= section->count;
-  section->MVc        /= section->count;
-  section->mvc_abs     /= section->count;
-  section->MVrv       /= section->count;
-  section->MVcv       /= section->count;
-  section->mv_in_out_count   /= section->count;
-  section->duration   /= section->count;
-}
 
 // Calculate a modified Error used in distributing bits between easier and
 // harder frames.
-static double calculate_modified_err(const VP9_COMP *cpi,
+static double calculate_modified_err(const TWO_PASS *twopass,
+                                     const VP9EncoderConfig *oxcf,
                                      const FIRSTPASS_STATS *this_frame) {
-  const struct twopass_rc *twopass = &cpi->twopass;
-  const SVC *const svc = &cpi->svc;
-  const FIRSTPASS_STATS *stats;
-  double av_err;
-  double modified_error;
-
-  if (svc->number_spatial_layers > 1 &&
-      svc->number_temporal_layers == 1) {
-    twopass = &svc->layer_context[svc->spatial_layer_id].twopass;
-  }
-
-  stats = &twopass->total_stats;
-  av_err = stats->ssim_weighted_pred_err / stats->count;
-  modified_error = av_err * pow(this_frame->ssim_weighted_pred_err /
-                   DOUBLE_DIVIDE_CHECK(av_err),
-                   cpi->oxcf.two_pass_vbrbias / 100.0);
-
+  const FIRSTPASS_STATS *const stats = &twopass->total_stats;
+  const double av_err = stats->coded_error / stats->count;
+  const double modified_error = av_err *
+      pow(this_frame->coded_error / DOUBLE_DIVIDE_CHECK(av_err),
+          oxcf->two_pass_vbrbias / 100.0);
   return fclamp(modified_error,
                 twopass->modified_error_min, twopass->modified_error_max);
 }
 
-static const double weight_table[256] = {
-  0.020000, 0.020000, 0.020000, 0.020000, 0.020000, 0.020000, 0.020000,
-  0.020000, 0.020000, 0.020000, 0.020000, 0.020000, 0.020000, 0.020000,
-  0.020000, 0.020000, 0.020000, 0.020000, 0.020000, 0.020000, 0.020000,
-  0.020000, 0.020000, 0.020000, 0.020000, 0.020000, 0.020000, 0.020000,
-  0.020000, 0.020000, 0.020000, 0.020000, 0.020000, 0.031250, 0.062500,
-  0.093750, 0.125000, 0.156250, 0.187500, 0.218750, 0.250000, 0.281250,
-  0.312500, 0.343750, 0.375000, 0.406250, 0.437500, 0.468750, 0.500000,
-  0.531250, 0.562500, 0.593750, 0.625000, 0.656250, 0.687500, 0.718750,
-  0.750000, 0.781250, 0.812500, 0.843750, 0.875000, 0.906250, 0.937500,
-  0.968750, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000,
-  1.000000, 1.000000, 1.000000, 1.000000
-};
-
-static double simple_weight(const YV12_BUFFER_CONFIG *buf) {
-  int i, j;
-  double sum = 0.0;
-  const int w = buf->y_crop_width;
-  const int h = buf->y_crop_height;
-  const uint8_t *row = buf->y_buffer;
-
-  for (i = 0; i < h; ++i) {
-    const uint8_t *pixel = row;
-    for (j = 0; j < w; ++j)
-      sum += weight_table[*pixel++];
-    row += buf->y_stride;
-  }
-
-  return MAX(0.1, sum / (w * h));
-}
-
 // This function returns the maximum target rate per frame.
 static int frame_max_bits(const RATE_CONTROL *rc,
                           const VP9EncoderConfig *oxcf) {
@@ -354,7 +243,7 @@ void vp9_init_first_pass(VP9_COMP *cpi) {
 }
 
 void vp9_end_first_pass(VP9_COMP *cpi) {
-  if (cpi->use_svc && cpi->svc.number_temporal_layers == 1) {
+  if (is_two_pass_svc(cpi)) {
     int i;
     for (i = 0; i < cpi->svc.number_spatial_layers; ++i) {
       output_stats(&cpi->svc.layer_context[i].twopass.total_stats,
@@ -387,6 +276,60 @@ static unsigned int get_prediction_error(BLOCK_SIZE bsize,
   return sse;
 }
 
+#if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
+static vp9_variance_fn_t highbd_get_block_variance_fn(BLOCK_SIZE bsize,
+                                                      int bd) {
+  switch (bd) {
+    default:
+      switch (bsize) {
+        case BLOCK_8X8:
+          return vp9_highbd_mse8x8;
+        case BLOCK_16X8:
+          return vp9_highbd_mse16x8;
+        case BLOCK_8X16:
+          return vp9_highbd_mse8x16;
+        default:
+          return vp9_highbd_mse16x16;
+      }
+      break;
+    case 10:
+      switch (bsize) {
+        case BLOCK_8X8:
+          return vp9_highbd_10_mse8x8;
+        case BLOCK_16X8:
+          return vp9_highbd_10_mse16x8;
+        case BLOCK_8X16:
+          return vp9_highbd_10_mse8x16;
+        default:
+          return vp9_highbd_10_mse16x16;
+      }
+      break;
+    case 12:
+      switch (bsize) {
+        case BLOCK_8X8:
+          return vp9_highbd_12_mse8x8;
+        case BLOCK_16X8:
+          return vp9_highbd_12_mse16x8;
+        case BLOCK_8X16:
+          return vp9_highbd_12_mse8x16;
+        default:
+          return vp9_highbd_12_mse16x16;
+      }
+      break;
+  }
+}
+
+static unsigned int highbd_get_prediction_error(BLOCK_SIZE bsize,
+                                                const struct buf_2d *src,
+                                                const struct buf_2d *ref,
+                                                int bd) {
+  unsigned int sse;
+  const vp9_variance_fn_t fn = highbd_get_block_variance_fn(bsize, bd);
+  fn(src->buf, src->stride, ref->buf, ref->stride, &sse);
+  return sse;
+}
+#endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
+
 // Refine the motion search range according to the frame dimension
 // for first pass test.
 static int get_search_range(const VP9_COMMON *cm) {
@@ -405,9 +348,9 @@ static void first_pass_motion_search(VP9_COMP *cpi, MACROBLOCK *x,
   MV tmp_mv = {0, 0};
   MV ref_mv_full = {ref_mv->row >> 3, ref_mv->col >> 3};
   int num00, tmp_err, n;
-  const BLOCK_SIZE bsize = xd->mi[0]->mbmi.sb_type;
+  const BLOCK_SIZE bsize = xd->mi[0].src_mi->mbmi.sb_type;
   vp9_variance_fn_ptr_t v_fn_ptr = cpi->fn_ptr[bsize];
-  const int new_mv_mode_penalty = 256;
+  const int new_mv_mode_penalty = NEW_MV_MODE_PENALTY;
 
   int step_param = 3;
   int further_steps = (MAX_MVSEARCH_STEPS - 1) - step_param;
@@ -417,6 +360,11 @@ static void first_pass_motion_search(VP9_COMP *cpi, MACROBLOCK *x,
 
   // Override the default variance function to use MSE.
   v_fn_ptr.vf = get_block_variance_fn(bsize);
+#if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
+  if (xd->cur_buf->flags & YV12_FLAG_HIGHBITDEPTH) {
+    v_fn_ptr.vf = highbd_get_block_variance_fn(bsize, xd->bd);
+  }
+#endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 
   // Center the initial step/diamond search on best mv.
   tmp_err = cpi->diamond_search_sad(x, &cpi->ss_cfg, &ref_mv_full, &tmp_mv,
@@ -468,7 +416,33 @@ static BLOCK_SIZE get_bsize(const VP9_COMMON *cm, int mb_row, int mb_col) {
   }
 }
 
-void vp9_first_pass(VP9_COMP *cpi) {
+static int find_fp_qindex(vpx_bit_depth_t bit_depth) {
+  int i;
+
+  for (i = 0; i < QINDEX_RANGE; ++i)
+    if (vp9_convert_qindex_to_q(i, bit_depth) >= FIRST_PASS_Q)
+      break;
+
+  if (i == QINDEX_RANGE)
+    i--;
+
+  return i;
+}
+
+static void set_first_pass_params(VP9_COMP *cpi) {
+  VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
+  if (!cpi->refresh_alt_ref_frame &&
+      (cm->current_video_frame == 0 ||
+       (cpi->frame_flags & FRAMEFLAGS_KEY))) {
+    cm->frame_type = KEY_FRAME;
+  } else {
+    cm->frame_type = INTER_FRAME;
+  }
+  // Do not use periodic key frames.
+  cpi->rc.frames_to_key = INT_MAX;
+}
+
+void vp9_first_pass(VP9_COMP *cpi, const struct lookahead_entry *source) {
   int mb_row, mb_col;
   MACROBLOCK *const x = &cpi->mb;
   VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
@@ -476,7 +450,7 @@ void vp9_first_pass(VP9_COMP *cpi) {
   TileInfo tile;
   struct macroblock_plane *const p = x->plane;
   struct macroblockd_plane *const pd = xd->plane;
-  const PICK_MODE_CONTEXT *ctx = &x->pc_root->none;
+  const PICK_MODE_CONTEXT *ctx = &cpi->pc_root->none;
   int i;
 
   int recon_yoffset, recon_uvoffset;
@@ -496,57 +470,87 @@ void vp9_first_pass(VP9_COMP *cpi) {
   int mvcount = 0;
   int intercount = 0;
   int second_ref_count = 0;
-  int intrapenalty = 256;
+  const int intrapenalty = INTRA_MODE_PENALTY;
   int neutral_count = 0;
   int new_mv_count = 0;
   int sum_in_vectors = 0;
-  uint32_t lastmv_as_int = 0;
-  struct twopass_rc *twopass = &cpi->twopass;
+  MV lastmv = {0, 0};
+  TWO_PASS *twopass = &cpi->twopass;
   const MV zero_mv = {0, 0};
   const YV12_BUFFER_CONFIG *first_ref_buf = lst_yv12;
+  LAYER_CONTEXT *const lc = is_two_pass_svc(cpi) ?
+        &cpi->svc.layer_context[cpi->svc.spatial_layer_id] : NULL;
+
+#if CONFIG_FP_MB_STATS
+  if (cpi->use_fp_mb_stats) {
+    vp9_zero_array(cpi->twopass.frame_mb_stats_buf, cm->MBs);
+  }
+#endif
 
   vp9_clear_system_state();
 
-  if (cpi->use_svc && cpi->svc.number_temporal_layers == 1) {
-    MV_REFERENCE_FRAME ref_frame = LAST_FRAME;
-    const YV12_BUFFER_CONFIG *scaled_ref_buf = NULL;
-    twopass = &cpi->svc.layer_context[cpi->svc.spatial_layer_id].twopass;
+  set_first_pass_params(cpi);
+  vp9_set_quantizer(cm, find_fp_qindex(cm->bit_depth));
+
+  if (lc != NULL) {
+    twopass = &lc->twopass;
+
+    cpi->lst_fb_idx = cpi->svc.spatial_layer_id;
+    cpi->ref_frame_flags = VP9_LAST_FLAG;
+
+    if (cpi->svc.number_spatial_layers + cpi->svc.spatial_layer_id <
+        REF_FRAMES) {
+      cpi->gld_fb_idx =
+          cpi->svc.number_spatial_layers + cpi->svc.spatial_layer_id;
+      cpi->ref_frame_flags |= VP9_GOLD_FLAG;
+      cpi->refresh_golden_frame = (lc->current_video_frame_in_layer == 0);
+    } else {
+      cpi->refresh_golden_frame = 0;
+    }
+
+    if (lc->current_video_frame_in_layer == 0)
+      cpi->ref_frame_flags = 0;
 
     vp9_scale_references(cpi);
 
     // Use either last frame or alt frame for motion search.
     if (cpi->ref_frame_flags & VP9_LAST_FLAG) {
-      scaled_ref_buf = vp9_get_scaled_ref_frame(cpi, LAST_FRAME);
-      ref_frame = LAST_FRAME;
-    } else if (cpi->ref_frame_flags & VP9_ALT_FLAG) {
-      scaled_ref_buf = vp9_get_scaled_ref_frame(cpi, ALTREF_FRAME);
-      ref_frame = ALTREF_FRAME;
+      first_ref_buf = vp9_get_scaled_ref_frame(cpi, LAST_FRAME);
+      if (first_ref_buf == NULL)
+        first_ref_buf = get_ref_frame_buffer(cpi, LAST_FRAME);
     }
 
-    if (scaled_ref_buf != NULL) {
-      // Update the stride since we are using scaled reference buffer
-      first_ref_buf = scaled_ref_buf;
-      recon_y_stride = first_ref_buf->y_stride;
-      recon_uv_stride = first_ref_buf->uv_stride;
-      uv_mb_height = 16 >> (first_ref_buf->y_height > first_ref_buf->uv_height);
+    if (cpi->ref_frame_flags & VP9_GOLD_FLAG) {
+      const int ref_idx =
+          cm->ref_frame_map[get_ref_frame_idx(cpi, GOLDEN_FRAME)];
+      const int scaled_idx = cpi->scaled_ref_idx[GOLDEN_FRAME - 1];
+
+      gld_yv12 = (scaled_idx != ref_idx) ? &cm->frame_bufs[scaled_idx].buf :
+                 get_ref_frame_buffer(cpi, GOLDEN_FRAME);
+    } else {
+      gld_yv12 = NULL;
     }
 
-    // Disable golden frame for svc first pass for now.
-    gld_yv12 = NULL;
-    set_ref_ptrs(cm, xd, ref_frame, NONE);
+    recon_y_stride = new_yv12->y_stride;
+    recon_uv_stride = new_yv12->uv_stride;
+    uv_mb_height = 16 >> (new_yv12->y_height > new_yv12->uv_height);
+
+    set_ref_ptrs(cm, xd,
+                 (cpi->ref_frame_flags & VP9_LAST_FLAG) ? LAST_FRAME: NONE,
+                 (cpi->ref_frame_flags & VP9_GOLD_FLAG) ? GOLDEN_FRAME : NONE);
 
     cpi->Source = vp9_scale_if_required(cm, cpi->un_scaled_source,
                                         &cpi->scaled_source);
   }
 
+  vp9_setup_block_planes(&x->e_mbd, cm->subsampling_x, cm->subsampling_y);
+
   vp9_setup_src_planes(x, cpi->Source, 0, 0);
   vp9_setup_pre_planes(xd, 0, first_ref_buf, 0, 0, NULL);
   vp9_setup_dst_planes(xd->plane, new_yv12, 0, 0);
 
-  xd->mi = cm->mi_grid_visible;
-  xd->mi[0] = cm->mi;
-
-  vp9_setup_block_planes(&x->e_mbd, cm->subsampling_x, cm->subsampling_y);
+  xd->mi = cm->mi;
+  xd->mi[0].src_mi = &xd->mi[0];
 
   vp9_frame_init_quantizer(cpi);
 
@@ -565,9 +569,7 @@ void vp9_first_pass(VP9_COMP *cpi) {
   vp9_tile_init(&tile, cm, 0, 0);
 
   for (mb_row = 0; mb_row < cm->mb_rows; ++mb_row) {
-    int_mv best_ref_mv;
-
-    best_ref_mv.as_int = 0;
+    MV best_ref_mv = {0, 0};
 
     // Reset above block coeffs.
     xd->up_available = (mb_row != 0);
@@ -585,6 +587,9 @@ void vp9_first_pass(VP9_COMP *cpi) {
       const int use_dc_pred = (mb_col || mb_row) && (!mb_col || !mb_row);
       double error_weight = 1.0;
       const BLOCK_SIZE bsize = get_bsize(cm, mb_row, mb_col);
+#if CONFIG_FP_MB_STATS
+      const int mb_index = mb_row * cm->mb_cols + mb_col;
+#endif
 
       vp9_clear_system_state();
 
@@ -592,8 +597,8 @@ void vp9_first_pass(VP9_COMP *cpi) {
       xd->plane[1].dst.buf = new_yv12->u_buffer + recon_uvoffset;
       xd->plane[2].dst.buf = new_yv12->v_buffer + recon_uvoffset;
       xd->left_available = (mb_col != 0);
-      xd->mi[0]->mbmi.sb_type = bsize;
-      xd->mi[0]->mbmi.ref_frame[0] = INTRA_FRAME;
+      xd->mi[0].src_mi->mbmi.sb_type = bsize;
+      xd->mi[0].src_mi->mbmi.ref_frame[0] = INTRA_FRAME;
       set_mi_row_col(xd, &tile,
                      mb_row << 1, num_8x8_blocks_high_lookup[bsize],
                      mb_col << 1, num_8x8_blocks_wide_lookup[bsize],
@@ -606,11 +611,29 @@ void vp9_first_pass(VP9_COMP *cpi) {
 
       // Do intra 16x16 prediction.
       x->skip_encode = 0;
-      xd->mi[0]->mbmi.mode = DC_PRED;
-      xd->mi[0]->mbmi.tx_size = use_dc_pred ?
+      xd->mi[0].src_mi->mbmi.mode = DC_PRED;
+      xd->mi[0].src_mi->mbmi.tx_size = use_dc_pred ?
          (bsize >= BLOCK_16X16 ? TX_16X16 : TX_8X8) : TX_4X4;
       vp9_encode_intra_block_plane(x, bsize, 0);
       this_error = vp9_get_mb_ss(x->plane[0].src_diff);
+#if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
+      if (cm->use_highbitdepth) {
+        switch (cm->bit_depth) {
+          case VPX_BITS_8:
+            break;
+          case VPX_BITS_10:
+            this_error >>= 4;
+            break;
+          case VPX_BITS_12:
+            this_error >>= 8;
+            break;
+          default:
+            assert(0 && "cm->bit_depth should be VPX_BITS_8, "
+                        "VPX_BITS_10 or VPX_BITS_12");
+            return;
+        }
+      }
+#endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 
       if (cpi->oxcf.aq_mode == VARIANCE_AQ) {
         vp9_clear_system_state();
@@ -629,85 +652,154 @@ void vp9_first_pass(VP9_COMP *cpi) {
       // Accumulate the intra error.
       intra_error += (int64_t)this_error;
 
+#if CONFIG_FP_MB_STATS
+      if (cpi->use_fp_mb_stats) {
+        // initialization
+        cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] = 0;
+      }
+#endif
+
       // Set up limit values for motion vectors to prevent them extending
       // outside the UMV borders.
       x->mv_col_min = -((mb_col * 16) + BORDER_MV_PIXELS_B16);
       x->mv_col_max = ((cm->mb_cols - 1 - mb_col) * 16) + BORDER_MV_PIXELS_B16;
 
       // Other than for the first frame do a motion search.
-      if (cm->current_video_frame > 0) {
-        int tmp_err, motion_error;
-        int_mv mv, tmp_mv;
+      if ((lc == NULL && cm->current_video_frame > 0) ||
+          (lc != NULL && lc->current_video_frame_in_layer > 0)) {
+        int tmp_err, motion_error, raw_motion_error;
+        // Assume 0,0 motion with no mv overhead.
+        MV mv = {0, 0} , tmp_mv = {0, 0};
+        struct buf_2d unscaled_last_source_buf_2d;
 
         xd->plane[0].pre[0].buf = first_ref_buf->y_buffer + recon_yoffset;
-        motion_error = get_prediction_error(bsize, &x->plane[0].src,
-                                            &xd->plane[0].pre[0]);
-        // Assume 0,0 motion with no mv overhead.
-        mv.as_int = tmp_mv.as_int = 0;
-
-        // Test last reference frame using the previous best mv as the
-        // starting point (best reference) for the search.
-        first_pass_motion_search(cpi, x, &best_ref_mv.as_mv, &mv.as_mv,
-                                 &motion_error);
-        if (cpi->oxcf.aq_mode == VARIANCE_AQ) {
-          vp9_clear_system_state();
-          motion_error = (int)(motion_error * error_weight);
+#if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
+        if (xd->cur_buf->flags & YV12_FLAG_HIGHBITDEPTH) {
+          motion_error = highbd_get_prediction_error(
+              bsize, &x->plane[0].src, &xd->plane[0].pre[0], xd->bd);
+        } else {
+          motion_error = get_prediction_error(
+              bsize, &x->plane[0].src, &xd->plane[0].pre[0]);
         }
-
-        // If the current best reference mv is not centered on 0,0 then do a 0,0
-        // based search as well.
-        if (best_ref_mv.as_int) {
-          tmp_err = INT_MAX;
-          first_pass_motion_search(cpi, x, &zero_mv, &tmp_mv.as_mv,
-                                   &tmp_err);
+#else
+        motion_error = get_prediction_error(
+            bsize, &x->plane[0].src, &xd->plane[0].pre[0]);
+#endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
+
+        // Compute the motion error of the 0,0 motion using the last source
+        // frame as the reference. Skip the further motion search on
+        // reconstructed frame if this error is small.
+        unscaled_last_source_buf_2d.buf =
+            cpi->unscaled_last_source->y_buffer + recon_yoffset;
+        unscaled_last_source_buf_2d.stride =
+            cpi->unscaled_last_source->y_stride;
+#if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
+        if (xd->cur_buf->flags & YV12_FLAG_HIGHBITDEPTH) {
+          raw_motion_error = highbd_get_prediction_error(
+              bsize, &x->plane[0].src, &unscaled_last_source_buf_2d, xd->bd);
+        } else {
+          raw_motion_error = get_prediction_error(
+              bsize, &x->plane[0].src, &unscaled_last_source_buf_2d);
+        }
+#else
+        raw_motion_error = get_prediction_error(
+            bsize, &x->plane[0].src, &unscaled_last_source_buf_2d);
+#endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
+
+        // TODO(pengchong): Replace the hard-coded threshold
+        if (raw_motion_error > 25 || lc != NULL) {
+          // Test last reference frame using the previous best mv as the
+          // starting point (best reference) for the search.
+          first_pass_motion_search(cpi, x, &best_ref_mv, &mv, &motion_error);
           if (cpi->oxcf.aq_mode == VARIANCE_AQ) {
             vp9_clear_system_state();
-            tmp_err = (int)(tmp_err * error_weight);
+            motion_error = (int)(motion_error * error_weight);
           }
 
-          if (tmp_err < motion_error) {
-            motion_error = tmp_err;
-            mv.as_int = tmp_mv.as_int;
-          }
-        }
+          // If the current best reference mv is not centered on 0,0 then do a
+          // 0,0 based search as well.
+          if (!is_zero_mv(&best_ref_mv)) {
+            tmp_err = INT_MAX;
+            first_pass_motion_search(cpi, x, &zero_mv, &tmp_mv, &tmp_err);
+            if (cpi->oxcf.aq_mode == VARIANCE_AQ) {
+              vp9_clear_system_state();
+              tmp_err = (int)(tmp_err * error_weight);
+            }
 
-        // Search in an older reference frame.
-        if (cm->current_video_frame > 1 && gld_yv12 != NULL) {
-          // Assume 0,0 motion with no mv overhead.
-          int gf_motion_error;
+            if (tmp_err < motion_error) {
+              motion_error = tmp_err;
+              mv = tmp_mv;
+            }
+          }
 
-          xd->plane[0].pre[0].buf = gld_yv12->y_buffer + recon_yoffset;
-          gf_motion_error = get_prediction_error(bsize, &x->plane[0].src,
-                                                 &xd->plane[0].pre[0]);
+          // Search in an older reference frame.
+          if (((lc == NULL && cm->current_video_frame > 1) ||
+               (lc != NULL && lc->current_video_frame_in_layer > 1))
+              && gld_yv12 != NULL) {
+            // Assume 0,0 motion with no mv overhead.
+            int gf_motion_error;
+
+            xd->plane[0].pre[0].buf = gld_yv12->y_buffer + recon_yoffset;
+#if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
+            if (xd->cur_buf->flags & YV12_FLAG_HIGHBITDEPTH) {
+              gf_motion_error = highbd_get_prediction_error(
+                  bsize, &x->plane[0].src, &xd->plane[0].pre[0], xd->bd);
+            } else {
+              gf_motion_error = get_prediction_error(
+                  bsize, &x->plane[0].src, &xd->plane[0].pre[0]);
+            }
+#else
+            gf_motion_error = get_prediction_error(
+                bsize, &x->plane[0].src, &xd->plane[0].pre[0]);
+#endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
+
+            first_pass_motion_search(cpi, x, &zero_mv, &tmp_mv,
+                                     &gf_motion_error);
+            if (cpi->oxcf.aq_mode == VARIANCE_AQ) {
+              vp9_clear_system_state();
+              gf_motion_error = (int)(gf_motion_error * error_weight);
+            }
 
-          first_pass_motion_search(cpi, x, &zero_mv, &tmp_mv.as_mv,
-                                   &gf_motion_error);
-          if (cpi->oxcf.aq_mode == VARIANCE_AQ) {
-            vp9_clear_system_state();
-            gf_motion_error = (int)(gf_motion_error * error_weight);
+            if (gf_motion_error < motion_error && gf_motion_error < this_error)
+              ++second_ref_count;
+
+            // Reset to last frame as reference buffer.
+            xd->plane[0].pre[0].buf = first_ref_buf->y_buffer + recon_yoffset;
+            xd->plane[1].pre[0].buf = first_ref_buf->u_buffer + recon_uvoffset;
+            xd->plane[2].pre[0].buf = first_ref_buf->v_buffer + recon_uvoffset;
+
+            // In accumulating a score for the older reference frame take the
+            // best of the motion predicted score and the intra coded error
+            // (just as will be done for) accumulation of "coded_error" for
+            // the last frame.
+            if (gf_motion_error < this_error)
+              sr_coded_error += gf_motion_error;
+            else
+              sr_coded_error += this_error;
+          } else {
+            sr_coded_error += motion_error;
           }
-
-          if (gf_motion_error < motion_error && gf_motion_error < this_error)
-            ++second_ref_count;
-
-          // Reset to last frame as reference buffer.
-          xd->plane[0].pre[0].buf = first_ref_buf->y_buffer + recon_yoffset;
-          xd->plane[1].pre[0].buf = first_ref_buf->u_buffer + recon_uvoffset;
-          xd->plane[2].pre[0].buf = first_ref_buf->v_buffer + recon_uvoffset;
-
-          // In accumulating a score for the older reference frame take the
-          // best of the motion predicted score and the intra coded error
-          // (just as will be done for) accumulation of "coded_error" for
-          // the last frame.
-          if (gf_motion_error < this_error)
-            sr_coded_error += gf_motion_error;
-          else
-            sr_coded_error += this_error;
         } else {
           sr_coded_error += motion_error;
         }
+
         // Start by assuming that intra mode is best.
-        best_ref_mv.as_int = 0;
+        best_ref_mv.row = 0;
+        best_ref_mv.col = 0;
+
+#if CONFIG_FP_MB_STATS
+        if (cpi->use_fp_mb_stats) {
+          // intra predication statistics
+          cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] = 0;
+          cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |= FPMB_DCINTRA_MASK;
+          cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |= FPMB_MOTION_ZERO_MASK;
+          if (this_error > FPMB_ERROR_LARGE_TH) {
+            cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |= FPMB_ERROR_LARGE_MASK;
+          } else if (this_error < FPMB_ERROR_SMALL_TH) {
+            cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |= FPMB_ERROR_SMALL_MASK;
+          }
+        }
+#endif
 
         if (motion_error <= this_error) {
           // Keep a count of cases where the inter and intra were very close
@@ -717,57 +809,100 @@ void vp9_first_pass(VP9_COMP *cpi) {
               this_error < 2 * intrapenalty)
             ++neutral_count;
 
-          mv.as_mv.row *= 8;
-          mv.as_mv.col *= 8;
+          mv.row *= 8;
+          mv.col *= 8;
           this_error = motion_error;
-          xd->mi[0]->mbmi.mode = NEWMV;
-          xd->mi[0]->mbmi.mv[0] = mv;
-          xd->mi[0]->mbmi.tx_size = TX_4X4;
-          xd->mi[0]->mbmi.ref_frame[0] = LAST_FRAME;
-          xd->mi[0]->mbmi.ref_frame[1] = NONE;
+          xd->mi[0].src_mi->mbmi.mode = NEWMV;
+          xd->mi[0].src_mi->mbmi.mv[0].as_mv = mv;
+          xd->mi[0].src_mi->mbmi.tx_size = TX_4X4;
+          xd->mi[0].src_mi->mbmi.ref_frame[0] = LAST_FRAME;
+          xd->mi[0].src_mi->mbmi.ref_frame[1] = NONE;
           vp9_build_inter_predictors_sby(xd, mb_row << 1, mb_col << 1, bsize);
           vp9_encode_sby_pass1(x, bsize);
-          sum_mvr += mv.as_mv.row;
-          sum_mvr_abs += abs(mv.as_mv.row);
-          sum_mvc += mv.as_mv.col;
-          sum_mvc_abs += abs(mv.as_mv.col);
-          sum_mvrs += mv.as_mv.row * mv.as_mv.row;
-          sum_mvcs += mv.as_mv.col * mv.as_mv.col;
+          sum_mvr += mv.row;
+          sum_mvr_abs += abs(mv.row);
+          sum_mvc += mv.col;
+          sum_mvc_abs += abs(mv.col);
+          sum_mvrs += mv.row * mv.row;
+          sum_mvcs += mv.col * mv.col;
           ++intercount;
 
-          best_ref_mv.as_int = mv.as_int;
+          best_ref_mv = mv;
+
+#if CONFIG_FP_MB_STATS
+          if (cpi->use_fp_mb_stats) {
+            // inter predication statistics
+            cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] = 0;
+            cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] &= ~FPMB_DCINTRA_MASK;
+            cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |= FPMB_MOTION_ZERO_MASK;
+            if (this_error > FPMB_ERROR_LARGE_TH) {
+              cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |=
+                  FPMB_ERROR_LARGE_MASK;
+            } else if (this_error < FPMB_ERROR_SMALL_TH) {
+              cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |=
+                  FPMB_ERROR_SMALL_MASK;
+            }
+          }
+#endif
 
-          if (mv.as_int) {
+          if (!is_zero_mv(&mv)) {
             ++mvcount;
 
+#if CONFIG_FP_MB_STATS
+            if (cpi->use_fp_mb_stats) {
+              cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] &=
+                  ~FPMB_MOTION_ZERO_MASK;
+              // check estimated motion direction
+              if (mv.as_mv.col > 0 && mv.as_mv.col >= abs(mv.as_mv.row)) {
+                // right direction
+                cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |=
+                    FPMB_MOTION_RIGHT_MASK;
+              } else if (mv.as_mv.row < 0 &&
+                         abs(mv.as_mv.row) >= abs(mv.as_mv.col)) {
+                // up direction
+                cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |=
+                    FPMB_MOTION_UP_MASK;
+              } else if (mv.as_mv.col < 0 &&
+                         abs(mv.as_mv.col) >= abs(mv.as_mv.row)) {
+                // left direction
+                cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |=
+                    FPMB_MOTION_LEFT_MASK;
+              } else {
+                // down direction
+                cpi->twopass.frame_mb_stats_buf[mb_index] |=
+                    FPMB_MOTION_DOWN_MASK;
+              }
+            }
+#endif
+
             // Non-zero vector, was it different from the last non zero vector?
-            if (mv.as_int != lastmv_as_int)
+            if (!is_equal_mv(&mv, &lastmv))
               ++new_mv_count;
-            lastmv_as_int = mv.as_int;
+            lastmv = mv;
 
             // Does the row vector point inwards or outwards?
             if (mb_row < cm->mb_rows / 2) {
-              if (mv.as_mv.row > 0)
+              if (mv.row > 0)
                 --sum_in_vectors;
-              else if (mv.as_mv.row < 0)
+              else if (mv.row < 0)
                 ++sum_in_vectors;
             } else if (mb_row > cm->mb_rows / 2) {
-              if (mv.as_mv.row > 0)
+              if (mv.row > 0)
                 ++sum_in_vectors;
-              else if (mv.as_mv.row < 0)
+              else if (mv.row < 0)
                 --sum_in_vectors;
             }
 
             // Does the col vector point inwards or outwards?
             if (mb_col < cm->mb_cols / 2) {
-              if (mv.as_mv.col > 0)
+              if (mv.col > 0)
                 --sum_in_vectors;
-              else if (mv.as_mv.col < 0)
+              else if (mv.col < 0)
                 ++sum_in_vectors;
             } else if (mb_col > cm->mb_cols / 2) {
-              if (mv.as_mv.col > 0)
+              if (mv.col > 0)
                 ++sum_in_vectors;
-              else if (mv.as_mv.col < 0)
+              else if (mv.col < 0)
                 --sum_in_vectors;
             }
           }
@@ -799,13 +934,18 @@ void vp9_first_pass(VP9_COMP *cpi) {
   vp9_clear_system_state();
   {
     FIRSTPASS_STATS fps;
+    // The minimum error here insures some bit alocation to frames even
+    // in static regions. The allocation per MB declines for larger formats
+    // where the typical "real" energy per MB also falls.
+    // Initial estimate here uses sqrt(mbs) to define the min_err, where the
+    // number of mbs is propotional to image area.
+    const double min_err = 200 * sqrt(cm->MBs);
 
     fps.frame = cm->current_video_frame;
     fps.spatial_layer_id = cpi->svc.spatial_layer_id;
-    fps.intra_error = (double)(intra_error >> 8);
-    fps.coded_error = (double)(coded_error >> 8);
-    fps.sr_coded_error = (double)(sr_coded_error >> 8);
-    fps.ssim_weighted_pred_err = fps.coded_error * simple_weight(cpi->Source);
+    fps.coded_error = (double)(coded_error >> 8) + min_err;
+    fps.sr_coded_error = (double)(sr_coded_error >> 8) + min_err;
+    fps.intra_error = (double)(intra_error >> 8) + min_err;
     fps.count = 1.0;
     fps.pcnt_inter = (double)intercount / cm->MBs;
     fps.pcnt_second_ref = (double)second_ref_count / cm->MBs;
@@ -836,12 +976,18 @@ void vp9_first_pass(VP9_COMP *cpi) {
     // TODO(paulwilkins):  Handle the case when duration is set to 0, or
     // something less than the full time between subsequent values of
     // cpi->source_time_stamp.
-    fps.duration = (double)(cpi->source->ts_end - cpi->source->ts_start);
+    fps.duration = (double)(source->ts_end - source->ts_start);
 
     // Don't want to do output stats with a stack variable!
     twopass->this_frame_stats = fps;
     output_stats(&twopass->this_frame_stats, cpi->output_pkt_list);
     accumulate_stats(&twopass->total_stats, &fps);
+
+#if CONFIG_FP_MB_STATS
+    if (cpi->use_fp_mb_stats) {
+      output_fpmb_stats(twopass->frame_mb_stats_buf, cm, cpi->output_pkt_list);
+    }
+#endif
   }
 
   // Copy the previous Last Frame back into gf and and arf buffers if
@@ -861,7 +1007,7 @@ void vp9_first_pass(VP9_COMP *cpi) {
 
   vp9_extend_frame_borders(new_yv12);
 
-  if (cpi->use_svc && cpi->svc.number_temporal_layers == 1) {
+  if (lc != NULL) {
     vp9_update_reference_frames(cpi);
   } else {
     // Swap frame pointers so last frame refers to the frame we just compressed.
@@ -870,7 +1016,7 @@ void vp9_first_pass(VP9_COMP *cpi) {
 
   // Special case for the first frame. Copy into the GF buffer as a second
   // reference.
-  if (cm->current_video_frame == 0 && gld_yv12 != NULL) {
+  if (cm->current_video_frame == 0 && gld_yv12 != NULL && lc == NULL) {
     vp8_yv12_copy_frame(lst_yv12, gld_yv12);
   }
 
@@ -891,18 +1037,21 @@ void vp9_first_pass(VP9_COMP *cpi) {
   }
 
   ++cm->current_video_frame;
+  if (cpi->use_svc)
+    vp9_inc_frame_in_layer(cpi);
 }
 
 static double calc_correction_factor(double err_per_mb,
                                      double err_divisor,
                                      double pt_low,
                                      double pt_high,
-                                     int q) {
+                                     int q,
+                                     vpx_bit_depth_t bit_depth) {
   const double error_term = err_per_mb / err_divisor;
 
   // Adjustment based on actual quantizer to power term.
-  const double power_term = MIN(vp9_convert_qindex_to_q(q) * 0.0125 + pt_low,
-                                pt_high);
+  const double power_term =
+      MIN(vp9_convert_qindex_to_q(q, bit_depth) * 0.01 + pt_low, pt_high);
 
   // Calculate correction factor.
   if (power_term < 1.0)
@@ -911,6 +1060,11 @@ static double calc_correction_factor(double err_per_mb,
   return fclamp(pow(error_term, power_term), 0.05, 5.0);
 }
 
+// Larger image formats are expected to be a little harder to code relatively
+// given the same prediction error score. This in part at least relates to the
+// increased size and hence coding cost of motion vectors.
+#define EDIV_SIZE_FACTOR 800
+
 static int get_twopass_worst_quality(const VP9_COMP *cpi,
                                      const FIRSTPASS_STATS *stats,
                                      int section_target_bandwidth) {
@@ -924,30 +1078,32 @@ static int get_twopass_worst_quality(const VP9_COMP *cpi,
     const double section_err = stats->coded_error / stats->count;
     const double err_per_mb = section_err / num_mbs;
     const double speed_term = 1.0 + 0.04 * oxcf->speed;
+    const double ediv_size_correction = num_mbs / EDIV_SIZE_FACTOR;
     const int target_norm_bits_per_mb = ((uint64_t)section_target_bandwidth <<
-                                            BPER_MB_NORMBITS) / num_mbs;
+                                         BPER_MB_NORMBITS) / num_mbs;
+
     int q;
     int is_svc_upper_layer = 0;
-    if (cpi->use_svc && cpi->svc.number_temporal_layers == 1 &&
-        cpi->svc.spatial_layer_id > 0) {
+    if (is_two_pass_svc(cpi) && cpi->svc.spatial_layer_id > 0)
       is_svc_upper_layer = 1;
-    }
 
     // Try and pick a max Q that will be high enough to encode the
     // content at the given rate.
     for (q = rc->best_quality; q < rc->worst_quality; ++q) {
       const double factor =
-          calc_correction_factor(err_per_mb, ERR_DIVISOR,
-                                 is_svc_upper_layer ? 0.8 : 0.5,
-                                 is_svc_upper_layer ? 1.0 : 0.90, q);
+          calc_correction_factor(err_per_mb, ERR_DIVISOR - ediv_size_correction,
+                                 is_svc_upper_layer ? SVC_FACTOR_PT_LOW :
+                                 FACTOR_PT_LOW, FACTOR_PT_HIGH, q,
+                                 cpi->common.bit_depth);
       const int bits_per_mb = vp9_rc_bits_per_mb(INTER_FRAME, q,
-                                                 factor * speed_term);
+                                                 factor * speed_term,
+                                                 cpi->common.bit_depth);
       if (bits_per_mb <= target_norm_bits_per_mb)
         break;
     }
 
     // Restriction on active max q for constrained quality mode.
-    if (cpi->oxcf.rc_mode == RC_MODE_CONSTRAINED_QUALITY)
+    if (cpi->oxcf.rc_mode == VPX_CQ)
       q = MAX(q, oxcf->cq_level);
     return q;
   }
@@ -958,9 +1114,9 @@ extern void vp9_new_framerate(VP9_COMP *cpi, double framerate);
 void vp9_init_second_pass(VP9_COMP *cpi) {
   SVC *const svc = &cpi->svc;
   const VP9EncoderConfig *const oxcf = &cpi->oxcf;
-  const int is_spatial_svc = (svc->number_spatial_layers > 1) &&
-                             (svc->number_temporal_layers == 1);
-  struct twopass_rc *const twopass = is_spatial_svc ?
+  const int is_two_pass_svc = (svc->number_spatial_layers > 1) ||
+                              (svc->number_temporal_layers > 1);
+  TWO_PASS *const twopass = is_two_pass_svc ?
       &svc->layer_context[svc->spatial_layer_id].twopass : &cpi->twopass;
   double frame_rate;
   FIRSTPASS_STATS *stats;
@@ -983,7 +1139,7 @@ void vp9_init_second_pass(VP9_COMP *cpi) {
   // It is calculated based on the actual durations of all frames from the
   // first pass.
 
-  if (is_spatial_svc) {
+  if (is_two_pass_svc) {
     vp9_update_spatial_layer_framerate(cpi, frame_rate);
     twopass->bits_left = (int64_t)(stats->duration *
         svc->layer_context[svc->spatial_layer_id].target_bandwidth /
@@ -994,91 +1150,91 @@ void vp9_init_second_pass(VP9_COMP *cpi) {
                              10000000.0);
   }
 
-  // Calculate a minimum intra value to be used in determining the IIratio
-  // scores used in the second pass. We have this minimum to make sure
-  // that clips that are static but "low complexity" in the intra domain
-  // are still boosted appropriately for KF/GF/ARF.
-  if (!is_spatial_svc) {
-    // We don't know the number of MBs for each layer at this point.
-    // So we will do it later.
-    twopass->kf_intra_err_min = KF_MB_INTRA_MIN * cpi->common.MBs;
-    twopass->gf_intra_err_min = GF_MB_INTRA_MIN * cpi->common.MBs;
-  }
-
   // This variable monitors how far behind the second ref update is lagging.
   twopass->sr_update_lag = 1;
 
-  // Scan the first pass file and calculate an average Intra / Inter error
-  // score ratio for the sequence.
-  {
-    const FIRSTPASS_STATS *const start_pos = twopass->stats_in;
-    FIRSTPASS_STATS this_frame;
-    double sum_iiratio = 0.0;
-
-    while (input_stats(twopass, &this_frame) != EOF) {
-      const double iiratio = this_frame.intra_error /
-                                 DOUBLE_DIVIDE_CHECK(this_frame.coded_error);
-      sum_iiratio += fclamp(iiratio, 1.0, 20.0);
-    }
-
-    twopass->avg_iiratio = sum_iiratio /
-                               DOUBLE_DIVIDE_CHECK((double)stats->count);
-
-    reset_fpf_position(twopass, start_pos);
-  }
-
   // Scan the first pass file and calculate a modified total error based upon
   // the bias/power function used to allocate bits.
   {
-    const FIRSTPASS_STATS *const start_pos = twopass->stats_in;
-    FIRSTPASS_STATS this_frame;
-    const double av_error = stats->ssim_weighted_pred_err /
-                                DOUBLE_DIVIDE_CHECK(stats->count);
-
-
-    twopass->modified_error_total = 0.0;
-    twopass->modified_error_min =
-        (av_error * oxcf->two_pass_vbrmin_section) / 100;
-    twopass->modified_error_max =
-        (av_error * oxcf->two_pass_vbrmax_section) / 100;
-
-    while (input_stats(twopass, &this_frame) != EOF) {
-      twopass->modified_error_total +=
-          calculate_modified_err(cpi, &this_frame);
+    const double avg_error = stats->coded_error /
+                             DOUBLE_DIVIDE_CHECK(stats->count);
+    const FIRSTPASS_STATS *s = twopass->stats_in;
+    double modified_error_total = 0.0;
+    twopass->modified_error_min = (avg_error *
+                                      oxcf->two_pass_vbrmin_section) / 100;
+    twopass->modified_error_max = (avg_error *
+                                      oxcf->two_pass_vbrmax_section) / 100;
+    while (s < twopass->stats_in_end) {
+      modified_error_total += calculate_modified_err(twopass, oxcf, s);
+      ++s;
     }
-    twopass->modified_error_left = twopass->modified_error_total;
-
-    reset_fpf_position(twopass, start_pos);
+    twopass->modified_error_left = modified_error_total;
   }
 
   // Reset the vbr bits off target counter
   cpi->rc.vbr_bits_off_target = 0;
+
+  cpi->rc.rate_error_estimate = 0;
+
+  // Static sequence monitor variables.
+  twopass->kf_zeromotion_pct = 100;
+  twopass->last_kfgroup_zeromotion_pct = 100;
+}
+
+#define SR_DIFF_PART 0.0015
+#define MOTION_AMP_PART 0.003
+#define INTRA_PART 0.005
+#define DEFAULT_DECAY_LIMIT 0.75
+#define LOW_SR_DIFF_TRHESH 0.1
+#define SR_DIFF_MAX 128.0
+
+static double get_sr_decay_rate(const VP9_COMMON *cm,
+                                const FIRSTPASS_STATS *frame) {
+  double sr_diff = (frame->sr_coded_error - frame->coded_error) / cm->MBs;
+  double sr_decay = 1.0;
+  const double motion_amplitude_factor =
+    frame->pcnt_motion * ((frame->mvc_abs + frame->mvr_abs) / 2);
+  const double pcnt_intra = 100 * (1.0 - frame->pcnt_inter);
+
+  if ((sr_diff > LOW_SR_DIFF_TRHESH)) {
+    sr_diff = MIN(sr_diff, SR_DIFF_MAX);
+    sr_decay = 1.0 - (SR_DIFF_PART * sr_diff) -
+               (MOTION_AMP_PART * motion_amplitude_factor) -
+               (INTRA_PART * pcnt_intra);
+  }
+  return MAX(sr_decay, MIN(DEFAULT_DECAY_LIMIT, frame->pcnt_inter));
 }
 
 // This function gives an estimate of how badly we believe the prediction
 // quality is decaying from frame to frame.
+static double get_zero_motion_factor(const VP9_COMMON *cm,
+                                     const FIRSTPASS_STATS *frame) {
+  const double zero_motion_pct = frame->pcnt_inter -
+                                 frame->pcnt_motion;
+  double sr_decay = get_sr_decay_rate(cm, frame);
+  return MIN(sr_decay, zero_motion_pct);
+}
+
+#define ZM_POWER_FACTOR 0.75
+
 static double get_prediction_decay_rate(const VP9_COMMON *cm,
                                         const FIRSTPASS_STATS *next_frame) {
-  // Look at the observed drop in prediction quality between the last frame
-  // and the GF buffer (which contains an older frame).
-  const double mb_sr_err_diff = (next_frame->sr_coded_error -
-                                     next_frame->coded_error) / cm->MBs;
-  const double second_ref_decay = mb_sr_err_diff <= 512.0
-      ? fclamp(pow(1.0 - (mb_sr_err_diff / 512.0), 0.5), 0.85, 1.0)
-      : 0.85;
-
-  return MIN(second_ref_decay, next_frame->pcnt_inter);
+  const double sr_decay_rate = get_sr_decay_rate(cm, next_frame);
+  const double zero_motion_factor =
+    (0.95 * pow((next_frame->pcnt_inter - next_frame->pcnt_motion),
+                ZM_POWER_FACTOR));
+
+  return MAX(zero_motion_factor,
+             (sr_decay_rate + ((1.0 - sr_decay_rate) * zero_motion_factor)));
 }
 
 // Function to test for a condition where a complex transition is followed
 // by a static section. For example in slide shows where there is a fade
 // between slides. This is to help with more optimal kf and gf positioning.
-static int detect_transition_to_still(struct twopass_rc *twopass,
+static int detect_transition_to_still(const TWO_PASS *twopass,
                                       int frame_interval, int still_interval,
                                       double loop_decay_rate,
                                       double last_decay_rate) {
-  int trans_to_still = 0;
-
   // Break clause to detect very still sections after motion
   // For example a static image after a fade or other transition
   // instead of a clean scene cut.
@@ -1086,100 +1242,83 @@ static int detect_transition_to_still(struct twopass_rc *twopass,
       loop_decay_rate >= 0.999 &&
       last_decay_rate < 0.9) {
     int j;
-    const FIRSTPASS_STATS *position = twopass->stats_in;
-    FIRSTPASS_STATS tmp_next_frame;
 
     // Look ahead a few frames to see if static condition persists...
     for (j = 0; j < still_interval; ++j) {
-      if (EOF == input_stats(twopass, &tmp_next_frame))
+      const FIRSTPASS_STATS *stats = &twopass->stats_in[j];
+      if (stats >= twopass->stats_in_end)
         break;
 
-      if (tmp_next_frame.pcnt_inter - tmp_next_frame.pcnt_motion < 0.999)
+      if (stats->pcnt_inter - stats->pcnt_motion < 0.999)
         break;
     }
 
-    reset_fpf_position(twopass, position);
-
     // Only if it does do we signal a transition to still.
-    if (j == still_interval)
-      trans_to_still = 1;
+    return j == still_interval;
   }
 
-  return trans_to_still;
+  return 0;
 }
 
 // This function detects a flash through the high relative pcnt_second_ref
 // score in the frame following a flash frame. The offset passed in should
 // reflect this.
-static int detect_flash(const struct twopass_rc *twopass, int offset) {
-  FIRSTPASS_STATS next_frame;
-
-  int flash_detected = 0;
-
-  // Read the frame data.
-  // The return is FALSE (no flash detected) if not a valid frame
-  if (read_frame_stats(twopass, &next_frame, offset) != EOF) {
-    // What we are looking for here is a situation where there is a
-    // brief break in prediction (such as a flash) but subsequent frames
-    // are reasonably well predicted by an earlier (pre flash) frame.
-    // The recovery after a flash is indicated by a high pcnt_second_ref
-    // compared to pcnt_inter.
-    if (next_frame.pcnt_second_ref > next_frame.pcnt_inter &&
-        next_frame.pcnt_second_ref >= 0.5)
-      flash_detected = 1;
-  }
-
-  return flash_detected;
+static int detect_flash(const TWO_PASS *twopass, int offset) {
+  const FIRSTPASS_STATS *const next_frame = read_frame_stats(twopass, offset);
+
+  // What we are looking for here is a situation where there is a
+  // brief break in prediction (such as a flash) but subsequent frames
+  // are reasonably well predicted by an earlier (pre flash) frame.
+  // The recovery after a flash is indicated by a high pcnt_second_ref
+  // compared to pcnt_inter.
+  return next_frame != NULL &&
+         next_frame->pcnt_second_ref > next_frame->pcnt_inter &&
+         next_frame->pcnt_second_ref >= 0.5;
 }
 
 // Update the motion related elements to the GF arf boost calculation.
-static void accumulate_frame_motion_stats(
-  FIRSTPASS_STATS *this_frame,
-  double *this_frame_mv_in_out,
-  double *mv_in_out_accumulator,
-  double *abs_mv_in_out_accumulator,
-  double *mv_ratio_accumulator) {
-  double motion_pct;
-
-  // Accumulate motion stats.
-  motion_pct = this_frame->pcnt_motion;
+static void accumulate_frame_motion_stats(const FIRSTPASS_STATS *stats,
+                                          double *mv_in_out,
+                                          double *mv_in_out_accumulator,
+                                          double *abs_mv_in_out_accumulator,
+                                          double *mv_ratio_accumulator) {
+  const double pct = stats->pcnt_motion;
 
   // Accumulate Motion In/Out of frame stats.
-  *this_frame_mv_in_out = this_frame->mv_in_out_count * motion_pct;
-  *mv_in_out_accumulator += this_frame->mv_in_out_count * motion_pct;
-  *abs_mv_in_out_accumulator += fabs(this_frame->mv_in_out_count * motion_pct);
-
-  // Accumulate a measure of how uniform (or conversely how random)
-  // the motion field is (a ratio of absmv / mv).
-  if (motion_pct > 0.05) {
-    const double this_frame_mvr_ratio = fabs(this_frame->mvr_abs) /
-                           DOUBLE_DIVIDE_CHECK(fabs(this_frame->MVr));
-
-    const double this_frame_mvc_ratio = fabs(this_frame->mvc_abs) /
-                           DOUBLE_DIVIDE_CHECK(fabs(this_frame->MVc));
-
-    *mv_ratio_accumulator += (this_frame_mvr_ratio < this_frame->mvr_abs)
-      ? (this_frame_mvr_ratio * motion_pct)
-      : this_frame->mvr_abs * motion_pct;
-
-    *mv_ratio_accumulator += (this_frame_mvc_ratio < this_frame->mvc_abs)
-      ? (this_frame_mvc_ratio * motion_pct)
-      : this_frame->mvc_abs * motion_pct;
+  *mv_in_out = stats->mv_in_out_count * pct;
+  *mv_in_out_accumulator += *mv_in_out;
+  *abs_mv_in_out_accumulator += fabs(*mv_in_out);
+
+  // Accumulate a measure of how uniform (or conversely how random) the motion
+  // field is (a ratio of abs(mv) / mv).
+  if (pct > 0.05) {
+    const double mvr_ratio = fabs(stats->mvr_abs) /
+                                 DOUBLE_DIVIDE_CHECK(fabs(stats->MVr));
+    const double mvc_ratio = fabs(stats->mvc_abs) /
+                                 DOUBLE_DIVIDE_CHECK(fabs(stats->MVc));
+
+    *mv_ratio_accumulator += pct * (mvr_ratio < stats->mvr_abs ?
+                                       mvr_ratio : stats->mvr_abs);
+    *mv_ratio_accumulator += pct * (mvc_ratio < stats->mvc_abs ?
+                                       mvc_ratio : stats->mvc_abs);
   }
 }
 
-// Calculate a baseline boost number for the current frame.
-static double calc_frame_boost(VP9_COMP *cpi, FIRSTPASS_STATS *this_frame,
-                               double this_frame_mv_in_out) {
+#define BASELINE_ERR_PER_MB 1000.0
+static double calc_frame_boost(VP9_COMP *cpi,
+                               const FIRSTPASS_STATS *this_frame,
+                               double this_frame_mv_in_out,
+                               double max_boost) {
   double frame_boost;
+  const double lq =
+    vp9_convert_qindex_to_q(cpi->rc.avg_frame_qindex[INTER_FRAME],
+                            cpi->common.bit_depth);
+  const double boost_correction = MIN((0.5 + (lq * 0.015)), 1.5);
 
-  // Underlying boost factor is based on inter intra error ratio.
-  if (this_frame->intra_error > cpi->twopass.gf_intra_err_min)
-    frame_boost = (IIFACTOR * this_frame->intra_error /
-                   DOUBLE_DIVIDE_CHECK(this_frame->coded_error));
-  else
-    frame_boost = (IIFACTOR * cpi->twopass.gf_intra_err_min /
-                   DOUBLE_DIVIDE_CHECK(this_frame->coded_error));
+  // Underlying boost factor is based on inter error ratio.
+  frame_boost = (BASELINE_ERR_PER_MB * cpi->common.MBs) /
+                DOUBLE_DIVIDE_CHECK(this_frame->coded_error);
+  frame_boost = frame_boost * BOOST_FACTOR * boost_correction;
 
   // Increase boost for frames where new data coming into frame (e.g. zoom out).
   // Slightly reduce boost if there is a net balance of motion out of the frame
@@ -1190,14 +1329,13 @@ static double calc_frame_boost(VP9_COMP *cpi, FIRSTPASS_STATS *this_frame,
   else
     frame_boost += frame_boost * (this_frame_mv_in_out / 2.0);
 
-  return MIN(frame_boost, GF_RMAX);
+  return MIN(frame_boost, max_boost * boost_correction);
 }
 
 static int calc_arf_boost(VP9_COMP *cpi, int offset,
                           int f_frames, int b_frames,
                           int *f_boost, int *b_boost) {
-  FIRSTPASS_STATS this_frame;
-  struct twopass_rc *const twopass = &cpi->twopass;
+  TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
   int i;
   double boost_score = 0.0;
   double mv_ratio_accumulator = 0.0;
@@ -1210,11 +1348,12 @@ static int calc_arf_boost(VP9_COMP *cpi, int offset,
 
   // Search forward from the proposed arf/next gf position.
   for (i = 0; i < f_frames; ++i) {
-    if (read_frame_stats(twopass, &this_frame, (i + offset)) == EOF)
+    const FIRSTPASS_STATS *this_frame = read_frame_stats(twopass, i + offset);
+    if (this_frame == NULL)
       break;
 
     // Update the motion related elements to the boost calculation.
-    accumulate_frame_motion_stats(&this_frame,
+    accumulate_frame_motion_stats(this_frame,
                                   &this_frame_mv_in_out, &mv_in_out_accumulator,
                                   &abs_mv_in_out_accumulator,
                                   &mv_ratio_accumulator);
@@ -1226,13 +1365,14 @@ static int calc_arf_boost(VP9_COMP *cpi, int offset,
 
     // Accumulate the effect of prediction quality decay.
     if (!flash_detected) {
-      decay_accumulator *= get_prediction_decay_rate(&cpi->common, &this_frame);
+      decay_accumulator *= get_prediction_decay_rate(&cpi->common, this_frame);
       decay_accumulator = decay_accumulator < MIN_DECAY_FACTOR
                           ? MIN_DECAY_FACTOR : decay_accumulator;
     }
 
-    boost_score += (decay_accumulator *
-                    calc_frame_boost(cpi, &this_frame, this_frame_mv_in_out));
+    boost_score += decay_accumulator * calc_frame_boost(cpi, this_frame,
+                                                        this_frame_mv_in_out,
+                                                        GF_MAX_BOOST);
   }
 
   *f_boost = (int)boost_score;
@@ -1247,11 +1387,12 @@ static int calc_arf_boost(VP9_COMP *cpi, int offset,
 
   // Search backward towards last gf position.
   for (i = -1; i >= -b_frames; --i) {
-    if (read_frame_stats(twopass, &this_frame, (i + offset)) == EOF)
+    const FIRSTPASS_STATS *this_frame = read_frame_stats(twopass, i + offset);
+    if (this_frame == NULL)
       break;
 
     // Update the motion related elements to the boost calculation.
-    accumulate_frame_motion_stats(&this_frame,
+    accumulate_frame_motion_stats(this_frame,
                                   &this_frame_mv_in_out, &mv_in_out_accumulator,
                                   &abs_mv_in_out_accumulator,
                                   &mv_ratio_accumulator);
@@ -1263,193 +1404,49 @@ static int calc_arf_boost(VP9_COMP *cpi, int offset,
 
     // Cumulative effect of prediction quality decay.
     if (!flash_detected) {
-      decay_accumulator *= get_prediction_decay_rate(&cpi->common, &this_frame);
+      decay_accumulator *= get_prediction_decay_rate(&cpi->common, this_frame);
       decay_accumulator = decay_accumulator < MIN_DECAY_FACTOR
                               ? MIN_DECAY_FACTOR : decay_accumulator;
     }
 
-    boost_score += (decay_accumulator *
-                    calc_frame_boost(cpi, &this_frame, this_frame_mv_in_out));
+    boost_score += decay_accumulator * calc_frame_boost(cpi, this_frame,
+                                                        this_frame_mv_in_out,
+                                                        GF_MAX_BOOST);
   }
   *b_boost = (int)boost_score;
 
   arf_boost = (*f_boost + *b_boost);
   if (arf_boost < ((b_frames + f_frames) * 20))
     arf_boost = ((b_frames + f_frames) * 20);
+  arf_boost = MAX(arf_boost, MIN_ARF_GF_BOOST);
 
   return arf_boost;
 }
 
-#if CONFIG_MULTIPLE_ARF
-// Work out the frame coding order for a GF or an ARF group.
-// The current implementation codes frames in their natural order for a
-// GF group, and inserts additional ARFs into an ARF group using a
-// binary split approach.
-// NOTE: this function is currently implemented recursively.
-static void schedule_frames(VP9_COMP *cpi, const int start, const int end,
-                            const int arf_idx, const int gf_or_arf_group,
-                            const int level) {
-  int i, abs_end, half_range;
-  int *cfo = cpi->frame_coding_order;
-  int idx = cpi->new_frame_coding_order_period;
-
-  // If (end < 0) an ARF should be coded at position (-end).
-  assert(start >= 0);
-
-  // printf("start:%d end:%d\n", start, end);
-
-  // GF Group: code frames in logical order.
-  if (gf_or_arf_group == 0) {
-    assert(end >= start);
-    for (i = start; i <= end; ++i) {
-      cfo[idx] = i;
-      cpi->arf_buffer_idx[idx] = arf_idx;
-      cpi->arf_weight[idx] = -1;
-      ++idx;
-    }
-    cpi->new_frame_coding_order_period = idx;
-    return;
-  }
-
-  // ARF Group: Work out the ARF schedule and mark ARF frames as negative.
-  if (end < 0) {
-    // printf("start:%d end:%d\n", -end, -end);
-    // ARF frame is at the end of the range.
-    cfo[idx] = end;
-    // What ARF buffer does this ARF use as predictor.
-    cpi->arf_buffer_idx[idx] = (arf_idx > 2) ? (arf_idx - 1) : 2;
-    cpi->arf_weight[idx] = level;
-    ++idx;
-    abs_end = -end;
-  } else {
-    abs_end = end;
-  }
-
-  half_range = (abs_end - start) >> 1;
-
-  // ARFs may not be adjacent, they must be separated by at least
-  // MIN_GF_INTERVAL non-ARF frames.
-  if ((start + MIN_GF_INTERVAL) >= (abs_end - MIN_GF_INTERVAL)) {
-    // printf("start:%d end:%d\n", start, abs_end);
-    // Update the coding order and active ARF.
-    for (i = start; i <= abs_end; ++i) {
-      cfo[idx] = i;
-      cpi->arf_buffer_idx[idx] = arf_idx;
-      cpi->arf_weight[idx] = -1;
-      ++idx;
-    }
-    cpi->new_frame_coding_order_period = idx;
-  } else {
-    // Place a new ARF at the mid-point of the range.
-    cpi->new_frame_coding_order_period = idx;
-    schedule_frames(cpi, start, -(start + half_range), arf_idx + 1,
-                    gf_or_arf_group, level + 1);
-    schedule_frames(cpi, start + half_range + 1, abs_end, arf_idx,
-                    gf_or_arf_group, level + 1);
-  }
-}
-
-#define FIXED_ARF_GROUP_SIZE 16
-
-void define_fixed_arf_period(VP9_COMP *cpi) {
-  int i;
-  int max_level = INT_MIN;
-
-  assert(cpi->multi_arf_enabled);
-  assert(cpi->oxcf.lag_in_frames >= FIXED_ARF_GROUP_SIZE);
-
-  // Save the weight of the last frame in the sequence before next
-  // sequence pattern overwrites it.
-  cpi->this_frame_weight = cpi->arf_weight[cpi->sequence_number];
-  assert(cpi->this_frame_weight >= 0);
-
-  cpi->twopass.gf_zeromotion_pct = 0;
-
-  // Initialize frame coding order variables.
-  cpi->new_frame_coding_order_period = 0;
-  cpi->next_frame_in_order = 0;
-  cpi->arf_buffered = 0;
-  vp9_zero(cpi->frame_coding_order);
-  vp9_zero(cpi->arf_buffer_idx);
-  vpx_memset(cpi->arf_weight, -1, sizeof(cpi->arf_weight));
-
-  if (cpi->rc.frames_to_key <= (FIXED_ARF_GROUP_SIZE + 8)) {
-    // Setup a GF group close to the keyframe.
-    cpi->rc.source_alt_ref_pending = 0;
-    cpi->rc.baseline_gf_interval = cpi->rc.frames_to_key;
-    schedule_frames(cpi, 0, (cpi->rc.baseline_gf_interval - 1), 2, 0, 0);
-  } else {
-    // Setup a fixed period ARF group.
-    cpi->rc.source_alt_ref_pending = 1;
-    cpi->rc.baseline_gf_interval = FIXED_ARF_GROUP_SIZE;
-    schedule_frames(cpi, 0, -(cpi->rc.baseline_gf_interval - 1), 2, 1, 0);
-  }
-
-  // Replace level indicator of -1 with correct level.
-  for (i = 0; i < cpi->new_frame_coding_order_period; ++i) {
-    if (cpi->arf_weight[i] > max_level) {
-      max_level = cpi->arf_weight[i];
-    }
-  }
-  ++max_level;
-  for (i = 0; i < cpi->new_frame_coding_order_period; ++i) {
-    if (cpi->arf_weight[i] == -1) {
-      cpi->arf_weight[i] = max_level;
-    }
-  }
-  cpi->max_arf_level = max_level;
-#if 0
-  printf("\nSchedule: ");
-  for (i = 0; i < cpi->new_frame_coding_order_period; ++i) {
-    printf("%4d ", cpi->frame_coding_order[i]);
-  }
-  printf("\n");
-  printf("ARFref:   ");
-  for (i = 0; i < cpi->new_frame_coding_order_period; ++i) {
-    printf("%4d ", cpi->arf_buffer_idx[i]);
-  }
-  printf("\n");
-  printf("Weight:   ");
-  for (i = 0; i < cpi->new_frame_coding_order_period; ++i) {
-    printf("%4d ", cpi->arf_weight[i]);
-  }
-  printf("\n");
-#endif
-}
-#endif
-
 // Calculate a section intra ratio used in setting max loop filter.
-static void calculate_section_intra_ratio(struct twopass_rc *twopass,
-                                          const FIRSTPASS_STATS *start_pos,
-                                          int section_length) {
-  FIRSTPASS_STATS next_frame;
-  FIRSTPASS_STATS sectionstats;
-  int i;
-
-  vp9_zero(next_frame);
-  vp9_zero(sectionstats);
-
-  reset_fpf_position(twopass, start_pos);
-
-  for (i = 0; i < section_length; ++i) {
-    input_stats(twopass, &next_frame);
-    accumulate_stats(&sectionstats, &next_frame);
+static int calculate_section_intra_ratio(const FIRSTPASS_STATS *begin,
+                                         const FIRSTPASS_STATS *end,
+                                         int section_length) {
+  const FIRSTPASS_STATS *s = begin;
+  double intra_error = 0.0;
+  double coded_error = 0.0;
+  int i = 0;
+
+  while (s < end && i < section_length) {
+    intra_error += s->intra_error;
+    coded_error += s->coded_error;
+    ++s;
+    ++i;
   }
 
-  avg_stats(&sectionstats);
-
-  twopass->section_intra_rating =
-    (int)(sectionstats.intra_error /
-          DOUBLE_DIVIDE_CHECK(sectionstats.coded_error));
-
-  reset_fpf_position(twopass, start_pos);
+  return (int)(intra_error / DOUBLE_DIVIDE_CHECK(coded_error));
 }
 
 // Calculate the total bits to allocate in this GF/ARF group.
 static int64_t calculate_total_gf_group_bits(VP9_COMP *cpi,
                                              double gf_group_err) {
   const RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
-  const struct twopass_rc *const twopass = &cpi->twopass;
+  const TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
   const int max_bits = frame_max_bits(rc, &cpi->oxcf);
   int64_t total_group_bits;
 
@@ -1495,15 +1492,187 @@ static int calculate_boost_bits(int frame_count,
   return MAX((int)(((int64_t)boost * total_group_bits) / allocation_chunks), 0);
 }
 
+// Current limit on maximum number of active arfs in a GF/ARF group.
+#define MAX_ACTIVE_ARFS 2
+#define ARF_SLOT1 2
+#define ARF_SLOT2 3
+// This function indirects the choice of buffers for arfs.
+// At the moment the values are fixed but this may change as part of
+// the integration process with other codec features that swap buffers around.
+static void get_arf_buffer_indices(unsigned char *arf_buffer_indices) {
+  arf_buffer_indices[0] = ARF_SLOT1;
+  arf_buffer_indices[1] = ARF_SLOT2;
+}
+
+static void allocate_gf_group_bits(VP9_COMP *cpi, int64_t gf_group_bits,
+                                   double group_error, int gf_arf_bits) {
+  RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
+  const VP9EncoderConfig *const oxcf = &cpi->oxcf;
+  TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
+  GF_GROUP *const gf_group = &twopass->gf_group;
+  FIRSTPASS_STATS frame_stats;
+  int i;
+  int frame_index = 1;
+  int target_frame_size;
+  int key_frame;
+  const int max_bits = frame_max_bits(&cpi->rc, &cpi->oxcf);
+  int64_t total_group_bits = gf_group_bits;
+  double modified_err = 0.0;
+  double err_fraction;
+  int mid_boost_bits = 0;
+  int mid_frame_idx;
+  unsigned char arf_buffer_indices[MAX_ACTIVE_ARFS];
+  int alt_frame_index = frame_index;
+  int has_temporal_layers = is_two_pass_svc(cpi) &&
+                            cpi->svc.number_temporal_layers > 1;
+
+  // Only encode alt reference frame in temporal base layer.
+  if (has_temporal_layers)
+    alt_frame_index = cpi->svc.number_temporal_layers;
+
+  key_frame = cpi->common.frame_type == KEY_FRAME ||
+              vp9_is_upper_layer_key_frame(cpi);
+
+  get_arf_buffer_indices(arf_buffer_indices);
+
+  // For key frames the frame target rate is already set and it
+  // is also the golden frame.
+  if (!key_frame) {
+    if (rc->source_alt_ref_active) {
+      gf_group->update_type[0] = OVERLAY_UPDATE;
+      gf_group->rf_level[0] = INTER_NORMAL;
+      gf_group->bit_allocation[0] = 0;
+      gf_group->arf_update_idx[0] = arf_buffer_indices[0];
+      gf_group->arf_ref_idx[0] = arf_buffer_indices[0];
+    } else {
+      gf_group->update_type[0] = GF_UPDATE;
+      gf_group->rf_level[0] = GF_ARF_STD;
+      gf_group->bit_allocation[0] = gf_arf_bits;
+      gf_group->arf_update_idx[0] = arf_buffer_indices[0];
+      gf_group->arf_ref_idx[0] = arf_buffer_indices[0];
+    }
+
+    // Step over the golden frame / overlay frame
+    if (EOF == input_stats(twopass, &frame_stats))
+      return;
+  }
+
+  // Deduct the boost bits for arf (or gf if it is not a key frame)
+  // from the group total.
+  if (rc->source_alt_ref_pending || !key_frame)
+    total_group_bits -= gf_arf_bits;
+
+  // Store the bits to spend on the ARF if there is one.
+  if (rc->source_alt_ref_pending) {
+    gf_group->update_type[alt_frame_index] = ARF_UPDATE;
+    gf_group->rf_level[alt_frame_index] = GF_ARF_STD;
+    gf_group->bit_allocation[alt_frame_index] = gf_arf_bits;
+
+    if (has_temporal_layers)
+      gf_group->arf_src_offset[alt_frame_index] =
+          (unsigned char)(rc->baseline_gf_interval -
+                          cpi->svc.number_temporal_layers);
+    else
+      gf_group->arf_src_offset[alt_frame_index] =
+          (unsigned char)(rc->baseline_gf_interval - 1);
+
+    gf_group->arf_update_idx[alt_frame_index] = arf_buffer_indices[0];
+    gf_group->arf_ref_idx[alt_frame_index] =
+      arf_buffer_indices[cpi->multi_arf_last_grp_enabled &&
+                         rc->source_alt_ref_active];
+    if (!has_temporal_layers)
+      ++frame_index;
+
+    if (cpi->multi_arf_enabled) {
+      // Set aside a slot for a level 1 arf.
+      gf_group->update_type[frame_index] = ARF_UPDATE;
+      gf_group->rf_level[frame_index] = GF_ARF_LOW;
+      gf_group->arf_src_offset[frame_index] =
+        (unsigned char)((rc->baseline_gf_interval >> 1) - 1);
+      gf_group->arf_update_idx[frame_index] = arf_buffer_indices[1];
+      gf_group->arf_ref_idx[frame_index] = arf_buffer_indices[0];
+      ++frame_index;
+    }
+  }
+
+  // Define middle frame
+  mid_frame_idx = frame_index + (rc->baseline_gf_interval >> 1) - 1;
+
+  // Allocate bits to the other frames in the group.
+  for (i = 0; i < rc->baseline_gf_interval - 1; ++i) {
+    int arf_idx = 0;
+    if (EOF == input_stats(twopass, &frame_stats))
+      break;
+
+    if (has_temporal_layers && frame_index == alt_frame_index) {
+      ++frame_index;
+    }
+
+    modified_err = calculate_modified_err(twopass, oxcf, &frame_stats);
+
+    if (group_error > 0)
+      err_fraction = modified_err / DOUBLE_DIVIDE_CHECK(group_error);
+    else
+      err_fraction = 0.0;
+
+    target_frame_size = (int)((double)total_group_bits * err_fraction);
+
+    if (rc->source_alt_ref_pending && cpi->multi_arf_enabled) {
+      mid_boost_bits += (target_frame_size >> 4);
+      target_frame_size -= (target_frame_size >> 4);
+
+      if (frame_index <= mid_frame_idx)
+        arf_idx = 1;
+    }
+    gf_group->arf_update_idx[frame_index] = arf_buffer_indices[arf_idx];
+    gf_group->arf_ref_idx[frame_index] = arf_buffer_indices[arf_idx];
+
+    target_frame_size = clamp(target_frame_size, 0,
+                              MIN(max_bits, (int)total_group_bits));
+
+    gf_group->update_type[frame_index] = LF_UPDATE;
+    gf_group->rf_level[frame_index] = INTER_NORMAL;
+
+    gf_group->bit_allocation[frame_index] = target_frame_size;
+    ++frame_index;
+  }
+
+  // Note:
+  // We need to configure the frame at the end of the sequence + 1 that will be
+  // the start frame for the next group. Otherwise prior to the call to
+  // vp9_rc_get_second_pass_params() the data will be undefined.
+  gf_group->arf_update_idx[frame_index] = arf_buffer_indices[0];
+  gf_group->arf_ref_idx[frame_index] = arf_buffer_indices[0];
+
+  if (rc->source_alt_ref_pending) {
+    gf_group->update_type[frame_index] = OVERLAY_UPDATE;
+    gf_group->rf_level[frame_index] = INTER_NORMAL;
+
+    // Final setup for second arf and its overlay.
+    if (cpi->multi_arf_enabled) {
+      gf_group->bit_allocation[2] =
+          gf_group->bit_allocation[mid_frame_idx] + mid_boost_bits;
+      gf_group->update_type[mid_frame_idx] = OVERLAY_UPDATE;
+      gf_group->bit_allocation[mid_frame_idx] = 0;
+    }
+  } else {
+    gf_group->update_type[frame_index] = GF_UPDATE;
+    gf_group->rf_level[frame_index] = GF_ARF_STD;
+  }
+
+  // Note whether multi-arf was enabled this group for next time.
+  cpi->multi_arf_last_grp_enabled = cpi->multi_arf_enabled;
+}
 
 // Analyse and define a gf/arf group.
 static void define_gf_group(VP9_COMP *cpi, FIRSTPASS_STATS *this_frame) {
   RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
   const VP9EncoderConfig *const oxcf = &cpi->oxcf;
-  struct twopass_rc *const twopass = &cpi->twopass;
+  TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
   FIRSTPASS_STATS next_frame;
-  const FIRSTPASS_STATS *start_pos;
+  const FIRSTPASS_STATS *const start_pos = twopass->stats_in;
   int i;
+
   double boost_score = 0.0;
   double old_boost_score = 0.0;
   double gf_group_err = 0.0;
@@ -1521,21 +1690,28 @@ static void define_gf_group(VP9_COMP *cpi, FIRSTPASS_STATS *this_frame) {
   double mv_in_out_accumulator = 0.0;
   double abs_mv_in_out_accumulator = 0.0;
   double mv_ratio_accumulator_thresh;
-  unsigned int allow_alt_ref = oxcf->play_alternate && oxcf->lag_in_frames;
+  unsigned int allow_alt_ref = is_altref_enabled(cpi);
 
   int f_boost = 0;
   int b_boost = 0;
   int flash_detected;
   int active_max_gf_interval;
+  int active_min_gf_interval;
+  int64_t gf_group_bits;
+  double gf_group_error_left;
+  int gf_arf_bits;
+
+  // Reset the GF group data structures unless this is a key
+  // frame in which case it will already have been done.
+  if (cpi->common.frame_type != KEY_FRAME) {
+    vp9_zero(twopass->gf_group);
+  }
 
   vp9_clear_system_state();
   vp9_zero(next_frame);
 
-  twopass->gf_group_bits = 0;
-  start_pos = twopass->stats_in;
-
   // Load stats for the current frame.
-  mod_frame_err = calculate_modified_err(cpi, this_frame);
+  mod_frame_err = calculate_modified_err(twopass, oxcf, this_frame);
 
   // Note the error of the frame at the start of the group. This will be
   // the GF frame error if we code a normal gf.
@@ -1547,27 +1723,40 @@ static void define_gf_group(VP9_COMP *cpi, FIRSTPASS_STATS *this_frame) {
     gf_group_err -= gf_first_frame_err;
 
   // Motion breakout threshold for loop below depends on image size.
-  mv_ratio_accumulator_thresh = (cpi->common.width + cpi->common.height) / 10.0;
-
-  // Work out a maximum interval for the GF.
-  // If the image appears completely static we can extend beyond this.
-  // The value chosen depends on the active Q range. At low Q we have
-  // bits to spare and are better with a smaller interval and smaller boost.
-  // At high Q when there are few bits to spare we are better with a longer
-  // interval to spread the cost of the GF.
-  //
-  active_max_gf_interval =
-    12 + ((int)vp9_convert_qindex_to_q(rc->last_q[INTER_FRAME]) >> 5);
+  mv_ratio_accumulator_thresh = (cpi->common.width + cpi->common.height) / 4.0;
 
-  if (active_max_gf_interval > rc->max_gf_interval)
-    active_max_gf_interval = rc->max_gf_interval;
+  // Set a maximum and minimum interval for the GF group.
+  // If the image appears almost completely static we can extend beyond this.
+  {
+    int int_max_q =
+      (int)(vp9_convert_qindex_to_q(twopass->active_worst_quality,
+                                   cpi->common.bit_depth));
+    int int_lbq =
+      (int)(vp9_convert_qindex_to_q(rc->last_boosted_qindex,
+                                   cpi->common.bit_depth));
+    active_min_gf_interval = MIN_GF_INTERVAL + MIN(2, int_max_q / 200);
+    if (active_min_gf_interval > rc->max_gf_interval)
+      active_min_gf_interval = rc->max_gf_interval;
+
+    if (cpi->multi_arf_allowed) {
+      active_max_gf_interval = rc->max_gf_interval;
+    } else {
+      // The value chosen depends on the active Q range. At low Q we have
+      // bits to spare and are better with a smaller interval and smaller boost.
+      // At high Q when there are few bits to spare we are better with a longer
+      // interval to spread the cost of the GF.
+      active_max_gf_interval = 12 + MIN(4, (int_lbq / 6));
+      if (active_max_gf_interval > rc->max_gf_interval)
+        active_max_gf_interval = rc->max_gf_interval;
+    }
+  }
 
   i = 0;
   while (i < rc->static_scene_max_gf_interval && i < rc->frames_to_key) {
     ++i;
 
     // Accumulate error score of frames in this gf group.
-    mod_frame_err = calculate_modified_err(cpi, this_frame);
+    mod_frame_err = calculate_modified_err(twopass, oxcf, this_frame);
     gf_group_err += mod_frame_err;
 
     if (EOF == input_stats(twopass, &next_frame))
@@ -1587,14 +1776,13 @@ static void define_gf_group(VP9_COMP *cpi, FIRSTPASS_STATS *this_frame) {
     if (!flash_detected) {
       last_loop_decay_rate = loop_decay_rate;
       loop_decay_rate = get_prediction_decay_rate(&cpi->common, &next_frame);
+
       decay_accumulator = decay_accumulator * loop_decay_rate;
 
       // Monitor for static sections.
-      if ((next_frame.pcnt_inter - next_frame.pcnt_motion) <
-          zero_motion_accumulator) {
-        zero_motion_accumulator = next_frame.pcnt_inter -
-                                      next_frame.pcnt_motion;
-      }
+      zero_motion_accumulator =
+        MIN(zero_motion_accumulator,
+            get_zero_motion_factor(&cpi->common, &next_frame));
 
       // Break clause to detect very still sections after motion. For example,
       // a static image after a fade or other transition.
@@ -1606,163 +1794,82 @@ static void define_gf_group(VP9_COMP *cpi, FIRSTPASS_STATS *this_frame) {
     }
 
     // Calculate a boost number for this frame.
-    boost_score += (decay_accumulator *
-       calc_frame_boost(cpi, &next_frame, this_frame_mv_in_out));
+    boost_score += decay_accumulator * calc_frame_boost(cpi, &next_frame,
+                                                        this_frame_mv_in_out,
+                                                        GF_MAX_BOOST);
 
     // Break out conditions.
     if (
-      // Break at cpi->max_gf_interval unless almost totally static.
+      // Break at active_max_gf_interval unless almost totally static.
       (i >= active_max_gf_interval && (zero_motion_accumulator < 0.995)) ||
       (
         // Don't break out with a very short interval.
-        (i > MIN_GF_INTERVAL) &&
-        ((boost_score > 125.0) || (next_frame.pcnt_inter < 0.75)) &&
+        (i > active_min_gf_interval) &&
         (!flash_detected) &&
         ((mv_ratio_accumulator > mv_ratio_accumulator_thresh) ||
          (abs_mv_in_out_accumulator > 3.0) ||
          (mv_in_out_accumulator < -2.0) ||
-         ((boost_score - old_boost_score) < IIFACTOR)))) {
+         ((boost_score - old_boost_score) < BOOST_BREAKOUT)))) {
       boost_score = old_boost_score;
       break;
     }
 
     *this_frame = next_frame;
-
     old_boost_score = boost_score;
   }
 
   twopass->gf_zeromotion_pct = (int)(zero_motion_accumulator * 1000.0);
 
-  // Don't allow a gf too near the next kf.
-  if ((rc->frames_to_key - i) < MIN_GF_INTERVAL) {
-    while (i < (rc->frames_to_key + !rc->next_key_frame_forced)) {
-      ++i;
+  // Set the interval until the next gf.
+  if (cpi->common.frame_type == KEY_FRAME || rc->source_alt_ref_active)
+    rc->baseline_gf_interval = i - 1;
+  else
+    rc->baseline_gf_interval = i;
 
+  // Only encode alt reference frame in temporal base layer. So
+  // baseline_gf_interval should be multiple of a temporal layer group
+  // (typically the frame distance between two base layer frames)
+  if (is_two_pass_svc(cpi) && cpi->svc.number_temporal_layers > 1) {
+    int count = (1 << (cpi->svc.number_temporal_layers - 1)) - 1;
+    int new_gf_interval = (rc->baseline_gf_interval + count) & (~count);
+    int j;
+    for (j = 0; j < new_gf_interval - rc->baseline_gf_interval; ++j) {
       if (EOF == input_stats(twopass, this_frame))
         break;
-
-      if (i < rc->frames_to_key) {
-        mod_frame_err = calculate_modified_err(cpi, this_frame);
-        gf_group_err += mod_frame_err;
-      }
+      gf_group_err += calculate_modified_err(twopass, oxcf, this_frame);
     }
+    rc->baseline_gf_interval = new_gf_interval;
   }
 
-#if CONFIG_MULTIPLE_ARF
-  if (cpi->multi_arf_enabled) {
-    // Initialize frame coding order variables.
-    cpi->new_frame_coding_order_period = 0;
-    cpi->next_frame_in_order = 0;
-    cpi->arf_buffered = 0;
-    vp9_zero(cpi->frame_coding_order);
-    vp9_zero(cpi->arf_buffer_idx);
-    vpx_memset(cpi->arf_weight, -1, sizeof(cpi->arf_weight));
-  }
-#endif
-
-  // Set the interval until the next gf.
-  if (cpi->common.frame_type == KEY_FRAME || rc->source_alt_ref_active)
-    rc->baseline_gf_interval = i - 1;
-  else
-    rc->baseline_gf_interval = i;
+  rc->frames_till_gf_update_due = rc->baseline_gf_interval;
 
   // Should we use the alternate reference frame.
   if (allow_alt_ref &&
       (i < cpi->oxcf.lag_in_frames) &&
-      (i >= MIN_GF_INTERVAL) &&
-      // For real scene cuts (not forced kfs) don't allow arf very near kf.
-      (rc->next_key_frame_forced ||
-      (i <= (rc->frames_to_key - MIN_GF_INTERVAL)))) {
+      (i >= MIN_GF_INTERVAL)) {
     // Calculate the boost for alt ref.
     rc->gfu_boost = calc_arf_boost(cpi, 0, (i - 1), (i - 1), &f_boost,
                                    &b_boost);
     rc->source_alt_ref_pending = 1;
 
-#if CONFIG_MULTIPLE_ARF
-    // Set the ARF schedule.
-    if (cpi->multi_arf_enabled) {
-      schedule_frames(cpi, 0, -(rc->baseline_gf_interval - 1), 2, 1, 0);
-    }
-#endif
+    // Test to see if multi arf is appropriate.
+    cpi->multi_arf_enabled =
+      (cpi->multi_arf_allowed && (rc->baseline_gf_interval >= 6) &&
+      (zero_motion_accumulator < 0.995)) ? 1 : 0;
   } else {
-    rc->gfu_boost = (int)boost_score;
+    rc->gfu_boost = MAX((int)boost_score, MIN_ARF_GF_BOOST);
     rc->source_alt_ref_pending = 0;
-#if CONFIG_MULTIPLE_ARF
-    // Set the GF schedule.
-    if (cpi->multi_arf_enabled) {
-      schedule_frames(cpi, 0, rc->baseline_gf_interval - 1, 2, 0, 0);
-      assert(cpi->new_frame_coding_order_period ==
-             rc->baseline_gf_interval);
-    }
-#endif
   }
 
-#if CONFIG_MULTIPLE_ARF
-  if (cpi->multi_arf_enabled && (cpi->common.frame_type != KEY_FRAME)) {
-    int max_level = INT_MIN;
-    // Replace level indicator of -1 with correct level.
-    for (i = 0; i < cpi->frame_coding_order_period; ++i) {
-      if (cpi->arf_weight[i] > max_level) {
-        max_level = cpi->arf_weight[i];
-      }
-    }
-    ++max_level;
-    for (i = 0; i < cpi->frame_coding_order_period; ++i) {
-      if (cpi->arf_weight[i] == -1) {
-        cpi->arf_weight[i] = max_level;
-      }
-    }
-    cpi->max_arf_level = max_level;
-  }
-#if 0
-  if (cpi->multi_arf_enabled) {
-    printf("\nSchedule: ");
-    for (i = 0; i < cpi->new_frame_coding_order_period; ++i) {
-      printf("%4d ", cpi->frame_coding_order[i]);
-    }
-    printf("\n");
-    printf("ARFref:   ");
-    for (i = 0; i < cpi->new_frame_coding_order_period; ++i) {
-      printf("%4d ", cpi->arf_buffer_idx[i]);
-    }
-    printf("\n");
-    printf("Weight:   ");
-    for (i = 0; i < cpi->new_frame_coding_order_period; ++i) {
-      printf("%4d ", cpi->arf_weight[i]);
-    }
-    printf("\n");
-  }
-#endif
-#endif
   // Reset the file position.
   reset_fpf_position(twopass, start_pos);
 
   // Calculate the bits to be allocated to the gf/arf group as a whole
-  twopass->gf_group_bits = calculate_total_gf_group_bits(cpi, gf_group_err);
+  gf_group_bits = calculate_total_gf_group_bits(cpi, gf_group_err);
 
   // Calculate the extra bits to be used for boosted frame(s)
-  {
-    int q = rc->last_q[INTER_FRAME];
-    int boost = (rc->gfu_boost * gfboost_qadjust(q)) / 100;
-
-    // Set max and minimum boost and hence minimum allocation.
-    boost = clamp(boost, 125, (rc->baseline_gf_interval + 1) * 200);
-
-    // Calculate the extra bits to be used for boosted frame(s)
-    twopass->gf_bits = calculate_boost_bits(rc->baseline_gf_interval,
-                                            boost, twopass->gf_group_bits);
-
-
-    // For key frames the frame target rate is set already.
-    // NOTE: We dont bother to check for the special case of ARF overlay
-    // frames here, as there is clamping code for this in the function
-    // vp9_rc_clamp_pframe_target_size(), which applies to one and two pass
-    // encodes.
-    if (cpi->common.frame_type != KEY_FRAME &&
-        !vp9_is_upper_layer_key_frame(cpi)) {
-      vp9_rc_set_frame_target(cpi, twopass->gf_bits);
-    }
-  }
+  gf_arf_bits = calculate_boost_bits(rc->baseline_gf_interval,
+                                     rc->gfu_boost, gf_group_bits);
 
   // Adjust KF group bits and error remaining.
   twopass->kf_group_error_left -= (int64_t)gf_group_err;
@@ -1774,52 +1881,31 @@ static void define_gf_group(VP9_COMP *cpi, FIRSTPASS_STATS *this_frame) {
   // For normal GFs remove the score for the GF itself unless this is
   // also a key frame in which case it has already been accounted for.
   if (rc->source_alt_ref_pending) {
-    twopass->gf_group_error_left = (int64_t)(gf_group_err - mod_frame_err);
+    gf_group_error_left = gf_group_err - mod_frame_err;
   } else if (cpi->common.frame_type != KEY_FRAME) {
-    twopass->gf_group_error_left = (int64_t)(gf_group_err
-                                                 - gf_first_frame_err);
+    gf_group_error_left = gf_group_err - gf_first_frame_err;
   } else {
-    twopass->gf_group_error_left = (int64_t)gf_group_err;
+    gf_group_error_left = gf_group_err;
   }
 
+  // Allocate bits to each of the frames in the GF group.
+  allocate_gf_group_bits(cpi, gf_group_bits, gf_group_error_left, gf_arf_bits);
+
+  // Reset the file position.
+  reset_fpf_position(twopass, start_pos);
+
   // Calculate a section intra ratio used in setting max loop filter.
   if (cpi->common.frame_type != KEY_FRAME) {
-    calculate_section_intra_ratio(twopass, start_pos, rc->baseline_gf_interval);
+    twopass->section_intra_rating =
+        calculate_section_intra_ratio(start_pos, twopass->stats_in_end,
+                                      rc->baseline_gf_interval);
   }
 }
 
-// Allocate bits to a normal frame that is neither a gf an arf or a key frame.
-static void assign_std_frame_bits(VP9_COMP *cpi, FIRSTPASS_STATS *this_frame) {
-  struct twopass_rc *twopass = &cpi->twopass;
-  // For a single frame.
-  const int max_bits = frame_max_bits(&cpi->rc, &cpi->oxcf);
-  // Calculate modified prediction error used in bit allocation.
-  const double modified_err = calculate_modified_err(cpi, this_frame);
-  int target_frame_size;
-  double err_fraction;
-
-  if (twopass->gf_group_error_left > 0)
-    // What portion of the remaining GF group error is used by this frame.
-    err_fraction = modified_err / twopass->gf_group_error_left;
-  else
-    err_fraction = 0.0;
-
-  // How many of those bits available for allocation should we give it?
-  target_frame_size = (int)((double)twopass->gf_group_bits * err_fraction);
-
-  // Clip target size to 0 - max_bits (or cpi->twopass.gf_group_bits) at
-  // the top end.
-  target_frame_size = clamp(target_frame_size, 0,
-                            MIN(max_bits, (int)twopass->gf_group_bits));
-
-  // Adjust error and bits remaining.
-  twopass->gf_group_error_left -= (int64_t)modified_err;
-
-  // Per frame bit target for this frame.
-  vp9_rc_set_frame_target(cpi, target_frame_size);
-}
-
-static int test_candidate_kf(struct twopass_rc *twopass,
+// TODO(PGW) Re-examine the use of II ration in this code in the light of#
+// changes elsewhere
+#define KF_II_MAX 128.0
+static int test_candidate_kf(TWO_PASS *twopass,
                              const FIRSTPASS_STATS *last_frame,
                              const FIRSTPASS_STATS *this_frame,
                              const FIRSTPASS_STATS *next_frame) {
@@ -1848,11 +1934,11 @@ static int test_candidate_kf(struct twopass_rc *twopass,
 
     // Examine how well the key frame predicts subsequent frames.
     for (i = 0; i < 16; ++i) {
-      double next_iiratio = (IIKFACTOR1 * local_next_frame.intra_error /
+      double next_iiratio = (BOOST_FACTOR * local_next_frame.intra_error /
                              DOUBLE_DIVIDE_CHECK(local_next_frame.coded_error));
 
-      if (next_iiratio > RMAX)
-        next_iiratio = RMAX;
+      if (next_iiratio > KF_II_MAX)
+        next_iiratio = KF_II_MAX;
 
       // Cumulative effect of decay in prediction quality.
       if (local_next_frame.pcnt_inter > 0.85)
@@ -1899,12 +1985,17 @@ static int test_candidate_kf(struct twopass_rc *twopass,
 static void find_next_key_frame(VP9_COMP *cpi, FIRSTPASS_STATS *this_frame) {
   int i, j;
   RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
-  struct twopass_rc *const twopass = &cpi->twopass;
+  TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
+  GF_GROUP *const gf_group = &twopass->gf_group;
+  const VP9EncoderConfig *const oxcf = &cpi->oxcf;
   const FIRSTPASS_STATS first_frame = *this_frame;
-  const FIRSTPASS_STATS *start_position = twopass->stats_in;
+  const FIRSTPASS_STATS *const start_position = twopass->stats_in;
   FIRSTPASS_STATS next_frame;
   FIRSTPASS_STATS last_frame;
+  int kf_bits = 0;
+  int loop_decay_counter = 0;
   double decay_accumulator = 1.0;
+  double av_decay_accumulator = 0.0;
   double zero_motion_accumulator = 1.0;
   double boost_score = 0.0;
   double kf_mod_err = 0.0;
@@ -1915,11 +2006,16 @@ static void find_next_key_frame(VP9_COMP *cpi, FIRSTPASS_STATS *this_frame) {
 
   cpi->common.frame_type = KEY_FRAME;
 
+  // Reset the GF group data structures.
+  vp9_zero(*gf_group);
+
   // Is this a forced key frame by interval.
   rc->this_key_frame_forced = rc->next_key_frame_forced;
 
-  // Clear the alt ref active flag as this can never be active on a key frame.
+  // Clear the alt ref active flag and last group multi arf flags as they
+  // can never be set for a key frame.
   rc->source_alt_ref_active = 0;
+  cpi->multi_arf_last_grp_enabled = 0;
 
   // KF is always a GF so clear frames till next gf counter.
   rc->frames_till_gf_update_due = 0;
@@ -1929,30 +2025,31 @@ static void find_next_key_frame(VP9_COMP *cpi, FIRSTPASS_STATS *this_frame) {
   twopass->kf_group_bits = 0;        // Total bits available to kf group
   twopass->kf_group_error_left = 0;  // Group modified error score.
 
-  kf_mod_err = calculate_modified_err(cpi, this_frame);
+  kf_mod_err = calculate_modified_err(twopass, oxcf, this_frame);
 
   // Find the next keyframe.
   i = 0;
   while (twopass->stats_in < twopass->stats_in_end &&
          rc->frames_to_key < cpi->oxcf.key_freq) {
     // Accumulate kf group error.
-    kf_group_err += calculate_modified_err(cpi, this_frame);
+    kf_group_err += calculate_modified_err(twopass, oxcf, this_frame);
 
     // Load the next frame's stats.
     last_frame = *this_frame;
     input_stats(twopass, this_frame);
 
     // Provided that we are not at the end of the file...
-    if (cpi->oxcf.auto_key &&
-        lookup_next_frame_stats(twopass, &next_frame) != EOF) {
+    if (cpi->oxcf.auto_key && twopass->stats_in < twopass->stats_in_end) {
       double loop_decay_rate;
 
       // Check for a scene cut.
-      if (test_candidate_kf(twopass, &last_frame, this_frame, &next_frame))
+      if (test_candidate_kf(twopass, &last_frame, this_frame,
+                            twopass->stats_in))
         break;
 
       // How fast is the prediction quality decaying?
-      loop_decay_rate = get_prediction_decay_rate(&cpi->common, &next_frame);
+      loop_decay_rate = get_prediction_decay_rate(&cpi->common,
+                                                  twopass->stats_in);
 
       // We want to know something about the recent past... rather than
       // as used elsewhere where we are concerned with decay in prediction
@@ -1998,7 +2095,7 @@ static void find_next_key_frame(VP9_COMP *cpi, FIRSTPASS_STATS *this_frame) {
 
     // Rescan to get the correct error data for the forced kf group.
     for (i = 0; i < rc->frames_to_key; ++i) {
-      kf_group_err += calculate_modified_err(cpi, &tmp_frame);
+      kf_group_err += calculate_modified_err(twopass, oxcf, &tmp_frame);
       input_stats(twopass, &tmp_frame);
     }
     rc->next_key_frame_forced = 1;
@@ -2009,10 +2106,22 @@ static void find_next_key_frame(VP9_COMP *cpi, FIRSTPASS_STATS *this_frame) {
     rc->next_key_frame_forced = 0;
   }
 
+  if (is_two_pass_svc(cpi) && cpi->svc.number_temporal_layers > 1) {
+    int count = (1 << (cpi->svc.number_temporal_layers - 1)) - 1;
+    int new_frame_to_key = (rc->frames_to_key + count) & (~count);
+    int j;
+    for (j = 0; j < new_frame_to_key - rc->frames_to_key; ++j) {
+      if (EOF == input_stats(twopass, this_frame))
+        break;
+      kf_group_err += calculate_modified_err(twopass, oxcf, this_frame);
+    }
+    rc->frames_to_key = new_frame_to_key;
+  }
+
   // Special case for the last key frame of the file.
   if (twopass->stats_in >= twopass->stats_in_end) {
     // Accumulate kf group error.
-    kf_group_err += calculate_modified_err(cpi, this_frame);
+    kf_group_err += calculate_modified_err(twopass, oxcf, this_frame);
   }
 
   // Calculate the number of bits that should be assigned to the kf group.
@@ -2040,67 +2149,64 @@ static void find_next_key_frame(VP9_COMP *cpi, FIRSTPASS_STATS *this_frame) {
   // Reset the first pass file position.
   reset_fpf_position(twopass, start_position);
 
-  // Scan through the kf group collating various stats used to deteermine
+  // Scan through the kf group collating various stats used to determine
   // how many bits to spend on it.
   decay_accumulator = 1.0;
   boost_score = 0.0;
-  for (i = 0; i < rc->frames_to_key; ++i) {
+  for (i = 0; i < (rc->frames_to_key - 1); ++i) {
     if (EOF == input_stats(twopass, &next_frame))
       break;
 
     // Monitor for static sections.
-    if ((next_frame.pcnt_inter - next_frame.pcnt_motion) <
-            zero_motion_accumulator) {
-      zero_motion_accumulator = (next_frame.pcnt_inter -
-                                     next_frame.pcnt_motion);
-    }
+    zero_motion_accumulator =
+      MIN(zero_motion_accumulator,
+          get_zero_motion_factor(&cpi->common, &next_frame));
 
-    // For the first few frames collect data to decide kf boost.
-    if (i <= (rc->max_gf_interval * 2)) {
-      double r;
-      if (next_frame.intra_error > twopass->kf_intra_err_min)
-        r = (IIKFACTOR2 * next_frame.intra_error /
-             DOUBLE_DIVIDE_CHECK(next_frame.coded_error));
-      else
-        r = (IIKFACTOR2 * twopass->kf_intra_err_min /
-             DOUBLE_DIVIDE_CHECK(next_frame.coded_error));
-
-      if (r > RMAX)
-        r = RMAX;
+    // Not all frames in the group are necessarily used in calculating boost.
+    if ((i <= rc->max_gf_interval) ||
+        ((i <= (rc->max_gf_interval * 4)) && (decay_accumulator > 0.5))) {
+      const double frame_boost =
+        calc_frame_boost(cpi, this_frame, 0, KF_MAX_BOOST);
 
       // How fast is prediction quality decaying.
       if (!detect_flash(twopass, 0)) {
-        const double loop_decay_rate = get_prediction_decay_rate(&cpi->common,
-                                                                 &next_frame);
+        const double loop_decay_rate =
+          get_prediction_decay_rate(&cpi->common, &next_frame);
         decay_accumulator *= loop_decay_rate;
         decay_accumulator = MAX(decay_accumulator, MIN_DECAY_FACTOR);
+        av_decay_accumulator += decay_accumulator;
+        ++loop_decay_counter;
       }
-
-      boost_score += (decay_accumulator * r);
+      boost_score += (decay_accumulator * frame_boost);
     }
   }
+  av_decay_accumulator /= (double)loop_decay_counter;
+
+  reset_fpf_position(twopass, start_position);
 
   // Store the zero motion percentage
   twopass->kf_zeromotion_pct = (int)(zero_motion_accumulator * 100.0);
 
   // Calculate a section intra ratio used in setting max loop filter.
-  calculate_section_intra_ratio(twopass, start_position, rc->frames_to_key);
-
-  // Work out how many bits to allocate for the key frame itself.
-  rc->kf_boost = (int)boost_score;
+  twopass->section_intra_rating =
+      calculate_section_intra_ratio(start_position, twopass->stats_in_end,
+                                    rc->frames_to_key);
 
-  if (rc->kf_boost  < (rc->frames_to_key * 3))
-    rc->kf_boost  = (rc->frames_to_key * 3);
-  if (rc->kf_boost   < MIN_KF_BOOST)
-    rc->kf_boost = MIN_KF_BOOST;
+  // Apply various clamps for min and max boost
+  rc->kf_boost = (int)(av_decay_accumulator * boost_score);
+  rc->kf_boost = MAX(rc->kf_boost, (rc->frames_to_key * 3));
+  rc->kf_boost = MAX(rc->kf_boost, MIN_KF_BOOST);
 
-  twopass->kf_bits = calculate_boost_bits((rc->frames_to_key - 1),
-                                          rc->kf_boost, twopass->kf_group_bits);
+  // Work out how many bits to allocate for the key frame itself.
+  kf_bits = calculate_boost_bits((rc->frames_to_key - 1),
+                                  rc->kf_boost, twopass->kf_group_bits);
 
-  twopass->kf_group_bits -= twopass->kf_bits;
+  twopass->kf_group_bits -= kf_bits;
 
-  // Per frame bit target for this frame.
-  vp9_rc_set_frame_target(cpi, twopass->kf_bits);
+  // Save the bits to spend on the key frame.
+  gf_group->bit_allocation[0] = kf_bits;
+  gf_group->update_type[0] = KF_UPDATE;
+  gf_group->rf_level[0] = KF_STD;
 
   // Note the total error score of the kf group minus the key frame itself.
   twopass->kf_group_error_left = (int)(kf_group_err - kf_mod_err);
@@ -2111,23 +2217,23 @@ static void find_next_key_frame(VP9_COMP *cpi, FIRSTPASS_STATS *this_frame) {
   twopass->modified_error_left -= kf_group_err;
 }
 
-void vp9_rc_get_first_pass_params(VP9_COMP *cpi) {
-  VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
-  if (!cpi->refresh_alt_ref_frame &&
-      (cm->current_video_frame == 0 ||
-       (cpi->frame_flags & FRAMEFLAGS_KEY))) {
-    cm->frame_type = KEY_FRAME;
-  } else {
-    cm->frame_type = INTER_FRAME;
-  }
-  // Do not use periodic key frames.
-  cpi->rc.frames_to_key = INT_MAX;
-}
-
+#define VBR_PCT_ADJUSTMENT_LIMIT 50
 // For VBR...adjustment to the frame target based on error from previous frames
-void vbr_rate_correction(int * this_frame_target,
+void vbr_rate_correction(VP9_COMP *cpi,
+                         int * this_frame_target,
                          const int64_t vbr_bits_off_target) {
-  int max_delta = (*this_frame_target * 15) / 100;
+  int max_delta;
+  double position_factor = 1.0;
+
+  // How far through the clip are we.
+  // This number is used to damp the per frame rate correction.
+  // Range 0 - 1.0
+  if (cpi->twopass.total_stats.count) {
+    position_factor = sqrt((double)cpi->common.current_video_frame /
+                           cpi->twopass.total_stats.count);
+  }
+  max_delta = (int)(position_factor *
+                    ((*this_frame_target * VBR_PCT_ADJUSTMENT_LIMIT) / 100));
 
   // vbr_bits_off_target > 0 means we have extra bits to spend
   if (vbr_bits_off_target > 0) {
@@ -2141,22 +2247,69 @@ void vbr_rate_correction(int * this_frame_target,
   }
 }
 
+// Define the reference buffers that will be updated post encode.
+void configure_buffer_updates(VP9_COMP *cpi) {
+  TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
+
+  cpi->rc.is_src_frame_alt_ref = 0;
+  switch (twopass->gf_group.update_type[twopass->gf_group.index]) {
+    case KF_UPDATE:
+      cpi->refresh_last_frame = 1;
+      cpi->refresh_golden_frame = 1;
+      cpi->refresh_alt_ref_frame = 1;
+      break;
+    case LF_UPDATE:
+      cpi->refresh_last_frame = 1;
+      cpi->refresh_golden_frame = 0;
+      cpi->refresh_alt_ref_frame = 0;
+      break;
+    case GF_UPDATE:
+      cpi->refresh_last_frame = 1;
+      cpi->refresh_golden_frame = 1;
+      cpi->refresh_alt_ref_frame = 0;
+      break;
+    case OVERLAY_UPDATE:
+      cpi->refresh_last_frame = 0;
+      cpi->refresh_golden_frame = 1;
+      cpi->refresh_alt_ref_frame = 0;
+      cpi->rc.is_src_frame_alt_ref = 1;
+      break;
+    case ARF_UPDATE:
+      cpi->refresh_last_frame = 0;
+      cpi->refresh_golden_frame = 0;
+      cpi->refresh_alt_ref_frame = 1;
+      break;
+    default:
+      assert(0);
+      break;
+  }
+  if (is_two_pass_svc(cpi)) {
+    if (cpi->svc.temporal_layer_id > 0) {
+      cpi->refresh_last_frame = 0;
+      cpi->refresh_golden_frame = 0;
+    }
+    if (cpi->svc.layer_context[cpi->svc.spatial_layer_id].gold_ref_idx < 0)
+      cpi->refresh_golden_frame = 0;
+    if (cpi->alt_ref_source == NULL)
+      cpi->refresh_alt_ref_frame = 0;
+  }
+}
+
+
 void vp9_rc_get_second_pass_params(VP9_COMP *cpi) {
   VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
   RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
-  struct twopass_rc *const twopass = &cpi->twopass;
+  TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
+  GF_GROUP *const gf_group = &twopass->gf_group;
   int frames_left;
   FIRSTPASS_STATS this_frame;
   FIRSTPASS_STATS this_frame_copy;
 
-  double this_frame_intra_error;
-  double this_frame_coded_error;
-  int target;
-  LAYER_CONTEXT *lc = NULL;
-  const int is_spatial_svc = (cpi->use_svc &&
-                              cpi->svc.number_temporal_layers == 1);
-  if (is_spatial_svc) {
-    lc = &cpi->svc.layer_context[cpi->svc.spatial_layer_id];
+  int target_rate;
+  LAYER_CONTEXT *const lc = is_two_pass_svc(cpi) ?
+        &cpi->svc.layer_context[cpi->svc.spatial_layer_id] : 0;
+
+  if (lc != NULL) {
     frames_left = (int)(twopass->total_stats.count -
                   lc->current_video_frame_in_layer);
   } else {
@@ -2167,30 +2320,42 @@ void vp9_rc_get_second_pass_params(VP9_COMP *cpi) {
   if (!twopass->stats_in)
     return;
 
-  if (cpi->refresh_alt_ref_frame) {
-    int modified_target = twopass->gf_bits;
-    rc->base_frame_target = twopass->gf_bits;
-    cm->frame_type = INTER_FRAME;
-#ifdef LONG_TERM_VBR_CORRECTION
+  // If this is an arf frame then we dont want to read the stats file or
+  // advance the input pointer as we already have what we need.
+  if (gf_group->update_type[gf_group->index] == ARF_UPDATE) {
+    int target_rate;
+    configure_buffer_updates(cpi);
+    target_rate = gf_group->bit_allocation[gf_group->index];
+    target_rate = vp9_rc_clamp_pframe_target_size(cpi, target_rate);
+    rc->base_frame_target = target_rate;
+
     // Correction to rate target based on prior over or under shoot.
-    if (cpi->oxcf.rc_mode == RC_MODE_VBR)
-      vbr_rate_correction(&modified_target, rc->vbr_bits_off_target);
-#endif
-    vp9_rc_set_frame_target(cpi, modified_target);
+    if (cpi->oxcf.rc_mode == VPX_VBR)
+      vbr_rate_correction(cpi, &target_rate, rc->vbr_bits_off_target);
+
+    vp9_rc_set_frame_target(cpi, target_rate);
+    cm->frame_type = INTER_FRAME;
+
+    if (lc != NULL) {
+      if (cpi->svc.spatial_layer_id == 0) {
+        lc->is_key_frame = 0;
+      } else {
+        lc->is_key_frame = cpi->svc.layer_context[0].is_key_frame;
+
+        if (lc->is_key_frame)
+          cpi->ref_frame_flags &= (~VP9_LAST_FLAG);
+      }
+    }
+
     return;
   }
 
   vp9_clear_system_state();
 
-  if (is_spatial_svc && twopass->kf_intra_err_min == 0) {
-    twopass->kf_intra_err_min = KF_MB_INTRA_MIN * cpi->common.MBs;
-    twopass->gf_intra_err_min = GF_MB_INTRA_MIN * cpi->common.MBs;
-  }
-
-  if (cpi->oxcf.rc_mode == RC_MODE_CONSTANT_QUALITY) {
+  if (cpi->oxcf.rc_mode == VPX_Q) {
     twopass->active_worst_quality = cpi->oxcf.cq_level;
   } else if (cm->current_video_frame == 0 ||
-             (is_spatial_svc && lc->current_video_frame_in_layer == 0)) {
+             (lc != NULL && lc->current_video_frame_in_layer == 0)) {
     // Special case code for first frame.
     const int section_target_bandwidth = (int)(twopass->bits_left /
                                                frames_left);
@@ -2198,142 +2363,151 @@ void vp9_rc_get_second_pass_params(VP9_COMP *cpi) {
                                                 section_target_bandwidth);
     twopass->active_worst_quality = tmp_q;
     rc->ni_av_qi = tmp_q;
-    rc->avg_q = vp9_convert_qindex_to_q(tmp_q);
+    rc->last_q[INTER_FRAME] = tmp_q;
+    rc->avg_q = vp9_convert_qindex_to_q(tmp_q, cm->bit_depth);
+    rc->avg_frame_qindex[INTER_FRAME] = tmp_q;
+    rc->last_q[KEY_FRAME] = (tmp_q + cpi->oxcf.best_allowed_q) / 2;
+    rc->avg_frame_qindex[KEY_FRAME] = rc->last_q[KEY_FRAME];
   }
   vp9_zero(this_frame);
   if (EOF == input_stats(twopass, &this_frame))
     return;
 
-  this_frame_intra_error = this_frame.intra_error;
-  this_frame_coded_error = this_frame.coded_error;
+  // Local copy of the current frame's first pass stats.
+  this_frame_copy = this_frame;
 
   // Keyframe and section processing.
   if (rc->frames_to_key == 0 ||
       (cpi->frame_flags & FRAMEFLAGS_KEY)) {
     // Define next KF group and assign bits to it.
-    this_frame_copy = this_frame;
     find_next_key_frame(cpi, &this_frame_copy);
-    // Don't place key frame in any enhancement layers in spatial svc
-    if (is_spatial_svc) {
-      lc->is_key_frame = 1;
-      if (cpi->svc.spatial_layer_id > 0) {
-        cm->frame_type = INTER_FRAME;
-      }
-    }
   } else {
-    if (is_spatial_svc) {
-      lc->is_key_frame = 0;
-    }
     cm->frame_type = INTER_FRAME;
   }
 
-  // Is this frame a GF / ARF? (Note: a key frame is always also a GF).
-  if (rc->frames_till_gf_update_due == 0) {
-    // Define next gf group and assign bits to it.
-    this_frame_copy = this_frame;
-
-#if CONFIG_MULTIPLE_ARF
-    if (cpi->multi_arf_enabled) {
-      define_fixed_arf_period(cpi);
+  if (lc != NULL) {
+    if (cpi->svc.spatial_layer_id == 0) {
+      lc->is_key_frame = (cm->frame_type == KEY_FRAME);
+      if (lc->is_key_frame) {
+        cpi->ref_frame_flags &=
+            (~VP9_LAST_FLAG & ~VP9_GOLD_FLAG & ~VP9_ALT_FLAG);
+        lc->frames_from_key_frame = 0;
+        // Reset the empty frame resolution since we have a key frame.
+        cpi->svc.empty_frame_width = cm->width;
+        cpi->svc.empty_frame_height = cm->height;
+      }
     } else {
-#endif
-      define_gf_group(cpi, &this_frame_copy);
-#if CONFIG_MULTIPLE_ARF
-    }
-#endif
+      cm->frame_type = INTER_FRAME;
+      lc->is_key_frame = cpi->svc.layer_context[0].is_key_frame;
 
-    if (twopass->gf_zeromotion_pct > 995) {
-      // As long as max_thresh for encode breakout is small enough, it is ok
-      // to enable it for show frame, i.e. set allow_encode_breakout to
-      // ENCODE_BREAKOUT_LIMITED.
-      if (!cm->show_frame)
-        cpi->allow_encode_breakout = ENCODE_BREAKOUT_DISABLED;
-      else
-        cpi->allow_encode_breakout = ENCODE_BREAKOUT_LIMITED;
+      if (lc->is_key_frame) {
+        cpi->ref_frame_flags &= (~VP9_LAST_FLAG);
+        lc->frames_from_key_frame = 0;
+      }
     }
-
-    rc->frames_till_gf_update_due = rc->baseline_gf_interval;
-    cpi->refresh_golden_frame = 1;
-  } else {
-    // Otherwise this is an ordinary frame.
-    // Assign bits from those allocated to the GF group.
-    this_frame_copy =  this_frame;
-    assign_std_frame_bits(cpi, &this_frame_copy);
   }
 
-  // Keep a globally available copy of this and the next frame's iiratio.
-  twopass->this_iiratio = (int)(this_frame_intra_error /
-                              DOUBLE_DIVIDE_CHECK(this_frame_coded_error));
-  {
-    FIRSTPASS_STATS next_frame;
-    if (lookup_next_frame_stats(twopass, &next_frame) != EOF) {
-      twopass->next_iiratio = (int)(next_frame.intra_error /
-                                 DOUBLE_DIVIDE_CHECK(next_frame.coded_error));
+  // Define a new GF/ARF group. (Should always enter here for key frames).
+  if (rc->frames_till_gf_update_due == 0) {
+    define_gf_group(cpi, &this_frame_copy);
+
+    rc->frames_till_gf_update_due = rc->baseline_gf_interval;
+    if (lc != NULL)
+      cpi->refresh_golden_frame = 1;
+
+#if ARF_STATS_OUTPUT
+    {
+      FILE *fpfile;
+      fpfile = fopen("arf.stt", "a");
+      ++arf_count;
+      fprintf(fpfile, "%10d %10ld %10d %10d %10ld\n",
+              cm->current_video_frame, rc->frames_till_gf_update_due,
+              rc->kf_boost, arf_count, rc->gfu_boost);
+
+      fclose(fpfile);
     }
+#endif
   }
 
+  configure_buffer_updates(cpi);
+
+  target_rate = gf_group->bit_allocation[gf_group->index];
   if (cpi->common.frame_type == KEY_FRAME)
-    target = vp9_rc_clamp_iframe_target_size(cpi, rc->this_frame_target);
+    target_rate = vp9_rc_clamp_iframe_target_size(cpi, target_rate);
   else
-    target = vp9_rc_clamp_pframe_target_size(cpi, rc->this_frame_target);
+    target_rate = vp9_rc_clamp_pframe_target_size(cpi, target_rate);
+
+  rc->base_frame_target = target_rate;
 
-  rc->base_frame_target = target;
-#ifdef LONG_TERM_VBR_CORRECTION
   // Correction to rate target based on prior over or under shoot.
-  if (cpi->oxcf.rc_mode == RC_MODE_VBR)
-    vbr_rate_correction(&target, rc->vbr_bits_off_target);
-#endif
-  vp9_rc_set_frame_target(cpi, target);
+  if (cpi->oxcf.rc_mode == VPX_VBR)
+    vbr_rate_correction(cpi, &target_rate, rc->vbr_bits_off_target);
+
+  vp9_rc_set_frame_target(cpi, target_rate);
 
   // Update the total stats remaining structure.
   subtract_stats(&twopass->total_left_stats, &this_frame);
 }
 
+#define MINQ_ADJ_LIMIT 32
+#define Q_LIMIT_STEP 1
 void vp9_twopass_postencode_update(VP9_COMP *cpi) {
+  TWO_PASS *const twopass = &cpi->twopass;
   RATE_CONTROL *const rc = &cpi->rc;
-#ifdef LONG_TERM_VBR_CORRECTION
-  // In this experimental mode, the VBR correction is done exclusively through
-  // rc->vbr_bits_off_target. Based on the sign of this value, a limited %
-  // adjustment is made to the target rate of subsequent frames, to try and
-  // push it back towards 0. This mode is less likely to suffer from
-  // extreme behaviour at the end of a clip or group of frames.
   const int bits_used = rc->base_frame_target;
+
+  // VBR correction is done through rc->vbr_bits_off_target. Based on the
+  // sign of this value, a limited % adjustment is made to the target rate
+  // of subsequent frames, to try and push it back towards 0. This method
+  // is designed to prevent extreme behaviour at the end of a clip
+  // or group of frames.
   rc->vbr_bits_off_target += rc->base_frame_target - rc->projected_frame_size;
-#else
-  // In this mode, VBR correction is acheived by altering bits_left,
-  // kf_group_bits & gf_group_bits to reflect any deviation from the target
-  // rate in this frame. This alters the allocation of bits to the
-  // remaning frames in the group / clip.
-  //
-  // This method can give rise to unstable behaviour near the end of a clip
-  // or kf/gf group of frames where any accumulated error is corrected over an
-  // ever decreasing number of frames. Hence we change the balance of target
-  // vs. actual bitrate gradually as we progress towards the end of the
-  // sequence in order to mitigate this effect.
-  const double progress =
-      (double)(cpi->twopass.stats_in - cpi->twopass.stats_in_start) /
-              (cpi->twopass.stats_in_end - cpi->twopass.stats_in_start);
-  const int bits_used = (int)(progress * rc->this_frame_target +
-                             (1.0 - progress) * rc->projected_frame_size);
-#endif
+  twopass->bits_left = MAX(twopass->bits_left - bits_used, 0);
 
-  cpi->twopass.bits_left -= bits_used;
-  cpi->twopass.bits_left = MAX(cpi->twopass.bits_left, 0);
+  // Calculate the pct rc error.
+  if (rc->total_actual_bits) {
+    rc->rate_error_estimate =
+      (int)((rc->vbr_bits_off_target * 100) / rc->total_actual_bits);
+    rc->rate_error_estimate = clamp(rc->rate_error_estimate, -100, 100);
+  } else {
+    rc->rate_error_estimate = 0;
+  }
 
-#ifdef LONG_TERM_VBR_CORRECTION
   if (cpi->common.frame_type != KEY_FRAME &&
       !vp9_is_upper_layer_key_frame(cpi)) {
-#else
-  if (cpi->common.frame_type == KEY_FRAME ||
-      vp9_is_upper_layer_key_frame(cpi)) {
-    // For key frames kf_group_bits already had the target bits subtracted out.
-    // So now update to the correct value based on the actual bits used.
-    cpi->twopass.kf_group_bits += cpi->rc.this_frame_target - bits_used;
-  } else {
-#endif
-    cpi->twopass.kf_group_bits -= bits_used;
-    cpi->twopass.gf_group_bits -= bits_used;
-    cpi->twopass.gf_group_bits = MAX(cpi->twopass.gf_group_bits, 0);
+    twopass->kf_group_bits -= bits_used;
+    twopass->last_kfgroup_zeromotion_pct = twopass->kf_zeromotion_pct;
+  }
+  twopass->kf_group_bits = MAX(twopass->kf_group_bits, 0);
+
+  // Increment the gf group index ready for the next frame.
+  ++twopass->gf_group.index;
+
+  // If the rate control is drifting consider adjustment ot min or maxq.
+  // Only make adjustments on gf/arf
+  if ((cpi->oxcf.rc_mode == VPX_VBR) &&
+      (cpi->twopass.gf_zeromotion_pct < VLOW_MOTION_THRESHOLD) &&
+      !cpi->rc.is_src_frame_alt_ref) {
+    const int maxq_adj_limit =
+      rc->worst_quality - twopass->active_worst_quality;
+
+    // Undershoot.
+    if (rc->rate_error_estimate > cpi->oxcf.under_shoot_pct) {
+      --twopass->extend_maxq;
+      if (rc->rolling_target_bits >= rc->rolling_actual_bits)
+        twopass->extend_minq += Q_LIMIT_STEP;
+    // Overshoot.
+    } else if (rc->rate_error_estimate < -cpi->oxcf.over_shoot_pct) {
+      --twopass->extend_minq;
+      if (rc->rolling_target_bits < rc->rolling_actual_bits)
+        twopass->extend_maxq += Q_LIMIT_STEP;
+    } else {
+      if (rc->rolling_target_bits < rc->rolling_actual_bits)
+        --twopass->extend_minq;
+      if (rc->rolling_target_bits > rc->rolling_actual_bits)
+        --twopass->extend_maxq;
+    }
+    twopass->extend_minq = clamp(twopass->extend_minq, 0, MINQ_ADJ_LIMIT);
+    twopass->extend_maxq = clamp(twopass->extend_maxq, 0, maxq_adj_limit);
   }
-  cpi->twopass.kf_group_bits = MAX(cpi->twopass.kf_group_bits, 0);
 }