On considère le problème de régression parcimonieuse et structurée des signaux dans un dictionnaire temps-fréquence. On choisit pour cela une modélisation aléatoire hiérarchique des signaux, dans laquelle des propriétés de persistance sont introduites via un modèle simple à états cachés sur les coefficients de synthèse d'un développement temps-fréquences, avec modélisation explicite des corrélations sur ceux-ci. L'étude du modèle conduit à des méthodes de classifications de type CEM des coefficients d'analyse, qui exploite les différences de comportement des matrices de variances/covariances mise en évidence par le modèle.