非线性、非平稳性信号在日常生活和工程应用中都起到了非常重要的作用,对其瞬时特征的分析也一直是个重点。传统的信号处理方法,对信号的瞬时特征分析一直都不完善。经验模态分解(EMD),是突破了传统信号处理的常规思路,处理方法简单,且能较准确的分析非线性信号的瞬时特征,是具有一定潜力的研究方法。该理论在近十年的发展中,已经逐步展现了一定的优势,但其理论的扩展与应用也需要不断的研究。本文基于此思想,结合前人的研究与工作,对EMD时频分析进行了进一步的探讨与深入,重点深入研究二维EMD。本文主要做的工作有：(1)详细阐述了EMD分解原理与方法及其技术特征。通过实验分析了技术关键特征中的模态混叠问题。最后研究了在一维信号方面的应用,结合在信号处理方面的一些滤波方法对其处理算法进行了进一步的改进。(2)扩展了二维EMD的时频分析,将二维EMD和Riesz变换相结合来研究二维IMF的时频特征。首先论述了二维EMD的分解步骤,并详细分析了影响分解过程中的一些因素。根据Hilbert-Huang变换的思想,对二维EMD进行了扩展,引入了由德国学者Michael Felsberg等人提出的满足解析信号条件的二维解析信号—单因子信号,对二维EMD分解后的IMF进行瞬时特征分析,进一步完善EMD对二维信号的瞬时特征处理。(3)重点研究二维EMD的应用领域方面。首先结合Riesz变换,对EMD分解后二维IMF进行了瞬时特征分析,并进行特征提取的研究。其次依据小波变换在图像融合方面的应用,结合二维EMD对红外图像和可见光图像进行了融合处理,并进行了性能分析与对比。最后,把二维EMD应用于图像压缩方面,并结合在通信方面的思路进行了扩展。