Esta tese apresenta e examina contribuições inovadoras no front-end dos sistemas de reconhecimento automático de voz (RAV) para o realce e reconhecimento de voz em ambientes adversos. A primeira proposta consiste em aplicar um filtro de mediana sobre a função de distribuição de probabilidade de cada coeficiente cepstral antes de utilizar uma transformação para um domínio invariante às distorções, com o objetivo de adaptar a voz ruidosa ao ambiente limpo de referência através da modificação de histogramas. Fundamentadas nos resultados de estudos psicofísicos do sistema auditivo humano, que utiliza como princípio o fato de que o som que atinge o ouvido é sujeito a um processo chamado Análise de Cena Auditiva (ASA), o qual examina como o sistema auditivo separa as fontes de som que compõem a entrada acústica, três novas abordagens aplicadas independentemente foram propostas para realce e reconhecimento de voz. A primeira aplica a estimativa de uma nova máscara no domínio espectral usando o conceito da transformada de Fourier de tempo curto (STFT). A máscara proposta aplica a técnica Local Binary Pattern (LBP) à relação sinal ruído (SNR) de cada unidade de tempo-frequência (T-F) para estimar uma máscara de vizinhança ideal (INM). Continuando com essa abordagem, propõe-se em seguida nesta tese o mascaramento usando as transformadas wavelet com base nos LBP para realçar os espectros temporais dos coeficientes wavelet nas altas frequências. Finalmente, é proposto um novo método de estimação da máscara INM, utilizando um algoritmo de aprendizagem supervisionado das Deep Neural Networks (DNN) com o objetivo de realizar a classificação de unidades T-F obtidas da saída dos bancos de filtros pertencentes a uma mesma fonte de som (ou predominantemente voz ou predominantemente ruído). O desempenho é comparado com as técnicas de máscara tradicionais IBM e IRM, tanto em termos de qualidade objetiva da voz, como através de taxas de erro de palavra. Os resultados das técnicas propostas evidenciam as melhoras obtidas em ambientes ruidosos, com diferenças significativamente superiores às abordagens convencionais.