Abstract Developments in information technology have had a big impact in healthcare, producing vast amounts of data and increasing demands associated with their secure transfer, storage and analysis. To serve them, biomedical data need to carry patient information and records or even extra biomedical images or signals required for multimodal applications. The proposed solution is to host this information in data using data hiding algorithms through the introduction of imperceptible modifications achieving two main purposes: increasing data management efficiency and enhancing the security aspects of confidentiality, reliability and availability. Data hiding achieve this by embedding the payload in objects, including components such as authentication tags, without requirements in extra space or modifications in repositories. The proposed methods satisfy two research problems. The first is the hospital-centric problem of providing efficient and secure management of data in hospital networks. This includes combinations of multimodal data in single objects. The host data were biomedical images and sequences intended for diagnoses meaning that even non-visible modifications can cause errors. Thus, a determining restriction was reversibility. Reversible data hiding methods remove the introduced modifications upon extraction of the payload. Embedding capacity was another priority that determined the proposed algorithms. To meet those demands, the algorithms were based on the Least Significant Bit Substitution and Histogram Shifting approaches. The second was the patient-centric problem, including user authentication and issues of secure and efficient data transfer in eHealth systems. Two novel solutions were proposed. The first method uses data hiding to increase the robustness of face biometrics in photos, where due to the high robustness requirements, a periodic pattern embedding approach was used. The second method protects sensitive user data collected by smartphones. In this case, to meet the low computational cost requirements, the method was based on Least Significant Bit Substitution. Concluding, the proposed algorithms introduced novel data hiding applications and demonstrated competitive embedding properties in existing applications. / Tiivistelmä Modernit terveydenhuoltojärjestelmät tuottavat suuria määriä tietoa, mikä korostaa tiedon turvalliseen siirtämiseen, tallentamiseen ja analysointiin liittyviä vaatimuksia. Täyttääkseen nämä vaatimukset, biolääketieteellisen tiedon täytyy sisältää potilastietoja ja -kertomusta, jopa biolääketieteellisiä lisäkuvia ja -signaaleja, joita tarvitaan multimodaalisissa sovelluksissa. Esitetty ratkaisu on upottaa tämä informaatio tietoon käyttäen tiedonpiilotusmenetelmiä, joissa näkymättömiä muutoksia tehden saavutetaan kaksi päämäärää: tiedonhallinnan tehokkuuden nostaminen ja luottamuksellisuuteen, luotettavuuteen ja saatavuuteen liittyvien turvallisuusnäkökulmien parantaminen. Tiedonpiilotus saavuttaa tämän upottamalla hyötykuorman, sisältäen komponentteja, kuten todentamismerkinnät, ilman lisätilavaatimuksia tai muutoksia tietokantoihin. Esitetyt menetelmät ratkaisevat kaksi tutkimusongelmaa. Ensimmäinen on sairaalakeskeinen ongelma tehokkaan ja turvallisen tiedonhallinnan tarjoamiseen sairaaloiden verkoissa. Tämä sisältää multimodaalisen tiedon yhdistämisen yhdeksi kokonaisuudeksi. Tiedon kantajana olivat biolääketieteelliset kuvat ja sekvenssit, jotka on tarkoitettu diagnosointiin, missä jopa näkymättömät muutokset voivat aiheuttaa virheitä. Siispä määrittävin rajoite oli palautettavuus. Palauttavat tiedonpiilotus-menetelmät poistavat lisätyt muutokset, kun hyötykuorma irrotetaan. Upotuskapasiteetti oli toinen tavoite, joka määritteli esitettyjä algoritmeja. Saavuttaakseen nämä vaatimukset, algoritmit perustuivat vähiten merkitsevän bitin korvaamiseen ja histogrammin siirtämiseen. Toisena oli potilaskeskeinen ongelma, joka sisältää käyttäjän henkilöllisyyden todentamisen sekä turvalliseen ja tehokkaaseen tiedonsiirtoon liittyvät haasteet eHealth-järjestelmissä. Työssä ehdotettiin kahta uutta ratkaisua. Ensimmäinen niistä käyttää tiedonpiilotusta parantamaan kasvojen biometriikan kestävyyttä valokuvissa. Korkeasta kestävyysvaatimuksesta johtuen käytettiin periodisen kuvion upottamismenetelmää. Toinen menetelmä suojelee älypuhelimien keräämää arkaluontoista käyttäjätietoa. Tässä tapauksessa, jotta matala laskennallinen kustannus saavutetaan, menetelmä perustui vähiten merkitsevän bitin korvaamiseen. Yhteenvetona ehdotetut algoritmit esittelivät uusia tiedonpiilotussovelluksia ja osoittivat kilpailukykyisiä upotusominaisuuksia olemassa olevissa sovelluksissa.

Abstract Novel methods and tools are needed for the performance evaluation of future embedded systems due to the increasing system complexity. Systems accommodate a large number of on-terminal and or downloadable applications offering the users with numerous services related to telecommunication, audio and video, digital television, internet and navigation. More flexibility, scalability and modularity is expected from execution platforms to support applications. Digital processing architectures will evolve from the current system-on-chips to massively parallel computers consisting of heterogeneous subsystems connected by a network-on-chip. As a consequence, the overall complexity of system evaluation will increase by orders of magnitude. The ABSOLUT performance simulation approach presented in this thesis combats evaluation complexity by abstracting the functionality of the applications with workload models consisting of instruction-like primitives. Workload models can be created from application specifications, measurement results, execution traces, or the source code. Complexity of execution platform models is also reduced since the data paths of processing elements need not be modelled in detail and data transfers and storage are simulated only from the performance point of view. The modelling approach enables early evaluation since mature hardware or software is not required for the modelling or simulation of complete systems. ABSOLUT is applied to a number of case studies including mobile phone usage, MP3 playback, MPEG4 encoding and decoding, 3D gaming, virtual network computing, and parallel software-defined radio applications. The platforms used in the studies represent both embedded systems and personal computers, and at the same time both currently existing platforms and future designs. The results obtained from simulations are compared to measurements from real platforms, which reveals an average difference of 12% in the results. This exceeds the accuracy requirements expected from virtual system-based simulation approaches intended for early evaluation. / Tiivistelmä Sulautettujen tietokonejärjestelmien suorituskyvyn arviointi muuttuu yhä haastavammaksi järjestelmien kasvavan kompleksisuuden vuoksi. Järjestelmissä on suuri määrä sovelluksia, jotka tarjoavat käyttäjälle palveluita liittyen esimerkiksi telekommunikaatioon, äänen ja videokuvan toistoon, internet-selaukseen ja navigaatioon. Tästä johtuen suoritusalustoilta edellytetään yhä enemmän joustavuutta, skaalautuvuutta ja modulaarisuutta. Suoritusarkkitehtuurit kehittyvät nykyisistä System-on-Chip (SoC) -ratkaisuista Network-on-Chip (NoC) -rinnakkaistietokoneiksi, jotka koostuvat heterogeenisistä alijärjestelmistä. Sovellusten ja suoritusalustan muodostaman järjestelmän suorituskyvyn arviointiin tarvitaan uusia menetelmiä ja työkaluja, joilla kompleksisuutta voidaan hallita. Tässä väitöskirjassa esitettävä ABSOLUT-simulointimenetelmä pienentää suorituskyvyn arvioinnin kompleksisuutta abstrahoimalla sovelluksen toiminnallisuutta työkuormamalleilla, jotka koostuvat kuormaprimitiiveistä suorittimen käskyjen sijaan. Työkuormamalleja voidaan luoda sovellusten spesifikaatioista, mittaustuloksista, suoritusjäljistä tai sovellusten lähdekoodeista. Suoritusalustoista ABSOLUT-menetelmä käyttää yksinkertaisia kapasiteettimalleja toiminnallisten mallien sijaan: suoritinarkkitehtuurit mallinnetaan korkealla tasolla ja tiedonsiirto ja tiedon varastointi mallinnetaan vain suorituskyvyn näkökulmasta. Menetelmä mahdollistaa aikaisen suorituskyvyn arvioinnin, koska malleja voidaan luoda ja simuloida jo ennen valmiin sovelluksen tai suoritusalustan olemassaoloa. ABSOLUT-menetelmää on käytetty useissa erilaisissa kokeiluissa, jotka sisälsivät esimerkiksi matkapuhelimen käyttöä, äänen ja videokuvan toistoa ja tallennusta, 3D-pelin pelaamista ja digitaalista tiedonsiirtoa. Esimerkeissä käytetiin tyypillisiä suoritusalustoja sekä kotitietokoneiden että sulautettujen järjestelmien maailmasta. Lisäksi osa esimerkeistä pohjautui tuleviin tai keksittyihin suoritusalustoihin. Osa simuloinneista on varmennettu vertaamalla simulointituloksia todellisista järjestelmistä saatuihin mittaustuloksiin. Niiden välillä huomattiin keskimäärin 12 prosentin poikkeama, mikä ylittää aikaisen vaiheen suorituskyvyn simulointimenetelmiltä vaadittavan tarkkuuden.

Abstracts Data and information accumulated during several years of questionnaire and checklist surveys; site visits and walk-thorough investigations in some small and medium-sized enterprises provided the basis of this thesis. Seven articles are included in this thesis, dealing with workers' physical, physiological, cognitive and psychosocial issues. The data were collected on the target group of workers from different work sites in Bangladesh for a comprehensive assessment of tasks, jobs and ergonomic issues. Jobs and tasks were classified according to the job content and task activity they performed. Most of the subjects were interviewed and some of them volunteered for physiological tests to bring attention to their occupational exposure to potentially strenuous activities in a hot and humid climate. The results showed that their working environment was non-ergonomic, not only because of the work-related problems themselves but also because of stressful tasks, extensive use of muscle force, old machinery, economic constraints, and a lack of enforcement of work regulations and labour legislation. The findings also demonstrated that the workers were associated with an increased risk of occupational hazards due to various local reasons. The results of the case studies give some insight towards a better understanding of health, safety and ergonomics applications that may contribute to bring working society together and initiate a broad-based improvement of the working environment in many developing countries like Bangladesh. The practical concern of this thesis is to improve the design of the workstation as well as to improve a worker's safe manipulation of tools and equipment and control of machinery, critical posture, and so on. This thesis also attempts to contribute the author's own views and suggestions with the hope of drawing workers' and employers' awareness and public attention towards unsafe acts and conditions, and for increasing the implementation of work regulations and labour legislation. In order to discern probable solutions, this thesis implies a prerequisite of low cost engineering solutions in the small and medium-sized enterprises. As such, it outlines applications of locally available technology utilising practical knowledge, which also provide practical approaches so that work-tasks are less stressful but productive, and safe. So, to help ergonomic application to be effective, some technical measures appropriate for local environments are thus illustrated that can be directly implemented in the developing countries like Bangladesh to prevent and control work-related problems. However, the ultimate improvement will depend on the attitude of the people involved at all levels of an interactive system, while health and safety measures are introduced in synchronisation with local systems and/or existing environments. Emphasising the workers' cognitive, psychosocial and socio-economic improvement through self-help and self-care strategies, this thesis also concludes with the belief that the attitude of the local workers, and an indifferent working culture are the arbiters of work-related problems. It is therefore essential that a concrete implementation of locally available measures be made, establishing ergonomic changes in collaboration with all the parties concerned for particular job-tasks and work processes. To help initiate this process, a more work-thorough investigation is necessary through the guidance of co-ordinated research and studies. For this, an understanding of employers' attitudes and workers' involvement is essential; as well as having a grasp of the logic and reasoning behind workplace survey and the need for adequate injury records and work-related information. / Tiivistelmä Väitöskirjaan sisältyy seitsemän artikkelia, jotka käsittelevät työntekijöiden fyysisiä, fysiologisia, kognitiivisia ja psykososiaalisia asioita. Tiedot kerättiin eri kohteista Bangladeshissa keskittyen työtehtävien arviointiin ja ergonomiaan liittyviin tekijöihin. Aineisto on kerätty useiden vuosien ajan kyselykaavakkeiden ja tarkastuslistojen avulla; vierailut ja tutkimukset paikan päällä pienissä ja keskisuurissa yrityksissä muodostivat perustan tälle väitöskirjalle. Työtehtävät jaettiin sisällön ja aktiviteetin mukaan. Tutkimukseen osallistuneita työntekijöitä haastateltiin ja jotkut heistä olivat vapaaehtoisia fysiologisiin testeihin, joilla selvitettiin heidän altistumistaan mahdollisesti rasittaviin töihin kuumassa ja kosteassa ympäristössä. Tulokset osoittivat, että tutkittujen henkilöiden työympäristö oli epäergonominen, ei ainoastaan työhön liittyvien ongelmien takia, vaan myös stressin, liiallisen voimankäytön, vanhojen koneiden, taloudellisten tekijöiden sekä työhön liittyvien säännösten ja lainsäädännön puutteiden vuoksi. Tulokset osoittivat myös, että työntekijöiden riski työtapaturmiin oli kasvanut paikallisten syiden takia. Tulokset auttavat paremmin ymmärtämään terveys-, turvallisuus- ja ergonomiasovelluksia, joiden avulla työyhteisöjen osapuolet voivat käynnistää laaja-alaisen työympäristön parantamisen monissa kehitysmaissa kuten Bangladeshissä. Väitöskirjan käytännöllisen puolen tarkoituksena on työpisteiden ja -paikkojen suunnittelu ja työkalujen turvallisen käytön ja koneiden hallinnan sekä työasentojen edistäminen. Väitöskirja tuo myös esille kirjoittajan omia ehdotuksia ja näkökantoja mahdollisuuksiin lisätä työntekijöiden sekä työnantajien että julkista huomiota, vaarallisiin työtehtäviin ja -oloihin. Väitöstyö pyrkii lisäämään työn säännösten ja työvoimalainsäädännön huomioon ottoa. Työ esittelee myös teknisiä ratkaisuja pieniin ja keskisuuriin yrityksiin. Väitöskirja esittelee sovelluksia, joita paikallisen teknologian puitteissa voidaan käyttää hyväksi. Lisäksi se tarjoaa ergonomisia malleja, jotta työt olisivat vähemmän rasittavia ja sekä tuottavia että turvallisia. Ergonomisen toimenpiteen tehokkuus on pyritty nojaamaan myös paikallisuuteen. Ne voidaan suoraan toteuttaa kehitysmaassa, kuten Bangladeshissä estämään ja kontrolloimaan työperäisiä ongelmia. Kuitenkin lopulliset parannukset riippuvat paikallisten ihmisten asenteista, joita on vuorovaikutteisen järjestelmäkokonaisuuden kaikkien osapuolien tasoilla. Terveys- ja turvallisuustekijät esitetään liitettyinä paikalliseen kulttuuriin ja yhteiskuntaan tai olemassa olevaan ympäristöön. Painottaen työntekijöiden kognitiivisia, psykososiaalisia ja sosioekonomisia parannuksia oman avun kautta tämä väitöskirja myös päätyy siihen, että paikallisten työntekijöiden asenteet ja välinpitämätön työkulttuuri voivat olla työperäisten ongelmien alkusyitä. Sen tähden on olennaista, että paikallisten toimenpiteiden konkreettinen toteutus saadaan aikaan. Ergonomiset muutokset tehdään yhteistyössä kaikkien työprosessin osapuolten kanssa. Jotta tätä kehitysprosessia helpotettaisiin, on tehtävä enemmän toimenpiteitä myös tutkimuksen ja opiskelun alueilla. Tämän takia työnantajien asenteiden ymmärtäminen ja työntekijöiden osallistuminen on olennaista; sekä se, että löydetään käsitys toimenpiteiden logiikasta ja seurauksista työpaikalla. Näiden lisäksi tarvitaan myös onnettomuusrekisteri sekä työtä koskevaa informaatiota.