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Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 4 zur Verbesserung des Kontrasts einer pulsbreitengesteuerten Bildanzeigevorrichtung.
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Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der
US 5 943 032 A bekannt. Dort ist eine Steuerung eines Plasmabildschirms beschrieben, bei der für jeden Bildpunkt jedes für eine Bilddarstellung zur Verfügung stehende Zeitintervall in aufeinander folgende Teilzeitintervalle aufgeteilt ist. Dabei erfolgt je Teilzeitintervall eine nichtlineare Optimierung der Graustufen-Helligkeitscharakteristik. Die Korrekturfaktoren zur Optimierung wurden empirisch ermittelt und stehen als Tabelle in einem Speichermodul der Steuerung zur Verfügung.
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Ähnliche Verfahren kommen in der Praxis beispielsweise bei Plasmadisplays zum Einsatz, welche in Zukunft die bei höherwertigen Fernsehgeräten derzeit noch verwendeten Farbbildröhren ergänzen oder ersetzen werden. Im Zusammenhang mit Farbbildröhren ist der Benutzer hochwertiger Fernsehgeräte seit dem Ende der 80er Jahre aufgrund der 100-Hz-Technologie an eine flackerfreie Darstellung gewöhnt.
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Aus der Zeitschrift Radio Fernsehen Elektronik RFE, Heft 2, 1997, Seiten 18–20, ist ein Plasmadisplay bekannt, das aus zwei Glasplatten mit matrixartig angeordneten Elektroden besteht, zwischen denen sich ein Edelgasgemisch befindet. Die Bildinformation wird bei Plasmadisplays nicht zeilenweise dargestellt wie bei Kathodenstahlröhren, sondern vollbildweise. Da bei einem Plasmadisplay die einzelnen Bildpunkte nicht zu beliebigen Zeiten einzeln ein- und ausgeschaltet werden können, muß die Aktivierung der Bildpunkte für das gesamte Display in einem Aktivierungsdurchgang erfolgen.
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Die Ansteuerung eines Plasmadisplays erfolgt in mehreren Phasen: einer Adressierungs- oder Initialisierungsphase, einer Halte- oder Aktivierungsphase und einer Löschphase.
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In der Adressierungs- oder Initialisierungsphase werden alle Zellen des Plasmadisplays vorgeladen, welche in der darauf folgenden Halte- oder Aktivierungsphase aktiviert werden sollen. Im letzten Schritt, der Löschphase, werden die Zellen wieder entladen, die Bildinformation wird gelöscht.
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Das zur Darstellung eines Fernsehbildes zur Verfügung stehende Zeitintervall wird in Teilzeitintervalle unterschiedlicher Dauer bzw. unterschiedlicher Gewichtung zerlegt, während derer in Abhängigkeit vom Helligkeitswert eines jeweiligen Bildpunktes eine vorgegebene Aktivierungssequenz gewählt wird. Dies entspricht einem ein- oder mehrmaligen Aufleuchten des jeweiligen Bildpunktes während des zur Bilddarstellung zur Verfügung stehenden Zeitintervalles, wobei jedem Aufleuchten eine vorgegebene Zeitdauer zugeordnet ist.
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Derartige bekannte Plasmadisplays werden beispielsweise von den Firmen Fujitsu und NEC am Markt vertrieben.
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Aus der
DE Al 198 33 597 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Flimmerreduzierung bei pulsbreitengesteuerten Bildanzeigevorrichtungen bekannt, insbesondere bei einem Farbplasmadisplay. Ein derartiges Farbplasmadisplay dient beispielsweise der Darstellung von Fernsehbildern. Das Farbplasmadisplay wird mittels eines Pulsbreitenmodulators angesteuert, wobei zur Ansteuerung die Dauer eines Fernsehbildes in eine Reihe von Teilbildern bzw. Teilzeitintervallen zerlegt wird, die nacheinander dargestellt werden. Zur Flackerreduzierung, insbesondere einer 50-Hz-Flackerreduzierung, wird die Reihenfolge der Teilzeitintervalle und/oder der Aktivierungssequenzen der Teilzeitintervalle derart vorgegeben, daß das Flackern der darzustellenden Bilder minimal ist.
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Aus der
US 5 757 343 A ist eine Steuerung eines Plasmabildschirms bekannt, bei der jedes für eine Bilddarstellung zur Verfügung stehende Zeitintervall in aufeinander folgende gewichtete Teilzeitintervalle aufgeteilt ist. Dabei ist jedem dieser Teilzeitintervalle eine maximal zulässige Leuchtdauer je Bildpunkt zugeordnet, die mit zunehmender Wertigkeit der Teilzeitintervalle exponentiell zunimmt.
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Aus der
JPH 09-222871 A ist ebenfalls eine Steuerung eines Plasmabildschirms bekannt, bei der jedes für eine Bilddarstellung zur Verfügung stehende Zeitintervall in aufeinander folgende gewichtete Teilzeitintervalle aufgeteilt werden kann. Dabei ist jedem dieser Teilzeitintervalle eine maximal zulässige Leuchtdauer je Bildpunkt zugeordnet, die mit zunehmender Wertigkeit der Teilzeitintervalle ebenfalls exponentiell zunimmt.
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Aus der
DE 28 06 227 C2 ist eine Steuerung eines Plasmabildschirms bekannt, bei der ein 3-Bit-kodiertes Videosignal so gesteuert wird, dass je Bildpunkt jedem Bit jeweils eine Leuchtperiode zugeordnet ist. Dabei ist jeder Leuchtperiode jeweils eine Leuchtdauer zugeordnet, die von Bit zu Bit exponentiell zunimmt.
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Weiterhin ist aus der deutschen Patentanmeldung
DE 198 37 307 A1 eine bewegungsdetektorabhängige Veränderung der Reihenfolge der Teilzeitintervalle bekannt. Beim Vorliegen von Bewegungen wird die Reihenfolge der Teilzeitintervalle derart gewählt, daß Bewegungsartefakte minimal sind. Ansonsten erfolgt die Wahl der Reihenfolge der Teilzeitintervalle derart, daß 50 Hz-Flackerstörungen reduziert werden.
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Weiterhin ist es im Zusammenhang mit Plasmadisplays bereits bekannt, die Helligkeit eines darzustellenden Bildes zu erfassen, aus dem erfaßten Helligkeitswert für jedes der Teilzeitintervalle des darzustellenden Bildes eine maximal zulässige Leuchtdauer abzuleiten und bei einer Veränderung des erfaßten Helligkeitswertes die maximal zulässige Leuchtdauer für jedes der Teilzeitintervalle zu verändern. Diese Veränderung erfolgt derart, daß bei erfaßtem dunklen Bildinhalt bzw. geringem Helligkeitswert die maximal zulässige Leuchtdauer in jedem der Teilzeitintervalle um dieselbe Zeitdauer erhöht wird. Ergibt hingegen die Helligkeitserfassung des darzustellenden Bildes, daß ein insgesamt heller Bildinhalt vorliegt, dann wird die maximal zulässige Leuchtdauer für jedes der Teilzeitintervalle um eine Zeitdauer verringert, die für alle Teilzeitintervalle gleich ist.
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Ein Nachteil dieser Vorgehensweise besteht darin, daß der Kontrast des darzustellenden Bildes reduziert ist, da bei erfaßter großer Helligkeit des darzustellenden Bildes die Zeitdauer für die Darstellung heller Bildbestandteile reduziert ist und bei erfaßter geringer Helligkeit eines darzustellenden Bildes dunkelgraue Bildbestandteile hellgrau dargestellt werden, da diese durch die beschriebene Beaufschlagung mit einem konstanten Offset nach oben gezogen werden, d. h. länger leuchten.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung anzugeben, bei welchen der Kontrast einer pulsbreitengesteuerten Bildanzeigevorrichtung verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen bzw. durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 4 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Mittels der in den Ansprüchen 2 und 5 angegebenen Erfassung der Helligkeit durch Mittelung der Helligkeitswerte aller Bildpunkte des darzustellenden Bildes wird erreicht, daß der zusätzlich zu betreibende Aufwand gering ist. Denn bei pulsbreitengesteuerten Bildanzeigevorrichtungen liegt in der Regel ohnehin ein Bildspeicher vor, in welchem die Daten eines Vollbildes gespeichert sind. Aus diesen Daten kann mittels eines einfachen Rechenvorganges die gewünschte Helligkeitsinformation abgeleitet werden.
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Durch die in den Ansprüchen 3 und 6 beschriebene Erfassung der Helligkeit durch eine Auswertung des momentanen Stromverbrauchs der Bildanzeigevorrichtung erfolgt eine indirekte Erfassung der Helligkeit des darzustellenden Bildes, die den Gegebenheiten des Displays selbst besser gerecht wird.
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Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der Erläuterung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren.
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Es zeigt:
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1 ein Blockschaltbild eines Fernsehempfängers mit einer pulsbreitengesteuerten Plasmadisplayanzeige und
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2 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Erfindung.
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Die 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Fernsehempfängers mit einer impulsbreitengesteuerten Plasmadisplayanzeige. Der Fernsehempfänger 1, 2 weist ein Fernsehsignalverarbeitungsteil 1 und ein Bildverarbeitungsteil 2 auf. Der Fernsehsignalverarbeitungsteil 1 weist einen ersten Eingang 17 auf, dem die Signale einer Antenneneinrichtung 19 zugeführt werden. Die Signale des Eingangs 17 werden an eine Hochfrequenz- und Zwischenfrequenz-Verarbeitungseinheit 4 sowie eine Audiosignalverarbeitungseinheit 3 weitergeleitet. Am Ausgang der Hochfrequenz- und Zwischenfrequenz-Verarbeitungseinheit 4 liegt ein FBAS-Signal vor, welches einem Analog-/Digitalwandler 5 zugeführt wird. Die Einspeisung eines externen FBAS-Signals ist über einen zweiten Signaleingang 20 möglich. Das Ausgangssignal des Analog-/Digitalwandlers 5 wird anschließend zu einer sogenannten Feature-Box 6 geleitet. Die Feature-Box 6 führt bestimmte Funktionen wie Demodulation des FBAS-Signals, Standbild, Zoom, Formatanpassung, Bildschärfeoptimierung, Bild-in-Bild, etc. durch. Die so entstehenden digitalen Komponenten Y, U, V eines Bildsignals 21 werden an eine digitale Matrixeinheit 8 des Bildverarbeitungsteils 2 weitergeleitet. Die Feature-Box 6 dient darüber hinaus der Wandlung des Zeilensprungsignals in ein zeilensprungfreies Signal und der notwendigen Anpassung der Signale an den Bildschirm 14 durch Zeileninterpolation. Dies erfolgt mit Hilfe der Synchronisationssignale 23, 24 zur Vertikal- und Horizontalsynchronisation.
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Die digitale Matrixeinheit 8 weist darüber hinaus einen Anschluß 27 zur Zuführung eines über einen externen Signaleingang 18 zugeführten VGA-Signals auf, welches mittels eines Analog-/Digitalwandlers 25 in ein digitales Signal umgewandelt wird. Am Ausgang der digitalen Matrixeinheit 8 liegt ein RGB-Signal 22 vor, mit welchem ein Pulsbreitenmodulator 10 angesteuert wird. Der Pulsbreitenmodulator 10 erzeugt die Ansteuersignale 26 für einen Adresstreiber 11. Für diese Signalerzeugung ist mit dem Pulsbreitenmodulator 10 ein Speicher 9 gekoppelt. Der Pulsbreitenmodulator 10 weist eine Teilzeitintervallgewichtungseinheit auf, die zur Gewichtung der Teilzeitintervalle dient, d. h. zur Festlegung von deren Reihenfolge und Dauer. Die Adresstreibereinrichtung 11 steuert zeilenweise die einzelnen Spalten des Plasmabildschirms 14 an. Die zugehörige Zeitensteuerung erfolgt mit Hilfe der Zeitensteuereinrichtung 13, die den Beginn der Teilzeitintervalle und die Zeiten für die Adressier- und Aktivierungsphase festlegt. Hierzu dient die in der Zeitensteuerung enthaltene Teilzeitintervallzeilensteuereinrichtung. Die Zeitensteuereinrichtung 13 ist mit einem Horizontaltreiber 12 verbunden. Dieser Horizontaltreiber 12 ist während der Aktivierungsphasen aktiv. Die Spannungsversorgung erfolgt mit Hilfe eines Netzteils 7.
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Während die Funktionsweise und der Aufbau des Fernsehsignalverarbeitungsteils 1 im wesentlichen dem eines konventionellen Fernsehempfängers mit Bildröhre entspricht, ist der Aufbau des Bildverarbeitungsteils 2 grundverschieden. Der Hauptgrund hierfür liegt vor allem darin, daß die Plasmaanzeigeeinrichtung 14 einen digitalen Zusammenhang zwischen der Eingangsgröße und der Leuchtdichte aufweist. Es existieren somit lediglich zwei Zustände: eingeschaltet oder ausgeschaltet. Um dennoch eine große Palette von verschiedenen Zwischengraustufen erzielen zu können, wird bei dem in 1 dargestellten Bildverarbeitungsteil 2 zur Bilddarstellung ein digitales Zeitmultiplexverfahren verwendet. Bei diesem werden die RGB-Signale 22 in mehrere Teilzeitintervalle unterschiedlicher Dauer zerlegt.
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Dies erfolgt mit Hilfe des Pulsbreitenmodulators 10 sowie der den Pulsbreitenmodulator ansteuernden weiteren Einheiten wie der Zeitensteuereinrichtung 13 und eines Speichers 9. Durch die Trägheit des menschlichen Auges erscheinen auf der Plasmaanzeigeeinrichtung 14 nicht mehr einzelne Bildwechsel, sondern ein Grauwert, der von der mittleren Aktivierungsdauer abhängt. Ist diese Dauer in den Teilzeitintervallen gewichtet, dann können mit wenigen Teilzeitintervallen viele Graustufen dargestellt werden. Bei einer binären Gewichtung (1, 2, 4, 8, ...) können zwei potenziert mit der Anzahl der Teilzeitintervalle Graustufen dargestellt werden. Um möglichst viele Graustufen darstellen zu können, ist es somit wünschenswert, möglichst viele Teilzeitintervalle zu verwenden, was allerdings aufgrund technologischer Randbedingungen nicht möglich ist. Der Pulsbreitenmodulator 10 bestimmt durch eine Zuordnung, die von seinem Eingangssignalpegel abhängig ist, für jeden Bildpunkt des darzustellenden Bildes die Reihenfolge und Aktivierung der einzelnen Teilzeitintervalle. Im Falle einer binären Gewichtung sieht diese Zuordnung derart aus, daß dem digital höchstgewichteten Bit das längste Teilzeitintervall, dem zweithöchstgewichteten Bit das zweitlängste Teilzeitintervall usw. zugewiesen wird.
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Um zu vermeiden, daß bei einer länger andauernden Darstellung von Bildern großer Helligkeit eine Überhitzung und damit eine Zerstörung der Plasmaanzeige 14 auftritt, berücksichtigt der Pulsbreitenmodulator 10 bei seiner Zuordnung der maximalen Leuchtdauern zu den einzelnen Teilzeitintervallen eine Information über den Helligkeitsgehalt des darzustellenden Bildes. Diese Information über die Helligkeit wird mittels eines Bildhelligkeitsdetektors 6a erfaßt, der Bestandteil der Feature-Box 6 ist. Die Feature-Box weist einen Vollbildspeicher auf, in welchem Informationen über die Helligkeitswerte aller Bildpunkte eines darzustellenden Bildes abgespeichert sind. Aus diesen Informationen über die Helligkeitswerte aller Bildpunkte berechnet der Bildhelligkeitsdetektor 6a durch einen Mittelungsvorgang einen dem darzustellenden Bild zugeordneten Helligkeitswert. Dieser wird dem Pulsbreitenmodulator 10 zugeführt und von diesem zu einer bildhelligkeitsabhängigen Festlegung der maximal zulässigen Leuchtdauer für jedes der Teilzeitintervalle verwendet.
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Wie dies geschieht, wird nachfolgend anhand der 2 veranschaulicht, die ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Erfindung zeigt. In diesem Diagramm sind auf der Abszisse die dem darzustellenden Bild zugehörigen Teilzeitintervalle dargestellt, wobei den Teilzeitintervallen von links nach recht höhere Wertigkeiten und damit höhere Leuchtdauern zugeordnet sind. Auf der Ordinate sind beispielhaft Zeitwerte für die Leuchtdauer aufgetragen.
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Ausgangspunkt der Betrachtungen ist die in der 2 dargestellte Gerade G1, die die maximal zulässigen Leuchtdauern für die beispielsweise zehn Teilzeitintervalle TZI eines darzustellenden Bildes aufzeigt, wenn das Ausgangssignal des Bildhelligkeitsdetektors 6a das Vorliegen eines Bildes mittlerer Helligkeit signalisiert. Es ist ersichtlich, daß die maximal zulässige Leuchtdauer mit zunehmender Wertigkeit der Teilzeitintervalle linear ansteigt.
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Signalisiert ausgehend von den durch die Gerade G1 beschriebenen Gegebenheiten der Bildhelligkeitsdetektor 6a das Vorliegen eines Bildes mit größerer Helligkeit, dann verringert der Pulsbreitenmodulator 10 die maximal zulässigen Leuchtdauern in allen Teilzeitintervallen so, wie es durch die Gerade G2 bestimmt wird. Es ist ersichtlich, daß auch hier die maximal zulässige Leuchtdauer mit zunehmender Wertigkeit der Teilzeitintervalle linear ansteigt. Die Gerade G2 weist jedoch eine geringere Steigung auf als die Gerade G1. Aus der Figur geht weiterhin auch hervor, daß die maximal zulässige Leuchtdauer für Teilzeitintervalle mit geringerer Wertigkeit geringeren Änderungen unterworfen ist als die maximal zulässige Leuchtdauer für Teilzeitintervalle mit höherer Wertigkeit. Beispielsweise liegt beim gezeigten Ausführungsbeispiel die Veränderung der maximal zulässigen Leuchtdauer für das Teilzeitintervall 1 in der Größenordnung von lediglich 0,03 ms, während die Veränderung der maximal zulässigen Leuchtdauer für das Teilzeitintervall 10 in der Größenordnung von 0,3 ms liegt.
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Signalisiert jedoch ausgehend von den durch die Gerade G1 beschriebenen Gegebenheiten der Bildhelligkeitsdetektor 6a das Vorliegen eines Bildes mit geringerer Helligkeit, dann vergrößert der Pulsbreitenmodulator 10 die maximal zulässigen Leuchtdauern in allen Teilzeitintervallen so, wie es durch die Gerade G3 bestimmt wird. Es ist ersichtlich, daß auch hier die maximal zulässige Leuchtdauer mit zunehmender Wertigkeit der Teilzeitintervalle linear ansteigt. Die Gerade G3 weist jedoch eine größere Steigung auf als die Gerade G1. Aus der Figur geht weiterhin auch hervor, daß die maximal zulässige Leuchtdauer für Teilzeitintervalle mit geringerer Wertigkeit geringeren Änderungen unterworfen wird als die maximal zulässige Leuchtdauer für Teilzeitintervalle mit höherer Wertigkeit. Auch hier liegt beispielsweise die Veränderung der maximal zulässigen Leuchtdauer für das Teilzeitintervall 1 in der Größenordnung von 0,03 ms, während die Veränderung der maximal zulässigen Leuchtdauer für das Teilzeitintervall 10 in der Größenordnung von 0,3 ms liegt.
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Die Vorteile der vorstehend beschriebenen Veränderung der maximal zulässigen Leuchtdauern bestehen insbesondere darin, daß die dunkelgrauen Bilddetails zugeordneten Leuchtdauern bei einer Veränderung der detektierten Bildhelligkeit nur geringfügig verändert werden. Dies bewirkt, daß dunkelgraue Bilddetails nahezu unabhängig von der erfaßten Helligkeit des darzustellenden Bildes auch stets dunkelgrau am Display dargestellt werden. Die hellen Bilddetails zugeordneten Leuchtdauern unterliegen hingegen in Abhängigkeit von der detektierten Bildhelligkeit stärkeren Änderungen. Dadurch ist stets sichergestellt, daß sich das Display nicht überhitzen und dadurch zerstört werden kann. Weiterhin wird im Vergleich zur bekannten Vorgehensweise ein verbesserter Kontrast erreicht. So können bei einer Detektion eines vergleichsweise dunklen Bildes, wie es durch die in der 2 gezeigten Gerade G3 veranschaulicht wird, die Teilzeitintervallen höherer Wertigkeit zugeordneten maximalen Leuchtdauern, die für die Darstellung heller Bilddetails maßgebend sind, im Vergleich zum Stand der Technik großer gewählt werden. Denn für die Darstellung dunkler Bilddetails werden nur kurze Leuchtdauern und damit nur kurze Teilzeitintervalle niedriger Wertigkeit bereitgestellt. Folglich steht innerhalb des insgesamt zur Bilddarstellung verfügbaren Zeitrahmens von 20 ms ein größerer Zeitraum für die Darstellung heller Bilddetails zur Verfügung. Dieser kann vom Gerätehersteller dazu verwendet werden, die Zeitdauer der Teilzeitintervalle höherer Wertigkeit und auch die zugehörigen maximalen Leuchtdauern zu verlängern, was zu einer verbesserten Darstellung hellerer Bilddetails und zu einem erhöhten Kontrast führt.
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Alternativ zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei welchem die Ermittlung einer Information über den Helligkeitsgehalt eines darzustellenden Bildes unter Verwendung eines in der Feature-Box 6 angeordneten Helligkeitsdetektors 6a erfolgt, kann die benötigte Helligkeitsinformation auch mittels eines Stromverbrauchsdetektors ermittelt werden. Dieser Stromverbrauchsdetektor wertet den momentanen Stromverbrauch der Bildanzeigevorrichtung aus und stellt dem Pulsbreitenmodulator 10 die benötigte Information zur Verfügung.
