Pythonによる巡回冗長検査（CRC）の実装方法とサンプルコード

巡回冗長検査（CRC）とは

巡回冗長検査（CRC：Cyclic Redundancy Check）は、デジタルデータ内の誤りを検出するために広く利用されている手法で、伝送エラーの検出に特に有効な技術として知られています。この手法の計算の中核を担っているのは「2進数の除算（バイナリ除算）」です。

CRCでは、一連の冗長ビットからなる「CRCビット（検査用ビット）」を使用します。これらのビットはデータ単位（データワード）の末尾に付加され、付加後のデータ単位全体が、あらかじめ決められた特定の2進数（除数）でちょうど割り切れるように構成されます。

受信側での誤り判定の流れ

受信側では、受信したデータを送信側と同じ2進数で除算します。ここで剰余が0であれば、データは伝送中に破損しておらず正しいものと判断され、受け入れられます。

一方、剰余が0以外であった場合は、伝送中に何らかの異常が発生し、データ単位が破損していることを意味します。この場合、そのデータ単位は受け入れられずに破棄されます。

サンプルコード

以下は、送信側（Sender）、通信チャネル（Channel）、受信側（Receiver）という一連のデータ伝送の流れをシミュレートするPythonプログラムの例です。

from pycrc.crclib import *

def main():
    #-------------------------------------------------------------
    # 送信側（Sender Side）
    div = str(input("Input divisor in binary type: "))
    userdataword = '1001'
    print("\nSender:")
    sen = Sender(bin2dec(userdataword), div)
    sen.send()
    print("arg_dataword:", sen.arg_dataword2)
    print("remainder:", sen.remainder2)
    print("codeword:", sen.codeword2)
    #-------------------------------------------------------------
    # チャネル（Channel）
    print("\nChannel:")
    ch = Channel(sen.codeword)
    print("Through to the channel get channel codeword:", dec2bin(ch.ch_codeword))
    #-------------------------------------------------------------
    # 受信側（Receiver Side）
    print("\nReceiver:")
    rcv = Receiver(ch.ch_codeword, div)
    rcv.receive()
    print("syndrome:", rcv.syndrome2)
    print("Discard or not?", rcv.discard)
    print("rx_dataword:", rcv.rx_dataword2)

if __name__ == '__main__':
    main()

実行結果

上記プログラムを実行すると、送信側で生成された符号語（codeword）がチャネルを通じて受信側へ渡され、シンドローム（syndrome）の値をもとにデータの合否が判定される様子を確認できます。

Sender
Input dataword in binary type 1010000
arg_dataword:1010000000
remainder: 011
codeword:1010000011
Receiver
syndrome:1010000011
Discard or not? N
rx_dataword:1010000011