随着视频逐渐成为人们获取信息的主要途径之一,消费者对观看体验的要求也不断提高。4K超高清视频具有3840×2160的分辨率,并且拥有更细腻的画质,这些特质极大保证了用户体验质量。相比于传统视频,4K视频需要更高码率和更大的存储空间,如何兼顾良好的视频质量和节约编码码率是4K视频能否继续快速发展的关键。本文从实际需求出发,利用视频内容特征对4K视频进行码率预测技术的研究。本文采用了主客观质量评测方法相结合的方案进行研究。首先为了解决目前4K视频主观分值数据缺乏的难题,本文严格根据ITU标准建议书对4K、HD、720p等多种分辨率视频做了主观质量评测实验。其次通过实验数据分析视频质量与码率的关系,发现在固定视频质量要求时,视频的内容将极大影响编码码率。该结论为选择视频内容特征来预测码率提供了依据。常见的码率预测方法通常需要对视频重复编码以选择合适的码率,本文则通过选用无需编码的无参考客观视频质量评测模型减小了计算复杂度。首先利用本文收集的4K和HD视频主观分值数据比较分析了几种较新的无参考模型效果,其次对4K视频计算了常用的内容和损伤特征,并利用主成分分析方法选择内容特征作为提取的视频特征。随后本文利用内容特征对无参考模型进行优化。实验用皮尔森相关系数表征预测结果,数据显示本文模型的皮尔森相关系数最高提升了21.76%。本文更进一步地对整体的预测方法做了优化。首先通过聚类分析的方法将具有相似内容特征的视频聚为一簇,在每一簇内拟合模型参数并进行预测。实验结果显示预测效果最高提升了18.97%。在节省码率方面,以序列“Marathon”为例,在达到相同的视频质量时,相比于工业界编码4K视频常用的15000kbps码率,本文提出的预测方法将码率减小了69.40%。其次观察实验数据发现“视频质量-码率”曲线的拐点数据有可能进一步节约码率,因此根据实验数据提出了一种关于拐点码率与预测码率的选取规则以确定最佳码率。本文最终实现了既保证良好视频质量又节约编码码率的研究目的。