数字水印技术作为一种有效的版权信息保护技术,在数字化信息时代得到了广泛的研究和应用,为了不断适应数字水印技术对水印质量的要求,数字水印算法也在不断完善和改进,已经处于相对成熟的阶段。目前大多数数字水印算法基于软件层面实现,无法满足一些对水印嵌入实时性要求较高的应用场景。随着集成电路的不断发展,基于硬件实现的数字水印算法可以作为IP（Intellectual Property）集成在一些有版权保护需求的芯片中,其具有低功耗、实时性好及可靠性高的优点,广泛应用于数码相机、电子相框、多媒体播放终端等消费类电子产品当中。本文基于一款多媒体So C（System On Chip）芯片中的视频处理单元（Video Processing Unit,VPU）,在研究了数字水印算法原理的基础上,设计并验证了一种基于空域水印算法的硬件数字水印模块,并提出了一种多核处理的实现方式,使该模块可以在有限资源内满足超高清（Ultra High Definition,UHD）视频帧处理的需求。论文的主要研究工作与成果有:1、研究了一种通过感知模型实现的自适应最低有效位（Least Significant Bit,LSB）替换算法。感知模型以当前像素三个方位的点划分方式获取其局部噪声水平,通过不同级别的噪声门限决定水印嵌入的合理容量,最终达到自适应水印嵌入的效果。该算法的测试结果显示水印嵌入的不可见性良好,且峰值信噪比优于简单LSB算法和一般的局部像素调整算法。2、通过对算法原理的研究,基于硬件实现了数字水印模块。根据算法流程对硬件设计进行了功能划分与整体框架设计,将硬件设计划分为水印产生模块、噪声计算模块以及水印叠加模块。为适应超高清分辨率的应用需求,提出了一种多核设计的架构,使硬件设计可以实现单核和多核功能模式的复用。在多核模式下,通过将图像平均分片的方式实现多核并行处理,在有限资源内提升了模块对超高清视频帧的处理能力。3、设计并实现了一种参数化多核验证平台。通过对硬件设计的验证需求分析,基于UVM（Universal Verification Methodology,UVM）提出了一种由宏定义实现的参数化验证平台,并对相关组件及其内部函数进行了参数化设计,使其灵活支持多种硬件模式的验证工作。在验证平台内使用动态多线程的方式分别实现了对多种硬件模式的数据驱动和收集,以满足硬件设计对验证功能点的需求。4、对硬件设计进行功能验证。根据测试用例规划对水印模块进行了验证,通过各功能模块的波形分析、多种硬件模式下的输出结果可视化检查等方式对水印模块进行了功能实现的验证,并通过回归测试生成了覆盖率报告,对水印模块的硬件开发工作予以总结。本研究基于Linux开发环境,由Verilog HDL语言完成硬件设计,并通过使用Synopsys公司的EDA软件Verdi完成模块的验证工作。验证结果表明水印模块在单核及多核的运行模式下,各功能模块的实现均符合预期。通过对模块输出结果的可视化检查验证了模块对水印算法效果的实现,多种模式下输出图像帧的水印嵌入符合预期,水印的不可见性良好。模块覆盖率报告显示各项覆盖率统计均在95%以上,验证工作较为完备。